CN114477897B - 一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，属于建筑材料技术领域，由普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、纳米二氧化硅、可塑剂、定优胶、威兰胶、骨胶粉、耐碱玻璃纤维、橡胶乳液、硅烷偶联剂、速凝剂、早强剂、减水剂、复合型发泡剂稀释液、稳泡剂和水制备而成。本发明借助可塑剂使泡沫混凝土具备快速稠化絮凝功能，将气泡结构封闭于浆体内部，提高其抗分散和抗外力冲击性能，利用定优胶和威兰胶等复合流变改良剂控制浆体流动性和粘稠度，使泡沫混凝土具备假塑性剪切变稀特性，方便机械泵送施工的同时，满足水下浇筑要求，有效解决水下及海洋工程中空洞破损维修浇筑和大体积混凝土充填等问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法。
背景技术
泡沫混凝土是近年来的一种新型节能保温建材，通过把水、水泥、发泡剂按比例用泡砼专用设备发泡、混合、输送，凝固后制成的泡沫砼制品，因其在混凝土内部形成大量封闭的泡沫孔，从而具有优良的保温隔热性、轻质性、整体性、耐火防水性、隔音和耐久性而被广泛应用于现浇复合墙体、自保温建筑砌块、建筑保温板材和道路工程等实际工程中。
由于泡沫混凝土的制备原理决定了其浆体较为脆弱，混凝土初凝前的浆体及内部气泡结构的稳定性往往受制于环境外力，在重力冲击和水体浸泡冲刷等外力作用的情况下，泡沫混凝土容易出现泡沫覆灭消散，气泡群与干物料浆体发生分离，出现过量泌水，失去混凝土原有水料比，坍落度过大，无法到达预期强度，导致混凝土浇筑失败，因此在浇筑过程中维持泡沫混凝土浆体和气泡结构的稳定性成为泡沫混凝土浇筑成功的首要条件之一。目前，对于改进泡沫混凝土浆体及气泡结构在外力作用下浇筑稳定性的研究较少，可用于水下浇筑的泡沫混凝土更为少见，属于泡沫混凝土的研究稀缺领域。
发明内容
为了解决上述技术问题，发明人经过实践和总结得出本发明的技术方案，本发明公开了一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，包括如下步骤：
S1、原料准备：称取普通硅酸盐水泥38.91％～47.85％，硅灰2.29％～5.97％，粉煤灰7.78％～9.57％，纳米二氧化硅0.46％～0.80％，可塑剂0.78％～0.96％，定优胶0.039％～0.048％，威兰胶0.078％～0.096％，骨胶粉0.19％～0.23％，耐碱玻璃纤维0.65％～2.01％，橡胶乳液3.67％～4.78％，硅烷偶联剂1.38％～1.99％，速凝剂1.36％～1.67％，早强剂0.58％～0.72％，减水剂0.39％～0.48％，复合型发泡剂稀释液0.98％～3.56％，稳泡剂0.005％～0.018％，水27.55％～33.00％；
S2、物料混合物制备：先将普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、纳米二氧化硅和可塑剂按配合比进行混合搅拌，制成干物料混合物，再将速凝剂、早强剂和减水剂按配合比进行混合搅拌，制成复合混凝土外加剂，最后将干物料混合物和复合混凝土外加剂进行混合搅拌，制成物料混合物；
S3、发泡剂溶液制备：对复合型发泡剂进行50倍稀释，将稳泡剂按配合比加入复合型发泡剂稀释液搅拌混合均匀，制成发泡剂溶液；
S4、浆料制备：先将橡胶乳液、硅烷偶联剂、1/3量的耐碱玻璃纤维和1/3量的水进行混合，搅拌均匀后将其加入所述物料混合物中，搅拌均匀后再加入混合均匀的定优胶、威兰胶、骨胶粉和1/3量的水，继续搅拌，最后加入剩余的耐碱玻璃纤维和水，充分混合制成浆料；
S5、泡沫混凝土制备：首先，使用所述发泡剂溶液进行发泡，采用空气压缩造泡机物理造泡，将制备好的泡沫分3次每次1/3量分别加入所述浆料中，每次搅拌至浆体表面无明显泡沫痕迹后即可加入下一份泡沫，最后充分混合搅拌后，制成泡沫混凝土浆体，随即浇筑、拆模、养护及成品。
优选的，所述纳米二氧化硅为亲水型高纯度纳米二氧化硅，呈絮状和网状的准颗粒结构，纳米二氧化硅含量为99.5％，粒度为30±5mm，比表面积为220±30m2/g，PH范围为5～7；所述可塑剂为硫酸铝，其外观呈白色斜方晶系结晶粉末，式量342.15，25℃温度条件下密度为1.181g/cm3。
优选的，所述速凝剂由铝氧熟料经磨细制成，所述早强剂为二水甲酸钠，所述减水剂为萘系高效减水剂。
优选的，所述橡胶乳液为水性阴离子体系的水性丙烯酸树脂乳液，所述硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。
优选的，所述定优胶为微生物有氧发酵的高分子聚合物多糖，是一种具有良好假塑性的流变改良剂，其水溶液具有粘度随剪切速率增加而减小的特点；所述威兰胶为产碱菌属经有氧发酵产生的微生物源多聚糖，其水溶液稳定性和粘度不受环境温度的影响，具有优秀的假塑性；所述骨胶粉为牛骨胶原蛋白粉，其以新鲜牛骨粉为原料，经高温脱脂灭菌后以高频辅助提取技术分离出的优质骨胶粉，蛋白含量为98％，肽含量为90％。
优选的，所述S5中，泡沫体积占比0.366m3～0.759m3，搅拌方式采用人工搅拌或机械搅拌。
进一步地，采用机械搅拌方式时，需要在一定程度上加大泡沫用量。
与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：
1.通过硫酸铝可塑剂加速混凝土浆体内部水化反应，提高水化反应产物质量，形成大量钙矾石网络骨架，加速泡沫混凝土浆体稠化絮凝，封锁浆体内部的泡沫群，保证泡沫混凝土初凝前泡沫稳定，延长稳定时间，从而减少外力作用导致泡沫过量覆灭的现象，赋予泡沫混凝土更加完整均匀的气孔结构；
2.通过优秀的假塑性流变改良剂：定优胶及威兰胶，对泡沫混凝土浆体的流动性进行控制，使泡沫混凝土在泵送过程中具有较高的流动性，便于泵送作业，而在浇筑及养护等低剪切力或静态条件下又具有极高的粘稠度，减轻水体冲刷、压力或浸泡等外力作用造成的浆体分散情况，赋予泡沫混凝土水下浇筑性能；
3.通过利用骨胶粉、橡胶乳液等高粘结性材料，增强胶凝体间相互握裹粘结力，增强泡沫混凝土制品的整体性、稳定性和力学性能指标，同时纳米二氧化硅产生的晶核效应和火山灰效应，有利于改善胶凝材料水化产物的界面性能，改善胶凝体与泡沫界面的相容性，为泡沫在混凝土浆体中的存在提供稳定骨架支撑；
4.通过硅烷偶联剂提高泡沫混凝土配合比中各组分间的相容性，使其更好的协同工作，充分发挥各组分的性能特征，同时可对耐碱玻璃纤维进行间接表面改性，提高其作为肋筋材料时与水泥基材料间界面的相容性和结合力度。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，目标干表观密度等级为600kg/m3，包括如下步骤：
S1、原料准备：称取普通硅酸盐水泥42.39％，硅灰4.07％，粉煤灰8.48％，纳米二氧化硅0.62％，可塑剂0.85％，定优胶0.043％，威兰胶0.085％，骨胶粉0.21％，耐碱玻璃纤维1.34％，橡胶乳液4.17％，硅烷偶联剂1.67％，速凝剂1.49％，早强剂0.64％，减水剂0.43％，复合型发泡剂稀释液3.32％，稳泡剂0.017％，水29.93％；
S2、物料混合物制备：先将普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、纳米二氧化硅和可塑剂按配合比进行混合搅拌，制成干物料混合物，再将速凝剂、早强剂和减水剂按配合比进行混合搅拌，制成复合混凝土外加剂，最后将干物料混合物和复合混凝土外加剂进行混合搅拌，制成物料混合物；
S3、发泡剂溶液制备：对复合型发泡剂进行50倍稀释，将稳泡剂按配合比加入复合型发泡剂稀释液搅拌混合均匀，制成发泡剂溶液；
S4、浆料制备：先将橡胶乳液、硅烷偶联剂、1/3量的耐碱玻璃纤维和1/3量的水进行混合，搅拌均匀后将其加入所述物料混合物中，搅拌均匀后再加入混合均匀的定优胶、威兰胶、骨胶粉和1/3量的水，继续搅拌，最后加入剩余的耐碱玻璃纤维和水，充分混合制成浆料；
S5、泡沫混凝土制备：首先，使用所述发泡剂溶液进行发泡，采用空气压缩造泡机物理造泡，将制备好的泡沫分3次每次1/3量分别加入所述浆料中，每次搅拌至浆体表面无明显泡沫痕迹后即可加入下一份泡沫，最后充分混合搅拌后，制成泡沫混凝土浆体，随即浇筑、拆模、养护及成品。
其中，所述耐碱玻璃纤维原丝直径为14μm，烧失量为0.60％，含水率为0.50％，表观密度为2680kg/m3，软化点860℃，弹性模量为72GPa，拉伸强度为1700MPa；纳米二氧化硅为亲水型高纯度纳米二氧化硅，可塑剂为硫酸铝；速凝剂由铝氧熟料经磨细制成，早强剂为二水甲酸钠，减水剂为萘系高效减水剂；橡胶乳液为水性阴离子体系的水性丙烯酸树脂乳液，硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷；定优胶为微生物有氧发酵的高分子聚合物多糖，威兰胶为产碱菌属经有氧发酵产生的微生物源多聚糖，骨胶粉为牛骨胶原蛋白粉。
并且S5中，泡沫体积占比0.730m3，采用机械搅拌。
实施例2
一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，目标干表观密度等级为800kg/m3，包括如下步骤：
称取普通硅酸盐水泥43.40％，硅灰4.16％，粉煤灰8.68％，纳米二氧化硅0.64％，可塑剂0.87％，定优胶0.044％，威兰胶0.087％，骨胶粉0.22％，耐碱玻璃纤维1.31％，橡胶乳液4.27％，硅烷偶联剂1.70％，速凝剂1.52％，早强剂0.65％，减水剂0.44％，复合型发泡剂稀释液1.98％，稳泡剂0.010％，水30.34％；后续步骤与实施例1一致。
其中，所述耐碱玻璃纤维原丝直径为14μm，烧失量为0.60％，含水率为0.50％，表观密度为2680kg/m3，软化点860℃，弹性模量为72GPa，拉伸强度为1700MPa；纳米二氧化硅为亲水型高纯度纳米二氧化硅，可塑剂为硫酸铝；速凝剂由铝氧熟料经磨细制成，早强剂为二水甲酸钠，减水剂为萘系高效减水剂；橡胶乳液为水性阴离子体系的水性丙烯酸树脂乳液，硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷；定优胶为微生物有氧发酵的高分子聚合物多糖，威兰胶为产碱菌属经有氧发酵产生的微生物源多聚糖，骨胶粉为牛骨胶原蛋白粉。
并且，泡沫体积占比0.573m3，采用机械搅拌。
实施例3
一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，目标干表观密度等级为1000kg/m3，包括如下步骤：
称取普通硅酸盐水泥43.61％，硅灰4.15％，粉煤灰8.72％，纳米二氧化硅0.64％，可塑剂0.88％，定优胶0.044％，威兰胶0.088％，骨胶粉0.22％，耐碱玻璃纤维1.31％，橡胶乳液4.28％，硅烷偶联剂1.71％，速凝剂1.53％，早强剂0.66％，减水剂0.44％，复合型发泡剂稀释液1.16％，稳泡剂0.006％，水30.60％；后续步骤与上述实施例一致。
其中，所述耐碱玻璃纤维原丝直径为14μm，烧失量为0.60％，含水率为0.50％，表观密度为2680kg/m3，软化点860℃，弹性模量为72GPa，拉伸强度为1700MPa；纳米二氧化硅为亲水型高纯度纳米二氧化硅，可塑剂为硫酸铝；速凝剂由铝氧熟料经磨细制成，早强剂为二水甲酸钠，减水剂为萘系高效减水剂；橡胶乳液为水性阴离子体系的水性丙烯酸树脂乳液，硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷；定优胶为微生物有氧发酵的高分子聚合物多糖，威兰胶为产碱菌属经有氧发酵产生的微生物源多聚糖，骨胶粉为牛骨胶原蛋白粉。
并且，泡沫体积占比0.416m3，采用机械搅拌。
下面将实施例1-3中制得的超塑化型高性能泡沫混凝土制成试块，参照JC/T2357-2016《泡沫混凝土制品性能试验方法》、JG/T 266-2011《泡沫混凝土》、J1352-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》和DL/T 5117-2000《水下不分散混凝土试验规程》的试块制作标准和测试方法对泡沫混凝土的抗压强度、体积吸水率、软化系数、导热系数、流动性能和抗分散性能进行测试：
由上表可知，在不同配合比下，随着试块干密度等级的提升，28d抗压强度随之提升，流动性减小，抗分散性增强，本发明的一种超塑化型高性能泡沫混凝土在保证足够的力学性能的同时，还具有可控的流动性和优良的抗分散性能，可大范围用于水下和海洋工程中的浇筑充填。
Claims (5)
1.一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、原料准备：称取普通硅酸盐水泥38.91％～47.85％，硅灰2.29％～5.97％，粉煤灰7.78％～9.57％，纳米二氧化硅0.46％～0.80％，可塑剂0.78％～0.96％，定优胶0.039％～0.048％，威兰胶0.078％～0.096％，骨胶粉0.19％～0.23％，耐碱玻璃纤维0.65％～2.01％，橡胶乳液3.67％～4.78％，硅烷偶联剂1.38％～1.99％，速凝剂1.36％～1.67％，早强剂0.58％～0.72％，减水剂0.39％～0.48％，复合型发泡剂稀释液0.98％～3.56％，稳泡剂0.005％～0.018％，水27.55％～33.00％；
S2、物料混合物制备：先将普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、纳米二氧化硅和可塑剂按配合比进行混合搅拌，制成干物料混合物，再将速凝剂、早强剂和减水剂按配合比进行混合搅拌，制成复合混凝土外加剂，最后将干物料混合物和复合混凝土外加剂进行混合搅拌，制成物料混合物；
S3、发泡剂溶液制备：对复合型发泡剂进行50倍稀释，将稳泡剂按配合比加入复合型发泡剂稀释液搅拌混合均匀，制成发泡剂溶液；
S4、浆料制备：先将橡胶乳液、硅烷偶联剂、1/3量的耐碱玻璃纤维和1/3量的水进行混合，搅拌均匀后将其加入所述物料混合物中，搅拌均匀后再加入混合均匀的定优胶、威兰胶、骨胶粉和1/3量的水，继续搅拌，最后加入剩余的耐碱玻璃纤维和水，充分混合制成浆料；
S5、泡沫混凝土制备：首先，使用所述发泡剂溶液进行发泡，采用空气压缩造泡机物理造泡，将制备好的泡沫分3次每次1/3量分别加入所述浆料中，每次搅拌至浆体表面无明显泡沫痕迹后即可加入下一份泡沫，最后充分混合搅拌后，制成泡沫混凝土浆体，随即浇筑、拆模、养护及成品；
所述纳米二氧化硅为亲水型高纯度纳米二氧化硅，所述可塑剂为硫酸铝；
所述速凝剂由铝氧熟料经磨细制成，所述早强剂为二水甲酸钠，所述减水剂为萘系高效减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，其特征在于：所述橡胶乳液为水性阴离子体系的水性丙烯酸树脂乳液，所述硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，其特征在于：所述定优胶为微生物有氧发酵的高分子聚合物多糖，所述威兰胶为产碱菌属经有氧发酵产生的微生物源多聚糖，所述骨胶粉为牛骨胶原蛋白粉。
4.根据权利要求1所述的一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，其特征在于：所述S5中，泡沫体积占比0.366m3～0.759m3，搅拌方式采用人工搅拌或机械搅拌。
5.根据权利要求4所述的一种超塑化型高性能泡沫混凝土制备方法，其特征在于：采用机械搅拌方式时，需要在一定程度上加大泡沫用量。
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