CN116477967A - 一种多孔粉煤灰改性泡沫混凝土、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔粉煤灰改性泡沫混凝土、其制备方法及应用，属于建筑材料技术领域。本发明的多孔粉煤灰改性泡沫混凝土，由如下成分按质量份数组成：水泥300‑600份，粉煤灰50‑300份，多孔粉煤灰100‑200份，硅灰50‑100份，甲酸1‑3份，自来水850‑2100份，发泡剂2‑5份，纳米稳泡剂0.1‑0.25份。本发明解决了在密度较低时，泡沫混凝土强度低、稳定性差的问题，所提供的多孔粉煤灰改性泡沫混凝土强度高，稳定性好，吸水率低，保温隔热性能优异。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种多孔粉煤灰改性泡沫混凝土、其制备方法及应用。
背景技术
泡沫混凝土具有密度可调、保温隔热性能好、绿色安全及防火系数高等特点。一般情况下，随着泡沫混凝土密度的减小，其导热系数减小，从而导致其强度及稳定性降低，出现强度不足及塌模等现象，从而限制了轻质泡沫混凝土的推广和应用。
发明内容
本发明旨在解决密度较低时，泡沫混凝土强度低、稳定性差的问题，致力于提供一种多孔粉煤灰改性泡沫混凝土，该泡沫混凝土具有抗压强度高、稳定性高以及保温隔热性能好等优点。
本发明的技术方案如下：
一种多孔粉煤灰改性泡沫混凝土，由如下成分按质量份数组成：
水泥300-600份，粉煤灰50-300份，多孔粉煤灰100-200份，硅灰50-100份，甲酸1-3份，自来水850-2100份，发泡剂2-5份，纳米稳泡剂0.1-0.25份。
上述技术方案中，粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰。
上述技术方案中，多孔粉煤灰经一级粉煤灰改性而得，其具体制备方法如下；
将粉煤灰搅拌，均匀分散；添加改性剂，搅拌反应；待反应结束后，干燥，获得多孔粉煤灰。
上述改性剂选自磷酸、乙酸中的一种或两种；改性剂与粉煤灰的比例选自1:200～1:20，优选为1:50。
上述技术方案中，发泡剂选自甜菜碱型两性表面活性剂与粘度调节剂的组合；其中，甜菜碱型两性表面活性剂的占比为50～80％，粘度调节剂的占比为20～50％。
上述粘度调节剂可选自甲基纤维素、聚乙烯醇及羟丙甲基纤维素等的一种或多种；甜菜碱型两性表面活性剂可选自椰油酰胺基丙基甜菜碱(C19H38N2O3，青岛优索化学科技有限公司)。
上述技术方案中，纳米稳泡剂选自纳米氧化铝、纳米氧化硅及纳米氧化锌中的一种或几种。
本发明提供了上述多孔粉煤灰改性泡沫混凝土的制备方法，步骤如下：
将发泡剂、纳米稳泡剂、少量多孔粉煤灰及少量硅灰混合，加入适量自来水，制备发泡液；将剩余自来水与水泥、粉煤灰、剩余多孔粉煤灰、剩余硅灰及甲酸混合，搅拌均匀，形成浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至浆体中搅拌均匀，获得多孔粉煤灰泡沫混凝土。
本发明提供了上述多孔粉煤灰改性泡沫混凝土在墙体材料保温隔热中的应用。
本发明提供了多孔粉煤灰在提高混凝土用泡沫稳定性中的应用。
本发明提供了多孔粉煤灰在提高泡沫混凝土抗压强度或稳定性中的应用。
本发明的有益效果为：
本发明的多孔粉煤灰改性泡沫混凝土强度高，稳定性好，吸水率低，保温隔热性能优异。其中，多孔粉煤灰与硅灰复合作用提高泡沫稳定性。多孔粉煤灰不仅能够参与水化，而且多孔粉煤灰能够调节体系中的水平衡，促进泡沫混凝土水化。多孔粉煤灰结合甲酸能够调节基体的凝结时间及基体屈服应力，能够显著改善泡沫混凝土的稳定性，孔结构及物理力学性能；且多孔粉煤灰不仅能降低泡沫混凝土自重，而且能提高泡沫混凝土强度及稳定性。
具体实施方式
在本发明中，多孔粉煤灰的制备方法如下：
粉煤灰在改性之前，吸水率为21％。采用电动搅拌机以500r/min的速度将一级粉煤灰搅拌3min，使粉煤灰均匀分散；按照粉煤灰质量的2％称取浓度为99.5wt％的乙酸，并加入不断搅拌的粉煤灰中，持续搅拌2h；待反应结束后，将改性后的粉煤灰置于105℃烘箱中干燥6h，获得多孔粉煤灰，吸水率为34％。粉煤灰的吸水率主要取决于粉煤灰的气孔结构，根据吸水率前后对比可知，粉煤灰在改性后具备了多孔结构。
本发明所采用的其它材料，如无特殊声明，均可通过市售渠道获得。本发明所使用的其它术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
多孔粉煤灰泡沫混凝土的配方：
水泥300份，粉煤灰250份，多孔粉煤灰100份，硅灰50份，甲酸2份，自来水1200份，发泡剂4.5份，纳米稳泡剂0.15份；
其中，粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；发泡剂选自3份椰油酰胺基丙基甜菜碱(C19H38N2O3，青岛优索化学科技有限公司)与1.5份粘度调节剂所组成的发泡剂，其中，粘度调节剂为羟丙甲基纤维素；纳米稳泡剂选自纳米氧化硅。
制备多孔粉煤灰泡沫混凝土：
将发泡剂、纳米稳泡剂、少量多孔粉煤灰(0.45份)及硅灰(0.45份)混合，加入自来水(900份)，制备发泡液；将剩余自来水与水泥、粉煤灰、剩余多孔粉煤灰、剩余硅灰及甲酸混合，搅拌均匀，形成浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至浆体中搅拌均匀，制得多孔粉煤灰泡沫混凝土。
实施例2
多孔粉煤灰泡沫混凝土的配方：
水泥300份，粉煤灰250份，多孔粉煤灰200份，硅灰50份，甲酸2份，自来水1200份，发泡剂3.5份，纳米稳泡剂0.15份；
其中，粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；发泡剂选自3份椰油酰胺基丙基甜菜碱(C19H38N2O3，青岛优索化学科技有限公司)与0.5份粘度调节剂所组成的发泡剂，其中，粘度调节剂为羟丙甲基纤维素；纳米稳泡剂选自纳米氧化硅。
制备多孔粉煤灰泡沫混凝土：
将发泡剂、纳米稳泡剂、少量多孔粉煤灰(0.45份)及硅灰(0.45份)混合，加入自来水(900份)，制备发泡液；将剩余自来水与水泥、粉煤灰、剩余多孔粉煤灰、剩余硅灰及甲酸混合，搅拌均匀，形成浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至浆体中搅拌均匀，制得多孔粉煤灰泡沫混凝土。
实施例3
多孔粉煤灰泡沫混凝土的配方：
水泥400份，粉煤灰250份，多孔粉煤灰200份，硅灰50份，甲酸2份，自来水1000份，发泡剂3份，纳米稳泡剂0.1份；
其中，粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；发泡剂选自2份椰油酰胺基丙基甜菜碱(C19H38N2O3，青岛优索化学科技有限公司)与1份粘度调节剂所组成的发泡剂，其中，粘度调节剂为羟丙甲基纤维素；纳米稳泡剂选自纳米氧化硅。
制备多孔粉煤灰泡沫混凝土：
将发泡剂、纳米稳泡剂，少量多孔粉煤灰(0.3份)及硅灰(0.3份)混合，加入自来水(600份)，制备发泡液；将剩余自来水与水泥、粉煤灰、剩余多孔粉煤灰、剩余硅灰及甲酸混合，搅拌均匀，形成浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至浆体中搅拌均匀，制得多孔粉煤灰泡沫混凝土。
对比例1
泡沫混凝土的配方：
水泥300份，粉煤灰250份，硅灰50份，甲酸2份，自来水1200份，发泡剂4.5份，纳米稳泡剂0.15份；
其中，粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；发泡剂选自3份椰油酰胺基丙基甜菜碱(C19H38N2O3，青岛优索化学科技有限公司)与1.5份粘度调节剂所组成的发泡剂，其中，粘度调节剂为羟丙甲基纤维素；纳米稳泡剂选自纳米氧化硅。
制备泡沫混凝土：
将发泡剂、纳米稳泡剂以及硅灰(0.45份)混合，加入自来水(900份)，制备发泡液；将剩余自来水与水泥、粉煤灰、剩余硅灰及甲酸混合，搅拌均匀，形成浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至浆体中搅拌均匀，制得泡沫混凝土。
对比例2
泡沫混凝土的配方：
水泥400份，粉煤灰250份，硅灰50份，甲酸2份，自来水1000份，发泡剂3份，纳米稳泡剂0.1份；
其中，粉煤灰选自GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中规定的一级粉煤灰；发泡剂选自2份椰油酰胺基丙基甜菜碱(C19H38N2O3，青岛优索化学科技有限公司)与1份粘度调节剂所组成的发泡剂，其中，粘度调节剂为羟丙甲基纤维素；纳米稳泡剂选自纳米氧化硅。
制备泡沫混凝土：
将发泡剂、纳米稳泡剂以及硅灰(0.3份)混合，加入自来水(600份)，制备发泡液；将剩余自来水与水泥、粉煤灰、剩余硅灰及甲酸混合，搅拌均匀，形成浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至浆体中搅拌均匀，制得泡沫混凝土。
(一)性能测试
测定上述各实施案例中的泡沫稳定性，泡沫混凝土的绝干密度、沉降值、抗压强度以及导热系数。其中，泡沫1h排水率可表征泡沫稳定性，其测试方式参考文献[Cement andConcrete Research,2018(170):153-166]；绝干密度及28d抗压强度测试方法参见JG/T266-2011《泡沫混凝土》；沉降值可反映泡沫混凝土的稳定性，其测试方式参见参考文献[Cement and Concrete Research,2020(138):106233]；导热系数的测定参见GB/T10294《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》。
测试结果如表1所示：
表1
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 泡沫1h排水率/％ | 73.2 | 73.6 | 73.3 | 91.3 | 91.6 |
| 绝干密度/kg/m3 | 321 | 317 | 518 | 324 | 513 |
| 沉降值/mm | 2.91 | 2.69 | 1.69 | 4.06 | 2.52 |
| 抗压强度/MPa | 1.55 | 1.77 | 4.66 | 0.61 | 1.83 |
| 导热系数/W/(m·k) | 0.532 | 0.503 | 0.908 | 0.753 | 1.125 |
由表1可知：
在相对较低且相近密度条件下，与对比例1相比，实施例1和2制备的泡沫混凝土，稳定性、强度得到显著改善。对比例1未添加多孔粉煤灰，其制备的泡沫混凝土，存在稳定性差、强度低及导热系数高等缺点。
在相对较高且相近密度条件下，与对比例2相比，实施例3制备的泡沫混凝土稳定性、抗压强度及导热系数较对比例2显著提高。
由此可见，在多孔粉煤灰掺入后，泡沫混凝土的强度、稳定性得到显著改善。实现了300密度等级的泡沫混凝土强度1.77MPa，500密度等级的泡沫混凝土强度4.66MPa。根据规范要求，泡沫混凝土密度在300kg/m3时，期强度达到0.3-0.7MPa即可满足要求；泡沫混凝土密度在500kg/m3时，期强度达到0.8-1.2MPa即可满足要求。本发明制备的泡沫混凝土其强度远超规范标准对强度的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种多孔粉煤灰改性泡沫混凝土，其特征在于，由如下成分按质量份数组成：
水泥300-600份，粉煤灰50-300份，多孔粉煤灰100-200份，硅灰50-100份，甲酸1-3份，自来水850-2100份，发泡剂2-5份，纳米稳泡剂0.1-0.25份。
2.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，多孔粉煤灰由如下方法制备而成：
将粉煤灰搅拌，均匀分散；添加改性剂，搅拌反应；待反应结束后，干燥，获得多孔粉煤灰。
3.根据权利要求2所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述改性剂选自磷酸、乙酸中的一种或两种；改性剂与粉煤灰的比例选自1:200～1:20，优选为1:50。
4.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，发泡剂选自甜菜碱型两性表面活性剂与粘度调节剂的组合；其中，甜菜碱型两性表面活性剂的占比为50～80％，粘度调节剂的占比为20～50％。
5.根据权利要求4所述的泡沫混凝土，其特征在于，所述粘度调节剂选自甲基纤维素、聚乙烯醇及羟丙甲基纤维素等的一种或多种；甜菜碱型两性表面活性剂选自椰油酰胺基丙基甜菜碱。
6.根据权利要求1所述的泡沫混凝土，其特征在于，纳米稳泡剂选自纳米氧化铝、纳米氧化硅及纳米氧化锌中的一种或几种。
7.权利要求1～6任一项所述多孔粉煤灰改性泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将发泡剂、纳米稳泡剂、少量多孔粉煤灰及少量硅灰混合，加入适量自来水，制备发泡液；将剩余自来水与水泥、粉煤灰、剩余多孔粉煤灰、剩余硅灰及甲酸混合，搅拌均匀，形成浆体；将发泡液置于发泡机中生成泡沫，并加至浆体中搅拌均匀，获得多孔粉煤灰泡沫混凝土。
8.权利要求1～6任一项所述多孔粉煤灰改性泡沫混凝土在墙体材料保温隔热中的应用。
9.多孔粉煤灰在提高混凝土用泡沫稳定性中的应用。
10.多孔粉煤灰在提高泡沫混凝土抗压强度或稳定性中的应用。
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