CN115073084A - 一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了建筑施工材料技术领域的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，所述轻质发泡水泥包括：水泥：100～200份；早强剂：0.1～0.5份；粉煤灰：80～150份；聚氨酯树脂乳液：10～30份；木质纤维：0.1～0.5份；减水剂：0.1～2.0份；发泡剂：0.5～1.5份；三聚磷酸钠：0.05～0.3份；磷钛复合石膏：3～8份；氢氧化钠：3～10份；本发明通过引入非异氰酸酯聚氨酯固化剂高分子有机材料并加入纳米氧化锆掺杂改性，实现了在使用绿色环保无毒性材料的前提下提高了抗压强度；通过加入三聚磷酸钠、磷钛复合石膏等无机材料，进一步提升了轻质发泡水泥的抗压强度、保塌时间，降低了导热系数进而更好的实现了阻热抗震和保温的性能，为大规模生产绿色环保的轻质发泡水泥提供了应用价值。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工材料技术领域，具体是指一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法。
背景技术
建筑施工材料最早使用的是石材、木材和泥土，后期发展为石灰、砖瓦等，再到后来是钢筋混凝土，还发展了各种新型的墙体无机材料等，而随着我国提出的建设资源节约型社会的要求和国家节能降耗政策的相继出台，绿色环保型建筑施工材料成为了新型建材的发展方向。
据统计，我国的建筑物采暖能耗为发达国家的3倍，在建筑物上增加保温层是建筑节能的重要措施，无机保温材料-发泡水泥具有轻质、不燃、保温、隔热，并且与建筑物同寿命等特点，应用前景良好，因此目前对于轻质发泡水泥的制备中如何提高发泡水泥的性能成为未来研究的热点，而现有技术存在以下问题：
A：制备轻质发泡水泥的工艺与发达国家相比起步较晚，所以目前我国更多关注于轻质发泡水泥工艺如何高效的制备，然而缺失了对材料的环保绿色低毒性的关注；
B：现有技术能够高效的制备出轻质发泡水泥，然而轻质发泡水泥的抗压强度很低，使用受到局限性，亟待完善提高轻质发泡水泥的性能；
C：对于轻质发泡水泥的性能主要是存在两大问题：抗压强度较低和导热系数较高；
D：目前一些现有技术对轻质发泡水泥的改良虽然可以提高抗压强度，然而导热系数也随之提高，因此无法实现既要抗压强度高又能使导热系数降低。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，为了解决现有轻质发泡水泥毒性高、污染环境、抗压强度低下的问题，本发明通过引入非异氰酸酯聚氨酯固化剂高分子有机材料，实现了轻质发泡水泥绿色环保无毒的技术效果；同时，本发明创造性的使用纳米氧化锆材料掺杂改性，纳米氧化锆具有很高的火山灰活性，与非异氰酸酯聚氨酯固化剂高分子有机材料配合后使得轻质发泡水泥结构呈现整体化，大幅度的提高了轻质发泡水泥的抗压强度；本发明中使用的磷钛复合石膏材料，使轻质发泡水泥在高抗压强度的前提下降低了自身的导热系数，实现了更好的阻燃阻热和保温性能，同时磷钛复合石膏材料既可实现社会资源化利用、解决固废排放物处理难的问题，又可以降低轻质发泡水泥的生产成本；此外，为了解决现有技术生产的轻质发泡水泥保塌时间短的问题，本发明通过使用三聚磷酸钠，实现了延长保塌时间、易于凝结的效果，为大规模生产绿色环保的轻质发泡水泥提供了应用价值，且轻质发泡水泥的使用方法简单可操作，有利提高施工效率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提供了一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，所述轻质发泡水泥包括下述重量份配比的原料：
水泥：100～200份；
早强剂：0.1～0.5份；
粉煤灰：80～150份；
聚氨酯树脂乳液：10～30份；
木质纤维：0.1～0.5份；
减水剂：0.1～2.0份；
发泡剂：0.5～1.5份；
三聚磷酸钠：0.05～0.3份；
磷钛复合石膏：3～8份；
氢氧化钠：3～10份；
水：100～140份。
优选地，所述轻质发泡水泥包括下述重量份配比的原料：
水泥：140～160份；
早强剂：0.2～0.4份；
粉煤灰：90～110份；
聚氨酯树脂乳液：20～30份；
木质纤维：0.2～0.4份；
减水剂：0.2～1.5份；
发泡剂：0.8～1.2份；
三聚磷酸钠：0.05～0.2份；
磷钛复合石膏：3～5.5份；
氢氧化钠：3.5～6.5份；
水：110～130份。
进一步地，所述聚氨酯树脂乳液包括下述重量份配比的原料：
氧化锆：10～20份；
双酚A型环氧树脂：30～60份；
非异氰酸酯聚氨酯固化剂：100～150份；
助溶剂：2～10份。
作为本发明优选地，所述助溶剂为有机酸及其钠盐、酰胺类化合物中的一种，所述聚氨酯树脂乳液是一种掺杂改性高分子材料，实现了环保绿色无毒性，增强了抗压强度。
进一步地，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中的一种，所述早强剂为强电解质无机盐类、水溶性有机物类、有机类和无机物复合的复合早强剂中的一种，所述早强剂是一种提高早期强度减少断裂的改性剂，所述减水剂为苯系减水剂或者聚羧酸减水剂中的一种，所述苯系减水剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、奈和奈系的同系磺化物和胺基磺酸盐中的一种或两种，所述聚羧酸减水剂为醚类和脂类中的一种，所述发泡剂为动物复合泡沫剂和植物改性泡沫剂呈1:1组合泡沫剂，所述三聚磷酸钠为高温型Ⅰ型和低温型Ⅱ型的混合物中的一种，所述三聚磷酸钠是一种提高保塌时间的缓凝剂，所述磷钛复合石膏为磷石膏和钛石膏呈1:1复合石膏。
本发明还提出了一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥的使用方法，包括如下步骤：
步骤一：使用工具铲平基层表面突出的混凝土渣；
步骤二：在所述基层表面洒水浸润，利于基层表面与找平层结合；
步骤三：将所述轻质发泡水泥放入机械搅拌机充分搅拌，温度为100 ℃，电机转速为2500 r/min，启动发泡机进行发泡50 min后再次放入机械搅拌机，混合充分，静置30 min即可；
步骤四：铺设轻质发泡水泥并且使用长木杠搓平，使轻质发泡水泥与基层紧密结合；
步骤五：在轻质发泡水泥凝结初期和轻质发泡水泥终凝前期进行压光处理；
步骤六：在步骤五进行压光处理35 天后，用锯末覆盖基层并进行洒水养护，养护时间为7-10天。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：
（1）本发明提出了一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，为了解决现有轻质发泡水泥毒性高、污染环境、抗压强度低下的问题，本发明通过引入非异氰酸酯聚氨酯固化剂高分子有机材料，实现了轻质发泡水泥绿色环保无毒的技术效果；同时，本发明创造性的使用纳米氧化锆材料掺杂改性，纳米氧化锆具有很高的火山灰活性，与非异氰酸酯聚氨酯固化剂高分子有机材料配合后使得轻质发泡水泥结构呈现整体化，大幅度的提高了轻质发泡水泥的抗压强度；
（2）在制备轻质发泡水泥过程中添加了氢氧化钠使其呈弱碱性，加入磷钛复合石膏可以中和酸碱平衡，缓解固化过程中的不良反应，同时，磷钛复合石膏的使用满足了社会资源化利用，解决了固废排放物的问题，降低了水泥的生产成本，并按比例添加粉煤灰、木质纤维、聚氨酯树脂乳液，从而使轻质发泡水泥在固化反应时会形成紧密的三维空间结构，实现轻质发泡水泥在提高了抗压强度下降低了导热系数，使其具有更好的阻燃阻热和保温性能；
（3）轻质发泡水泥通过加入三聚磷酸钠，抑制了减水剂中坍落度损失的问题，为大规模生产绿色环保的轻质发泡水泥提供了应用价值；
（4）环境友好型高性能轻质发泡水泥制备体系成熟，处理方法操作简单，使施工工作效率大幅提高。
附图说明
图1为本发明提出的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥的使用方法流程图；
图2为本发明中实施例1制备的轻质发泡水泥的扫描电镜图；
图3为本发明中实施例2制备的轻质发泡水泥的扫描电镜图；
图4为本发明中实施例3制备的轻质发泡水泥的扫描电镜图；
图5为本发明中实施例4制备的轻质发泡水泥的扫描电镜图；
图6为本发明中实施例5制备的轻质发泡水泥的扫描电镜图；
图7为本发明中对比例1制备的轻质发泡水泥的扫描电镜图；
图8为本发明中对比例2制备的轻质发泡水泥的扫描电镜图；
图9为本发明中对比例3制备的轻质发泡水泥的扫描电镜图。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。
实施例1
一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，该轻质发泡水泥材料组成为：
水泥：150份；
早强剂：0.3份；
粉煤灰：90份；
聚氨酯树脂乳液：20份；
木质纤维：0.4份；
减水剂：0.2份；
发泡剂：1份；
三聚磷酸钠：0.05份；
磷钛复合石膏：3份；
氢氧化钠：3.5份；
水：120份。
其中，水泥为硅酸盐水泥，早强剂为甲酸钙早强剂，减水剂为木质素磺酸钙，发泡剂为动物复合泡沫剂和植物改性泡沫剂呈1:1组合泡沫剂，三聚磷酸钠为高温型Ⅰ型和低温型Ⅱ型的混合物，磷钛复合石膏为磷石膏和钛石膏呈1:1复合石膏。
聚氨酯树脂乳液的组成为：
氧化锆：10份；
双酚A型环氧树脂：30份；
非异氰酸酯聚氨酯固化剂：100份；
尿素：5份。
将各组分进行充分混合后即可制备得到轻质发泡水泥。
如图1所示，本发明还提出了一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥的使用方法，包括如下步骤：
步骤一：使用工具铲平基层表面突出的混凝土渣；
步骤二：在基层表面洒水浸润，利于基层表面与找平层结合；
步骤三：将轻质发泡水泥放入机械搅拌机充分搅拌，温度为100 ℃，电机转速为2500 r/min，启动发泡机进行发泡50 min后再次放入机械搅拌机，混合充分，静置30 min即可；
步骤四：铺设轻质发泡水泥并且使用长木杠搓平，使轻质发泡水泥与基层紧密结合；
步骤五：在轻质发泡水泥凝结初期和轻质发泡水泥终凝前期进行压光处理；
步骤六：在步骤五进行压光处理35 天后，用锯末覆盖基层并进行洒水养护，养护时间为7-10天。
实施例2
一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，该轻质发泡水泥材料组成为：
水泥：150份；
早强剂：0.3份；
粉煤灰：95份；
聚氨酯树脂乳液：22份；
木质纤维：0.4份；
减水剂：0.4份；
发泡剂：1份；
三聚磷酸钠：0.1份；
磷钛复合石膏：3.5份；
氢氧化钠：4份；
水：120份。
其中，水泥为硅酸盐水泥，早强剂为甲酸钙早强剂，减水剂为木质素磺酸钙，发泡剂为动物复合泡沫剂和植物改性泡沫剂呈1:1组合泡沫剂，三聚磷酸钠为高温型Ⅰ型和低温型Ⅱ型的混合物，磷钛复合石膏为磷石膏和钛石膏呈1:1复合石膏。
聚氨酯树脂乳液的组成为：
氧化锆：12份；
双酚A型环氧树脂：40份；
非异氰酸酯聚氨酯固化剂：110份；
尿素：5份。
实施例3
一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，该轻质发泡水泥材料组成为：
水泥：150份；
早强剂：0.3份；
粉煤灰：100份；
聚氨酯树脂乳液：24份；
木质纤维：0.4份；
减水剂：0.7份；
发泡剂：1份；
三聚磷酸钠：0.15份；
磷钛复合石膏：4份；
氢氧化钠：4.5份；
水：120份。
其中，水泥为硅酸盐水泥，早强剂为甲酸钙早强剂，减水剂为木质素磺酸钙，发泡剂为动物复合泡沫剂和植物改性泡沫剂呈1:1组合泡沫剂，三聚磷酸钠为高温型Ⅰ型和低温型Ⅱ型的混合物，磷钛复合石膏为磷石膏和钛石膏呈1:1复合石膏。
聚氨酯树脂乳液的组成为：
氧化锆：14份；
双酚A型环氧树脂：50份；
非异氰酸酯聚氨酯固化剂：120份；
尿素：5份。
实施例4
一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，该轻质发泡水泥材料组成为：
水泥：150份；
早强剂：0.3份；
粉煤灰：105份；
聚氨酯树脂乳液：27份；
木质纤维：0.4份；
减水剂：1份；
发泡剂：1份；
三聚磷酸钠：0.2份；
磷钛复合石膏：5份；
氢氧化钠：5.5份；
水：120份。
其中，水泥为硅酸盐水泥，早强剂为甲酸钙早强剂，减水剂为木质素磺酸钙，发泡剂为动物复合泡沫剂和植物改性泡沫剂呈1:1组合泡沫剂，三聚磷酸钠为高温型Ⅰ型和低温型Ⅱ型的混合物，磷钛复合石膏为磷石膏和钛石膏呈1:1复合石膏。
聚氨酯树脂乳液的组成为：
氧化锆：17份；
双酚A型环氧树脂：60份；
非异氰酸酯聚氨酯固化剂：135份；
尿素：5份。
实施例5
一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，该轻质发泡水泥材料组成为：
水泥：150份；
早强剂：0.3份；
粉煤灰：110份；
聚氨酯树脂乳液：30份；
木质纤维：0.4份；
减水剂：1.5份；
发泡剂：1份；
三聚磷酸钠：0.2份；
磷钛复合石膏：5.5份；
氢氧化钠：6份；
水：120份。
其中，水泥为硅酸盐水泥，早强剂为甲酸钙早强剂，减水剂为木质素磺酸钙，发泡剂为动物复合泡沫剂和植物改性泡沫剂呈1:1组合泡沫剂，三聚磷酸钠为高温型Ⅰ型和低温型Ⅱ型的混合物，磷钛复合石膏为磷石膏和钛石膏呈1:1复合石膏。
聚氨酯树脂乳液的组成为：
氧化锆：20份；
双酚A型环氧树脂：60份；
非异氰酸酯聚氨酯固化剂：150份；
尿素：5份。
对比例1
本对比例提供一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，其与实施例1的区别仅在于组分中不包含氧化锆、三聚磷酸钠、磷钛复合石膏，将氧化锆、三聚磷酸钠、磷钛复合石膏的减少量分摊至非异氰酸酯聚氨酯固化剂、减水剂中，且非异氰酸酯聚氨酯固化剂、减水剂的配比不变，其余组分、组分含量与实施例1相同，制备方法参照实施例1。
对比例2
本对比例提供一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，其与实施例1的区别仅在于组分中不包含氧化锆，将氧化锆的减少量分摊至非异氰酸酯聚氨酯固化剂，并保证非异氰酸酯聚氨酯固化剂的配比不变，其余组分、组分含量与实施例1相同，制备方法参照实施例1。
对比例3
本对比例提供一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥及其使用方法，其与实施例1的区别仅在于组分中不包含三聚磷酸钠、磷钛复合石膏，将三聚磷酸钠、磷钛复合石膏的减少量分摊至减水剂中，并保证减水剂的配比不变，其余组分、组分含量与实施例1相同，制备方法参照实施例1。
性能测试
参照JG/T266-2011《泡沫混凝土》、GB/T5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》的标准，测试干密度、抗压强度、导热系数和吸水率，每组样品测定3个试件。
表1 一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥的性能
如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和表1所示，本发明实施例中环境友好型高性能轻质发泡水泥的抗压强度、吸水率显著高于对比例，干密度、导热系数显著低于对比例，说明本发明的环境友好型高性能轻质发泡水泥，绿色环保无毒性，且具有高的抗压强度、低的导热系数、保温隔热以及使用寿命长等优良性能，实现低成本大规模生产。
采用本发明提供的发泡水泥材料的制备方法，抗压强度在2.00-6.23 Mpa范围内，导热系数在0.034-0.08 W/m*k范围内，其中，实施例4的抗压强度和导热系数最优，抗压强度达到6.23 Mpa，导热系数达到0.034 W/m*k，由此可知引入的材料需在一定的数量内，加入过多或者过少都会对性能产生影响；而对比例1、对比例2和对比例3的性能都比较差，没有明显差别，因此考虑轻质发泡水泥的综合性能影响。
与现有技术中的轻质发泡水泥相比，本发明的轻质发泡水泥在实现了绿色环保无毒的条件下，抗压强度显著提升、导热系数显著降低，从而加强了保温隔热、质轻抗震的效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的应用并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于，所述轻质发泡水泥由下述重量份配比的原料制成：
水泥：100～200份；
早强剂：0.1～0.5份；
粉煤灰：80～150份；
聚氨酯树脂乳液：10～30份；
木质纤维：0.1～0.5份；
减水剂：0.1～2.0份；
发泡剂：0.5～1.5份；
三聚磷酸钠：0.05～0.3份；
磷钛复合石膏：3～8份；
氢氧化钠：3～10份；
水：100～140份。
2.根据权利要求1所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于，所述轻质发泡水泥由下述重量份配比的原料制成：
水泥：140～160份；
早强剂：0.2～0.4份；
粉煤灰：90～110份；
聚氨酯树脂乳液：20～30份；
木质纤维：0.2～0.4份；
减水剂：0.2～1.5份；
发泡剂：0.8～1.2份；
三聚磷酸钠：0.05～0.2份；
磷钛复合石膏：3～5.5份；
氢氧化钠：3.5～6份；
水：110～130份。
3.根据权利要求2所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于，所述聚氨酯树脂乳液包括下述重量份配比的成分：
氧化锆：10～20份；
双酚A型环氧树脂：30～60份；
非异氰酸酯聚氨酯固化剂：100～150份；
助溶剂：2～10份。
4.一种根据权利要求3所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于：所述助溶剂为有机酸及其钠盐、酰胺类化合物中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中的一种。
6.根据权利要求5所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于：所述早强剂为强电解质无机盐类、水溶性有机物类、有机类和无机物复合的复合早强剂中的一种。
7.根据权利要求6所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于：所述减水剂为苯系减水剂或者聚羧酸减水剂中的一种，所述苯系减水剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、奈和奈系的同系磺化物和胺基磺酸盐中的一种或两种，所述聚羧酸减水剂为醚类和脂类中的一种。
8.根据权利要求7所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于：所述发泡剂为动物复合泡沫剂和植物改性泡沫剂呈1:1组合制备。
9.根据权利要求8所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥，其特征在于：所述磷钛复合石膏为磷石膏和钛石膏呈1:1复合石膏。
10.根据权利要求1所述的一种环境友好型高性能的轻质发泡水泥的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：使用工具铲平基层表面突出的混凝土渣；
步骤二：在所述基层表面洒水浸润，利于基层表面与找平层结合；
步骤三：将所述轻质发泡水泥放入机械搅拌机充分搅拌，温度为100 ℃，电机转速为2500 r/min，启动发泡机进行发泡50 min后再次放入机械搅拌机，混合充分，静置30 min即可；
步骤四：铺设轻质发泡水泥并且使用长木杠搓平，使轻质发泡水泥与基层紧密结合；
步骤五：在轻质发泡水泥凝结初期和轻质发泡水泥终凝前期进行压光处理；
步骤六：在步骤五进行压光处理35 天后，用锯末覆盖基层并进行洒水养护，养护时间为7-10天。
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