CN115244019A - 泡沫混凝土的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产泡沫混凝土的方法，其中，使用一种或多种空气夹带剂和/或通过将空气引入水性混凝土组合物中来制造空气空隙，其中所述水性混凝土组合物是基于一种或多种泡沫稳定剂、水性分散体或可再分散于水中的粉末形式的一种或多种烯属不饱和单体的保护性胶体稳定的聚合物、基于用于生产所述混凝土组合物的组分的干重20wt.％至95wt.％的水泥、可选的一种或多种填料和可选的一种或多种添加剂。

Description

泡沫混凝土的制造方法
技术领域
本发明涉及用于生产泡沫混凝土的方法，涉及用于生产泡沫混凝土的混凝土组合物，并且涉及施用该泡沫混凝土的方法，尤其是用于生产例如预浇铸的混凝土部件、地板或墙壁的方法。
背景技术
常规的混凝土组合物是基于水硬固化粘合剂(hydraulically setting binder)，如水泥、填料和可选的另外的添加剂。通过添加水制成混凝土组合物并且将其转化成新鲜混凝土，该新鲜混凝土然后可以用于例如预浇铸混凝土部件的生产。新鲜混凝土的凝固导致凝固混凝土。根据使用领域，对凝固混凝土提出了特定要求。例如，市场日益需要具有改善的隔绝(insulation)性能(尤其是隔音或隔热)的凝固混凝土。这是因为，如果该凝固混凝土本身已经具有隔绝特性，则可以省去隔绝材料(例如EPS隔绝板或矿棉)的复杂应用，这节省了资源和劳动力。此外，与传统的隔绝材料相比，隔绝混凝土(insulating concrete)具有不可燃的优势，并且另外在各种基底上具有良好的粘附性。泡沫混凝土适用于这些目的。泡沫混凝土隐含地含有增加的程度的气孔。
对于泡沫混凝土，由于其气孔含量，挑战是获得所希望的机械特性，如弯曲拉伸强度、压缩强度或拉伸结合强度，以限制水的渗透，或确保泡沫泡混凝土整体的稳定性或耐久性。
泡沫混凝土例如由CN108484211或CN108529940已知。DE4209897和DE3909083描述了基于石膏的泡沫砂浆。GB20047636涉及硅酸盐泡沫。DE2056255公开了用于石膏和水泥组合物的发泡剂。DE4009967描述了向灰浆中添加成孔剂，其中这些成孔剂已经配备有失活涂层，这样使得这些成孔剂在该新鲜混凝土中的成孔作用经受时间延迟。
砂浆通常施用于比混凝土更薄的层，并且通常用作打底剂(render)或用于例如砖、瓷砖、粘合板或其他制品的粘合。因此，粘附特性在砂浆的情况下经常是排在最前面的，而混凝土通常用于建筑结构(例如墙壁或地板)的构建，并且因此具有承重作用，使得对凝固混凝土的机械要求与砂浆上的那些是相当不同的。石膏通常是吸湿的并且是不耐水的。
针对这种背景，有待解决的问题是提供具有改进的机械特性(如弯曲拉伸强度、压缩强度以及拉伸结合强度)的泡沫混凝土。此外，如果可能的话，该泡沫混凝土应该是裂缝桥接的(crack-bridging)，并且应该对水应力具有高耐受性。总体上，该泡沫混凝土应该以高的耐久性为特征。
发明内容
本发明提供了用于生产泡沫混凝土的方法，其中通过一种或多种空气成孔剂和/或通过引入空气将气孔引入至水性混凝土组合物中，其中所述水性混凝土组合物基于
一种或多种泡沫稳定剂，
水分散体或水可再分散性粉末的形式的烯属不饱和单体的一种或多种保护性胶体稳定的聚合物，
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，按重量计30％至95％的水泥，
可选的一种或多种填料和可选的一种或多种添加剂。
本发明进一步提供了用于生产泡沫混凝土的混凝土组合物，其基于
一种或多种泡沫稳定剂，
一种或多种空气成孔剂，
可选的一种或多种填料，以及
可选的一种或多种添加剂，其特征在于，烯属不饱和单体的一种或多种保护性胶体稳定的聚合物以水分散体或水可再分散性粉末的形式存在，以及
基于混凝土组合物的干重，按重量计30％至95％的水泥。
具体实施方式
术语泡沫混凝土(foamed concrete)通常包括新鲜混凝土和凝固混凝土。
例如，通过将水性混凝土组合物与空气机械混合，可以将空气引入水性混凝土组合物中。为此目的，例如，可以搅拌(beat，击打)水性混凝土组合物。机械混合优选通过搅拌桨、混合盘管、桨式搅拌器、螺旋桨式搅拌器或多孔板搅拌器进行。特别优选的是将盘管与多孔金属板混合。还有可能使用泡沫发生器。泡沫发生器是用于产生泡沫的可商购的机器。还可以将空气吹入水性混凝土组合物中。引入水性混凝土组合物的空气优选具有高于环境压力，更优选1.1至10巴，特别优选1.5至6巴，最优选2至3巴的压力。以巴为单位的数字在此是基于绝对压力。空气优选在5℃至35℃的温度，尤其是环境温度。
在一个优选的实施方式中，借助于一种或多种空气成孔剂并另外通过引入空气将空气孔引入至水性混凝土组合物中。
优选的空气成孔剂是碳酸氢盐或碳酸盐的铵盐或碱金属盐，尤其是其铵盐或钠盐或钾盐。特别优选碳酸氢盐。最优选碳酸氢钠。这些空气成孔剂优选不包括任何碱土金属碳酸盐。空气成孔剂具有优选10μm至1mm、更优选100μm至800μm并且最优选200μm至700μm的粒度(grain size)。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物在优选0.01wt％至10wt％，更优选0.05wt％至5wt％并且最优选0.1wt％至3wt％的程度上基于空气成孔剂。
例如，有可能使用基于表面活性剂-、聚合物-、蛋白质-或酶-的泡沫稳定剂。
作为泡沫稳定剂的表面活性剂的实例是烯烃磺酸；优选具有16-18个碳原子的脂肪酸或其盐；脂肪醇类，优选具有10至18个碳原子；烷基酚或羟烷基酚，优选具有拥有10至18个碳原子的烷基链；在疏水基团中具有优选8至18个碳原子且优选1至50个环氧乙烷单元的烷基和烷基芳基醚硫酸盐；磺酸盐，特别是具有优选8至18个碳原子的烷基磺酸盐，烷基芳基磺酸盐，优选具有拥有8至18个碳原子的烷基基团，磺基琥珀酸与优选在烷基基团中具有优选4至15个碳原子的一元醇或烷基酚的酯或单酯，其中这些醇或烷基酚还可以被1至40个环氧乙烷单元乙氧基化；偏磷酸酯(partial phosphoric esters)，尤其是在有机基团中具有8至20个碳原子的烷基或烷芳基磷酸酯，在烷基或烷芳基基团中具有8至20个碳原子和1至50个EO单元的烷基醚磷酸酯和烷基芳基醚磷酸酯；烷基聚乙二醇醚，优选具有8-40个EO单元和具有8-20个碳原子的烷基；烷基芳基聚乙二醇醚，优选具有8至40个EO单元和在烷基和芳基中的8至20个碳原子；环氧乙烷/环氧丙烷(EO/PO)嵌段共聚物，优选具有8至40个EO或PO单元；具有优选10至18个碳原子的N-甲基牛磺酸盐，优选高级脂肪酸的牛磺酸盐；脂肪酸烷基醇酰胺，如脂肪酸的单乙醇酰胺或二乙醇酰胺；氧化胺或氧化膦，如通式为R-N(CH3)2＝O或R-P(CH3)2＝O的椰油二甲基氧化胺或椰油二甲基氧化膦；两性电解质，如椰油酰基二甲基氨基乙酸钠或磺基甜菜碱；磷酸酯，尤其是具有优选10至18个碳原子的长链醇的磷酸酯或已经用1至4摩尔环氧乙烷乙氧基化且分子中具有8至10个碳原子的醇的磷酸酯。
EO单元是环氧乙烷(ethylene oxide)单元，PO单元是环氧丙烷(propyleneoxide)单元。上述酸还可以呈其盐的形式，尤其是铵盐或碱金属/碱土金属盐。烯烃磺酸优选含有10至20个碳原子。烯烃磺酸优选带有一个或两个磺酸或羟烷基磺酸基团。在此优选的是α-烯烃磺酸。
作为泡沫稳定剂的聚合物的实例是聚乙烯醇；聚乙烯缩醛；聚乙烯吡咯烷酮；水溶性形式的多糖，如淀粉(直链淀粉和支链淀粉)、纤维素及其衍生物，如羧甲基、甲基、羟乙基、羟丙基衍生物、糊精和环糊精；木质素磺酸盐；聚(甲基)丙烯酸；(甲基)丙烯酸酯与羧基官能化的共聚单体单元的共聚物；聚(甲基)丙烯酰胺；聚乙烯基磺酸及其水溶性共聚物；磺化的三聚氰胺-甲醛；磺化的萘-甲醛；苯乙烯-马来酸共聚物和乙烯基醚-马来酸共聚物。
作为泡沫稳定剂的蛋白质的实例是酪蛋白、酪蛋白酸盐(caseinate)、大豆蛋白或明胶。蛋白质可例如通过蛋白质水解获得，特别是动物蛋白质，例如来自牛、猪和其他动物尸体的角、血液、骨和类似废物。作为泡沫稳定剂的酶可以例如是生物技术来源的。
优选的泡沫稳定剂是表面活性剂；聚乙烯醇；聚乙烯吡咯烷酮；纤维素及其衍生物，如羧甲基、甲基、羟乙基和羟丙基衍生物；蛋白如酪蛋白或酪蛋白酸盐、大豆蛋白和明胶。特别优选的泡沫稳定剂是表面活性剂，尤其是烯烃磺酸。
泡沫稳定剂具有优选地≤4000g/mol、更优选地≤3000g/mol、甚至更优选地≤2500g/mol、尤其优选地≤1500g/mol并且最优选地≤1000g/mol的分子量。
泡沫稳定剂和保护胶体稳定的聚合物通常彼此并排存在。泡沫稳定剂通常不包括在保护性胶体稳定的聚合物中。
这些混凝土组合物是在优选地按重量计0.01％至35％、更优选地按重量计0.05％至20％并且最优选地按重量计0.1％至10％的程度上基于泡沫稳定剂。作为泡沫稳定剂的表面活性剂或聚合物以优选按重量计0.01％至10％、更优选按重量计0.05％至5％并且最优选按重量计0.1％至3％的程度存在。作为泡沫稳定剂的蛋白质或酶以优选按重量计10％至35％、更优选按重量计15％至30％并且最优选按重量计20％至25％的程度存在。按重量计％的数字在此是基于用于生产混凝土组合物的组分的干重。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物是在优选0.5wt％至20wt％，更优选1wt％至15wt％并且最优选2wt％至9wt％的程度上基于的烯属不饱和单体的保护性胶体稳定的聚合物。
烯属不饱和单体的聚合物例如基于选自包括乙烯基酯、(甲基)丙烯酸酯、乙烯基芳香族化合物、烯烃、1,3-二烯和乙烯基卤化物的组的一种或多种单体。
合适的乙烯基酯例如为具有1-15个碳原子的羧酸的乙烯基酯。优选乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、2-乙基己酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、乙酸1-甲基乙烯酯、新戊酸乙烯酯以及具有9至11个碳原子的α-支链单羧酸的乙烯基酯，例如VeoVa9R或VeoVa10R(Resolution的商品名)。特别优选的是乙酸乙烯酯。
来自丙烯酸或甲基丙烯酸酯的组的适合的单体是例如具有1至15个碳原子的无支链或支链醇的酯。优选的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯是丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯。
特别优选的是丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯以及丙烯酸2-乙基己基酯。
优选的乙烯基芳族化合物是苯乙烯、甲基苯乙烯和乙烯基甲苯。优选的乙烯基卤化物是氯乙烯。优选的烯烃是乙烯和丙烯，并且优选的二烯是1,3-丁二烯和异戊二烯。
可可选地在该共聚物中包括基于这些单体的总重量按重量计0％至10％、优选按重量计0.1％至5％的辅助单体。辅助单体的实例是烯属不饱和的单羧酸和二羧酸，优选丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸和马来酸；烯属不饱和羧酰胺和腈，优选丙烯酰胺和丙烯腈；富马酸和马来酸的单酯和二酯，如二乙基酯和二异丙基酯，以及马来酸酐；烯属不饱和磺酸或其盐，优选乙烯基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。另外的实例是预交联共聚单体，如聚烯属不饱和共聚单体，例如邻苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二乙烯酯、马来酸二烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯或氰尿酸三烯丙酯，或后交联共聚单体，例如丙烯酰胺乙醇酸(AGA)、甲基丙烯酰胺乙醇酸甲酯(MAGME)、N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)、N-羟甲基甲基丙烯酰胺、N-羟甲基烯丙基氨基甲酸酯，烷基醚，如异丁氧基醚或N-羟甲基丙烯酰胺的酯、N-羟甲基甲基丙烯酰胺的酯和N-羟甲基烯丙基氨基甲酸酯的酯。还合适的是环氧官能化共聚单体，如甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸缩水甘油酯。另外的实例是硅官能化的共聚单体，如丙烯酰氧基丙基三(烷氧基)-和甲基丙烯酰氧基丙基三(烷氧基)硅烷、乙烯基三烷氧基硅烷和乙烯基甲基二烷氧基硅烷，其中，存在的烷氧基基团可以是，例如，乙氧基和乙氧基丙二醇醚基团。还包括具有羟基或CO基团的单体，例如甲基丙烯酸羟烷基酯和丙烯酸羟烷基酯，例如丙烯酸或甲基丙烯酸羟乙基酯、羟丙基酯或羟丁基酯，以及化合物例如丙烯酸或甲基丙烯酸双丙酮丙烯酰胺和乙酰基乙酰氧基乙基酯。
优选的是乙酸乙烯酯与按重量计1％至50％的乙烯的共聚物；乙酸乙烯酯与按重量计1％至50％的乙烯和按重量计1％至50％的来自在羧基基团中具有1至12个碳原子的乙烯基酯如丙酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、具有9至13个碳原子的α-支链羧酸的乙烯基酯如VeoVa9、VeoVa10、VeoVa11的组的一种或多种另外的共聚单体的共聚物；乙酸乙烯酯、按重量计1％至50％的乙烯、并且优选按重量计1％至60％的具有1至15个碳原子的无支链或支链醇的(甲基)丙烯酸酯、尤其是丙烯酸正丁酯或丙烯酸2-乙基己基酯的共聚物；以及具有按重量计30％至75％的乙酸乙烯酯、按重量计1％至30％的月桂酸乙烯酯或具有9至11个碳原子的α-支链羧酸的乙烯基酯、以及按重量计1％至30％的具有1至15个碳原子的无支链或支链醇的(甲基)丙烯酸酯(尤其是丙烯酸正丁酯或丙烯酸2-乙基己基酯)的共聚物，所述共聚物还包含按重量计1％至40％的乙烯；具有乙酸乙烯酯、按重量计1％至50％的乙烯以及按重量计1％至60％的氯乙烯的共聚物；其中聚合物还可以以提及的量包含提及的辅助单体，并且以按重量计％的数字在每种情况下总计为按重量计100％。
还优选的是(甲基)丙烯酸酯聚合物，如丙烯酸正丁酯或丙烯酸2-乙基己基酯的共聚物或甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸正丁酯和/或丙烯酸2-乙基己基酯的共聚物；具有一种或多种来自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯的组的单体的苯乙烯-丙烯酸酯共聚物；乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物，具有一种或多种来自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯以及可选地乙烯的组的单体；苯乙烯-1,3-丁二烯共聚物；其中聚合物还可以以提及的量包含提及的辅助单体，并且以按重量计％的数字在每种情况下总计为按重量计100％。
最优选的是具有乙酸乙烯酯和按重量计5％至50％的乙烯的共聚物；或具有乙酸乙烯酯、按重量计1％至50％的乙烯以及按重量计1％至50％的具有9至11个碳原子的α-支链单羧酸的乙烯基酯的共聚物；或具有按重量计30％至75％的乙酸乙烯酯、按重量计1％至30％的月桂酸乙烯酯或具有9至11个碳原子的α-支链羧酸的乙烯基酯、以及按重量计1％至30％的具有1至15个碳原子的无支链或支链醇的(甲基)丙烯酸酯的共聚物，所述共聚物还包含按重量计1％至40％的乙烯；或具有乙酸乙烯酯、按重量计5％至50％的乙烯以及按重量计1％至60％的氯乙烯的共聚物。
这些单体以及共聚单体的重量比经选择以导致-25℃至+35℃、优选–10℃至+25℃、更优选-10℃至+20℃的玻璃化转变温度Tg。聚合物的玻璃化转变温度Tg可以通过差示扫描量热法(DSC)以已知的方式确定。还可以通过Fox方程预先大致计算Tg。根据Fox T.G.,Bull.Am.Physics Soc.1,3,page 123(1956)：1/Tg＝x1/Tg1+x2/Tg2+...+xn/Tgn，其中xn表示单体n的质量分数(按重量计％/100)，并且Tgn是单体n的均聚物以开尔文计的玻璃化转变温度。均聚物的Tg值列于Polymer Handbook 2nd Edition,J.Wiley&Sons,New York(1975)。
通常在水性介质中并且优选地通过乳液或悬浮液聚合方法制备聚合物-如例如在DE-A102008043988中所描述的。在聚合反应中，可以使用标准保护性胶体和/或乳化剂，如DE-A102008043988中所述。如在DE-A102008043988中所描述的，水性分散体形式的聚合物可以转化成相应的水可再分散粉末。一般而言，使用干燥助剂，优选上述聚乙烯醇。
聚合物可以采取例如水性分散体，尤其是保护性胶体稳定的水性分散体的形式。优选的保护性胶体是聚乙烯醇，如部分水解或完全水解的聚乙烯醇，尤其具有80至100mol％的水解度。特别优选的是具有80mol％至94mol％的水解度以及在4％的水溶液中尤其1mPas至30mPas的
Figure BDA0003830448870000101
粘度(在20℃下的
Figure BDA0003830448870000102
方法，DIN53015)的部分水解的聚乙烯醇。通过本领域技术人员已知的方法可获得所提及的保护性胶体。基于聚合物的总重量，保护性胶体通常以按重量计1％至20％的总量存在。
聚合物优选为保护性胶体稳定的、水可再分散性粉末的形式。保护性胶体稳定的、水可再分散性聚合物粉末的分散导致以水再分散液的形式的保护性胶体稳定的聚合物。基于粉末的干重，这些粉末优选地包含按重量计3％至30％、更优选按重量计5％至20％的聚乙烯醇、尤其是上述聚乙烯醇。
保护性胶体稳定的聚合物通常与气孔形成剂和/或泡沫稳定剂分开存在。空气成孔剂和/或泡沫稳定剂通常不用保护性胶体稳定的聚合物涂覆。保护性胶体稳定的聚合物或保护性胶体或保护性胶体稳定的聚合物的聚合物通常不同于泡沫稳定剂和任何增稠剂。
水泥可以是，例如，波特兰水泥(CEM I)、波特兰矿渣水泥(CEM II)、高炉矿渣水泥(blast furnace slag cement)(CEM III)、火山灰水泥(CEM IV)、复合水泥(CEM V)、波特兰硅酸盐粉尘水泥、波特兰页岩水泥、波特兰石灰石水泥、火山土水泥(trass cement)、氧化镁水泥、磷酸盐水泥、混合水泥或填料水泥或速凝水泥。速凝水泥的实例是铝酸盐水泥、磺铝酸钙水泥和氧化铝水泥。优选的是波特兰水泥CEM I、波特兰矿渣水泥CEM II/A-S、CEMII/B-S、波特兰石灰石水泥CEM II/A-LL、波特兰飞灰水泥CEM II/A-V、波特兰飞灰矿渣水泥CEM II/B-SV或高炉矿渣水泥CEM III/A、CEM III/B、CEM III/B以及铝酸盐水泥。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物是在优选地按重量计40％至95％、更优选地按重量计50％至92％、尤其优选地按重量计60％至91％并且最优选地按重量计70％至90％的程度上基于水泥。
在优选的实施方式中，混凝土组合物包含快凝水泥，如铝酸盐水泥，以及除了快凝水泥之外的另外的一种或多种水泥，尤其是波特兰水泥。快速凝固水泥对于实现本发明的目的是特别有利的。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物在优选地按重量计20％至70％、更优选地按重量计30％至60％并且最优选地按重量计40％至50％的程度上基于速凝水泥。
基于全部使用的水泥的总重量，混凝土组合物在优选地按重量计25％至55％、更优选地按重量计35％至45％并且最优选地按重量计45％至55％的程度上基于速凝水泥。
混凝土组合物还可以包含一种或多种增稠剂，例如多糖如纤维素醚和改性纤维素醚、纤维素酯、淀粉醚、瓜尔胶、黄原胶、多元羧酸如聚丙烯酸及其偏酯(partial ester)、酪蛋白和缔合增稠剂(associative thickener)。优选的纤维素醚是甲基纤维素醚。增稠剂通常不同于泡沫稳定剂。这些增稠剂具有优选>4000g/mol、更优选≥10000g/mol并且最优选≥20000g/mol的分子量。基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物在优选地按重量计≤5％，更优选地按重量计0.1％至3％，并且最优选地按重量计0.5％至1.5％的程度上基于增稠剂。
混凝土组合物还可以包含一种或多种火山灰(pozzolan)，例如高岭土、微硅粉(microsilica)、硅藻土、飞灰、磨碎的火山土(ground trass)、磨碎的高炉矿渣、磨碎的玻璃、沉淀的二氧化硅和气相二氧化硅。优选的火山灰是高岭土、微硅粉、飞灰、磨碎的高炉矿渣，尤其是偏高岭土(metakaolin)。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物在例如按重量计0.1％至10％、优选按重量计0.5％至5％并且更优选按重量计1％至3％的程度上是基于的火山灰。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物优选在≤30wt％、更优选≤20wt％、更优选≤10wt％并且尤其优选≤5wt％的程度上基于石膏。最优选地，混凝土组合物不包含任何石膏。石膏(gypsum)的说明性实施例是在烟道气脱硫作用中获得的α-或β-半水合物(CaSO4 .1/2H2O)、二水合物、硬石膏、或硫酸钙(FGD石膏)。石膏总体上对泡沫混凝土的水稳定性具有不利的影响。此外，含石膏的泡沫混凝土必须作为受控的废物处理。
用于混凝土组合物的填料的实例也是石英砂、粉碎的石英、砂、粉碎的石灰石、白云石、粘土、白垩、粉碎的矿渣砂、白色熟石灰(white hydrated lime)、滑石或云母、橡胶颗粒或硬质填料，如硅酸铝、刚玉、玄武岩、碳化物如碳化硅或碳化钛。优选的填料是石英砂、粉碎的石英、粉碎的石灰石、碳酸钙、碳酸钙镁(白云石)、白垩或白色熟石灰。混凝土组合物优选不包含任何砂砾(gravel)和/或任何沙砾(grit)。填料的粒度优选为≤2mm，更优选地≤1mm。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物在优选地按重量计0.1％至10％，更优选地按重量计0.5％至5％的程度上基于填料。可替代地，混凝土组合物还可以不含填料。
混凝土组合物还可以包含轻质填料。轻质填料总体上是指具有低堆密度(通常小于500g/l)的填料。轻质填料优选地不同于上述填料。基于合成或天然材料，典型的轻质填料是物质如玻璃的中空微珠、聚合物如聚苯乙烯珠、铝硅酸盐、氧化硅、氧化铝硅、水合硅酸钙、二氧化硅、硅酸铝、硅酸镁、水合硅酸铝、硅酸铝钙、水合硅酸钙、硅酸铝铁镁、偏硅酸钙和/或火山矿渣。优选的轻质填料是珍珠岩、Celite、Cabosil、Circosil、Eurocell、Filite、Promaxon、Vermex和/或硅灰石、以及聚苯乙烯。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物在优选地按重量计0.1％至10％、更优选地按重量计0.5％至5％并且最优选地按重量计1％至3％的程度上基于轻质填料。
此外，混凝土组合物还可以包含促凝剂(setting accelerator，固化加速剂)，如铝化合物、硅酸盐、碱金属/碱土金属氢氧化物、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硼酸盐或羧酸。优选的促凝剂是铝盐、铝酸盐、碱金属硅酸盐如水玻璃、碱金属甲酸盐、氢氧化钾或氢氧化钙(Ca(OH)2)。
基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物在优选0.1wt％至5wt％，更优选0.2wt％至2wt％，并且最优选0.3wt％至1wt％的程度上基于促凝剂。
此外，混凝土组合物可以包含纤维，例如基于有机和/或无机材料的天然的、改性的天然或合成纤维材料。天然有机纤维的实例是棉、大麻、黄麻、亚麻、木质纤维、纤维素、粘胶(viscose)、皮革纤维或剑麻。合成有机纤维的实例是粘胶纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、Dralon纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或芳族聚酰胺纤维。无机纤维例如可以是玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维或金属纤维。优选棉纤维、聚丙烯腈纤维和纤维素纤维。纤维优选具有1至10mm、2至6mm并且最优选3mm至4mm的长度。这些纤维可以以松散纤维、成束纤维、原纤化纤维、复丝纤维(multifilament fiber)或者在剂量控制包装中的纤维的形式使用。基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，混凝土组合物在优选0.01wt％至5wt％，更优选0.1wt％至3wt％，并且最优选0.5wt％至2wt％的程度上基于纤维。纤维可以增加泡沫混凝土的机械稳定性并且降低泡沫混凝土开裂的倾向。
混凝土组合物还可以可选地包含添加剂，例如混凝土增塑剂、混凝土超增塑剂、阻燃剂、成膜助剂、分散剂、疏水剂、颜料、聚合物增塑剂、防腐剂、阻燃剂(例如，氢氧化铝)、细分二氧化硅。优选的添加剂是混凝土超增塑剂和增塑剂。基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，添加剂以优选按重量计0％至20％、更优选按重量计0.1％至10％并且最优选按重量计0.5％至7％的程度存在。
混凝土组合物优选不含有任何六氟硅酸，尤其是六氟硅酸的任何盐，如钙、镁、锌或铵盐。
基于水泥的总量，使用优选地按重量计30％至90％、更优选地按重量计40％至80％并且最优选地按重量计50％至75％的水生产水性混凝土组合物。
为了生产水性混凝土组合物，除非另有说明，可以在标准混合设备中例如，在混凝土混合器或即用混合型(readymix)混凝土混合器中混合其单个组分。还有可能使用溶解器。混合通常使混凝土组合物的单个组分均质化。
混凝土组合物优选通过混合以下各项生产
混合物a)，包含：
一种或多种泡沫稳定剂，
水分散体或水可再分散性粉末的形式的烯属不饱和单体的一种或多种保护性胶体稳定的聚合物，
可选地一种或多种空气成孔剂，
可选的一种或多种添加剂，以及
水
和基于用于生产混凝土组合物的组分的干重，按重量计30％至95％，尤其是按重量计60％至90％的水泥，可选地一种或多种填料和可选地一种或多种添加剂。
通过本发明的程序，可获得特别有利的泡沫混凝土。众所周知，单个泡沫混凝土组分的任意混合不会产生泡沫混凝土。
优选地，将混合物a)与包含基于用于生产混凝土组合物的组分、可选的填料和可选的添加剂的干重按重量计30％至95％，尤其是按重量计60％至90％的水泥的混合物b)混合。
在特别优选的方法中，通过将水分散体或水可再分散性粉末的形式的烯属不饱和单体的一种或多种保护性胶体稳定的聚合物、可选的纤维和可选的添加剂、尤其是增稠剂、和水混合以产生混合物a1)，然后向混合物a1)中加入一种或多种泡沫稳定剂、可选的一种或多种空气成孔剂和可选的添加剂以获得混合物a2)，并且将混合物a2)与包含基于用于生产混凝土组合物的组分的干重按重量计30％至95％、尤其是按重量计60％至90％的水泥、可选的填料、可选的纤维和可选的添加剂的混合物b)混合来生产混凝土组合物。
优选将水引入混合物a)中，尤其是引入混合物a1)中。混合物b)可以是含水混合物，尤其是干燥混合物。当以干燥混合物的形式使用混合物b)时，混凝土组合物的凝固特别迅速，例如比当使用水性混合物b)时快多于10倍或20倍。
混合物a)或a1)通过混合优选2至15分钟，更优选5至10分钟而生产。混合物a2)从混合物a1)开始通过混合优选10至60秒，尤其是20至40秒而制备。如果通过空气的输入引入气孔，则混合物a)或a2)发泡优选2秒至4分钟。混合物a)或a2)的形成可以是连续或不连续的。连续发泡可在常规泡沫发生器中进行。混合物a)或a2)的不连续发泡优选进行1-4分钟，特别是2-3分钟。混合物a)或a2)的连续发泡优选进行≤60秒，尤其是2至30秒。在混合物a)和b)或混合物a2)和b)的组合之后，混合优选进行2至60秒。混合物a)和b)或混合物a2)和b)的不连续混合优选花费1至4分钟，尤其是30至60秒。混合物a)和b)或混合物a2)和b)的连续混合优选需要花费2至30秒。所述的时间总体上是基于仅混合。未包括用于输送准备使用的混凝土组合物的任何时间。
用于产生气孔的空气的引入通常用混合物a)并且更优选用混合物a2)实现。
该混合优选在5℃至35℃、更优选15℃至25℃下进行。混合物a)、a1)或a2)具有优选3至8并且更优选4至7的pH。
混合物a)和a2)优选处于泡沫的形式。泡沫通常包含气孔。所述泡沫优选具有奶油状稠度。所述泡沫的密度优选为0.05-1g/cm3，更优选0.1-0.7g/cm3，最优选0.1-0.5g/cm3。可以以常规方式确定密度，例如通过用限定体积的泡沫填充容器并称重。
通常，包含气孔的水性混凝土组合物在其生产后直接施用，尤其无需任何进一步的加工步骤。
包含气孔的水性混凝土组合物可以例如通过施加至基底(base)或通过引入至模制部件来施加。
包含气孔的水性混凝土组合物可以手动地、通过3D印刷或通过机器(例如通过泵送)、通过引入到模制部件或模板(formwork)中、或以一些其他常规的方式施用。基底(base)的实例是墙壁和地板。模制部件(molded parts)的实例是模板或其他模具。
该泡沫混凝土(凝固混凝土)在标准气候条件(23℃，50％相对空气湿度)下28天后具有优选地10至1000kg/m3、更优选地100至800kg/m3的干堆积密度(测定方法：基于EN1015-6)。
泡沫混凝土(凝固混凝土)在标准气候条件(23℃，50％相对空气湿度)下28天之后具有优选地20至200mW/mK、更优选地30至150mW/mK并且最优选地30至50mW/mK的导热率。热导率是用Netzsch HFM436热导率测量装置根据DINEN13163测定的。该测量是用“Lambda 10℃”设置进行的；将下板设定为2.5℃，将上板设定为17.5℃。将测试衬底夹在中间，并且继续测量直到测试衬底已经达到10℃的核心温度。
本发明的混凝土组合物适用于例如生产标准预浇铸混凝土部件，如隔绝板、混凝土块、混凝土砖、轻质混凝土砖、管区段、预浇铸隔绝物或其他混凝土模制品。还有可能生产地板，尤其是刮板(screed)、轻质刮板、高楼、平屋顶或梯级(terrace)、地板块或墙壁，如单元墙壁(cellar walls)。可替代地，还有可能将包括本发明的混凝土组合物的一个或多个层施用到墙壁、地板、刮板或其他衬底上。还可以通过混凝土模板来竖立建造的结构。该泡沫混凝土还适合用作填充材料，例如用于调平床、用于回填门或窗、或通常用于填充空腔。混凝土组合物还可以用于砖的回填。特别有利的是将混凝土组合物应用于外壁，尤其用于隔绝目的。
在承重混凝土产品如混凝土砖、刮板或外壁的情况下，泡沫混凝土的密度优选为0.35-0.50g/cm3。在非承重混凝土产品如隔绝板、预浇铸隔绝物、砖填充或隔绝衬垫(render)的情况下，该泡沫混凝土也可以具有优选地0.25g/cm3至0.35g/cm3的密度。
混凝土产品的层厚度或直径优选≥1cm，更优选≥5cm并且尤其优选≥10cm。混凝土产品的层厚度或直径优选≤50cm、更优选≤30cm并且尤其优选≤20cm。
本发明的泡沫混凝土值得注意的是非常好的绝热和绝音(thermal insulationand sound insulation)。因此，它特别适合作为隔绝材料。在此还有利的是，与EPS隔绝板相比，该泡沫混凝土是不可燃的，并且另外通过例如与基于矿棉或珍珠岩的隔绝材料相比，它非常好地粘附到衬底上。
有利地，本发明的泡沫混凝土具有非常好的机械性能，如弯曲拉伸强度、压缩强度或拉伸结合强度，并且另外是裂缝桥接的。此外，通过本发明的程序有可能改进该泡沫混凝土的水稳定性，这表现为例如减少的水渗入混凝土中或该泡沫混凝土的水吸收减少。其结果是，该泡沫混凝土甚至在水应力的情况下具有非常好的耐久性。所有这些特性还可以用该泡沫混凝土的低干密度来实现。干密度可以以简单的方式调节，例如，通过混凝土组合物的组分、其用量或气孔含量调节。
以下实例用于详细说明本发明，并且不应被视为以任何方式限制。
生产混凝土组合物和泡沫混凝土样品：
首先，在室温下搅拌的同时，将组分A的成分(见表1)用溶解器混合5分钟，并且然后在30秒的过程中加入组分B的成分(见表1)。
将如此获得的混合物用装配有搅拌桨的钻机(drill)在室温下发泡2分钟。这形成了具有奶油状稠度的泡沫。在用具有搅拌桨的钻机进行搅拌的同时，在室温下将组分C以干燥混合物的形式添加至所得泡沫中并且均质化30秒。
随后，立即加工来自相应的(比较)实施例1至3的混凝土组合物以产生泡沫混凝土样品，如下对于相应的测试方法进一步描述的。
表1：(比较)实施例1至3的混凝土组合物的配方：
Figure BDA0003830448870000191
Figure BDA0003830448870000201
混凝土组合物的组分：
-聚合物分散体：
乙酸乙烯酯乙烯共聚物的聚乙烯醇稳定的水性分散体(固体含量：60％)；
-聚合物粉末：
具有16℃的玻璃化转变温度的乙酸乙烯酯-乙烯共聚物的聚乙烯醇稳定的水可再分散性聚合物粉末；
-Tylose MH 60010P4(Shin Etsu的商品名)：
醚化甲基羟乙基纤维素(增稠剂)；
-PAC hm 6.7/4纤维(
Figure BDA0003830448870000202
Textilwerke的商品名)：
具有4cm长度的聚丙烯腈纤维；
-Hostapur OSB(Shin Etsu的商品名)：
C14/C16-α-烯烃磺酸的钠盐；
-Milke CEM I 52，5R：波特兰水泥；
-Fondu Lafarge(Imerys的商品名)：
铝酸钙水泥(速凝水泥)；
-Walhalla Edelhydrate：
氢氧化钙(Ca(OH)2)(潜在地水硬性粘合剂(hydraulic binder))。
表2：来自(比较)实施例((C)Ex.)1-3的泡沫混凝土样品的测试结果：
CEx.1 Ex.2 Ex.3
干密度[kg/m<sup>3</sup>] 380 360 400
弯曲拉伸强度[N/mm<sup>2</sup>] 0.24 0.36 0.53
抗压强度[N/mm<sup>2</sup>] 0.46 0.73 1.10
拉伸粘合强度[N/mm<sup>2</sup>] 0.06 0.08 0.12
吸水率[kgm<sup>-2</sup>min<sup>-0.5</sup>] 0.16 0.04 0.04
水渗透[mm] 18 3 3
泡沫混凝土样品的测试：
在将泡沫的混凝土样品在标准气候条件(23℃，50％的相对空气湿度)下储存28天后进行该测试。
通过以下方法测定泡沫混凝土样品的以下性能：
-干密度：基于EN1015-6；
-弯曲拉伸强度：基于DIN18555-3；
-抗压强度：基于EN1015-11；
-混凝土上的拉伸粘合强度：基于ETAG004；
-吸水率：基于EN1015-18；
-水渗透：基于EN1015-18。
测试结果总结在表2中。

Claims (15)

1.一种用于生产泡沫混凝土的方法，其中，通过一种或多种空气成孔剂和/或通过引入空气将气孔引入至水性混凝土组合物中，
其中所述水性混凝土组合物是基于
一种或多种泡沫稳定剂，
水性分散体或水可再分散性粉末形式的烯属不饱和单体的一种或多种保护性胶体稳定的聚合物，
基于用于生产所述混凝土组合物的组分的干重，按重量计30％至95％的水泥，
可选的一种或多种填料和可选的一或种多种添加剂。
2.一种用于生产泡沫混凝土的混凝土组合物，所述混凝土组合物是基于
一种或多种泡沫稳定剂，
一种或多种空气成孔剂，
可选的一种或多种填料，以及
可选的一种或多种添加剂，其特征在于，烯属不饱和单体的一种或多种保护性胶体稳定的聚合物以水性分散体或水可再分散性粉末形式存在，以及
基于所述混凝土组合物的干重，按重量计30％至95％的水泥。
3.如权利要求2所述的用于生产泡沫混凝土的混凝土组合物，其特征在于，一种或多种空气成孔剂是铵或碱金属的碳酸氢盐或碳酸盐。
4.如权利要求2或3所述的用于生产泡沫混凝土的混凝土组合物，其特征在于，存在的泡沫稳定剂是
选自包括以下各项的组的一种或多种表面活性剂：烯烃磺酸；脂肪酸或其盐；脂肪醇；烷基酚或羟烷基酚；烷基和烷基芳基醚硫酸盐；烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐；磺基琥珀酸的酯或单酯；偏磷酸酯；烷基聚乙二醇醚；烷基芳基聚乙二醇醚；环氧乙烷/环氧丙烷(EO/PO)嵌段共聚物；N-甲基牛磺酸盐；脂肪酸烷基醇酰胺；氧化胺；或氧化膦；椰油酰基二甲基氨基乙酸钠；磺基甜菜碱和磷酸酯；或
选自包括以下各项的组的一种或多种聚合物：聚乙烯醇；聚乙烯缩醛；聚乙烯吡咯烷酮；水溶性形式的多糖；木质素磺酸盐；聚(甲基)丙烯酸；(甲基)丙烯酸酯与羧基官能化的共聚单体单元的共聚物；聚(甲基)丙烯酰胺；聚乙烯基磺酸及其水溶性共聚物；磺化的三聚氰胺-甲醛；磺化的萘-甲醛；苯乙烯-马来酸共聚物；和乙烯基醚-马来酸共聚物；或
选自包括以下各项的组的一种或多种蛋白质：酪蛋白、酪蛋白酸盐、大豆蛋白；明胶；以及通过动物蛋白的蛋白水解可获得的其他蛋白；或
生物技术来源的酶。
5.如权利要求2至4所述的用于生产泡沫混凝土的混凝土组合物，其特征在于，基于所述混凝土组合物的干重，所述混凝土组合物在0.5wt％至20wt％的程度上基于烯属不饱和单体的保护性胶体稳定的聚合物。
6.如权利要求2至5所述的用于生产泡沫混凝土的混凝土组合物，其特征在于，烯属不饱和单体的聚合物是基于选自包括乙烯基酯、(甲基)丙烯酸酯、乙烯基芳香族化合物、烯烃、1,3-二烯和乙烯基卤化物的组的一种或多种单体。
7.如权利要求2至6所述的用于生产泡沫混凝土的混凝土组合物，其特征在于，基于全部存在的水泥的总重量，存在按重量计25％至55％的速凝水泥，其中，所述速凝水泥选自包括铝酸盐水泥、磺铝酸钙水泥和氧化铝水泥的组。
8.如权利要求1所述的用于生产泡沫混凝土的方法，其特征在于，使用权利要求2至7所述的混凝土组合物。
9.如权利要求1或8所述的用于生产泡沫混凝土的方法，其特征在于，通过将空气吹入所述水性混凝土组合物中和/或通过将所述水性混凝土组合物与空气机械混合引入空气。
10.如权利要求1、8或9所述的用于生产泡沫混凝土的方法，其特征在于，通过混合包含以下各项的混合物与基于用于生产所述混凝土组合物的组分的干重，按重量计30％至95％的水泥，可选地一种或多种填料和可选地一种或多种添加剂来生产所述水性混凝土组合物，
一种或多种泡沫稳定剂，
水性分散体或水可再分散性粉末形式的烯属不饱和单体的一种或多种保护性胶体稳定的聚合物，
可选地一种或多种空气成孔剂，
可选的一种或多种添加剂，以及
水。
11.如权利要求1、8或9所述的用于生产泡沫混凝土的方法，其特征在于，通过混合水性分散体或水可再分散性粉末形式的烯属不饱和单体的一种或多种保护性胶体稳定的聚合物、可选的纤维和可选的添加剂以及水以生产混合物a1)和然后向混合物a1)中加入一种或多种泡沫稳定剂、可选的一种或多种空气成孔剂和可选的添加剂以获得混合物a2)，以及将混合物a2)与包含基于用于生产混凝土组合物的组分的干重按重量计30％至95％的水泥、可选的填料、可选的纤维和可选的添加剂的混合物b)混合来生产所述水性混凝土组合物。
12.如权利要求11所述的用于生产泡沫混凝土的方法，其特征在于混合物b)是干燥混合物。
13.如权利要求11或12所述的用于生产泡沫混凝土的方法，其特征在于通过将空气引入混合物a2)中产生气孔。
14.一种通过施用到基底上或通过引入到模制部件中来施用来自权利要求1或8至13的泡沫混凝土的方法。
15.如权利要求14所述的施用泡沫混凝土的方法，用于生产预浇铸的混凝土部件、地板、平屋顶、梯级、地面块、墙壁；或用于涂覆墙壁、地板或刮板；或用于混凝土模板中；作为填充材料；或用于砖的填充。
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