CN115124369A - 用于建筑外挂墙板的sbr聚合物泡沫纤维混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土及其制备方法，用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土包括混凝土构件，所述混凝土构件所使用混凝土为泡沫混凝土，所述混凝土构件内均匀分布有SBR聚合物和PVA纤维。本发明还提供了一种加入了SBR聚合物泡沫纤维的高性能混凝土结构的制备方法；设计SBR聚合物泡沫纤维混凝土配合比；制作SBR聚合物泡沫纤维混凝土；本发明能有效提高泡沫混凝土结构的力学性能和抗渗性，从而提高混凝土的结构的安全性、耐久性和经济性。

Description

用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土及其制备 方法
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，具体涉及用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土及其制备方法。
背景技术
近年来，随国家经济发展及人民群众生活水平提升，建筑物使用能耗不断攀升(江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通空调,2005,35(5):30-40.)。在绿色建筑的发展中，与现浇墙板相比有着更高施工效率与资源利用率的建筑外挂墙板是极其重要的一环(黄清春,杨瀚钦,吴浩根.预制装配式建筑外挂墙板施工技术研究[J].中国住宅设施,2021,(09):120-121.)。与传统的建筑模式相比，由于生产制造过程均在工厂内完成，预制外挂墙板能有效解决现场施工中环境污染、施工周期长和依赖工人技术等问题，具有模块化、高效化的优点(徐磊.轻骨料混凝土预制墙板的研制及其性能研究[D].哈尔滨工业大学,2010.)。但现有外挂墙板产品受混凝土自重限制，始终难以广泛应用于建筑建设中。
当前使用的单一材料外挂墙板根据板质材料的不同分为纤维水泥板、纤维混凝土板和泡沫混凝土板等。鲍立毅等人通过对不同材质的外墙墙体的主要参数进行分析，发现泡沫混凝土板的轻质保温的优点尤为突出(鲍立毅,耿飞,韩素娟,史喜珍,李基伟.预制装配式建筑外墙墙体研究现状[J].建筑节能,2019,47(01):107-112.)。泡沫混凝土以其轻质的特点，能大幅降低外挂墙板大自重对运输、施工的限制，具有良好的工程应用性；其优异的保温性能可降低建筑的使用能耗，提高能源利用率，更好地满足新时期建筑节能的要求(李猛,黄寅生,张少波,吴建生.泡沫混凝土的研究进展及展望[J].材料导报,2016,30(S1):402-405.)，有着突出的社会价值和环保效益。总而言之，泡沫混凝土材料在充当建筑外挂墙板材料方面，有着巨大的发展潜力。
然而，现有泡沫混凝土材料在抗渗能力及自身力学性能上存在的一定局限性。雷东移等总结泡沫混凝土特性、生产工艺与国内外研究现状指出：泡沫混凝土由于孔隙率大,强度下降明显，在降低其容重的同时使其强度损失最小的问题亟待解决；且由于泡沫混凝土不含粗骨料、干燥收缩量大，在外界荷载、温度、湿度等环境因素的影响下较普通混凝土更易出现微裂缝，影响泡沫混凝土承载能力、抗渗能力等工作性能；此外，泡沫混凝土的吸水率大，抗渗性较差，对混凝土的耐久性产生不利的影响(雷东移,郭丽萍,刘加平,缪昌文,孙伟.泡沫混凝土的研究与应用现状[J].功能材料,2017,48(11):11037-11042+11053.)，影响了其在建筑外挂墙板材料方面的推广与应用。因此，通过材料优化的方式，在保证泡沫混凝土轻质、保温的优良特性前提下提升泡沫混凝土的抗渗能力与力学性能，在泡沫混凝土于建筑外挂墙板材料方面的应用尤为重要，对绿色建筑的发展有着重要意义。
发明内容
针对现有技术中泡沫混凝土抗渗性弱、抗压强度与抗折强度较低的问题，本发明的目的是提供用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
本发明提供用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土，包括混凝土构件，所述混凝土构件所使用的混凝土为泡沫混凝土，所述混凝土构件内加入了SBR聚合物和PVA纤维。
本发明还提供用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)设计SBR聚合物泡沫纤维混凝土配合比，确定SBR聚合物和PVA纤维的掺量；
(2)制备SBR聚合物纤维混凝土：
配置纤维混凝土浆料：将PVA纤维撕碎分离加入到水泥中，并不断搅拌使所述PVA纤维在水泥中均匀分布，得到PVA纤维和水泥的均匀混合物，向PVA纤维和水泥的均匀混合物中加入SBR聚合物，搅拌后再投入水和减水剂搅拌，最后加入水、保水剂和促凝剂搅拌，得到SBR聚合物纤维混凝土料浆；
(3)制备泡沫；
计量发泡：将发泡剂稀释，打开发泡机水泵，待发泡剂吸入发泡机后打开发泡机气泵，待泡沫稳定后量取泡沫；
(4)将泡沫均匀地掺入SBR聚合物纤维混凝土中；
混合搅拌：将泡沫与SBR聚合物纤维混凝土浆料搅拌得到SBR聚合物泡沫纤维混凝土浆体；
(5)浇筑混凝土构件上的混凝土，并养护成型。
混凝土装模：在模具中涂刷均匀隔离剂，将SBR聚合物泡沫纤维混凝土浆体倒入模具中，刮去多余的混凝土，混凝土静置后脱模，养护后即得SBR聚合物泡沫纤维混凝土。
进一步地，步骤(2)中，所述保水剂为甲基纤维素，甲氧基含量为25％-33％。
进一步地，步骤(2)中，所述促凝剂为无水氯化钙，为白色颗粒或熔融块状，CaCl2含量≥96.0％。
进一步地，所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥用量783-791份，水用量336-339份，减水剂用量占水泥质量的0.2％-0.5％，保水剂用量占水泥质量的0.05％-0.06％，促凝剂用量占水泥质量的1％-2％，SBR聚合物掺量占水泥质量的5％-6％，所述PVA(聚乙烯醇)纤维掺量与试件体积的比为1.0kg/m3-1.1kg/m3。
进一步地，步骤(2)中所述水泥为粤秀牌P.O42.5R硅酸盐水泥。
进一步地，步骤(2)中所述PVA纤维为高强高弹PVA短纤维，抗拉强度为1600MPa，弹性模量为35GPa，直径为14μm，长度为12～15mm。
进一步地，步骤(2)中所述SBR聚合物为丁苯胶乳，为乳白色蓝光液体，PH值为6～7，固含量为50％±1％，粘度为1000～1200CPS。
进一步地，步骤(2)中所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水倍数为30％。
进一步地，步骤(2)中加入保水剂和促凝剂后搅拌7min-7.5min。
进一步地，步骤(3)所述发泡剂为动物蛋白发泡剂，密度为1100kg/m^3，发泡稀释倍数为45倍。
进一步地，步骤(5)所述静置的时间为23h-25h。
进一步地，骤(5)所述养护的温度为15-25℃；养护的湿度≥95％；养护的时间为27天-29 天。
进一步地，用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：配置纤维混凝土浆料：先量取水泥放入搅拌桶中，将所述PVA纤维撕碎分离、少量多次地加入到水泥中，并不断搅拌使所述PVA纤维在水泥中均匀分布。将所述SBR聚合物放入搅拌桶中，搅拌1min后再投入2/3的用水量和减水剂搅拌1min，然后加入剩余水量、保水剂和促凝剂搅拌7min，SBR聚合物纤维混凝土料浆应充分搅匀，不应有粉体料硬块与缠绕打结的纤维团块。
步骤(2)：计量发泡：将动物发泡剂稀释45倍，打开发泡机水泵，待发泡剂吸入发泡机后打开发泡机气泵，待泡沫稳定后量取7.3L的泡沫。
步骤(3)：混合搅拌：将7.3L泡沫加入混合搅拌机中搅拌，搅拌时间为1min。
步骤(4)混凝土装模：在模具中涂刷均匀隔离剂，将泡沫混凝土浆体倒入模具中，刮去多余的混凝土。
步骤(5)：混凝土脱模养护：混凝土静置24小时后脱模，并在温度20±5℃、湿度≥95％的环境中养护28天，所得即为SBR聚合物泡沫纤维混凝土。
上述的一种SBR聚合物泡沫纤维混凝土，通过添加一定量的PVA纤维，不仅能提高其抗压强度，改善泡沫混凝土因较高的孔隙率导致的抗压、抗折强度下降等问题，还能通过延缓裂缝产生、阻止裂缝发展提高水泥基体的密实性，增加泡沫混凝土抗渗性，对于改善混凝土的工作性能，提高力学性能和早期抗裂性具有明显的作用；引入SBR聚合物，能在泡沫混凝土中形成空间网状膜结构，增强泡沫混凝土的整体性，从而达到改善泡沫混凝土孔隙结构、提高泡沫混凝土力学性能与抗渗性的目的；以上材料协同合作，使得混凝土的性能大幅度提高，极大地提高了混凝土结构的耐久性、安全性和经济性。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)将本发明制备的SBR聚合物泡沫纤维混凝土用于外挂墙板材料，在保证安全性的同时大大降低墙板自重，降低了墙板制作、运输、安装成本；与此同时，本发明制备的SBR聚合物泡沫纤维混凝土对降低建筑能耗、降低建筑使用成本有诸多裨益，有着突出的环保价值与经济效益。
(2)本发明通过添加SBR聚合物，在泡沫混凝土结构中形成空间网状膜结构，通过改善泡沫混凝土中泡沫的形态，从而提高泡沫混凝土的抗折强度、抗压强度与抗渗能力，提高泡沫混凝土的耐久性与安全性。
(3)本发明通过添加聚乙烯醇纤维减少孔间隙中的裂缝及空洞等缺陷数量，从而提高 SBR聚合物泡沫纤维混凝土的抗折强度与抗压强度，降低其干缩性，增强其抗折抗压强度和干缩性能的短板，提升泡沫混凝土的安全性和结构稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例的SBR聚合物泡沫纤维混凝土结构的构造示意图。
图2是本发明实施例1种SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法的流程图。
图3为实施例1制备得到的SBR聚合物泡沫纤维混凝土通过高清数码显微镜拍摄显微镜放大50倍后的混凝土截面图像。
图4为使用钨灯丝扫描电子显微镜观测将实施例1制备得到的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的图像。
具体实施方式
为了便于理解此发明，下面将结合相关的实例对本发明进行更全面的阐述，但本发明可以以许多不同的形式呈现，并不仅限于本文所描述的实施例。提供这些实例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
以下实施例的泡沫混凝土(2)为带有聚乙烯醇纤维的多孔混凝土。所述发泡剂为动物蛋白发泡剂，密度为1100kg/m3，发泡倍数为45倍。
以下实施例的SBR聚合物(3)为丁苯胶乳，为乳白色蓝光液体，PH值为6～7，固含量为 50％±1％，粘度为1000～1200CPS。
以下实施例的所述聚乙烯醇纤维为高强高弹PVA短纤维，抗拉强度为1600MPa，弹性模量为35GPa，直径为14μm，长度为12～15mm。
以下实施例的水泥为粤秀牌P.O42.5R，所述水泥为硅酸盐水泥。
以下实施例的减水剂为聚羧酸减水剂，减水倍数为30％；
以下实施例的保水剂为甲基纤维素，甲氧基含量为29％。
以下实施例的发泡剂为动物蛋白发泡剂，密度为1100kg/m3，发泡倍数为45倍；
以下实施例的促凝剂为无水氯化钙(无水CaCl2)，其中氯化钙含量≥96％。
以下实施例的动物蛋白发泡剂产自烟台驰龙建筑节能科技有限公司。
实施例1
图1是本发明实施例的SBR聚合物泡沫纤维混凝土结构的构造示意图。如图1所示，一种SBR聚合物泡沫纤维混凝土，包括混凝土构件1，所述混凝土构件1所使用的混凝土为泡沫混凝土2，所述混凝土构件1内加入了SBR聚合物3和PVA纤维4。
本发明制备的一种SBR聚合物泡沫纤维混凝土是一种SBR聚合物泡沫纤维自修复混凝土。
如图2所示，所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：根据试件总体积17.3L配置纤维混凝土浆料：先量取13.5kg(783份)粤秀牌P.O42.5R硅酸盐水泥放入搅拌桶中，将17.3g的PVA纤维撕碎分离，每次0.865g、分20 次地加入到水泥中，并不断搅拌使所述PVA纤维在水泥中均匀分布。将1.35kg丁苯胶乳放入搅拌桶中，搅拌1min后再投入3.9kg(224份)的水和34.06g聚羧酸系高性能减水剂搅拌1min，然后加入1.9kg(112份)水和6.8g甲基纤维素和135.5g无水氯化钙搅拌7min，得到SBR聚合物纤维混凝土浆料，SBR聚合物纤维混凝土浆料应充分搅匀，不应有粉体料硬块与缠绕打结的纤维团块。
步骤(2)：计量发泡：将0.05kg动物蛋白发泡剂用2.25L的水稀释45倍，打开发泡机水泵，待发泡剂吸入发泡机后打开发泡机气泵，待泡沫稳定后量取7.3L的泡沫。
步骤(3)：混合搅拌：将7.3L泡沫与11.7LSBR聚合物纤维混凝土浆料加入混合搅拌机中搅拌，搅拌时间为1min，得到SBR聚合物泡沫纤维混凝土浆体。
步骤(4)：混凝土装模：在模具中涂刷均匀机油，将SBR聚合物泡沫纤维混凝土浆体倒入模具中，刮去多余的混凝土。
步骤(5)：混凝土脱模养护：混凝土静置24小时后脱模，并在温度15-25℃、相对湿度≥95％的环境中养护28天，所得即为SBR聚合物泡沫纤维混凝土。
将实施例1制备得到的SBR聚合物泡沫纤维混凝土通过高清数码显微镜拍摄显微镜放大 50倍后的混凝土截面图像，如图3所示(放大比例为50倍)，可观测到裂缝开展出存在纤维张拉，即表明PVA纤维可阻挡裂缝开展，起到提高SBR聚合物泡沫纤维混凝土的抗折强度与抗压强度、降低其干缩性的作用。
使用钨灯丝扫描电子显微镜观测将实施例1制备得到的SBR聚合物泡沫纤维混凝土样本，如图4所示(放大比例为2000倍)，可观测到空间网状膜结构，即证明SBR聚合物可以在泡沫混凝土结构中形成空间网状膜结构，通过改善泡沫混凝土中泡沫形态、从而提高泡沫混凝土的抗折强度、抗压强度与抗渗能力，提高泡沫混凝土的耐久性与安全性。
实施例2
一种SBR聚合物泡沫纤维混凝土，与实例1的区别在于：步骤(1)中PVA纤维的质量为19.0g，甲基纤维素的质量为6.7g，无水氯化钙的质量为134.1g。
实施例3
一种SBR聚合物泡沫纤维混凝土，与实例1的区别在于：步骤(1)中丁苯胶乳的质量为 1.61kg，聚羧酸系高性能减水剂的质量为33.1g。
实施例4
一种SBR聚合物泡沫纤维混凝土，与实例1的区别在于：步骤(1)中丁苯胶乳的质量为 1.61kg，PVA纤维的质量为19.0g，聚羧酸系高性能减水剂的质量为33.1g，甲基纤维素的质量为6.7g，无水氯化钙的质量为134.1g。
应说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土，其特征在于，包括混凝土构件(1)，所述混凝土构件(1)所使用的混凝土为泡沫混凝土(2)，所述混凝土构件(1)内加入了SBR聚合物(3)和PVA纤维(4)。
2.权利要求1所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设计SBR聚合物泡沫纤维混凝土配合比，确定SBR聚合物(3)和PVA纤维(4)的掺量；
(2)制备SBR聚合物纤维混凝土：
配置纤维混凝土浆料：将PVA纤维撕碎分离加入到水泥中，并不断搅拌使所述PVA纤维在水泥中均匀分布，得到PVA纤维和水泥的均匀混合物，向PVA纤维和水泥的均匀混合物中加入SBR聚合物，搅拌后投入水和减水剂搅拌，最后再加入水、保水剂和促凝剂搅拌，得到SBR聚合物纤维混凝土料浆；
(3)制备泡沫：
计量发泡：打开发泡机水泵，发泡剂吸入发泡机后打开发泡机气泵，待泡沫稳定后量取泡沫；
(4)将泡沫均匀地掺入SBR聚合物纤维混凝土中：
混合搅拌：将泡沫与SBR聚合物纤维混凝土浆料搅拌得到SBR聚合物泡沫纤维混凝土浆体；
(5)浇筑混凝土构件上的混凝土，并养护成型：
混凝土装模：在模具中涂刷均匀隔离剂，将SBR聚合物泡沫纤维混凝土浆体倒入模具中，混凝土静置后脱模，养护后即得SBR聚合物泡沫纤维混凝土。
3.根据权利要求2所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述保水剂为甲基纤维素，促凝剂为无水氯化钙。
4.根据权利要求2所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥用量783-791份，水用量336-339份，减水剂用量占水泥质量的0.2％-0.5％，保水剂用量占水泥质量的0.05％-0.06％，促凝剂用量占水泥质量的1％-2％，SBR聚合物掺量占水泥质量的5％-6％，所述PVA纤维掺量与试件体积的比为1.0kg/m3-1.1kg/m3。
5.根据权利要求2所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
6.根据权利要求2所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述SBR聚合物为丁苯胶乳，为乳白色蓝光液体，PH值为6～7，固含量为50％±1％，粘度为1000～1200CPS。
7.根据权利要求2所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中加入保水剂和促凝剂后搅拌7min-7.5min。
8.根据权利要求2所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述发泡剂为动物蛋白发泡剂。
9.根据权利要求2所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述静置的时间为23h-25h。
10.根据权利要求2-9任一项所述用于建筑外挂墙板的SBR聚合物泡沫纤维混凝土的制备方法，其特征在于，骤(5)所述养护的温度为15-25℃；养护的湿度≥95％；养护的时间为27天-29天。
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