CN114656280B - 高性能泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土技术领域，具体公开了一种高性能泡沫混凝土及其制备方法。该高性能泡沫混凝土包括以下质量份的原料：水泥400～500份、锂渣80～130份、抗开裂剂1～5份、发泡剂2～5份、减水剂4～8份、玻璃纤维5～15份、水190～250份、其他助剂0～5份；抗开裂剂为纤维素/二氧化硅复合凝胶。上述原料混合搅拌后得到的高性能泡沫混凝土具有吸水率低、强度较高、抗开裂性能较为优异的特点，同时本申请中以锂渣作为混凝土原料之一，在节约成本的同时，可以有效消化锂渣废弃资源，契合绿色环保的发展理念。

Description

高性能泡沫混凝土及其制备方法

技术领域

本申请涉及混凝土技术领域，更具体地说，它涉及一种高性能泡沫混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土简称砼，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常以水泥作为胶凝材料，砂、石作集料，并与水按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，广泛应用于土木工程。而泡沫混凝土也属于混凝土的一种，其又被称作发泡混凝土或轻质混凝土，是发泡混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。泡沫混凝土具有轻质、保温隔热、隔音的特点，主要被应用在用于屋面保温找坡、地面保温垫层、上翻梁基坑填充、墙体浇注等节能材料。

泡沫混凝土和普通混凝土都需要较好的抗开裂性能，抗开裂性能是泡沫混凝土耐久稳定的重要影响因素，也是衡量泡沫混凝土的重要指标之一。

发明内容

为了制备一种抗开裂性能较为优异的泡沫混凝土，本申请提供一种高性能泡沫混凝土及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高性能泡沫混凝土，采用如下的技术方案：

一种高性能泡沫混凝土，包括以下质量份的原料：所述泡沫混凝土包括以下质量份的原料：水泥400～500份、锂渣80～150份、抗开裂剂1～5份、发泡剂2～5份、减水剂4～8份、玻璃纤维5～15份、水190～250份、其他助剂0～5份；所述抗开裂剂为纤维素/二氧化硅复合凝胶。

通过采用上述技术方案，以锂渣作为泡沫混凝土的原料之一，在节约成本的同时有助于缓解废弃锂渣而导致的环境污染问题。同时锂渣中存在较多的无定型二氧化硅，能够有效吸附水泥熟料，并与水化后产生的Ca(OH)2生成以水化硅酸钙为主体的水化产物，使水泥的硬化加速进行。同时锂渣的加入可以有效减缓水泥水化热，从而提高混凝土的强度，并对抵抗由温度应力而导致的开裂具有积极意义。同时锂渣的掺入会使混凝土形成微观层次的自紧体系，有助于降低水泥石的有害孔隙，并增加凝胶孔的数量，从而提高泡沫混凝土的抗冻性。

另外，纤维素/二氧化硅复合凝胶在加入混凝土体系后会形成三维网状结构，可以有效提高混凝土体系的强度，并有助于抵抗应力差而导致的开裂情况。同时纤维素/二氧化硅与水泥、锂渣中存在的二氧化硅会进一步相互作用，倾向于在纤维素表面形成较为连续的硅凝胶薄层，使得纤维素/二氧化硅所形成的三维网状结构孔隙变小，并具有较好的疏水性能。该疏水结构可以有效缓解因加入锂渣所导致体系吸水率变高的缺陷，从而在提高混凝土体系强度的同时可以有效降低泡沫混凝土的吸水率，对提高泡沫混凝土的耐久性具有积极意义。

作为优选，所述发泡剂包括以下质量百分比的组分：十二烷基硫酸钠40～50％、0.1～0.3％纳米材料、余量为脂肪醇聚氧乙烯醚。

通过采用上述技术方案，以十二烷基硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚作为发泡剂活性成分，能够起到较好的发泡效果。同时纳米材料在一定程度上可以有效降低活性成分的发泡体积，增长泡沫的半衰期，从而有助于提高泡沫稳定性。另外纳米材料的加入有助于降低泡沫混凝土的吸水率，从而有助于减少因吸水冻融而导致结构受损的情况，使得泡沫混凝土的稳定性较好。

作为优选，所述纳米材料包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的至少一种。

通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米二氧化钛均能够起到较好的稳泡效果，同时对提高泡沫混凝土的稳定性具有积极意义。

作为优选，所述纳米材料为纳米二氧化硅，且所述抗开裂剂的制备原料包括以下质量百分比的组分：微晶纤维素1～3％、正硅酸乙酯1～3％、碱液40～50％、余量为无水乙醇。

通过采用上述技术方案，以碱液作为微晶纤维素的溶剂，无水乙醇作为正硅酸乙酯的溶剂，相互作用反应后得到纤维素/二氧化硅复合凝胶加入混凝土体系后具有较为稳定的三维网状结构，有助于提高混凝土体系的强度，并对抵抗应力差导致的开裂情况具有积极意义。同时选用纳米二氧化硅作为发泡剂中的纳米材料，在混凝土体系中纳米二氧化硅在稳泡的同时还会趋向于排布在纤维素/二氧化硅复合凝胶所形成的三维网状结构上，形成较为连续的硅凝胶薄层，进而在泡沫混凝土中形成疏水结构，有助于进一步降低泡沫混凝土的吸水率，从而有助于减少泡沫混凝土因吸水冻融而导致结构受损的情况，对提高泡沫混凝土的耐久性具有积极意义。

作为优选，所述抗开裂剂的制备方法包括以下步骤：将微晶纤维素溶解在碱液中，得到纤维素溶液；再将正硅酸乙酯溶解在无水乙醇中，得到混合液；然后将纤维素溶液加入混合液中，静置后得到抗开裂剂。

作为优选，所述锂渣为碱激发处理后得到，且所述碱激发处理包括以下步骤：将锂渣加入碱液中，混合搅拌后备用。

通过采用上述技术方案，锂渣在碱液中进行激发处理后可以有效提高锂渣的活性，有助于提高锂渣中硅元素、铝元素和钙元素的析出和扩散效率，从而使得锂渣在混凝土体系中配合水泥产生凝胶相产物的效果较好。

作为优选，所述碱激发处理中，碱液的温度为60℃～100℃。

通过采用上述技术方案，控制碱液的温度为60℃～100℃，有助于提高锂渣碱激发效率。

作为优选，所述碱激发处理中，混合搅拌时间为1～3h。

通过采用上述技术方案，混合搅拌时间为1～3h，既可以充分激发锂渣的活性，同时有助于减少因激发时间过长而导致扩散出的钙与游离的硫酸根重新形成半水石膏的情况，即激发效果较好。

作为优选，所述锂渣的粒径为5～60μm。

通过采用上述技术方案，粒径为5～60μm的锂渣在混凝土体系中的应用效果较好。

第二方面，本申请提供一种高性能泡沫混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种高性能泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

先对发泡剂进行发泡处理，然后混合搅拌发泡处理后的发泡剂、水泥、锂渣、抗开裂剂、减水剂、玻璃纤维、水和其他助剂，制得高性能泡沫混凝土。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请以锂渣作为泡沫混凝土的原料之一，在节约成本的同时可以缓解废弃锂渣所导致的环境污染问题；同时锂渣中富含无定型二氧化硅，在混凝土体系中可以形成凝胶相，有助于提高泡沫混凝土的强度；同时锂渣的加入可以有效减缓水泥水化热，对抵抗由温度应力而导致的开裂具有积极意义。

2、本申请通过纤维素/二氧化硅复合凝胶在泡沫混凝土体系中形成三维网状结构，有助于提高泡沫混凝土的强度，且对提高泡沫混凝土的抗开裂性能具有积极意义；同时纤维素/二氧化硅复合凝胶所形成的三维网状结构对混凝土体系中的二氧化硅具有吸附倾向，并形成具有疏水性的硅凝胶薄层，从而在一定程度上对因加入锂渣而导致泡沫混凝土吸水率升高的缺陷具有克服意义，进而有助于减少泡沫混凝土因吸水冻融而导致结构受损的情况。

3、本申请中通过将锂渣预先浸泡在碱液中，对锂渣的活性进行激发，有助于提高锂渣中凝胶相活性成分的析出和扩散效率，对锂渣在泡沫混凝土中的应用效果具有积极意义。

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，本申请涉及的原料均可通过市售获得。

实施例

实施例1～5

以下以实施例1为例进行说明。

实施例1

一种高性能泡沫混凝土，包括以下质量的原料：水泥440kg、锂渣120kg、抗开裂剂3kg、发泡剂4kg、减水剂6kg、玻璃纤维7kg、水230kg、其他助剂0kg；

其中水泥为PII52.5水泥；

锂渣的粒径为5～60μm，且锂渣为碱激发处理后得到，具体处理方式为：将锂渣加入摩尔浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液中，氢氧化钠溶液的温度为70℃，锂渣与强氧化钠溶液的质量体积比为1:100，混合搅2h后备用；

抗开裂剂为纤维素/二氧化硅复合凝胶，其包括以下质量百分比的组分：微晶纤维素3％、正硅酸乙酯3％、摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液、45％、无水乙醇49％；且抗开裂剂具体的制备方法为：在-10℃的温度下，将微晶纤维素溶解在氢氧化钠溶液中，得到纤维素溶液；然后再将纤维素溶液水浴加热至70℃，静置12h，得到纤维素水凝胶备用；再将正硅酸乙酯溶解在无水乙醇中，得到混合液；然后将纤维素水凝胶加入混合液中，水浴加热至50℃，静置12h后得到抗开裂剂；

发泡剂包括以下质量百分比的组分：十二烷基硫酸钠40％、纳米材料0.2％、脂肪醇聚氧乙烯醚59.8％，且纳米材料为疏水性纳米二氧化硅；

减水剂为聚羧酸减水剂；

玻璃纤维的长度在5～10mm之间，长径比为150～200；

其他助剂可以是促凝剂、缓凝剂、增稠剂等助剂，本实施例中未添加其他助剂。

该高性能泡沫混凝土的制备方法包括以下步骤：

S1预混：混合搅拌水泥、锂渣、抗开裂剂、减水剂、玻璃纤维和水，得到浆料备用；

S2发泡制成品：在水中加入发泡剂进行发泡处理，得到发泡泡沫，然后将发泡泡沫加入浆料中混合搅拌，浇筑养护后得到泡沫混凝土。

如表1所示,实施例1～5的区别之处主要在于原料配比不同。

表1泡沫混凝土原料配比表

实施例6

本实施例与实施例1的区别之处在于，不对锂渣进行碱激发处理。

实施例7

本实施例与实施例1的区别之处在于，锂渣碱激发处理过程中，氢氧化钠溶液的温度为100℃。

实施例8

本实施例与实施例1的区别之处在于，锂渣碱激发处理过程中，氢氧化钠溶液的温度为30℃。

实施例9

本实施例与实施例1的区别之处在于，锂渣碱激发处理过程中，混合搅拌时间为1h。

实施例10

本实施例与实施例1的区别之处在于，锂渣碱激发处理过程中，混合搅拌时间为3h。

实施例11

本实施例与实施例1的区别之处在于，锂渣碱激发处理过程中，混合搅拌时间为5h。

实施例12

本实施例与实施例1的区别之处在于，发泡剂包括以下质量百分比的组分：十二烷基硫酸钠40％、脂肪醇聚氧乙烯醚60％。

实施例13

本实施例与实施例1的区别之处在于，发泡剂包括以下质量百分比的组分：十二烷基硫酸钠99.8％、0.2％纳米材料。

实施例14

本实施例与实施例1的区别之处在于，发泡剂包括以下质量百分比的组分：脂肪醇聚氧乙烯醚99.8％、0.2％纳米材料。

实施例15

本实施例与实施例1的区别之处在于，纳米材料为纳米碳酸钙。

对比例

对比例1

本对比例与实施例1的区别之处在于，不添加抗开裂剂，余量用水补足。

对比例2

本对比例与实施例1的区别之处在于，用等量的矿渣替换锂渣，且矿渣预先在同条件下进行碱激发处理。

对比例3

一种泡沫混凝土，包括以下质量的原料：水泥650kg、粉煤灰250kg、皂角苷型发泡剂50kg、α-烯基磺酸钠50kg、减水剂10kg、水300kg；

其中水泥为PII52.5水泥；

粉煤灰为二级粉煤灰；

减水剂为聚羧酸减水剂。

该泡沫混凝土的制备方法为：预先将皂角苷型发泡剂和α-烯基磺酸钠在水中进行发泡处理，然后再将泡沫加入水泥、粉煤灰、减水剂和水混合得到的浆料中，混合搅拌后进行浇筑，养护后得到泡沫混凝土。

性能检测试验方法

抗开裂试验：参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的相关试验方法对实施例1～15和对比例1～3中的泡沫混凝土进行试验，并采用刀口约束诱导法来评定混凝土的早期抗开裂性能，使用钢直尺和100倍带光源读数显微镜对裂缝数据进行统计，显微镜精度为0.02mm，并观测裂缝的发展情况。每组试件为2个，尺寸均为800mm*600mm*100mm。同时参照JGJ/T 193-2009《混凝土耐久性检验评定标准》中以单位面积上的总开裂面积作为划分抗裂等级的依据。

抗压强度试验：参照GB/T 11969-2008《蒸压加气混凝土性能测试方法》中抗压强度的试验方法对实施例1～15和对比例1～3中的泡沫混凝土进行试验。

吸水率试验：参照GB/T 11969-2008《蒸压加气混凝土性能测试方法》中关于吸水率的试验方法对实施例1～15和对比例1～3中的泡沫混凝土进行试验。

抗冻试验：参照GB/T 11969-2008《蒸压加气混凝土性能测试方法》中的抗冻试验方法对实施例1～15和对比例1～3中的泡沫混凝土进行试验。

表2试验数据表

通过表2中各实施例和对比例的检测数据，并结合实施例1～5和对比例3的检测结果来看，本申请中的泡沫混凝土具有抗压强度高、吸水率低、抗开裂性能优异和抗冻性能优异的特点，是较为理想的泡沫混凝土，实用效果较好。

结合实施例1和实施例6的检测结果来看，预先对锂渣进行碱激发处理可以有效锂渣的活性，即锂渣中有利于改善泡沫混凝土性能的活性成分扩散效果较好。

结合实施例1和实施例9～11的检测结果来看，锂渣与氢氧化钠溶液混合时间在1～3h内激发效果较好，且在5h的时候泡沫混凝土的各方面性能有较为明显的下降趋势，可能是因为随着活性成分扩散量达到最高峰后，未形成凝胶相的钙元素与游离的硫酸根重新形成半水石膏等物质，进而对泡沫混凝土体系造成消极影响。

结合实施例1和实施例12～15的检测结果来看，从检测结果中的抗冻性能上可以看出发泡剂中以十二烷基硫酸钠、纳米材料和脂肪醇聚氧乙烯醚复配使用，有助于提高发泡效果，使得泡沫混凝土的孔隙结构较为稳定。同时纳米材料中选用疏水性纳米二氧化硅相较于纳米碳酸钙泡沫混凝土的吸水率明显降低，说明疏水性纳米二氧化硅与抗开裂剂所形成的三维网状结构存在一定的协同关系，即疏水性纳米二氧化硅倾向于在三维网状结构上形成较为连续的疏水结构，从而使得泡沫混凝土的吸水率降低，进而改善抗冻性能。

结合实施例1和对比例1的检测结果来看，抗开裂剂的加入对泡沫混凝土抗压强度、吸水率、抗开裂性能和抗冻性能均有明显的积极意义。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述泡沫混凝土包括以下质量份的原料：水泥400～500份、锂渣80～150份、抗开裂剂1～5份、发泡剂2～5份、减水剂4～8份、玻璃纤维5～15份、水190～250份、其他助剂0～5份；所述抗开裂剂为纤维素/二氧化硅复合凝胶；

所述发泡剂包括以下质量百分比的组分：十二烷基硫酸钠40～50%、0.1～0.3%纳米材料、余量为脂肪醇聚氧乙烯醚；

所述纳米材料为纳米二氧化硅，且所述抗开裂剂的制备原料包括以下质量百分比的组分：微晶纤维素1～3%、正硅酸乙酯1～3%、碱液40～50%、余量为无水乙醇。

2.根据权利要求1所述的高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述抗开裂剂的制备方法包括以下步骤：将微晶纤维素溶解在碱液中，得到纤维素溶液；再将正硅酸乙酯溶解在无水乙醇中，得到混合液；然后将纤维素溶液加入混合液中，静置后得到抗开裂剂。

3.根据权利要求1所述的高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述锂渣为碱激发处理后得到，且所述碱激发处理包括以下步骤：将锂渣加入碱液中，混合搅拌后备用。

4.根据权利要求3所述的高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述碱激发处理中，碱液的温度为60℃～100℃。

5.根据权利要求4所述的高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述碱激发处理中，混合搅拌时间为1～3h。

6.根据权利要求1所述的高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述锂渣的粒径为5～60μm。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的高性能泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

先对发泡剂进行发泡处理，然后混合搅拌发泡处理后的发泡剂、水泥、锂渣、抗开裂剂、减水剂、玻璃纤维、水和其他助剂，制得高性能泡沫混凝土。