CN117486632A - 一种聚脲泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚脲泡沫混凝土及其制备方法,属于泡沫混凝土技术领域。一种聚脲泡沫混凝土,包括如下重量份数的组分:聚脲乳液9‑15份、水30‑60份、水泥60‑120份、硅灰10‑30份、矿粉20‑40份、炉渣10‑15份、石英砂60‑80份、复合外加剂1‑2份、聚脲纤维2‑6份、发泡剂2‑5份。由本发明制得的聚脲泡沫混凝土具有轻质、高强、高韧性、良好的防水抗渗及隔声性能优等性能,且应用范围大、施工便捷、节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫混凝土制品,特别是一种聚脲泡沫混凝土及其制备方法,以及该聚脲泡沫混凝土的用途。
普通泡沫混凝土材料通常不包含骨料或其它有机材料,因为普通泡沫混凝土中的泡沫无法承受骨料在搅拌时产生的摩擦力,泡沫较易破裂;另一方面,将常见的有机材料加入普通泡沫混凝土中会对泡沫混凝土产生腐蚀。故普通泡沫混凝土通常只使用水泥及外加剂作为胶凝材料,但也因此导致泡沫混凝土容易收缩开裂、闭孔率低等问题,很难有较为突出的物理性能。
本发明在现有物理发泡混凝土技术的基础上,将无机和有机元素进行了融合,通过引入有机材料,成功改善了无机材料的性能缺陷。发明的主要目标是满足目前对轻质、高强度和高韧性新型墙体材料的需求。
发明内容
基于上述存在的问题,本发明意在提供一种聚脲泡沫混凝土及其制备方法,以增强聚脲泡沫混凝土的抗压、抗折性能。
本发明提供的聚脲泡沫混凝土主要由三部分组成:聚脲乳液(由A组分异氰酸酯和B组分羟基化合物混合形成)、混合胶凝材料(由水泥、硅灰、矿粉、炉渣、石英砂、复合外加剂、聚脲纤维组成)及发泡剂。首先,将含有聚脲纤维的混合胶凝材料与水充分混合后,再加入聚脲乳液充分搅拌,形成聚脲水泥胶凝浆体,最后加入高密度泡沫核,搅拌后形成聚脲泡沫混凝土。本发明制备得到的聚脲泡沫混凝土具有轻质、高强、高韧性、良好的防水抗渗、隔声性能优等优异性能,且具有应用范围大、施工便捷、节能环保等特点。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种聚脲泡沫混凝土,原料包括以下重量份的各组分:聚脲乳液10-15份、水30-60份、水泥60-120份、硅灰10-30份、矿粉20-40份、炉渣10-15份、石英砂60-80份、复合外加剂1-2份、聚脲纤维2-6份及发泡剂2-5份。
优选地,所述聚脲乳液由A组分和B组分按照重量比为1:(0.8~1.2)组成,所述A组分包括重量比为(1~1.2):1的聚醚多元醇(PPG2000)和异氰酸酯(MDI-50),所述B组分包括重量比为(2~3.5):(12~14):(8~9.5):1的三羟甲基丙烷(TMP)、1,4-丁二醇(BDO)、扩链剂和助剂;所述助剂包括重量比为1:(1~1.1):(1~1.1):1:(1~1.1)的分散剂、偶联剂、流平剂、消泡剂和抗氧化剂。
进一步优选地,所述扩链剂由E100和W6200按照重量比为(1.4~2.5):1组成。
优选地,所述聚脲乳液的制备方法为:将聚醚多元醇和异氰酸酯进行预聚反应,反应温度为80~90℃,真空脱水1~2h,当原料含水率≤0.05wt%,且异氰酸根含量达到α=1.05时,停止反应,冷却至50~60℃,并进行真空脱泡处理,继续冷却至室温,即得所述A组分,密封储存;
将三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇、扩链剂和所述助剂混合,搅拌,将所得混合料升温至80~90℃,真空脱水1~2h,当混合料含水率≤0.05wt%时,停止加热和真空脱水,之后冷却至室温,得到所述B组分,密闭保存;
将所述A组分及B组分混合,即得所述聚脲乳液。
优选地,所述水泥选用硅酸盐水泥PI42.5;所述硅灰比表面积为20000-25000m2/kg,硅含量89wt%以上;所述矿粉为S95矿粉,比表面积500-700m2/kg。
优选地,所述炉渣使用冶炼产生的废弃炉渣,粒径为0-2mm;所述石英砂由10-20目的石英砂、20-40目的石英砂及40-80目的石英砂按照质量百分比分别为45.8-49.6%、30.2-36.6%及16.7-18.6%配合而成。
优选地,所述复合外加剂由减水剂65-73wt%、增稠剂12-16wt%及稳泡剂16-22wt%组成。
优选地,所述减水剂为聚羧酸减水剂,所述增稠剂为甲基纤维素,所述稳泡剂为硬脂酸钙。
优选地,所述聚脲纤维长6mm;所述发泡剂为植物型发泡剂。
一种上述所述的聚脲泡沫混凝土的制备方法,包括如下步骤:
按照重量份称取各原料,将聚脲纤维加入水泥、硅灰、矿粉、炉渣、石英砂及复合外加剂的混合物中,形成混合胶凝材料;对发泡剂进行搅拌分散,并形成泡沫核;将所述混合胶凝材料加入水中,搅拌3分钟,使其与水充分混合;之后加入聚脲乳液,以搅拌5分钟、静置30秒的方式充分混合两次,形成聚脲胶凝浆体;将所述泡沫核注入所述聚脲胶凝浆体中,搅拌30-60秒,得到所述聚脲泡沫混凝土。
一种上述所述的聚脲泡沫混凝土在建筑物围护结构件中的应用。
优选地,将所述聚脲泡沫混凝土注入建筑模具空腔内,形成轻质、高效保温的结构围护承重墙体;将所述聚脲泡沫混凝土注入模具,形成建筑物的围护结构件,制成聚脲泡沫混凝土制品。
由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果如下:
添加聚脲乳液到泡沫混凝土中,聚脲乳液形成的网状结构会均匀的分布在泡沫核及胶凝浆体中,将各个组分紧密联结在一起,形成具有延展性的结构,提高聚脲泡沫混凝土的整体性及抗折性能。添加聚脲纤维到原材料中,可提高混凝土的整体抗压和抗折强度,增强混凝土的韧性,且聚脲性能稳定,不易分解,不会对泡沫混凝土产生腐蚀。使用水泥、硅灰和炉渣的混合胶凝材料体系,搭配高性能减水剂,能确保整个混凝土浆体的水灰比维持在较小的范围内,从而提高浆体的强度,使形成的水泥浆体骨架更加稳定。再加上适量紧密堆积的石英砂,从而形成坚固的基础结构骨架,有效地保证砂浆的强度。
发泡剂采用植物类发泡剂,使用无污染、对人体无害的植物蛋白质,形成的泡沫混凝土具有独立的气孔,互不相同,吸水率低,保温隔热性能优异,且强度较高。选用连续级配的石英砂作为骨料,并按适当的比例混合,能增强骨料的密实性,进一步提高混凝土的强度,使其适用于承重构件。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明进行详细描述。
以下实施例及对比例所采用的原料均为市售,所说的室温是指25~30℃,以下不再重复描述。
实施例1
本实施例提供了一种聚脲泡沫混凝土,其原料包括:聚脲乳液15kg、水50kg、水泥50kg、硅灰5kg、矿粉10kg、炉渣5kg、石英砂70kg、复合外加剂1kg、聚脲纤维5kg、松香树脂发泡剂5kg,所述硅灰的硅含量为89%、比表面积为20000m2/kg,所述矿粉为S95矿粉、比表面积为700m2/kg,所述炉渣使用冶炼产生的废弃炉渣,粒径为1.5mm,所述石英砂由四种连续级配的石英砂组成,组分及重量百分比分别为10-20目的石英砂48.5%、20-40目的石英砂34.7%、40-80目的石英砂16.8%,所述复合外加剂按重量百分比计包括:减水剂70%,增稠剂12%,稳泡剂18%,所述减水剂为聚羧酸减水剂,减水率为12%,所述增稠剂为甲基纤维素,所述稳泡剂为硬脂酸钙;所述聚脲纤维长6mm。
其中,聚脲乳液A、B组分重量比为1:1,组成如表1所示:
表1聚脲乳液A、B组分的组成
其中助剂由分散剂(Sokalan CP 9)、偶联剂(KH-560)、流平剂(BYK-164)、消泡剂(BYK-066N)、抗氧化剂(1135)按重量比1:1.02:1.05:1:1.02组成。
制备方法为:
(1)按照重量份称取各原料,将水加入浆体混合搅拌机中;
(2)将A组分及B组分形成的聚脲乳液加入液体计量搅拌罐,充分混合后将其泵送到液体储存罐中备用;
其中,聚脲乳液的制备步骤如下:
步骤一,在玻璃反应釜中进行PPG2000和MDI-50的预聚反应,反应温度为85℃,真空脱水,当原料含水率≤0.05wt%,且异氰酸根含量达到预定值α=1.05时,停止反应,将反应釜冷却至60℃,并进行0.5h的真空脱泡处理。待反应物冷却至室温后,即得到聚脲的A组分,将其密封储存于化学桶内;
步骤二,在高速搅拌机中进行聚脲B组分的混合:将TMP、BDO、E100、W6200和助剂分别加入搅拌机,搅拌时间为0.5h,以确保各组分充分混合;
步骤三,将步骤二中混合料转移至反应釜,温度设置为85℃,真空脱水,当混合料含水率≤0.05wt%时,停止加热和真空脱水,将反应釜冷却至室温,得到聚脲的B组分,将其储存在密闭的化学桶内;
步骤四,将A组分及B组分放入高速搅拌机中充分混合,即得到聚脲乳液。
(3)将水泥、硅灰、矿粉、炉渣、石英砂、复合外加剂及聚脲纤维加入干粉计量斗中,随后将其投入干粉混合搅拌设备中充分混合,得到混合胶凝材料,并输送至粉料储存仓备用;
(4)将发泡剂放入高速液体计量搅拌罐中,通过搅拌使发泡剂分散,并形成高密度泡沫核备用;
(5)将混合胶凝材料放入浆体混合搅拌机,搅拌3分钟,使其与水充分混合;将聚脲乳液泵送至浆体混合搅拌机中,按搅拌5分钟、静置30秒的方式充分混合两次,形成聚脲胶凝浆体;
(6)将高密度泡沫核注入聚脲胶凝浆体中,搅拌45秒,得到聚脲泡沫混凝土。
实施例2
本实施例提供了一种聚脲泡沫混凝土,原料和实施例1的区别仅在于聚脲乳液A、B组分的组成不同,本实施例的聚脲乳液A、B组分的组成如表2所示:
表2聚脲乳液A、B组分的组成
其中助剂由分散剂(Sokalan CP 9)、偶联剂(KH-560)、流平剂(BYK-164)、消泡剂(BYK-066N)、抗氧化剂(1135)按重量比1:1.02:1.05:1:1.02组成。
制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供了一种聚脲泡沫混凝土,原料和实施例1的区别仅在于聚脲乳液A、B组分的组成不同,本实施例的聚脲乳液A、B组分的组成如表3所示:
表3聚脲乳液A、B组分的组成
其中助剂由分散剂(Sokalan CP 9)、偶联剂(KH-560)、流平剂(BYK-164)、消泡剂(BYK-066N)、抗氧化剂(1135)按重量比1:1.02:1.05:1:1.02组成。
制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供了一种聚脲泡沫混凝土,原料和实施例1的区别仅在于聚脲乳液A、B组分的组成不同,本实施例的聚脲乳液A、B组分的组成如表4所示:
表4聚脲乳液A、B组分的组成
其中助剂由分散剂(Sokalan CP 9)、偶联剂(KH-560)、流平剂(BYK-164)、消泡剂(BYK-066N)、抗氧化剂(1135)按重量比1:1.02:1.05:1:1.02组成。
制备方法同实施例1。
对比例1
本实施例提供了一种聚脲泡沫混凝土,其中,聚脲乳液0kg,其余原料重量份数同实施列1,制备方法同实施例1。
对比例2
本实施例提供了一种聚脲泡沫混凝土,其中,聚脲纤维0kg,其余原料重量份数同实施列1,聚脲乳液A、B组分重量份数同实施列1,制备方法同实施例1。
对比例3
本实施例提供了一种聚脲泡沫混凝土,其中,聚脲乳液0kg,聚脲纤维0kg,其余原料重量份数同实施列1,制备方法同实施例1。
在对比例1及对比例3原料组成中无聚脲乳液,则制备时无需在液体计量斗中加入聚脲乳液。
所制备的混凝土流动性能达到自流平混凝土的效果,直接浇筑成型,不需振捣,然后表面覆盖薄膜,洒水养护。按照《泡沫混凝土》(JG/T266-2011)标准,对养护至28d的试样进行抗压和抗折强度的测试,实施例及对比例聚脲泡沫混凝土标准试件的静态抗压强度、抗折强度、导热系数测试数据如表5所示:
表5抗压、抗折试验及导热系数数据
从表5可以看出,将实施例1-4与对比例1进行对比,实施例1-4聚脲混凝土抗压强度分别提升26.6%、28.2%、48.3%、66.8%,与对比例2进行比较实施例1-4聚脲混凝土抗压强度分别提升35%、36.7%、58.2%、77.9%,与对比例3进行比较实施例1-4聚脲混凝土抗压强度分别提升37%、38.7%、60.4%、80.4%,可看出聚脲乳液对提升泡沫混凝土强度具有很好的作用。
同理,将实施例1-4与对比例1-3进行对比,实施例1-4聚脲混凝土抗拉强度提升百分比最低15.8%、最高84.6%;将实施例1-4与对比例1-3进行比较,实施例1-4聚脲混凝土导热系数提升百分比最低10.7%、最高82.6%,充分体现了聚脲乳液及聚脲纤维在提升泡沫混凝土抗拉强度及导热系数方面的显著作用。
上述内容仅代表本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚脲泡沫混凝土,其特征在于,原料包括以下重量份的各组分:聚脲乳液10-15份、水30-60份、水泥60-120份、硅灰10-30份、矿粉20-40份、炉渣10-15份、石英砂60-80份、复合外加剂1-2份、聚脲纤维2-6份及发泡剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种聚脲泡沫混凝土,其特征在于,所述聚脲乳液由A组分和B组分按照重量比为1:(0.8~1.2)组成,所述A组分包括重量比为(1~1.2):1的聚醚多元醇和异氰酸酯;所述B组分包括重量比为(2~3.5):(12~14):(8~9.5):1的三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇、扩链剂和助剂;所述助剂包括重量比为1:(1~1.1):(1~1.1):1:(1~1.1)的分散剂、偶联剂、流平剂、消泡剂和抗氧化剂。
3.根据权利要求2所述的一种聚脲泡沫混凝土,其特征在于,所述聚脲乳液的制备方法为:将聚醚多元醇和异氰酸酯进行预聚反应,反应温度为80~90℃,真空脱水1~2h,当原料含水率≤0.05wt%,且异氰酸根含量达到α=1.05时,停止反应,冷却至50~60℃,并进行真空脱泡处理,继续冷却至室温,即得所述A组分,密封储存;
将三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇、扩链剂和所述助剂混合,搅拌,将所得混合料升温至80~90℃,真空脱水1~2h,当混合料含水率≤0.05wt%时,停止加热和真空脱水,之后冷却至室温,得到所述B组分,密闭保存;
将所述A组分及B组分混合,即得所述聚脲乳液。
4.根据权利要求1所述的一种聚脲泡沫混凝土,其特征在于,所述水泥选用硅酸盐水泥PI42.5;所述硅灰比表面积为20000-25000m2/kg,硅含量89wt%以上;所述矿粉为S95矿粉,比表面积500-700m2/kg。
5.根据权利要求1所述的一种聚脲泡沫混凝土,其特征在于,所述炉渣使用冶炼产生的废弃炉渣,粒径为0-2mm;所述石英砂由10-20目的石英砂、20-40目的石英砂及40-80目的石英砂按照质量百分比分别为45.8-49.6%、30.2-36.6%及16.7-18.6%配合而成。
6.根据权利要求1所述的一种聚脲泡沫混凝土,其特征在于,所述复合外加剂由减水剂65-73wt%、增稠剂12-16wt%及稳泡剂16-22wt%组成。
7.根据权利要求6所述的一种聚脲泡沫混凝土,其特征在于,所述减水剂为聚羧酸减水剂,所述增稠剂为甲基纤维素,所述稳泡剂为硬脂酸钙。
8.根据权利要求1所述的一种聚脲泡沫混凝土,其特征在于,所述聚脲纤维长6mm;所述发泡剂为植物型发泡剂。
9.一种根据权利要求1~8任一项所述的聚脲泡沫混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
按照重量份称取各原料,将聚脲纤维加入水泥、硅灰、矿粉、炉渣、石英砂及复合外加剂的混合物中,形成混合胶凝材料;对发泡剂进行搅拌分散,并形成泡沫核;将所述混合胶凝材料加入水中,搅拌,使其与水充分混合;之后加入聚脲乳液,形成聚脲胶凝浆体;将所述泡沫核注入所述聚脲胶凝浆体中,搅拌,得到所述聚脲泡沫混凝土。
10.一种根据权利要求1~8任一项所述的聚脲泡沫混凝土在建筑物围护结构件中的应用。
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