CN115974582B - 一种发泡回填材料及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于防水及水泥材料领域，具体涉及一种发泡回填材料及其制备方法和使用方法。该发泡回填材料包括以重量计的：液料：氟碳表面活性剂0‑10份、阴非离子型表面活性剂90‑120份、聚丙烯酰胺稳泡剂5‑15份、水500‑1000份；粉料：水泥。相较于传统的液料为水的回填材料，本发明的回填材料具有更加稳定的三相泡沫体系。同时，本发明相对于常规发泡水泥，可以现场按需搅拌使用，设备简单，操作简单，材料用不同类型表面活性剂复配、并配合稳泡剂，安全环保，也能够更好保证体系状态。
Description
技术领域
本发明属于防水及水泥材料领域，更具体地，涉及一种发泡回填材料及其制备方法和使用方法。
背景技术
发泡水泥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。它属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。
下沉式卫生间具有同层的排水布置，可在本楼层作业，不用涉及楼下，还可降低楼层之间噪音，但是因为其具有35-40cm的下沉高度，沉降区域的回填便带来了新的需求，之前市场常用的回填材料多为陶粒或建筑垃圾，这些材料操作不当极易导致回填层连带上下防水层及饰面层出现开裂、塌陷、渗漏、发霉等问题。
因此，需要提供一种既满足一定强度要求，又具有更低的湿密度和干密度的发泡回填材料。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种既满足一定强度要求(湿密度≥700kg/m3，干密度≥400kg/m3)，又具有更低的湿密度(≤840kg/m3)和干密度(≤525kg/m3)的发泡回填材料。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种发泡回填材料，该发泡回填材料包括以重量计的：
液料：氟碳表面活性剂0-10份、阴非离子型表面活性剂90-120份、聚丙烯酰胺稳泡剂5-15份、水500-1000份；
粉料：水泥。
本发明的发泡回填材料中，氟碳表面活性剂加强了发泡性，所产生的泡沫结构强度更高；阴非离子型表面活性剂具有强发泡性，其分子中的EO基团还具有优异的抗钙镁离子能力，在本发明中为主要发泡剂，氟碳表面活性剂与阴非离子型表面活性剂配合使用所产生的泡沫发泡率高且泡沫更加稳定；聚丙烯酰胺稳泡剂溶于水具有一定粘度，可提高发泡后的泡沫强度及水泥浆浆体的粘度及结构强度，作为稳泡剂使用。
作为优选方案，该发泡回填材料包括以重量计的：
液料：氟碳表面活性剂1-10份、阴非离子型表面活性剂90-120份、聚丙烯酰胺稳泡剂5-15份、水500-1000份；
粉料：水泥。
作为优选方案，所述氟碳表面活性剂的疏水链为通过烷氨链连接的全氟磺酰基，亲水基为甜菜碱型两性离子基团。
作为优选方案，所述阴非离子型表面活性剂的疏水链为饱和直链烷基，离子头为硫酸基钠盐，两基团中间由乙氧基链接。
作为优选方案，所述氟碳表面活性剂的分子式为：
CmF2m+1SO2NH(CH2)nN+(CH3)2CH2CH2SO3 -，其中，m为4-10之间的整数，n为2-5之间的整数。该氟碳表面活性剂可通过商购或自制得到，自制方法采用本领域技术人员常规采用的方法即可。
作为优选方案，所述阴非离子型表面活性剂的分子式为：
CxH2x+1O(CH2CH2O)ySO3 -，其中，x为10-18之间的整数，如x＝14、x＝16；y为1-6之间的整数，如y＝2、y＝3、y＝4、y＝5、y＝6。该阴非离子型表面活性剂可通过商购得到，如江苏恒峰精细化学股份有限公司生产的阴非离子型表面活性剂。
作为优选方案，所述聚丙烯酰胺稳泡剂满足如下条件至少之一：所述聚丙烯酰胺稳泡剂选自阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的至少一种；所述聚丙烯酰胺稳泡剂的分子量为3000-8000。
作为优选方案，所述水泥为普通硅酸盐水泥和/或快硬型硫铝酸盐水泥。
作为进一步的优选方案，所述普通硅酸盐水泥为PO 42.5水泥或标号更高的硅酸盐水泥。
作为进一步的优选方案，所述快硬型硫铝酸盐水泥的强度标号不低于42.5。
作为优选方案，采用的水泥应用于本发明所述的发泡回填材料的制备，其固化时间大于1h。
本发明中，水可直接选用自来水。
本发明的第二方面提供上述的发泡回填材料的制备方法，该制备方法包括：
制备液料：将液料各组份均匀混合。
根据本发明，在一个具体的实施方式中，制备方法包括：按液料配方准备原料，将自来水加入到液料搅拌缸中，开启搅拌缸的分散机，保持转速为200转/分钟，将任选的氟碳表面活性剂、阴非离子型表面活性、聚丙烯酰胺稳泡剂依次分别加入到液料搅拌缸中，搅拌10分钟后得到所述液料。
本发明的第三方面提供上述的发泡回填材料的使用方法，该使用方法包括：
(1)将液料与水混合后充分搅拌发泡，直至泡沫不再增加；
(2)加入粉料，继续搅拌，直至泡沫浆体均匀细腻。
作为优选方案，步骤(1)中，搅拌发泡的转速为30-46赫兹。
作为优选方案，步骤(1)中，搅拌时间为3-7min。
作为优选方案，步骤(2)中，将转速降低40％-60％后加入粉料。
作为优选方案，步骤(2)中，搅拌时间为3-7min。
作为优选方案，使用时液料、水、粉料的重量比为：1:60-100:80-120，如1:80:100。
根据本发明，在一个具体的使用方法实施方式中，该使用方法包括：
将液料与水混合后用发泡搅拌器高转速(38赫兹)下充分搅拌发泡，直至泡沫不再增加，本过程操作时间为5min。将转速降低40％，同时1min内缓慢加入水泥，再维持转速继续搅拌5min，直至水泥泡沫浆体均匀细腻，即可放料至需要回填的部位进行建筑结构回填。
本发明的有益效果：
本发明的材料是通过物理高速搅拌，进行引气发泡，再加入粉料水泥混合均匀形成浆体，最后进行浇筑的一种新型轻质环保型建筑材料，主要用于民用建筑室内卫生间的沉箱区域回填，同时可以用于写字楼、商场等具有回填需求的区域代替目前使用的建筑垃圾、矿渣、陶粒的回填方式。
通过浇筑施工极大地优化了施工速度，同时达到对回填区域的保护作用，因引入气泡代替部分水泥和河砂的使用，一方面降低了材料的密度，减轻了楼板的承重，延长建筑使用寿命，另一方面通过减少对材料的需求，使其具有更加优异的环境友好特性。
相较于传统的液料为水的回填材料，本发明的回填材料具有更加稳定的三相泡沫体系。同时，本发明相对于常规发泡水泥，可以现场按需搅拌使用，设备简单，操作简单，材料用不同类型表面活性剂复配、并配合稳泡剂，安全环保，也能够更好保证体系状态。
本发明的其他特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明实施例及对比例中，各组份的来源为：
氟碳表面活性剂a：
分子式为CmF2m+1SO2NH(CH2)nN+(CH3)2CH2CH2SO3 -，m＝4，n＝2
通过常规方法自制得到。
氟碳表面活性剂b：
分子式为CmF2m+1SO2NH(CH2)nN+(CH3)2CH2CH2SO3 -，m＝6，n＝2
通过常规方法自制得到。
阴非离子型表面活性剂c：
分子式为CxH2x+1O(CH2CH2O)ySO3 -，x＝12，y＝2
购自江苏恒峰精细化学股份有限公司。
阴非离子型表面活性剂d：
分子式为CxH2x+1O(CH2CH2O)ySO3 -，x＝12，y＝4
购自江苏恒峰精细化学股份有限公司。
聚丙烯酰胺稳泡剂e：购自江苏恒峰精细化学股份有限公司，分子量为4000。
聚丙烯酰胺稳泡剂f：购自江苏恒峰精细化学股份有限公司，分子量为6000。
水泥g：PO42.5灰水泥；
水泥h：北极熊硫铝酸盐水泥，强度等级不小于42.5。
水：自来水。
实施例1：
本发明实施例1提供一种发泡回填材料及其制备方法和使用方法。
该发泡回填材料包括以重量计的：
液料：氟碳表面活性剂a 5份、阴非离子型表面活性剂c 100份、聚丙烯酰胺稳泡剂e 10份、水900份；
粉料：水泥g。
制备方法包括：按液料配方准备原料，将自来水加入到液料搅拌缸中，开启搅拌缸的分散机，保持转速为200转/分钟，将氟碳表面活性剂、阴非离子型表面活性剂、聚丙烯酰胺稳泡剂依次分别加入到液料搅拌缸中，搅拌10分钟后得到所述液料。
使用方法包括：将液料与水混合后用发泡搅拌器高转速(38赫兹)下充分搅拌发泡，直至泡沫不再增加，本过程操作时间为5min。将转速降低40％，同时1min内缓慢加入水泥，再维持转速继续搅拌5min，直至水泥泡沫浆体均匀细腻，即可放料至需要回填的部位进行建筑结构回填。使用时液料、水、粉料的重量比为1:80:100。
实施例2：
与实施例1的不同之处在于：
氟碳表面活性剂a 0份。
实施例3：
与实施例1的不同之处在于：
液料：氟碳表面活性剂b 5份、阴非离子型表面活性剂d 90份、聚丙烯酰胺稳泡剂f10份、水900份；
粉料：水泥h。
实施例4：
与实施例1的不同之处在于：
液料：氟碳表面活性剂b 10份、阴非离子型表面活性剂d 120份、聚丙烯酰胺稳泡剂f 15份、水500份；
粉料：水泥h。
对比例1：
与实施例1的不同之处在于：
液料为自来水。
对比例2：
与实施例1的不同之处在于：
阴非离子型表面活性剂c 0份。
对比例3：
与实施例1的不同之处在于：
聚丙烯酰胺稳泡剂e 0份。
对比例4：
与实施例1的不同之处在于：
阴非离子型表面活性剂c 50份。
对比例5：
与实施例1的不同之处在于：
将阴非离子型表面活性剂替换为十二烷基苯磺酸钠。
对比例6：
与实施例1的不同之处在于：
将阴非离子型表面活性剂替换为十二烷基聚氧乙烯醚。
对比例7：
与实施例1的不同之处在于：
将聚丙烯酰胺稳泡剂替换为羟丙基甲基纤维素醚。
测试例：
对上述实施例及对比例制备的液料与粉料以1:80:100的重量比进行混合，具体参见实施例1记载的使用方法。按照GB/T6750-1986及JG/T266-2011规定方法进行湿密度及干密度检测，检测结果如下表所示。
表1干湿密度测试结果
| 湿密度(kg/m3) | 干密度(kg/m3) | |
| 实施例1 | 768 | 450 |
| 实施例2 | 805 | 518 |
| 实施例3 | 820 | 525 |
| 实施例4 | 676 | 404 |
| 对比例1 | 1600 | 1400 |
| 对比例2 | 1514 | 1360 |
| 对比例3 | 1042 | 708 |
| 对比例4 | 1026 | 723 |
| 对比例5 | 952 | 740 |
| 对比例6 | 1180 | 906 |
| 对比例7 | 912 | 682 |
对比例1未添加任何表面活性剂及聚丙烯酰胺，其水泥浆体未发生发泡效果、材料干湿密度均较大。实施例1同时添加了氟碳表面活性剂、阴非离子型表面活性剂、聚丙烯酰胺，材料与PO42.5灰水泥按相应比例搅拌发泡后材料干密度为768kg/m3、湿密度为450kg/m3，相较于对比例1，材料发泡效果好，泡沫材料绵密、密度低、强度高，28d抗压强度可达1MPa以上。
实施例2液料中未添加氟碳表面活性剂、其余组分与实施例1添加量一致，材料与PO42.5灰水泥按相应比例搅拌发泡后材料干密度为518kg/m3、湿密度为805kg/m3，相较于对比例1，材料发泡效果好，泡沫材料绵密、密度低、强度高，28d抗压强度亦可达1MPa以上，但与实施例1相比材料密度有所增大，说明氟碳表面活性剂的加入对材料发泡有增益效果，这是由于氟碳表面活性剂具有优异的发泡性能，且产生的泡沫具有更为优异的结构强度，泡沫更为稳定。
对比例2液料中未添加阴非离子型表面活性剂、其余组分添加量均与实施例1一致，材料与PO42.5灰水泥按相应比例搅拌发泡后材料干密度为1360kg/m3、湿密度为1514kg/m3，说明相较于对实施例1及对比例1，对比例2材料有一定发泡效果，但发泡效率较低、泡沫强度较小，与实施例1相比材料密度大幅度增大，说明氟碳表面活性剂的加入对材料发泡有增益效果、但主要发泡物质为阴非离子型表面活性剂。
对比例3液料中未添加聚丙烯酰胺、其余组分添加量与实施例1一致，材料与PO42.5灰水泥按相应比例搅拌发泡后材料干密度为708kg/m3、湿密度为1042kg/m3，相较于对比例1，材料有一定发泡效果，但发泡效率较低、且泡沫强度较小、搅拌完成后泡沫结构出现大幅度坍塌，说明聚丙烯酰胺在本发明的配方体系中充当稳泡剂角色、且具有一定的发泡效果，不添加聚丙烯酰胺，所发泡沫结构强度低、会出现一定的消融塌陷。
与实施例1相比，对比例4液料中仅添加一半的阴非离子型表面活性剂、其余组分添加量一致，材料与PO42.5灰水泥按相应比例搅拌发泡后材料干密度为723kg/m3、湿密度为1026kg/m3，相较于对比例1，材料有一定发泡效果，但发泡效率较低、泡沫强度较小，说明只有达到一定比例的阴非离子型表面活性剂配比才具有最佳的发泡效果。
实施例3中阴非离子型表面活性剂及聚丙烯酰胺与实施例1中为同系物，阴非离子型表面活性剂用量适当降低后，材料与PO42.5灰水泥按相应比例搅拌发泡后材料干密度为525kg/m3、湿密度为820kg/m3，材料干湿密度均较低，但与实施例1相比有所增大，说明阴非离子型表面活性剂小幅降低后，材料状态能够基本保持，但不宜再继续降低。
实施例4大幅度增加了氟碳表面活性剂、阴非离子型表面活性剂、聚丙烯酰胺得到用量或浓度，材料与PO42.5灰水泥按相应比例搅拌发泡后材料干密度为404kg/m3、湿密度为676kg/m3，与实施例1相比材料干湿密度仅出现小幅度降低，说明三种主要有效物质添加量达到一定值后继续添加对材料干湿密度影响有限，实施例1及实施例4中用料为同系物且分子量相近，若将对比例4中物质等量替换为实施例1中物质，效果亦接近。
与实施例1不同，对比例5及对比例6中分别用十二烷基磺酸钠及十二烷基聚氧乙烯醚替代阴非离子型表面活性剂，材料干湿密度均出现大幅度增大，其中非离子型表面活性剂取代后发泡效果衰减更甚，说明本发明用阴非离子型表面活性剂相较于常规阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂具有更优异的发泡效果。
对比例7用羟丙基甲基纤维素醚作为稳泡剂，材料与PO42.5灰水泥按相应比例搅拌发泡后材料干密度为682kg/m3、湿密度为912kg/m3，相较实施例1均有所提高，说明羟丙基甲基纤维素醚在本发明的体系中稳泡效果不如聚丙烯酰胺，湿密度无法满足相应要求。
本发明的液料与快硬型硫铝酸盐水泥配合使用，材料发泡效率相仿，但水泥浆体的固化时间大大缩短，水泥浆体的终凝时间均在1h以内；与PO42.5灰水泥共混后的材料浆体终凝时间均超过6h，可见配合快硬型硫铝酸盐水泥具有更高的施工效率，本领域技术人员可按需选择。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (4)
1.一种发泡回填材料，其特征在于，该发泡回填材料由以重量计的以下组分组成：
液料：氟碳表面活性剂1-10份、阴非离子型表面活性剂90-120份、聚丙烯酰胺稳泡剂5-15份、水500-1000份；
粉料：水泥；
所述氟碳表面活性剂的分子式为：
CmF2m+1SO2NH(CH2)nN+(CH3)2CH2CH2SO3 -，其中，m为4-10之间的整数，n为2-5之间的整数；
所述阴非离子型表面活性剂的分子式为：
CxH2x+1O(CH2CH2O)ySO3 -，其中，x为10-18之间的整数，y为1-6之间的整数。
2.根据权利要求1所述的发泡回填材料，其中，
所述聚丙烯酰胺稳泡剂满足如下条件至少之一：所述聚丙烯酰胺稳泡剂选自阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺中的至少一种；所述聚丙烯酰胺稳泡剂的分子量为3000-8000；
所述水泥为普通硅酸盐水泥和/或快硬型硫铝酸盐水泥。
3.根据权利要求2所述的发泡回填材料，其中，
所述普通硅酸盐水泥为PO 42.5水泥或标号更高的硅酸盐水泥；
所述快硬型硫铝酸盐水泥的强度标号不低于42.5。
4.权利要求1-3中任意一项所述的发泡回填材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
制备液料：将液料各组份均匀混合。
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