CN114656220B - 一种高强度泡沫水泥轻质土及其制备方法 - Google Patents

一种高强度泡沫水泥轻质土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，涉及轻质土领域。高强度泡沫水泥轻质土的制备方法包括以下步骤：将双氧水、稳泡剂、减水剂加入水中均匀混合，得到混合物A；将水泥、掺和料加入水中，搅拌均匀后得到预混物，往预混物中加入铁粉，均匀混合得到混合物B；将海藻酸钠溶于水中，得到混合物C；往混合物C中加入混合物B，搅拌均匀，得到混合物D；将混合物D与混合物A均匀混合得到料浆后，将料浆倒入模具中，养护，得到高强度泡沫轻质土。该泡沫水泥轻质土不仅具有较低的干密度，还具有具有较高的抗压强度、较小的干燥收缩值以及较好的抗渗性能。

Description

一种高强度泡沫水泥轻质土及其制备方法
技术领域
本发明涉及轻质土领域，尤其是涉及一种高强度泡沫水泥轻质土及其制备方法。
背景技术
泡沫水泥轻质土是一种新型环保材料，可应用于道路加宽施工、滑坡路段抗滑处理、桥台背填土等。其中，采用泡沫水泥轻质土进行道路加宽施工可以降低新路基沉降带来的路面破坏；利用泡沫水泥轻质土的轻质性和自立性，可以使滑坡路段抗滑处理大大简化；在桥台和路基结合部之间填充泡沫轻质土，可减少桥台跳车问题。基于泡沫水泥轻质土在道路施工应用中的优点，泡沫水泥轻质土在道路施工中的应用越来越广泛，道路施工对泡沫水泥轻质土的需求也越来越多。
制备泡沫水泥轻质土时，发泡剂是不可缺少的。目前，生产泡沫水泥轻质土时，泡沫的发泡方式有物理发泡与化学发泡两种。物理发泡需要事先通过高速搅拌或者压缩空气法制备出泡沫后，再将泡沫直接通入新拌水泥料浆中，拌匀后倒入模具中成型、养护制得。化学发泡则是通过化学反应释放气体来实现发泡。其中，物理发泡技术目前已趋于成熟，而化学发泡则存在气泡发泡速率过快或不稳定等问题，难以在获得干密度较小的泡沫水泥轻质土的同时提高泡沫水泥轻质土的抗压性能、抗收缩性能与抗渗性能。
发明内容
为了采用化学发泡法获得一种干密度较小的泡沫水泥轻质土，同时提高泡沫水泥轻质土的抗压性能、抗收缩性能与抗渗性能，本申请提供一种高强度泡沫水泥轻质土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，采用以下技术方案：一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，包括以下步骤：
将10-15重量份双氧水、2-4重量份稳泡剂、0.5-1重量份减水剂加入20-30重量份水中均匀混合，得到混合物A；
将220-240重量份水泥、40-60重量份掺和料加入120-140重量份水中，搅拌均匀后得到预混物，往预混物中加入2-4重量份铁粉，均匀混合得到混合物B；
将0.5-1.2重量份海藻酸钠溶于30-40重量份水中，得到混合物C；
往混合物C中加入混合物B，搅拌均匀，得到混合物D；
将混合物D与混合物A均匀混合得到料浆后，将料浆倒入模具中，养护，得到高强度泡沫轻质土。
通过采用上述技术方案，水泥、掺合料、铁粉的混合物先与海藻酸钠溶液混合，然后再加入双氧水、稳泡剂、减水剂的水溶液进行制备泡沫水泥轻质土料浆时，最后成型得到的泡沫水泥轻质土不仅具有更低的干密度与干燥收缩值，还具有更高的抗压强度与抗渗性能。
其中，采用本申请上述配方以及制备方法进行制备泡沫水泥轻质土时，可减缓双氧水的发泡速率，减少了泡沫快速逸出时剧烈碰撞而破裂或聚集形成尺寸较大的气泡的问题，气泡的利用率以及稳定性均提高，有利于获得内部气孔较多且较为均匀的泡沫水泥轻质土，从而在获得较低干密度的泡沫轻质土的同时提高泡沫水泥轻质土的抗压性能。其次，在泡沫水泥轻质土养护过程中，铁粉能够消除泡沫水泥轻质土内部残留的氧气，生成体积增大的含氧的铁化合物，有利于降低泡沫水泥轻质土的收缩率，减少泡沫水泥轻质土裂纹的产生。另外，本申请中的海藻酸钠有利于泡沫水泥轻质土内部封闭型孔体的形成，从而提高泡沫水泥轻质土的抗渗性能。同时，海藻酸钠还可与水泥的水化产物反应生成海藻酸钙，海藻酸钙与含氧的铁化合物共同作用有利于进一步降低泡沫轻质土的收缩率。
可选的，预混物中还加入了1-2重量份聚合物乳液。
通过采用上述技术方案，聚合物乳液能够提高气泡的稳定性，有利于增加泡沫水泥轻质土内部孔的数量，从而获得干密度较低的泡沫水泥轻质土
可选的，所述聚合物乳液为硅丙乳液。
通过采用上述技术方案，硅丙乳液能够增强气泡抵抗破裂的能力，同时还可减少气泡破灭、逸出等现象，有利于增加泡沫水泥轻质土内部孔的数量，从而获得干密度较低的泡沫水泥轻质土。
可选的，所述稳泡剂选用聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的任意一种或两种的组合物。
通过采用上述技术方案，聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠能够提高气泡的稳定性，从而减小泡沫水泥轻质土的干密度。
可选的，所述稳泡剂包括聚乙烯醇和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述聚乙烯醇和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的重量比为1：(0.1-0.2)。
通过采用上述技术方案，稳泡剂由聚乙烯醇和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按上述配比组成时，气泡的稳定性进一步提高，有利于进一步减小泡沫水泥轻质土的干密度。
可选的，所述海藻酸钠的粘度为300-500cps。
通过采用上述技术方案，粘度为300-500cps的海藻酸钠有利于在泡沫水泥轻质土内部形成封闭型孔体结构，同时不会对气泡的产生及稳定产生消极影响。
可选的，所述水泥为P.O 42.5R水泥。
通过采用上述技术方案，P.O 42.5R水泥具有水化热较低的特点，能够降低由水泥水化造成的温升，有利于降低泡沫水泥轻质土的干燥收缩值。
可选的，所述掺和料选用矿渣、粉煤灰、硅灰中的任意一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，矿渣、粉煤灰、硅灰的加入在降低泡沫水泥轻质土的生产成本的同时能降低水化热，有利于提减小泡沫水泥轻质土的收缩率；另外，还可改善泡沫水泥轻质土料浆的流动性，有利于得到均匀的泡沫水泥轻质土。
可选的，所述减水剂选用聚羧酸减水剂、萘系减水剂中的任意一种或几种的组合物。
通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂或萘系减水剂能够减少泡沫水泥轻质土的用水量，能够加快泡沫水泥轻质土的硬化过程。
第二方面，本申请还提供了上述任意一种方法制得的高强度泡沫水泥轻质土，该泡沫水泥轻质土不仅具有较低的干密度，还具有具有较高的抗压强度、较小的干燥收缩值以及较好的抗渗性能。
综上所述，本申请至少包括以下有益效果：
1.本申请可减缓双氧水的发泡速率，减少了泡沫快速逸出时剧烈碰撞而破裂或聚集形成尺寸较大的气泡的问题，气泡的利用率以及稳定性均提高，有利于获得内部气孔较多且较为均匀的泡沫水泥轻质土，从而在获得较低干密度的泡沫轻质土的同时提高泡沫水泥轻质土的抗压性能；
2.在泡沫水泥轻质土养护过程中，铁粉能够消除泡沫水泥轻质土内部残留的氧气，生成体积增大的含氧的铁化合物，有利于降低泡沫水泥轻质土的收缩率，减少泡沫水泥轻质土裂纹的产生；
3.海藻酸钠有利于泡沫水泥轻质土内部封闭型孔体的形成，从而提高泡沫水泥轻质土的抗渗性能。同时，海藻酸钠还可与水泥的水化产物反应生成海藻酸钙，海藻酸钙与含氧的铁化合物共同作用有利于进一步降低泡沫轻质土的收缩率。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
下述实施例中所用的材料，如无特殊说明，均可从商业途径得到。其中，本申请所采用的双氧水的质量分数为27.5％。
实施例
实施例1
一种高强度泡沫水泥轻质土，其制备方法包括以下步骤：
将10kg双氧水、2kg聚乙烯醇200、0.5kg聚羧酸减水剂加入20kg水中均匀混合，得到混合物A；
将220kgP.O 42.5R水泥、60kg粉煤灰加入120kg水中，搅拌均匀后得到预混物，往预混物中加入2kg铁粉，均匀混合得到混合物B；
将0.5kg粘度为500cps的海藻酸钠溶于30kg水中，得到混合物C；
往混合物C中加入混合物B，搅拌均匀，得到混合物D；
将混合物D与混合物A均匀混合得到料浆后，将料浆倒入模具中，养护，得到高强度泡沫轻质土。
实施例2
一种高强度泡沫水泥轻质土，其制备方法包括以下步骤：
将15kg双氧水、4kg聚乙烯醇200、1kg聚羧酸减水剂加入30kg水中混合，得到混合物A；将240kgP.O 42.5R水泥、40kg粉煤灰加入140kg水中，搅拌均匀后得到预混物，往预混物中加入4kg铁粉，均匀混合得到混合物B；
将1.2kg粘度为300cps的海藻酸钠溶于40kg水中，得到混合物C；
往混合物C中加入混合物B，搅拌均匀，得到混合物D；
将混合物D与混合物A均匀混合得到料浆后，将料浆倒入模具中，养护，得到高强度泡沫轻质土。
实施例3
一种高强度泡沫水泥轻质土，与实施例1的区别在于：
预混物中加入了1.5kg丙烯酸酯乳液，丙烯酸酯乳液的粘度为2000mpa.s。
实施例4
一种高强度泡沫水泥轻质土，与实施例1的区别在于：
预混物中加入了1.5kg硅丙乳液，硅丙乳液购于广州淇盛化工，型号为006，含量为50％。
实施例5
一种高强度泡沫水泥轻质土，与实施例4的区别在于：2kg聚乙烯醇200采用等量的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠代替。
实施例6
一种高强度泡沫水泥轻质土，与实施例4的区别在于：2kg聚乙烯醇采用0.3kg脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与1.7kg聚乙烯醇200代替。
实施例7
一种高强度泡沫水泥轻质土，与实施例6的区别在于：
海藻酸钠的粘度为100cps。
对比例
对比例1
一种泡沫水泥轻质土，其制备方法如下：
将220kgP.O 42.5R水泥、60kg粉煤灰、2kg铁粉、0.5kg粘度为500cps的海藻酸钠、10kg双氧水、2kg聚乙烯醇200、0.5kg聚羧酸减水剂与170kg水均匀混合得到料浆后，将料浆倒入模具中，养护，得到泡沫水泥轻质土。
对比例2
一种泡沫水泥轻质土，与实施例1的区别在于：
海藻酸钠采用等量的硅丙乳液代替。
对比例3
一种泡沫水泥轻质土，与实施例1的区别在于：
海藻酸钠的加入量为2kg。
对比例4
一种泡沫水泥轻质土，与实施例1的区别在于：
铁粉采用等量的粉煤灰代替。
性能检测数据
泡沫水泥轻质土的干密度、抗压强度、干燥收缩值与抗渗性参照GB/T 29062-2012《蒸压泡沫混凝土砖和砌块》中的实验方法进行测试；其中，干密度≤1250kg/m3，抗压强度≥3MPa、干燥收缩值≤0.4mm/m、抗渗性≤50mm为满足要求。
表1实施例1-7与对比例1-4中泡沫水泥轻质土的性能数据
Figure BDA0003615340360000051
Figure BDA0003615340360000061
结合本申请实施例1与对比例1可知，制备泡沫水泥轻质土的原料相同、制备方法不同时，得到泡沫水泥轻质土的性质也不相同；其中，水泥、掺合料、铁粉的混合物先与海藻酸钠溶液混合，然后再加入双氧水、稳泡剂、减水剂的水溶液进行制备泡沫水泥轻质土料浆时，最后成型得到的泡沫水泥轻质土不仅具有较低的干密度与干燥收缩值，还具有更高的抗压强度与抗渗性能。
结合本申请实施例1与对比例2并结合表1中的数据可知，采用硅丙乳液代替海藻酸钠时，泡沫水泥轻质土的干密度降低，但泡沫水泥轻质土的抗压性能降低、干燥收缩值增大、抗渗性能减弱。原因可能是海藻酸钠的既能够稳定气泡得到干密度较低的泡沫水泥轻质土，还有利于泡沫水泥轻质土内部封闭型孔体的形成，从而提高泡沫水泥轻质土的抗压性能与抗渗性能。而硅丙乳液的加入虽然可以增强气泡的稳定性，使得泡沫水泥轻质土内形成较多开放型的孔，从而得到干密度较小的泡沫水泥轻质土。但是，开放型的孔不利于抗压性能与抗渗性能的提高，且容易产生干燥收缩。
结合本申请实施例1与对比例3并结合表1中的数据可知，海藻酸钠过量时，泡沫水泥轻质土的干密度增大。原因可能是海藻酸钠过量时，气泡的稳定性受到影响，气泡数量减少，导致泡沫水泥轻质土内部孔的数量减少，从而使得泡沫水泥轻质土的干密度增大。
结合本申请实施例1与对比例4并结合表1中的数据可知，单独的海藻酸钠无法将泡沫水泥轻质土的干燥收缩值降至0.4mm/m以下，且由于过量的海藻酸钠容易导致泡沫水泥轻质土的干密度增大，故当需要得到干燥收缩值低于0.4mm/m的泡沫水泥轻质土时，需同时加入铁粉，铁粉不仅可以将残留在泡沫水泥轻质土中的氧气消耗掉，其产物还可与海藻酸钙共同作用进一步降低泡沫水泥轻质土的干燥收缩值。
结合本申请实施例1与实施例3-4并结合表1中的数据可知，实施例3中加入了丙烯酸酯乳液，实施例4中加入了硅丙乳液，结合表1中的数据可知，硅丙乳液的加入对降低泡沫水泥轻质土的干密度更有利，原因可能是硅丙乳液的稳泡性能更佳。
结合本申请实施例4-6并结合表1中的数据可知，稳泡剂采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与聚乙烯醇两者的混合物时，有利于获得干密度更低的泡沫水泥轻质土。原因可能是同时使用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠与聚乙烯醇时，稳泡性能更佳。
结合本申请实施例6-7并结合表1中的数据可知，海藻酸钠的粘度为100cps时，泡沫水泥轻质土的抗渗性能降低。原因可能是采用粘度为100cps的海藻酸钠时，不利于泡沫水泥轻质土内部形成封闭型孔体。

Claims (7)

1.一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将10-15重量份双氧水、2-4重量份稳泡剂、0.5-1重量份减水剂加入20-30重量份水中均匀混合，得到混合物A；
将220-240重量份水泥、40-60重量份掺和料加入120-140重量份水中，搅拌均匀后得到预混物，往预混物中加入2-4重量份铁粉，均匀混合得到混合物B；所述预混物中还加入了1-2重量份硅丙乳液；
将0.5-1.2重量份粘度为300-500cps的海藻酸钠溶于30-40重量份水中，得到混合物C；
往混合物C中加入混合物B，搅拌均匀，得到混合物D；
将混合物D与混合物A均匀混合得到料浆后，将料浆倒入模具中，养护，得到高强度泡沫轻质土。
2.根据权利要求1所述的一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，其特征在于：所述稳泡剂选用聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的任意一种或两种的组合物。
3.根据权利要求1所述的一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，其特征在于：所述稳泡剂包括聚乙烯醇和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述聚乙烯醇和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的重量比为1：（0.1-0.2）。
4.根据权利要求1所述的一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，其特征在于：所述水泥为P.O 42.5R水泥。
5.根据权利要求1所述的一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，其特征在于：所述掺和料选用矿渣、粉煤灰、硅灰中的任意一种或几种的组合物。
6.根据权利要求1所述的一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法，其特征在于：所述减水剂选用聚羧酸减水剂、萘系减水剂中的任意一种或几种的组合物。
7.一种由权利要求1-6任一项所述的一种高强度泡沫水泥轻质土的制备方法制得的高强度泡沫水泥轻质土。
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海藻酸钠对泡沫混凝土强度的影响;许宁 等;《科学技术与工程》;20190930;第19卷(第25期);第313-317页 *

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