CN116396099A - 一种发泡混凝土及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种发泡混凝土，其包括如下质量分的组分：水泥90‑120份、砂石120‑160份、减水剂0.5‑0.7份、水42‑48份、发泡剂12‑14份、减水剂0.5‑0.7份、改性玄武岩短切纤维18‑22份、膨润土微胶囊3‑5份；所述改性玄武岩短切纤维采用如下方法制备而成：S1、将玄武岩短切纤维加热后，浸泡至四氯乙烯中，冷却后对玄武岩短切纤维洗涤，得到预制玄武岩短切纤维；S2、将硅烷偶联剂溶液溶液加入步骤S1中的预制玄武岩短切纤维，浸泡后干燥，即可得到改性玄武岩短切纤维。本申请具有提升混凝土力学性能的效果。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土的领域，尤其是涉及一种发泡混凝土及其制备工艺。
背景技术
发泡混凝土，又名泡沫混凝土或轻质混凝土，以发泡剂、水泥、粉煤灰、等搅拌成有机胶结料的双套连续结构的聚合物，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。
水泥在生产运输环节中，尤其是在烧制原料等过程中，废水排放量大，从而对环境造成污染，玄武岩中含有大量的氧化硅与氧化铝，可以促进水泥的二次水化反应，因此，制备发泡混凝土时，选择将玄武岩取代部分水泥进行添加，减少污染并提高经济效益；但是，玄武岩纤维的表面惰性且光滑，与水泥浆体之间的结合性能较差，故使得发泡混凝土的强度有所下降，故有待改善。
发明内容
为了提升发泡混凝土的，本申请提供一种发泡混凝土及其制备工艺。
本申请提供的一种发泡混凝土及其制备工艺采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供的一种发泡混凝土，采用如下的技术方案：
一种发泡混凝土，包括如下质量分的组分：
水泥90-120份、砂石120-160份、减水剂0.5-0.7份、水42-48份、发泡剂12-14份、减水剂0.5-0.7份、改性玄武岩短切纤维18-22份、膨润土微胶囊3-5份；
所述改性玄武岩短切纤维采用如下方法制备而成：
S1、将玄武岩短切纤维加热后，浸泡至四氯乙烯中，冷却后对玄武岩短切纤维洗涤，得到预制玄武岩短切纤维；
S2、将硅烷偶联剂溶液溶液加入步骤S1中的预制玄武岩短切纤维，浸泡后干燥，即可得到改性玄武岩短切纤维。
S1、将玄武岩短切纤维加热后，浸泡至四氯乙烯中，冷却后对玄武岩短切纤维洗涤，得到预制玄武岩短切纤维；
S2、将硅烷偶联剂溶液溶液加入步骤S1中的预制玄武岩短切纤维，浸泡后干燥，即可得到改性玄武岩短切纤维。
通过采用上述技术方案，将玄武岩替代部分水泥进行添加，可减少水泥的占比，从而提升混凝土的环保性能，玄武岩石粉中含有大量的SiO2与Al2O3，可以促进水泥的二次水化反应，同时，玄武岩短切纤维掺入混凝土凝胶材料后，一方面，发泡混凝土中的大气泡被玄武岩短切纤维分割成小气泡，使得发泡混凝土中的气泡更加均匀，从而提升了泡沫混凝土的稳定性，另一方面，当泡沫混凝土在产生裂缝时，玄武岩短切纤维可以横跨裂缝，从而对泡沫混凝土的裂缝的发展起到约束的作用，从而减少了混凝土的进一步开裂的现象，第三方面，玄武岩短切纤维在体系中根根互相搭接，形成三维网状结构，进一步提升了泡沫混凝土的稳定性。
加热后的玄武岩短切纤维浸泡至四氯乙烯中后，可去除玄武岩纤维表面的油脂性物质，在后续与硅烷偶联剂溶液接触后，可提升玄武岩短切纤维与硅烷偶联剂之间的接触效果，从而提升硅烷偶联剂对玄武岩短切纤维的改性作用。作为优选，所述硅烷偶联剂溶液为无水乙醇与硅烷偶联剂的混合物，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
通过采用上述技术方案，被硅烷偶联剂溶液改性后的玄武岩短切纤维的表面粗糙度得到了提升，且抗形变能力得到了提升，使得玄武岩短切纤维与砂浆之间的锚固力得到提升，进一步提升了泡沫混凝土的力学性能。
作为优选，所述无水乙醇与硅烷偶联剂之间的质量比为1:(0.004-0.012)。
作为优选，所述混凝土的原料还包括有膨润土微胶囊，所述膨润土微胶囊原料包括膨润土、海藻酸钠与环氧树脂。
作为优选，所述稻壳灰的改性方法包括如下步骤：
将海藻酸钠溶解后，加入环氧树脂、苯磺酸钠和膨润土，搅拌后得到白色乳液；在氯化钙溶液中加入醋酸和壳聚糖，搅拌均匀后得到混合物，将白色乳液加入至混合物中静置，过滤掉液体得到预制微胶囊，洗涤干燥后即可得到膨润土微胶囊。
通过采用上述技术方案，泡沫混凝土在制备后收缩易产生开裂，膨润土微胶囊中的海藻酸钠吸水后膨胀，可以对裂缝进行填补，同时，膨润土表面含有大量的羟基，与海藻酸钠、壳聚糖之间的氢键作用可以对海藻酸钠的膨胀产生一定的抑制作用，减少壳聚糖的快速膨胀，使得壳聚糖可缓慢进行溶胀，环氧树脂加入混凝土后，可进一步提升混凝土的稳定性，当微胶囊破裂后，膨润土包裹在玄武岩纤维的表面，从而使得玄武岩纤维与少将之间的粘结力进一步增强，起到协同提升混凝土强度的作用；当环氧树脂从微胶囊中出来后，与水泥和玄武岩短切纤维结合后通过氢键作用，进一步加强了混凝土各个组份中的粘结强度，从而大幅提升混凝土的力学性能。
作为优选，所述氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为1-3％。
作为优选，所述环氧树脂、壳聚糖与膨润土之间的质量比为(2.4-2.7):0.2:1。
第二方面，本申请提供一种发泡混凝土的制备工艺，采用如下技术方案：
一种发泡混凝土的制备工艺，包括如下步骤：将水泥、砂石、减水剂、水、发泡剂、改性玄武岩纤维与膨润土微胶囊混合后，即可得到发泡混凝土。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请在混凝土中添加有改性玄武岩短切纤维，改性玄武岩短切纤维通过在表面浸泡硅烷偶联剂溶液提升玄武岩短切纤维的粗糙度，从而提升了玄武岩短切纤维与水泥砂浆之间的结合度，从而提升了混凝土的稳定性与力学性能，并且，当混凝土发生开裂现象时，玄武岩短切纤维横跨裂缝，可减少泡沫混凝土的进一步开裂的现象，从而提升了混凝土的强度；
2.泡沫混凝土中还添加有膨润土微胶囊，膨润土中主要成分为二氧化硅，添加至混凝土中在后续水化过程中与玄武岩短切纤维起到火山灰效应，生成水化硅酸钙、水化氯酸钙等胶质物质，对混凝土中的毛细组织进行堵塞,进一步提升了混凝土的抗压能力；
3.当膨润土微胶囊中的环氧树脂释放处后，与玄武岩短切纤维结合后，环氧树脂氧原子与基底界面氢原子、玄武岩表面通过氢键作用结合更加稳定，从而进一步提升了混凝土的力学强度。
具体实施方式
本申请实施例公开一种发泡混凝土，以下结合实施例对本申请作进一步详细说明：
本申请实施例中，水泥选自PO42.5普通硅酸盐水泥，砂石的粒径为2.5-10mm，减水剂为萘系减水剂，发泡剂为BOSH发泡剂。
实施例1
制备改性玄武岩短切纤维：
将20kg的玄武岩短切纤维加热至270℃并保持2h，随后将加热玄武岩短切纤维放入至10mg/L的四氯乙烯溶液中冷却至35℃，使用无水乙醇进行洗涤，得到预制玄武岩短切纤维；将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合，配置γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷质量分数为0.4％的硅烷偶联剂溶液，并静置10min；将上述预制玄武岩短切纤维加入至硅烷偶联剂溶液中，并充分浸泡2.5h后去除，自然干燥后，送入热烘机中在100℃的温度下保持1.5h后取出并自然冷却至25℃，即可得到改性玄武岩短切纤维。
制备膨润土微胶囊：
称取1.6kg的海藻酸钠，加入至60℃15kg的蒸馏水中，搅拌至海藻酸钠完全溶解，随后依次加入4.67kg的环氧树脂(CAS号：1675-54-3)、1.5kg苯磺酸钠和1.94kg膨润土，以2000rpm的转速磁力搅拌30min，得到白色乳液；以水为溶质配置质量分数为1％的氯化钙溶液400L，随后依次加入质量分数为2％的醋酸4L和0.39kg的壳聚糖，搅拌均匀后得到混合物，将白色乳液加入至混合物中，静置2h后，过滤掉液体得到预制微胶囊，使用去离子水与无水乙醇交替进行洗涤，室温干燥1.5h后，放入干燥箱中以40℃的温度干燥至恒重，即可得到膨润土微胶囊。
制备发泡混凝土：将90kg水泥、120kg砂石、18kg改性玄武岩短切纤维、3kg膨润土微胶囊、42kg水、0.5kg减水剂与12kg发泡剂混合，搅拌5min后，即可得到发泡混凝土。
实施例2
制备改性玄武岩短切纤维：
将25kg的玄武岩短切纤维加热至300℃并保持2h，随后将加热玄武岩短切纤维放入至13mg/L的四氯乙烯溶液中冷却至35℃，使用无水乙醇进行洗涤，得到预制玄武岩短切纤维；将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合，配置γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷质量分数为1.2％的硅烷偶联剂溶液，并静置10min；将上述预制玄武岩短切纤维加入至硅烷偶联剂溶液中，并充分浸泡2.5h后去除，自然干燥后，送入热烘机中在100℃的温度下保持1.5h后取出并自然冷却至25℃，即可得到改性玄武岩短切纤维。
制备膨润土微胶囊：
称取2kg的海藻酸钠，加入至60℃17kg的蒸馏水中，搅拌至海藻酸钠完全溶解，随后依次加入7.14kg的环氧树脂(CAS号：1675-54-3)、1.8kg苯磺酸钠和2.38kg膨润土，以2000rpm的转速磁力搅拌30min，得到白色乳液；以水为溶质配置质量分数为2％的氯化钙溶液400L，随后依次加入质量分数为2％的醋酸4L和0.48kg的壳聚糖，搅拌均匀后得到混合物，将白色乳液加入至混合物中，静置2h后，过滤掉液体得到预制微胶囊，使用去离子水与无水乙醇交替进行洗涤，室温干燥1.5h后，放入干燥箱中以40℃的温度干燥至恒重，即可得到膨润土微胶囊。
制备发泡混凝土：将130kg水泥、160kg砂石、22kg改性玄武岩短切纤维、5kg膨润土微胶囊、48kg水、0.7kg减水剂与14kg发泡剂混合，搅拌5min后，即可得到发泡混凝土。
实施例3
制备改性玄武岩短切纤维：
将23kg的玄武岩短切纤维加热至280℃并保持2h，随后将加热玄武岩短切纤维放入至12mg/L的四氯乙烯溶液中冷却至35℃，使用无水乙醇进行洗涤，得到预制玄武岩短切纤维；将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合，配置γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷质量分数为0.8％的硅烷偶联剂溶液，并静置10min；将上述预制玄武岩短切纤维加入至硅烷偶联剂溶液中，并充分浸泡2.5h后去除，自然干燥后，送入热烘机中在100℃的温度下保持1.5h后取出并自然冷却至25℃，即可得到改性玄武岩短切纤维。
制备膨润土微胶囊：
称取1.8kg的海藻酸钠，加入至60℃16kg的蒸馏水中，搅拌至海藻酸钠完全溶解，随后依次加入6.23kg的环氧树脂(CAS号：1675-54-3)、1.6kg苯磺酸钠和2.31kg膨润土，以2000rpm的转速磁力搅拌30min，得到白色乳液；以水为溶质配置质量分数为3％的氯化钙溶液400L，随后依次加入质量分数为2％的醋酸4L和0.46kg的壳聚糖，搅拌均匀后得到混合物，将白色乳液加入至混合物中，静置2h后，过滤掉液体得到预制微胶囊，使用去离子水与无水乙醇交替进行洗涤，室温干燥1.5h后，放入干燥箱中以40℃的温度干燥至恒重，即可得到膨润土微胶囊。
制备发泡混凝土：将110kg水泥、140kg砂石、13kg改性玄武岩短切纤维、4kg膨润土微胶囊、45kg水、0.6kg减水剂与13kg发泡剂混合，搅拌5min后，即可得到发泡混凝土。
实施例4
实施例4以实施例3为基准，实施例4与实施例3之间的区别仅在于：实施例4中硅烷偶联剂中的溶剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
实施例5
实施例5以实施例3为基准，实施例5与实施例3之间的区别仅在于：实施例5中硅烷偶联剂中的溶剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
实施例6
实施例6以实施例3为基准，实施例6与实施例3之间的区别仅在于：实施例6中γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷质量分数为0.01％。
实施例7
实施例7以实施例3为基准，实施例7与实施例3之间的区别仅在于：实施例7中γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷质量分数为0.5％。
实施例8
实施例8以实施例3为基准，实施例8与实施例3之间的区别仅在于：实施例8中制备膨润土微胶囊时，环氧树脂的添加量为5kg，壳聚糖的添加量为0.67kg，膨润土的添加量为1.94kg。
实施例9
实施例9以实施例3为基准，实施例9与实施例3之间的区别仅在于：实施例9中制备膨润土微胶囊时，环氧树脂的添加量为6.7kg，壳聚糖的添加量为0.39kg，膨润土的添加量为1.91kg。
实施例10
实施例10以实施例3为基准，实施例10与实施例3之间的区别仅在于：实施例10中制备膨润土微胶囊时，氯化钙的质量分数为0.5％。
实施例11
实施例11以实施例3为基准，实施例11与实施例3之间的区别仅在于：实施例11中制备膨润土微胶囊时，氯化钙的质量分数为5％。
对比例1
对比例1以实施例3为基准，对比例1与实施例3之间的区别仅在于：对比例1中将改性玄武岩短切纤维替换为普通的玄武岩短切纤维。
对比例2
对比例2以实施例2位基准，对比例2与实施例3之间的区别仅在于：对比例2中制备膨润土微胶囊时将壳聚糖全部替换为海藻酸钠。
性能检测试验
对实施例1-11，对比例1-2的发泡混凝土进行取样，并进行如下性能测试：
以《GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》为检测标准，混凝土成型后，制备边长为150mm的混凝土立方块，并进行抗压强度性能测试，每个试样检测三次，去平均值后，将检测结果填写至表1中。
表1混凝土力学性能检测结果
| 测试项目 | 抗压强度/MPa | 平均裂缝条数/条 | 最长裂缝长度/mm | 裂缝平均宽度/mm |
| 实施例1 | 48.8 | 6 | 12.84 | 3.48 |
| 实施例2 | 49.2 | 7 | 12.75 | 3.34 |
| 实施例3 | 49.6 | 6 | 12.68 | 3.21 |
| 实施例4 | 48.7 | 7 | 13.87 | 3.64 |
| 实施例5 | 48.5 | 7 | 13.46 | 3.63 |
| 实施例6 | 45.2 | 9 | 16.48 | 4.88 |
| 实施例7 | 44.7 | 9 | 16.86 | 4.21 |
| 实施例8 | 44.8 | 10 | 17.08 | 4.96 |
| 实施例9 | 45.2 | 8 | 17.13 | 5.04 |
| 实施例10 | 46.8 | 9 | 16.24 | 4.08 |
| 实施例11 | 45.9 | 8 | 16.91 | 4.19 |
| 对比例1 | 42.5 | 13 | 22.47 | 6.24 |
| 对比例2 | 43.8 | 12 | 23.94 | 5.91 |
性能数据分析：
实施例1-5中混凝土的抗压强度均在48.8MPa及以上，平均裂缝条数均在7条及以下，最长裂缝长度均在12.84.mm及以下，最大裂缝宽度均在3.48mm及以下，说明本申请所制备的泡沫混凝土具有良好的力学性能。
实施例6中混凝土的抗压强度有所下降，这可能是因为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的质量分数较低，难以对全部的玄武岩短切纤维进行比较全面的改性，因此部分玄武岩短切纤维表面的粗糙度较差，与水泥砂石等的结合性能减弱，故实施例6的力学强度有所下降。
实施例7中混凝土的抗压强度有所下降，这可能是因为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的浓度过高，使得大量硅醇发生聚合，因此使得玄武岩短切纤维的改性作用下降，粗糙度难以得到提升，因此实施例7的力学强度有所下降。
实施例8中混凝土的力学性能有所下降，这可能是因为膨润土的占比过高后，膨润土之间静电作用力使得为膨润土微胶囊分散性能下降，故混凝土中的组分均匀度下降，因此使得发泡混凝土整体的力学性能降低。
实施例9中混凝土的力学性能有所下降，这可能是因为环氧树脂的占比过高后，混凝土的脆性上升，更溶液发生断裂，因此，实施例9的混凝土的力学性能有所下降。
实施例10中混凝土的力学性能有所下降，这可能是因为氯化钙的浓度过低后，微胶囊的包埋率有所下降，故使得微胶囊的成型率下降，因此实施例10的力学性能有搜下降，而实施例11中氯化钙的浓度过高后，包埋率难以再上升，但海藻酸钠中的羧基与钙离子难以充分交联，故微胶囊的稳定性下降，从而使得混凝土的稳定性下降，故实施例11的力学性能有所下降。
对比例1中未对玄武岩短切纤维进行改性，未经改性的玄武岩与水泥砂石等的结合力有所下降，因此力学强度下降更加明显。对比例2中在制备膨润土微胶囊中将壳聚糖均替换为海藻酸钠，海藻酸钠的膨胀系数大于壳聚糖的膨胀系数，在吸水后，海藻酸钠膨胀使得混凝土膨胀过度发生开裂的现象，故对比例2的力学性能有所下降。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种发泡混凝土，其特征在于：包括如下质量分的组分：
水泥90-120份、砂石120-160份、减水剂0.5-0.7份、水42-48份、发泡剂12-14份、减水剂0.5-0.7份、改性玄武岩短切纤维18-22份、膨润土微胶囊3-5份；
所述改性玄武岩短切纤维采用如下方法制备而成：
S1、将玄武岩短切纤维加热后，浸泡至四氯乙烯中，冷却后对玄武岩短切纤维洗涤，得到预制玄武岩短切纤维；
S2、将硅烷偶联剂溶液溶液加入步骤S1中的预制玄武岩短切纤维，浸泡后干燥，即可得到改性玄武岩短切纤维。
2.根据权利要求1所述的一种发泡混凝土，其特征在于：所述硅烷偶联剂溶液为无水乙醇与硅烷偶联剂的混合物，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种发泡混凝土，其特征在于：所述无水乙醇与硅烷偶联剂之间的质量比为1:(0.004-0.012)。
4.根据权利要求1所述的一种发泡混凝土，其特征在于：所述膨润土微胶囊原料包括膨润土、海藻酸钠与环氧树脂。
5.根据权利要4所述的一种发泡混凝土，其特征在于：将海藻酸钠溶解后，加入环氧树脂、苯磺酸钠和膨润土，搅拌后得到白色乳液；在氯化钙溶液中加入醋酸和壳聚糖，搅拌均匀后得到混合物，将白色乳液加入至混合物中静置，过滤掉液体得到预制微胶囊，洗涤干燥后即可得到膨润土微胶囊。
6.根据权利要求5所述的一种发泡混凝土，其特征在于：所述氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为1-3%。
7.根据权利要求5所述的一种发泡混凝土，其特征在于：所述环氧树脂、壳聚糖与膨润土之间的质量比为(2.4-2.7):0.2:1。
8.一种发泡混凝土的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：将水泥、砂石、减水剂、水、发泡剂、改性玄武岩纤维与膨润土微胶囊混合后，即可得到发泡混凝土。
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