CN102633525A - 一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土。由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、水泥、发泡剂、稳泡剂、碱性激发剂、早强剂、水玻璃、减水剂、聚丙烯纤维组成。本发明中脱硫石膏为未煅烧的脱硫石膏，使用本发明可对脱硫石膏进行资源化利用，大量消纳矿渣粉及粉煤灰等工业废弃物，具有良好的环境效益。另外，本发明泡沫混凝土具有质轻、保温隔热、隔音吸声、阻燃和抗震吸能等优异性能，可用于现浇，也可以用于生产块材和板材，适用于现浇屋面保温层、现浇地暖保温层、轻质墙体保温砌块和道路吸声屏障等。

Description

一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土及其制备方法。

背景技术

随着工业化进程的发展及社会生产力的大幅提高，地球上的化石燃料等不可再生资源已日渐沽竭，人类正面临着严重的能源危机。如今，节约能源和降低能耗已成社会主题。一直以来，在各国的能源消耗比例中，建筑能耗占有很高的比重。因此，开发高效保温的新型墙体材料，实现建筑墙体的自保温，对降低建筑能耗和达到节能要求具有重要意义。近几年，我国较常用的建筑墙体保温材料主要是一些有机保温材料，如发泡聚苯板、喷涂聚氨酯、挤塑聚苯板和聚苯颗粒等，但是这些有机材料存在着显著的缺点：1）材料变形系数大，在使用过程中极易发生形变，稳定性差；2）材料使用一段时间后会逐渐老化，寿命较短，耐久性差；3）材料极易燃烧，安全性不高。

北京央视大火和上海2010年“11.15”重大火灾等事件暴露了有机保温材料防火性差的缺点，让人们重新认识到墙体保温材料防火性能的重要性。目前，聚苯板等有机保温材料已退出建材市场，而无机类保温材料因其防火性好和阻燃性强开始得到广泛应用。泡沫混凝土作为一种无机保温材料，不仅具有质轻、保温隔热、隔音吸声和不燃等显著优点，而且在生产过程中还可以大量利用粉煤灰和矿渣等工业废弃物。当前，其正以迅猛的速度进行生产和应用。

泡沫混凝土是将发泡剂溶液通过机械方法制成的泡沫，加入到含硅和钙的材料（水泥、粉煤灰、矿渣粉、石灰和石英砂等）、外加剂、纤维及水等制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型和养护而成的一种轻质多孔建筑材料。其与加气混凝土具有许多相似的特征，如结构特征相同、力学性能及技术指标相近等。但是，相对于加气混凝土，泡沫混凝土具有以下几方面的优势：1）加气混凝土通过化学方法发泡，孔径不易控制，而泡沫混凝土通过物理方法发泡，可以通过调整发泡剂和稳泡剂比例及改变搅拌时间和速度来控制气孔大小；2）泡沫混凝土更易实现低密度，目前已有科研单位研制出干密度低于150Kg/m³的泡沫混凝土产品；3）养护方式更多样，泡沫混凝土可采取自然养护、蒸汽养护和蒸压养护等方式，而传统加气混凝土只采用蒸压养护；4）泡沫混凝土既可以用于现浇，也可以用于生产块材和板材，而加气混凝土只能生产块材和板材。

脱硫石膏又称烟气脱硫石膏（Flue Gas Desulphurization Gypsum），是对含硫燃料（煤、油等）燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏。“十一五”末，我国有3-4亿千瓦燃煤发电机组配置石灰石-石膏法脱硫设施，每年产生6000万吨以上脱硫石膏，在“十二五”期间，其产量每年仍将会迅速增长。对排放量逐年剧增的脱硫石膏，若采取抛弃堆存，不仅占用大量宝贵的土地资源，而且对周围生态环境产生不利影响。当前脱硫石膏最主要的应用途径分为两种：一种是不经煅烧的脱硫石膏代替天然石膏用作硅酸盐水泥的缓凝剂和复合掺合料的添加剂等；一种是经煅烧的脱硫石膏用于生产建筑石膏或以建筑石膏为主要原料的粉刷石膏及石膏制品等。

将预制泡沫掺入脱硫石膏-矿渣粉-粉煤灰-水泥复合胶凝体系制备成泡沫混凝土，不仅不仅为脱硫石膏提供了一条可行的资源化利用途径，也大量消耗了粉煤灰和矿渣等工业废弃物，而且制备出一种新型的建筑保温材料，推动建筑节能的发展。

本发明制备的泡沫混凝土以脱硫石膏、粉煤灰、矿渣和普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，并掺加碱性激发剂和早强剂对胶凝材料进行改性，再将胶凝材料与稳泡剂改性过的预制泡沫搅拌均匀，成型及养护后得到以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，它既可以用于现浇，也可以用于生产制品，产品质轻、保温性能优异及防火性好，符合建筑围护结构墙体保温的要求，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质轻、保温性能优异、防火性好及工业废弃物利用率高的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土。

本发明提出了一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，该泡沫混凝土以脱硫石膏、粉煤灰、矿渣粉和普通硅酸盐水泥作为复合胶凝材料，并掺加碱性激发剂和早强剂对胶凝材料进行改性，预制泡沫为发泡剂通过机械方法制得，并用稳泡剂对其改性。本发明提出的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、水泥、发泡剂、稳泡剂、碱性激发剂、早强剂、水玻璃、减水剂和聚丙烯纤维组成，各组分的重量比为：

脱硫石膏                   100

矿渣粉                     60-130

粉煤灰                     2-10

水泥                       5-30

发泡剂                     0.2-0.9

稳泡剂                     0.05-0.4

碱性激发剂                 1-10

早强剂                     0.5-8

水玻璃                     1-5

减水剂                     0.05-1.5

聚丙烯纤维                 0.25-3

各组份较佳的重量比为：

脱硫石膏                   100

矿渣粉                     80-120

粉煤灰                     3-8

水泥                       10-25

发泡剂                     0.3-0.8

稳泡剂                     0.1-0.35

碱性激发剂                 3-9

早强剂                     2-6

水玻璃                     2-4

减水剂                     0.07-1.3

聚丙烯纤维                 0.4-2.5。

本发明中，所述矿渣粉为S95矿渣粉或S75矿渣粉中的一种。

本发明中，所述粉煤灰为II级高钙粉煤灰或III级高钙粉煤灰中的一种。

本发明中，所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥或52.5普通硅酸盐水泥中的一种。

本发明中，所述发泡剂为茶皂素或松香皂类发泡剂中的一种。

本发明中，所述稳泡剂为月桂酰二乙醇胺或油酸中的一种。

本发明中，所述碱性激发剂为NaOH或KOH和Na₂SO₄以1:2(重量比)混合而成。

本发明中，所述早强剂为CaCl₂或NaCl的一种。

本发明中，所述水玻璃的模数为3或4，浓度为30%-40%(重量百分数)。

本发明中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂中的一种。

本发明中，所述聚丙烯纤维为5-20mm长度的短切纤维。

本发明提出的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土的制备方法，具体步骤如下：

（1）按前述各重量比例称取各组份，将发泡剂和稳泡剂加水溶解，其中用水量为发泡剂的250倍(重量比)，再将发泡剂和稳泡剂溶液加入空压机中进行压缩空气发泡。

（2）将脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、水泥、碱性激发剂、早强剂、水玻璃、减水剂和聚丙烯纤维加入泡沫混凝土用搅拌机中，再加水搅拌成均匀浆体，其中用水量为脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰和水泥总质量的50%-65%。

（3）将步骤（1）中预制好的泡沫加入步骤（2）中搅拌好的浆体中，再搅拌均匀即可。

本发明提出的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土既可以用于现浇也可以用于生产制品。

本发明中，脱硫石膏作为主要的胶凝组分，矿渣粉、粉煤灰和水泥作为辅助胶凝组分，共同组成以脱硫石膏为主要胶凝材料的复合胶凝体系。矿渣粉成分与水泥熟料相似，其中SiO₂，CaO和Al₂O₃总含量约达90%，活性较高，其水化生成的水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶能够促进体系的强度发展。粉煤灰的成分中主要含有大量的活性氧化硅和氧化铝。采用矿渣粉和粉煤灰复合掺加，充分发挥两者的活性，对整个体系的早期强度和后期强度都能起到很大的作用。水泥本身就是胶凝材料，掺加少量的水泥，不仅能促进复合体系强度的发展，而且还能起激发作用，它在水化过程中生成的氢氧化钙，能够促进另一种水化产物钙矾石的生长，从而加快脱硫石膏的水化进程，明显增加体系的早期强度。

碱性激发剂主要激发矿渣粉和粉煤灰的早期活性，提高其早期强度的发展。掺加早强剂主要是提高复合胶凝体系的早期强度，缩短其凝结时间。水玻璃不仅可以提高浆体的稠度，也能促进早期强度的发展。减水剂的加入可以降低体系用水量，提高其流变性及可塑性，使其强度提高，减少收缩，延长寿命。稳泡剂主要是改善发泡剂的性能，使泡沫的稳定时间更长。聚丙烯纤维可以提高抗折强度，减少收缩，防止开裂。

本发明为以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，具有质轻、保温隔热、隔音吸声、阻燃和抗震等优异性能，而且较大程度地利用了工业废弃物，具有显著地环境效益和经济效益。

本发明可用于屋面现浇保温层、现浇地暖保温层、墙体保温砌块，道路的吸声屏障和KTV等娱乐场所的隔音墙等，其用途广泛，性能良好。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，按脱硫石膏100，S95矿渣粉60，粉煤灰2，水泥5，发泡剂0.2，稳泡剂0.05，碱性激发剂1，早强剂0.5，水玻璃1，减水剂0.05，聚丙烯纤维0.25的重量比配制而成。其中发泡剂溶于相当于其重量250倍的水中。制备料浆的用水量为脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰和水泥总重量的50%。这种泡沫混凝土的3d抗折强度和抗压强度分别为0.31MPa和2.60MPa，28d抗折强度和抗压强度分别为0.75MPa和4.32MPa，干密度为664Kg/m³，导热系数为0.15W/(m.K)。

实施例2，一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，按脱硫石膏100，S75矿渣粉100，粉煤灰5，水泥15，发泡剂0.5，稳泡剂0.1，碱性激发剂4，早强剂4，水玻璃2，减水剂0.1，聚丙烯纤维0.25的重量比配制而成。其中发泡剂溶于相当于其重量250倍的水中。制备料浆的用水量为脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰和水泥总重量的50%。这种泡沫混凝土的3d抗折强度和抗压强度分别为0.29MPa和2.55MPa，28d抗折强度和抗压强度分别为0.73MPa和3.99MPa，干密度为597 Kg/m³，导热系数为0.11 W/(m.K)。

实施例3，一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，按脱硫石膏100，S75矿渣粉120，粉煤灰7，水泥20，发泡剂0.7，稳泡剂0.2，碱性激发剂7，早强剂6，水玻璃4，减水剂1.0，聚丙烯纤维1.5的重量比配制而成。其中发泡剂溶于相当于其重量250倍的水中。制备料浆的用水量为脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰和水泥总重量的60%。这种泡沫混凝土的3d抗折强度和抗压强度分别为0.13MPa和1.64MPa，28d抗折强度和抗压强度分别为0.25MPa和2.11MPa，干密度为546 Kg/m³，导热系数为0.09 W/(m.K)。

实施例4，一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，按脱硫石膏100，S95矿渣粉130，粉煤灰10，水泥30，发泡剂0.9，稳泡剂0.4，碱性激发剂10，早强剂8，水玻璃5，减水剂1.5，聚丙烯纤维3的重量比配制而成。其中发泡剂溶于相当于其重量250倍的水中。制备料浆的用水量为脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰和水泥总重量的65%。这种泡沫混凝土的3d抗折强度和抗压强度分别为0.30MPa和2.57MPa，28d抗折强度和抗压强度分别为0.73MPa和4.14MPa，干密度为641 Kg/m³，导热系数为0.13 W/(m.K)。

Claims (10)

1.一种以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于该泡沫混凝土由脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、水泥、发泡剂、稳泡剂、碱性激发剂、早强剂、水玻璃、减水剂和聚丙烯纤维组成，各组分的重量比为：

脱硫石膏                   100

矿渣粉                     60-130

粉煤灰                     2-10

水泥                       5-30

发泡剂                     0.2-0.9

稳泡剂                     0.05-0.4

碱性激发剂                 1-10

早强剂                     0.5-8

水玻璃                     1-5

减水剂                     0.05-1.5

聚丙烯纤维                 0.25-3。

2.根据权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于各组份的重量比为：

脱硫石膏                   100

矿渣粉                     80-120

粉煤灰                     3-8

水泥                       10-25

发泡剂                     0.3-0.8

稳泡剂                     0.1-0.35

碱性激发剂                 3-9

早强剂                     2-6

水玻璃                     2-4

减水剂                     0.07-1.3

聚丙烯纤维                 0.4-2.5。

3.根据权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述矿渣粉采用S95矿渣粉或S75矿渣粉中的一种，所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥或52.5普通硅酸盐水泥中的一种，所述粉煤灰为II级高钙粉煤灰或III级高钙粉煤灰中的一种。

4.根据权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述发泡剂为茶皂素或松香皂类发泡剂中的一种，所述稳泡剂为月桂酰二乙醇胺或油酸中的一种。

5.根据权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述碱性激发剂为NaOH或KOH和Na₂SO₄以1:2的重量比混合而成。

6.根据权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述早强剂为CaCl₂或NaCl中的一种。

7.根据权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述水玻璃的模数为3或4，浓度为30%-40%。

8.根据权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂中的一种。

9.根据权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述聚丙烯纤维为5-20mm长度的短切纤维。

10.一种如权利要求1所述的以脱硫石膏为主要胶凝材料的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）按各重量比例称取各组份，将发泡剂和稳泡剂加水溶解，其中用水量为发泡剂重的250倍，再将发泡剂和稳泡剂溶液加入空压机中进行压缩空气发泡；

（2）将脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰、水泥、碱性激发剂、早强剂、水玻璃、减水剂和聚丙烯纤维加入泡沫混凝土用搅拌机中，再加水搅拌成均匀浆体，其中用水量为脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰和水泥总质量的50wt%-65wt%；

（3）将步骤（1）中预制好的泡沫加入步骤（2）中搅拌好的浆体中，再搅拌均匀即可。