CN116621553A - 一种泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泡沫混凝土及其制备方法，泡沫混凝土以重量份数计包括：活性凝胶材料100‑150份，惰性填充材料250‑600份，复合发泡材料0.3‑1份，水50‑300份；活性胶凝材料包括高炉矿渣粉、改性拜耳法赤泥、钛石膏和钢渣粉，惰性填充材料包括盾构渣土和陶粒，复合发泡材料包括球形铝粉、稳定剂和表面活性剂，泡沫混凝土的制备方法用于制备前述泡沫混凝土，通过本发明的制备方法得到的泡沫混凝土的容重可调可控，力学性能高，工作性好，耐久性好。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
轨道交通的建设是城市发展的基础，也是解决交通问题的有效方法。在地铁隧道盾构开挖过程中产生大量的盾构渣土，盾构渣土目前的处理方式主要以地面堆存为主，堆存过程中占用大量土地，盾构渣土中的有害组分危害土壤安全，同时大量盾构渣土影响市容，存在较大的安全隐患。
部分地铁盾构开挖过程中产生的盾构渣土中含有大量黏土、钾长石、石灰岩等，钾长石中SiO2、Al2O3含量较高，在一定的激发剂作用下能够激发盾构渣土的活性。因此制备一种保证自己胶结强度，同时激发盾构渣土活性的胶凝材料，并使用胶凝材料与盾构渣土制备土体与管片之间的注浆材料或者基坑的回填材料，具有较高的工程价值和环境保护价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种固废利用率高泡沫混凝土，以及一种固废利用率高泡沫混凝土的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种泡沫混凝土，以重量份数计包括：活性凝胶材料100-150份，惰性填充材料250-600份，复合发泡材料0.3-1份，水50-300份；活性胶凝材料包括高炉矿渣粉、改性拜耳法赤泥、钛石膏和钢渣粉，惰性填充材料包括盾构渣土和陶粒，复合发泡材料包括球形铝粉、稳定剂和表面活性剂。
优选的，所述的活性胶凝材料以重量份数计包括：高炉矿渣粉40-120份，改性拜耳法赤泥20-50份，钛石膏10-40份，钢渣粉10-40份。
优选的，所述的改性拜耳法赤泥采用如下工艺制备：
A1:以重量份数计，分别称取以下材料备用：拜耳法赤泥100份，氯化钙5-10份，硅灰5-10份；
A2:将拜耳法赤泥在400-450℃条件下高温活化40-50min；
A3:将活化后的拜耳法赤泥与氯化钙和硅灰混合均匀，使用球磨机粉磨至比表面积为700～800㎡/㎏，即制得改性拜耳法赤泥。
通过高温活化和化学激发作用，使得赤泥中的硅铝酸盐矿物结晶度降低，活性增加。赤泥及钢渣中含有大量OH-。钛石膏中含有大量的SO4 2-，改性赤泥提供活性铝，硅粉提供活性硅，多种材料协同作用激发矿渣粉及盾构渣土中低聚状态的硅铝酸盐矿物，生成钙矾石及沸石类矿物，保证泡沫混凝土的力学性能。
优选的，所述的拜耳法赤泥的比表面积为300-500㎡/㎏，氯化钙为分析纯试剂，硅灰中活性硅质量含量≥95％，硅灰的比表面积为1000-1200㎡/㎏。
优选的，所述的惰性填充材料以重量分数计包括：盾构渣土100-400份，陶粒100-300份；所述的盾构渣土的中黏土的含量为50％-60％，盾构渣土的比表面积为200-300㎡/㎏，陶粒规格为10-25mm。
优选的，所述的复合发泡材料以重量分数计包括：球形铝粉0.05-0.1份，稳定剂0.1-0.3份，表面活性剂0.1-0.3份；所述的球形铝粉中活性铝质量含量≥94％，球形铝粉200目筛余＜3％，。球形铝粉制备过程中直接以熔化铝水作为原材料，避免了二次熔铝对铝的破坏，铝粉的发泡时间控制在60-120min，保证了工程操作时间。稳定剂的添加能够在气泡的液膜有秩序的分布，赋予泡沫良好的弹性和自修复能力，起到稳泡效果。表面活性剂能够降低材料的静电斥力，提供空间位阻，改善泡沫混凝土的工作性，同时能够引入大量微小的气泡，优化铝粉形成的气泡分布，提高泡沫混凝土的均匀性。
优选的，所述的稳定剂以重量分数计包括：月桂基聚氧乙烯醇硫酸钠1-2份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1-2份，硬脂酸钙1-3份。
优选的，所述的表面活性剂以重量分数计包括：木质素磺酸钙1份，三聚氰胺高效减水剂1-1.5份，聚羧酸高性能减水剂0.5-0.9份
优选的，所述的泡沫混凝土以重量份数计包括：以重量份数计包括：活性凝胶材料125份，惰性填充材料425份，复合发泡材料0.7份，水175份；所述的活性凝胶材料以重量份数计包括：高炉矿渣粉80份，改性拜耳法赤泥35份，钛石膏25份，钢渣粉25份；所述的惰性填充材料以重量份数计包括：盾构渣土250份，陶粒150份；所述的复合发泡材料以重量分数计包括：球形铝粉0.07份，稳定剂0.2份，表面活性剂0.2份；所述的稳定剂以重量分数计包括：月桂基聚氧乙烯醇硫酸钠1.5份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1.5份，硬脂酸钙2份；所述的表面活性剂以重量分数计包括：木质素磺酸钙1份，三聚氰胺高效减水剂1.2份，聚羧酸高性能减水剂0.7份。
本发明提供的泡沫混凝土的制备方法为：将各组分按其重量份数加入搅拌机中搅拌，即制得泡沫混凝土。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种泡沫混凝土及其制备方法在制备过程中不使用水泥，对胶凝材料固体废弃物的利用率接近100％，碳排放量低，对环境污染小，成本更低，经济效果和环境保护效果显著。泡沫混凝土制备过程中利用了多种固体废弃物的协同激发效果，提升了盾构渣土的活性，制备的泡沫混凝土力学性能较高。复合发泡材料注重了发泡速率的控制，泡沫质量的提升，泡沫大小的均匀分布以及泡沫混凝土工作性的调节。通过本发明的制备方法得到的泡沫混凝土的容重可调可控，力学性能高，工作性好，耐久性好。
具体实施方式
下述实施例泡沫混凝土中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
本发明各实施例组分见下表
表1活性凝胶材料组分列表(单位为重量份)
| 高炉矿渣粉 | 改性拜耳法赤泥 | 钛石膏 | 钢渣粉 | |
| 活性凝胶材料1 | 80 | 35 | 25 | 25 |
| 活性凝胶材料2 | 40 | 50 | 10 | 40 |
| 活性凝胶材料3 | 120 | 20 | 40 | 10 |
| 活性凝胶材料4 | 80 | 35 | 0 | 25 |
| 活性凝胶材料5 | 80 | 35 | 25 | 0 |
表2惰性填充材料组分列表(单位为重量份)
| 盾构渣土 | 陶粒 | |
| 惰性填充材料1 | 250 | 150 |
| 惰性填充材料2 | 100 | 300 |
| 惰性填充材料3 | 400 | 100 |
| 惰性填充材料4 | 0 | 300 |
表3复合发泡材料组分列表(单位为重量份)
| 球形铝粉 | 稳定剂 | 表面活性剂 | |
| 复合发泡材料1 | 0.07 | 0.2 | 0.2 |
| 复合发泡材料2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 复合发泡材料3 | 0.05 | 0.3 | 0.3 |
| 复合发泡材料4 | 0 | 0.2 | 0.2 |
| 复合发泡材料5 | 0.07 | 0 | 0.2 |
| 复合发泡材料6 | 0.07 | 0.2 | 0 |
表4泡沫混凝土组分列表(份数单位为重量份)
表5泡沫混凝性能列表
上述泡沫混凝土，包括：活性凝胶材料，惰性填充材料，复合发泡材料，水。
活性胶凝材料包括高炉矿渣粉、改性拜耳法赤泥、钛石膏和钢渣粉。
改性拜耳法赤泥采用如下工艺制备：
A1:以重量份数计，分别称取以下材料备用：实施例1-3与对照例1-7采用以下配方：拜耳法赤泥100份，氯化钙5份，硅灰5份；实施例4-6采用以下配方：拜耳法赤泥100份，氯化钙5份，硅灰10份；实施例7-9采用以下配方：拜耳法赤泥100份，氯化钙10份，硅灰5份；其中拜耳法赤泥的比表面积为300-500㎡/㎏，氯化钙为分析纯试剂，硅灰中活性硅含量超过95％，硅灰的比表面积为1000-1200㎡/㎏；
A2:将拜耳法赤泥在400-450℃条件下高温活化40-50min；
A3:将活化后的拜耳法赤泥与氯化钙和硅灰混合均匀，使用球磨机粉磨至比表面积为700～800㎡/㎏，即制得改性拜耳法赤泥。
活性凝胶材料6以重量份数计包括以下成分：高炉矿渣粉80份，拜耳法赤泥35份，钛石膏25份，钢渣粉25份。
惰性填充材料包括盾构渣土和陶粒。盾构渣土的中黏土的含量为50％-60％，盾构渣土的比表面积为200-300㎡/㎏，陶粒规格为10-25mm。
复合发泡材料包括球形铝粉、稳定剂和表面活性剂。球形铝粉中活性铝含量≥94％，球形铝粉200目质量筛余＜3％。
稳定剂包括：月桂基聚氧乙烯醇硫酸钠，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，硬脂酸钙。
实施例1-3与对照例1-4、6-7使用的稳定剂采用如下配方：以重量分数计包括：
月桂基聚氧乙烯醇硫酸钠1.5份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1.5份，硬脂酸钙2份。
实施例4-6使用的稳定剂采用如下配方：以重量分数计包括：
月桂基聚氧乙烯醇硫酸钠1份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1份，硬脂酸钙1份。
实施例7-9使用的稳定剂采用如下配方：以重量分数计包括：
月桂基聚氧乙烯醇硫酸钠2份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠2份，硬脂酸钙3份。
表面活性剂包括：木质素磺酸钙，三聚氰胺高效减水剂，聚羧酸高性能减水剂。
实施例1-3与对照例1-5、7使用的表面活性剂采用如下配方：以重量分数计包括：
木质素磺酸钙1份，三聚氰胺高效减水剂1.2份，聚羧酸高性能减水剂0.7份。
实施例4-6使用的表面活性剂采用如下配方：以重量分数计包括：
木质素磺酸钙1份，三聚氰胺高效减水剂1份，聚羧酸高性能减水剂0.5份。
实施例7-9使用的表面活性剂采用如下配方：以重量分数计包括：
木质素磺酸钙1份，三聚氰胺高效减水剂1.5份，聚羧酸高性能减水剂0.9份。
泡沫混凝土的制备方法为：将各组分按其重量份数加入搅拌机中搅拌，即制得泡沫混凝土。
抗压强度和容重测试方法参照JG/T 266-2011《泡沫混凝土》技术规范要求进行。
实施例1-9的组分含量与性能测试结果见表1-5。
对照例1-7的组分含量与性能测试结果见表1-5。
其中对照例4-6因为缺少部分助剂，故在制备时未能成功发泡，容重均＞1000kg/m3，泡沫混凝土的容重一般＜1000kg/m3，对照例4-6制备的产品无法作为泡沫混凝土应用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种泡沫混凝土，其特征在于：以重量份数计包括：活性凝胶材料100-150份，惰性填充材料250-600份，复合发泡材料0.3-1份，水50-300份；活性胶凝材料包括高炉矿渣粉、改性拜耳法赤泥、钛石膏和钢渣粉，惰性填充材料包括盾构渣土和陶粒，复合发泡材料包括球形铝粉、稳定剂和表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述的活性胶凝材料以重量份数计包括：高炉矿渣粉40-120份，改性拜耳法赤泥20-50份，钛石膏10-40份，钢渣粉10-40份。
3.根据权利要求2所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述的改性拜耳法赤泥采用如下工艺制备：
A1:以重量份数计，分别称取以下材料备用：拜耳法赤泥100份，氯化钙5-10份，硅灰5-10份；
A2:将拜耳法赤泥在400-450℃条件下高温活化40-50min；
A3:将活化后的拜耳法赤泥与氯化钙和硅灰混合均匀，使用球磨机粉磨至比表面积为700～800㎡/㎏，即制得改性拜耳法赤泥。
4.根据权利要求3所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述的拜耳法赤泥的比表面积为300-500㎡/㎏，氯化钙为分析纯试剂，硅灰中活性硅质量含量≥95％，硅灰的比表面积为1000-1200㎡/㎏。
5.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述的惰性填充材料以重量分数计包括：盾构渣土100-400份，陶粒100-300份；所述的盾构渣土的中黏土的含量为50％-60％，盾构渣土的比表面积为200-300㎡/㎏，陶粒规格为10-25mm。
6.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述的复合发泡材料以重量分数计包括：球形铝粉0.05-0.1份，稳定剂0.1-0.3份，表面活性剂0.1-0.3份；所述的球形铝粉以熔化铝水为原料制备，球形铝粉中活性铝质量含量≥94％，球形铝粉200目筛余质量＜3％。
7.根据权利要求7所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述的稳定剂以重量分数计包括：月桂基聚氧乙烯醇硫酸钠1-2份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1-2份，硬脂酸钙1-3份。
8.根据权利要求7所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述的表面活性剂以重量分数计包括：木质素磺酸钙1份，三聚氰胺高效减水剂1-1.5份，聚羧酸高性能减水剂0.5-0.9份。
9.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：以重量份数计包括：活性凝胶材料125份，惰性填充材料425份，复合发泡材料0.7份，水175份；所述的活性凝胶材料以重量份数计包括：高炉矿渣粉80份，改性拜耳法赤泥35份，钛石膏25份，钢渣粉25份；所述的惰性填充材料以重量份数计包括：盾构渣土250份，陶粒150份；所述的复合发泡材料以重量分数计包括：球形铝粉0.07份，稳定剂0.2份，表面活性剂0.2份；所述的稳定剂以重量分数计包括：月桂基聚氧乙烯醇硫酸钠1.5份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠1.5份，硬脂酸钙2份；所述的表面活性剂以重量分数计包括：木质素磺酸钙1份，三聚氰胺高效减水剂1.2份，聚羧酸高性能减水剂0.7份。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：将各组分按其重量份数加入搅拌机中搅拌，即制得泡沫混凝土。
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