CN116023082B - 一种利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，1)将黄河泥沙、粉煤灰、氢氧化钙、水、减水剂加入水泥砂浆搅拌机，先进行低速搅拌，再进行高速搅拌；2)将发泡剂进行稀释，与稳泡剂一起加入发泡机，使用空气压缩法预制泡沫；3)将黄河泥沙‑粉煤灰浆体与泡沫加入水泥砂浆搅拌机，进行低速搅拌；4)将拌合完成的泡沫混凝土浆体倒入模具，标准养护后获得泡沫混凝土。本发明一方面为黄河泥沙的高值化利用提供一种新途径；另一方面通过黄河泥沙潜在的火山灰活性和微集料效应，调控碱激发粉煤灰泡沫混凝土浆体的凝结时间减少消泡现象，改善泡沫混凝土孔结构，减小干燥收缩，提升碱激发粉煤灰泡沫混凝土的性能。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用领域，尤其涉及一种利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法。
背景技术
黄河泥沙的资源化利用对于黄河治理开发、保护与管理都具有重要的意义。资源化利用黄河泥沙已有一些方法，如可以通过高温烧结制成烧结砖，还可以与煤粉混合烧结制成性能良好的陶粒产品等，这些传统的黄河泥沙利用方法需要高温烧结，是高能耗与环境不友好的；近些年，利用黄河泥沙的潜在火山灰活性，通过碱激发制备了防汛石，由于较高的黄河泥沙利用效率和较低的能源消耗而很有吸引力。尽管如此，由于缺乏其他高值化的利用途径，目前黄河泥沙的利用率很低。
泡沫混凝土是混凝土大家族中的一员，是一种新型的建筑节能环保型材料，具有密度小、质量轻、保温、隔音、抗震等性能。目前应用较为广泛的是水泥基泡沫混凝土，但水泥是一种高耗能，高污染材料，因此采用环境友好型胶凝材料替代水泥制备泡沫混凝土已成为一种趋势。
但传统碱激发泡沫混凝土存在由于水化速度快，浆体过快的凝结硬化会导致严重的消泡现象及干燥收缩过大的问题。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，一方面为黄河泥沙的高值化利用提供一种新途径；另一方面通过黄河泥沙潜在的火山灰活性和微集料效应，调控碱激发粉煤灰泡沫混凝土浆体的凝结时间减少消泡现象，改善泡沫混凝土孔结构，减小干燥收缩，提升碱激发粉煤灰泡沫混凝土的性能。
技术方案：本发明的一种利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)将黄河泥沙、粉煤灰、氢氧化钙、水、减水剂加入水泥砂浆搅拌机，先进行低速搅拌，再进行高速搅拌；
2)将发泡剂进行稀释，与稳泡剂一起加入发泡机，使用空气压缩法预制泡沫；
3)将步骤1)获得的黄河泥沙-粉煤灰浆体，与步骤2)获得的泡沫加入水泥砂浆搅拌机，进行低速搅拌；
4)将拌合完成的泡沫混凝土浆体倒入模具，标准养护后获得泡沫混凝土。
其中，所述的步骤1)与步骤3)中低速搅拌为自转140±2r/min、公转62±2r/min；高速搅拌为自转285±3r/min、公转125±3r/min。设备是自动控制，执行国家标准JC/T681的标准。
其中，所述的步骤1)中黄河泥沙的粒径为50μm-150μm，黄河泥沙的掺量为总胶凝材料，即黄河泥沙与粉煤灰质量的10％-40％；所述粉煤灰的掺量为总胶凝材料质量的50％-80％；所述氢氧化钙的掺量为总胶凝材料质量的9％-11％，优选10％。
其中，所述的步骤1)中减水剂为聚羧酸型减水剂，减水剂的掺量为总胶凝材料质量的0.4％-1％；所述水与总胶凝材料的质量比为0.35-0.55。
其中，所述的步骤1)中低速搅拌时间为85s-95s，优选90s，高速搅拌时间为55s-65s，优选60s。
其中，所述的步骤2)中发泡剂为植物蛋白发泡剂；所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素HPMC。
其中，所述的植物蛋白发泡剂的稀释比例为1:38-42，优选1:40；所述稳泡剂掺量为发泡剂掺量的0.5％-1％。
其中，所述的步骤3)中泡沫与黄河泥沙-粉煤灰浆体的体积比为0.5:1-2:1。
其中，所述的步骤3)中低速搅拌时间为115s-125s，优选120s。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明一方面实现了黄河泥沙在建筑节能环保型材料中应用，有效提高了黄河泥沙资源化利用的附加值；另一方面利用黄河泥沙潜在的火山灰活性和微集料效应，调控泡沫混凝土浆体的凝结时间减少消泡现象；改善泡沫混凝土孔结构，减小干燥收缩，由此提升碱激发泡沫混凝土的强度、保温、耐久性等性能。因此，本发明既可以高值化利用黄河泥沙，又可以通过减少水泥用量而降低碳排放量，还可以提升泡沫混凝土制品的性能，是低能耗、环境友好的技术，应用前景广阔，且操作简单、成本低、效果好。
附图说明
图1为原状黄河泥沙外观图；
图2为原状黄河泥沙粒径分布图；
图3为本发明掺黄河泥沙的碱激发泡沫混凝土试样图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。
本发明对下述实施例获得的泡沫混凝土进行测试，测试内容包括干密度、强度、吸水率、热导率、干燥收缩值、平均孔径和孔径分布，具体测试方法：
碱激发泡沫混凝土的干密度、强度、吸水率、热导率的测试根据JG/T 266-2011来执行。测试干燥收缩值试件尺寸为40mm×40mm×160mm，每组试件数量为3块，成型前给试件埋置收缩头。试件放置1d后，浸入水温(20±2)℃的恒温水槽中72h，之后抹去表面水分，放在温度为(20±2)℃，湿度为(60±2)％的调湿调温箱中。记录下试件的初始百分表读数，再次放入调湿调温箱。第一周每天测量一次长度，然后每周测量一次，直到120天，计算对应的干燥收缩值。
测试平均孔径和孔径分布的泡沫混凝土试件尺寸为100mm×100mm，切割取芯并对所取样本拍照取样：固定住数码相机，固定放大倍数拍摄试件，每张照片随机截取10mm×10mm的图像，导入Adobe Photoshop中，黑白二值化处理。将处理过的图像导入Image-Proplus 6.0软件中，得到试件的平均孔径和孔径分布。
实施例1：
本实施例的利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)将黄河泥沙、粉煤灰、氢氧化钙、水、减水剂加入水泥砂浆搅拌机，先进行低速搅拌85s，再进行高速搅拌55s；黄河泥沙的掺量为总胶凝材料的质量的10％；粉煤灰的掺量为总胶凝材料的质量的80％；氢氧化钙的掺量为总胶凝材料的质量的10％；减水剂的掺量为总胶凝材料质量的0.4％；稳泡剂的掺量为发泡剂的0.5％；掺入的泡沫与总胶凝材料浆体的体积比为0.5:1；碱激发粉煤灰泡沫混凝土成型水灰比为0.35。
2)将植物蛋白发泡剂进行稀释，与羟丙基甲基纤维素HPMC稳泡剂一起加入发泡机，使用空气压缩法预制泡沫；植物蛋白发泡剂的稀释比例为1:38；所述稳泡剂掺量为发泡剂掺量的0.5％。
3)将步骤1)获得的黄河泥沙-粉煤灰浆体，与步骤2)获得的泡沫加入水泥砂浆搅拌机，进行低速搅拌；泡沫与黄河泥沙-粉煤灰浆体的体积比为0.5:1，低速搅拌时间为115s。
4)将拌合完成的泡沫混凝土浆体倒入模具，标准养护后获得泡沫混凝土。
对本实施例制备的泡沫混凝土物理力学性能及孔结构进行测试，其中，干密度为980kg/m3；吸水率为26.1％；28天抗压强度为4.85MPa；导热系数为0.245W/(m·K)，符合JG/T 266-2011规定的FC A10-C5-W25-S-JG/T 266-2011质量等级；28天干燥收缩值为0.38％，较未添加黄河泥沙减少22.4％，120天干燥收缩值为0.44％，较未添加黄河泥沙减少32.3％，平均孔径为0.98mm，大于2mm的大孔占比为25.6％。
实施例2：
本实施例的利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)将黄河泥沙、粉煤灰、氢氧化钙、水、减水剂加入水泥砂浆搅拌机，先进行低速搅拌95s，再进行高速搅拌65s；黄河泥沙的掺量为总胶凝材料的质量的20％；粉煤灰的掺量为总胶凝材料的质量的70％；氢氧化钙的掺量为总胶凝材料的质量的10％；减水剂的掺量为总胶凝材料质量的0.6％；稳泡剂的掺量为发泡剂的0.6％；掺入的泡沫与总胶凝材料浆体的体积比为1:1；碱激发粉煤灰泡沫混凝土成型水灰比为0.45。
2)将植物蛋白发泡剂进行稀释，与羟丙基甲基纤维素HPMC稳泡剂一起加入发泡机，使用空气压缩法预制泡沫；植物蛋白发泡剂的稀释比例为1:42；所述稳泡剂掺量为发泡剂掺量的1％。
3)将步骤1)获得的黄河泥沙-粉煤灰浆体，与步骤2)获得的泡沫加入水泥砂浆搅拌机，进行低速搅拌；泡沫与黄河泥沙-粉煤灰浆体的体积比为2:1，低速搅拌时间为125s。
4)将拌合完成的泡沫混凝土浆体倒入模具，标准养护后获得泡沫混凝土。
对本实施例制备的泡沫混凝土物理力学性能及孔结构进行测试，其中，干密度为812kg/m3；吸水率为33.5％；28天抗压强度为4.35MPa；导热系数为0.199W/(m·K)，符合JG/T 266-2011规定的FC A09-C5-W40-S-JG/T 266-2011质量等级；28天干燥收缩值为0.25％，较未添加黄河泥沙减少49.0％，120天干燥收缩值为0.31％，较未添加黄河泥沙减少52.3％，平均孔径为1.21mm，大于2mm的大孔占比为24.9％。
实施例3：
本实施例的利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)将黄河泥沙、粉煤灰、氢氧化钙、水、减水剂加入水泥砂浆搅拌机，先进行低速搅拌90s，再进行高速搅拌60s；黄河泥沙的掺量为总胶凝材料的质量的30％；粉煤灰的掺量为总胶凝材料的质量的60％；氢氧化钙的掺量为总胶凝材料的质量的10％；减水剂的掺量为总胶凝材料质量的0.8％；稳泡剂的掺量为发泡剂的0.8％；掺入的泡沫与总胶凝材料浆体的体积比为1.5:1；碱激发粉煤灰泡沫混凝土成型水灰比为0.55。
2)将植物蛋白发泡剂进行稀释，与羟丙基甲基纤维素HPMC稳泡剂一起加入发泡机，使用空气压缩法预制泡沫；植物蛋白发泡剂的稀释比例为1:40；所述稳泡剂掺量为发泡剂掺量的0.7％。
3)将步骤1)获得的黄河泥沙-粉煤灰浆体，与步骤2)获得的泡沫加入水泥砂浆搅拌机，进行低速搅拌；泡沫与黄河泥沙-粉煤灰浆体的体积比为1:1，低速搅拌时间为120s。
4)将拌合完成的泡沫混凝土浆体倒入模具，标准养护后获得泡沫混凝土。
对本实施例制备的泡沫混凝土物理力学性能及孔结构进行测试，其中，干密度为653kg/m3；吸水率为36.2％；28天抗压强度为3.56MPa；导热系数为0.167W/(m·K)，符合JG/T 266-2011规定的FC A07-C3-W40-S-JG/T 266-2011质量等级。28天干燥收缩值为0.19％，较未添加黄河泥沙减少61.2％，120天干燥收缩值为0.22％，较未添加黄河泥沙减少66.2％，平均孔径为1.29mm，大于2mm的大孔占比为24.1％。
实施例4：
本实施例的利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)将黄河泥沙、粉煤灰、氢氧化钙、水、减水剂加入水泥砂浆搅拌机，先进行低速搅拌90s，再进行高速搅拌60s；黄河泥沙的掺量为总胶凝材料的质量的40％；粉煤灰的掺量为总胶凝材料的质量的50％；氢氧化钙的掺量为总胶凝材料的质量的10％；减水剂的掺量为总胶凝材料质量的1.0％；稳泡剂的掺量为发泡剂的1.0％；掺入的泡沫与总胶凝材料浆体的体积比为2:1；碱激发粉煤灰泡沫混凝土成型水灰比为0.55。
2)将植物蛋白发泡剂进行稀释，与羟丙基甲基纤维素HPMC稳泡剂一起加入发泡机，使用空气压缩法预制泡沫；植物蛋白发泡剂的稀释比例为1:40；所述稳泡剂掺量为发泡剂掺量的0.8％。
3)将步骤1)获得的黄河泥沙-粉煤灰浆体，与步骤2)获得的泡沫加入水泥砂浆搅拌机，进行低速搅拌；泡沫与黄河泥沙-粉煤灰浆体的体积比为1:1，低速搅拌时间为120s。
4)将拌合完成的泡沫混凝土浆体倒入模具，标准养护后获得泡沫混凝土。
对本实施例制备的泡沫混凝土物理力学性能及孔结构进行测试，其中，干密度为503kg/m3；吸水率为38.2％；28天抗压强度为2.85MPa；导热系数为0.167W/(m·K)，符合JG/T 266-2011规定的FC A07-C3-W40-S-JG/T 266-2011质量等级。对实施方式制备的泡沫混凝土进行性能测试，28天干燥收缩值为0.17％，较未添加黄河泥沙减少65.3％，120天干燥收缩值为0.22％，较未添加黄河泥沙减少66.2％，平均孔径为1.35mm，大于2mm的大孔占比23.2％。
从实施例1-4的性能测试结果可以看出，实施例1-4的抗干燥收缩效果优异，此外，随着黄河泥沙掺量的增加试块的平均孔径也随之增大，但大孔占比却有所减小，这显示了黄河泥沙的掺入增大了中小孔占比，有效改善了碱激发泡沫混凝土的孔结构。
综上所述，本发明实施案例中利用黄河泥沙制备的碱激发粉煤灰泡沫混凝土，是以碱激发粉煤灰为主要胶凝材料，黄河泥沙为辅助胶凝材料，氢氧化钙为碱激发剂而制备的泡沫混凝土。该发明将具有合适粒径且具有潜在火山灰活性的黄河泥沙添加到碱激发粉煤灰基材料中，与泡沫混和制备成泡沫混凝土。实验表明该掺黄河泥沙的碱激发粉煤灰泡沫混凝土性能符合国家标准的要求；此外，有效减小了现有传统碱激发泡沫混凝土的干燥收缩，改善了孔结构，提升了泡沫混凝土制品的性能。既可以高值化利用黄河泥沙，又可以通过减少水泥用量而降低碳排放量，是低能耗、环境友好的技术，应用前景广阔，且操作简单、成本低、效果好。
Claims (5)
1.一种利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：包括下述步骤：
1)将黄河泥沙、粉煤灰、氢氧化钙、水、减水剂加入水泥砂浆搅拌机，先进行低速搅拌，再进行高速搅拌；所述黄河泥沙的粒径为50μm-150μm，黄河泥沙的掺量为总胶凝材料，即黄河泥沙与粉煤灰质量的10％-40％；所述粉煤灰的掺量为总胶凝材料质量的50％-80％；所述氢氧化钙的掺量为总胶凝材料质量的9％-11％；所述减水剂为聚羧酸型减水剂，减水剂的掺量为总胶凝材料质量的0.4％-1％；所述水与总胶凝材料的质量比为0.35-0.55；所述低速搅拌时间为85s-95s，高速搅拌时间为55s-65s；
2)将发泡剂进行稀释，与稳泡剂一起加入发泡机，使用空气压缩法预制泡沫；
3)将步骤1)获得的黄河泥沙-粉煤灰浆体，与步骤2)获得的泡沫加入水泥砂浆搅拌机，进行低速搅拌；
4)将拌合完成的泡沫混凝土浆体倒入模具，标准养护后获得泡沫混凝土；
所述的步骤1)与步骤3)中低速搅拌为自转140±2r/min、公转62±2r/min；高速搅拌为自转285±3r/min、公转125±3r/min。
2.根据权利要求1所述的利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述的步骤2)中发泡剂为植物蛋白发泡剂；所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素HPMC。
3.根据权利要求2所述的利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述的植物蛋白发泡剂的稀释比例为1:38-42；所述稳泡剂掺量为发泡剂掺量的0.5％-1％。
4.根据权利要求1所述的利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述的步骤3)中泡沫与黄河泥沙-粉煤灰浆体的体积比为0.5:1-2:1。
5.根据权利要求1所述的利用黄河泥沙制备泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述的步骤3)中低速搅拌时间为115s-125s。
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2022
- 2022-12-27 CN CN202211681116.7A patent/CN116023082B/zh active Active
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|---|
| Alkali-actived fly ash foam concrete with Yellow River silt: Physico-mechanical and structural properities;Jiang Sheng et al.;CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS;20230331;130879 * |
Also Published As
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