CN104108912B - 一种轻质高性能泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种轻质高性能泡沫混凝土，包括以下重量份的组分：水泥50~60份、矿渣20~35份、粉煤灰15~20份、石膏5~10份，细集料60~80份、外加剂2.7~7.3份、纤维0.1~0.2份、水32~45份、泡沫5~25份。本发明还公开了该泡沫混凝土的制备方法。该泡沫混凝土容重轻、强度高、吸水率低、收缩率小，同时具备防水、防开裂功能。

Description

一种轻质高性能泡沫混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种轻质节能建筑材料及其制备方法，具体涉及一种轻质高性能泡沫混凝土及其制备方法。

背景技术

近几年来，随着建筑节能政策的驱动，建筑节能技术和节能材料有了飞速发展。为了满足建筑节能环保的要求，目前以有机高分子为主要原料生产的墙体保温材料不适合防火和环保的要求，逐渐被无机隔热保温材料所取代。泡沫混凝土具有轻质、保温、隔热、隔音、不燃、抗震、利废等优点，可很好地满足建筑节能和建筑安全的要求，在众多无机保温材料中脱颖而出。

泡沫混凝土是通过发泡机的发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过现浇施工或模具成型，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。泡沫混凝土产品具有很好的市场需求，目前国内大、中城市框架结构建筑中，已有相当部分建筑采用泡沫混凝土直接现场浇注，成本较低，效果好，具有价格优势，加之国家产业政策调整，泡沫混凝土制品应用越来越广泛。但泡沫混凝土普通存在强度低、干燥收缩大、吸水率高、耐久性差等问题，严重制约其推广与应用。因此，制备具有轻质高强、防水防开裂功能的泡沫混凝土是紧迫需要的。

发明内容

本发明目的之一是提供一种轻质高强、同时具有防水防开裂功能的轻质高性能泡沫混凝土。

本发明目的之二是提供上述轻质高性能泡沫混凝土的制备方法。

为实现上述第一个目的，本发明通过如下的技术方案来实现：一种轻质高性能泡沫混凝土，包括以下重量份的组分：水泥50~60份、矿渣20~35份、粉煤灰15~20份、石膏5~10份，细集料60~80份、外加剂2.7~7.3份、纤维0.1~0.2份、水32~45份、泡沫5~25份。

所述水泥为强度等级不小于42.5级的普通硅酸盐水泥。

所述矿渣为磨细的粒化高炉矿渣，比表面积大于4000cm²/g。

所述粉煤灰为I级或II级粉煤灰，其中CaO含量大于10%。

所述石膏为二水石膏或硬石膏。

所述细集料为重钙粉和石英砂，其中，以泡沫混凝土中，重钙粉含量为20~30份，石英砂含量为40~50份。所述石英砂的细度模数为1.5~1.8。

所述重钙粉为机械粉碎的方解石、石灰石、白垩或贝壳，细度为300~450目，CaCO₃含量大于98%。

所述外加剂由稳泡剂、憎水剂、保水剂、减水剂、早强剂和缓凝剂组成，各组分在用量：稳泡剂0.5~1.5份、憎水剂0.8~1.5份、保水剂0.2~0.6份、减水剂0.8~1.4份、早强剂0.3~2.0份和缓凝剂0.1~0.3份。

所述稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、和硬脂酸钠的一种或两种以上混合；所述憎水剂为有机硅憎水剂、硅烷基憎水剂、和硬脂酸钙的一种或两种以上混合；所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述早强剂为铝酸钠、碳酸锂、和无水硫酸钠的一种或两种以上混合；所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、和葡萄糖酸钠的一种或两种以上混合。

所述纤维为聚丙烯纤维，长度6~12mm。所述水为自来水。

所述泡沫由发泡剂和水组成，两者质量比为1﹕40~60，发泡剂为动物蛋白复合型发泡剂，泡沫的密度为30~70g/L。

为实现上述第二个目的，本发明通过如下的技术方案来实现：上述轻质高性能泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照配合比称量水泥、矿渣、粉煤灰、石膏、细集料、外加剂、纤维、发泡剂和水；

（2）将水泥、矿渣、粉煤灰、石膏、细集料、纤维等干料倒入搅拌机中搅拌均匀；

（3）加水及外加剂至干料中搅拌均匀，制成水泥浆料；

（4）将发泡剂与水按1﹕40~60比例混合加入发泡机中，发泡压力控制在0.5MPa~1.0MPa的范围内，发泡筒长度不少于50cm，便可制备出性能优良的泡沫；

（5）泡沫加入水泥浆料中搅拌混合均匀，浇注成型后经自然养护而成轻质高性能泡沫混凝土。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）本发明中，矿渣为磨细的粒化高炉矿渣，比表面积大于4000cm²/g，细颗粒矿渣有利于泡沫混凝土的早期强度，降低水化反应产生的水化热，减少泡沫混凝土早期收缩开裂。粉煤灰为I级或II级粉煤灰，其中CaO含量大于10%，I级或II级粉煤灰中玻璃微珠含量较高，粉煤灰的形态效应作用显著，能有效减少用水量，提高流动度；同时对粉煤灰中CaO含量有明确的要求，可有效促进粉煤灰发生二次水化反应，显著提高泡沫混凝土的后期强度。

（2）本发明中，细集料的细度为300~450目的重钙粉，石英砂的细度模数为1.5~1.8，与水泥、矿渣、粉煤灰和石膏形成了多区间颗粒级配关系，有效提高浆体致密性，从而提高泡沫混凝土的强度与体积稳定性。

（3）本发明中，外加剂由稳泡剂、憎水剂、保水剂、减水剂、早强剂和缓凝剂组成。稳泡剂是一种表面活性剂，能够在液相表面形成单分子吸附膜，使液面坚固不易破裂，达到稳定气泡的目的，同时可以增加料浆的粘稠度，使泡沫更好的在浆体内保持稳定，从而提高泡沫混凝土的强度。憎水剂能有效地改变硅酸盐材料的表面特性，生成牢固的疏水性网状硅氧烷分子膜，使水分无法渗入到颗粒内部，从而使泡沫混凝土具有较好防水功能。保水剂的保水作用可以避免水分被基层吸收或蒸发，保证水泥水化所需要的水，保持泡沫混凝土的流动性和稳定性。减水剂减少了用水量，提高了浆料的流动性与泡沫混凝土的强度。早强剂可促进水泥水化，提高泡沫混凝土的早期强度。缓凝剂可延缓水泥凝结，保证了泡沫混凝土的施工性能。

（4）本发明中，纤维是阻止开裂的重要组分之一，在浆体中呈三维网络结构，可承受浆体收缩产生的拉应力，减少裂纹，防止微裂缝的发展。

（5）本发明中，发泡剂为表面活性剂与动物蛋白复合型发泡剂，发泡速度快、泡径均匀、而且泡沫细小、泡沫的稳定性好、持续时间长，有效提高了泡沫混凝土的稳定性与强度。

具体实施方式

以下实施例中，普通硅酸盐水泥的强度等级不小于42.5级。矿渣为磨细的粒化高炉矿渣，比表面积大于4000cm²/g。I级粉煤灰和II级粉煤灰的CaO含量均大于10%。所述细集料为重钙粉和石英砂，其中，以泡沫混凝土中，重钙粉含量为20~30份，石英砂含量为40~50份。所述石英砂的细度模数为1.5~1.8。重钙粉为机械粉碎的方解石、石灰石、白垩或贝壳，细度为300~450目，CaCO₃含量大于98%。聚丙烯纤维的长度6~12mm。水为自来水。

所述泡沫由发泡剂和水组成，两者质量比为1﹕40~60，发泡剂为动物蛋白复合型发泡剂，泡沫的密度为30~70g/L。

实施例1

普通硅酸盐水泥60份，矿渣20份，II级粉煤灰15份，硬石膏5份，重钙粉30份，石英砂40份，硬脂酸钠1.5份，硬脂酸钙1份，羟丙基甲基纤维素醚0.4份，聚羧酸减水剂1.0份，碳酸锂0.5份，酒石酸0.2份，聚丙烯纤维0.1份，自来水35份，密度50g/L的泡沫13份。

制备方法：

1）按照配合比称量各组分；

2）将水泥、矿渣、粉煤灰、石膏、细集料、纤维等干料倒入搅拌机中搅拌均匀；

3）加水及外加剂至干料中搅拌均匀，制成水泥浆料；

4）将发泡剂与水按1﹕40~60比例混合加入发泡机中，把控制发泡压力在0.5MPa~1.0MPa的范围内，发泡筒长度不少于50cm，便可制备出性能优良的泡沫；

5）泡沫按设计用量加入水泥浆料中搅拌混合均匀，浇注成型后经自然养护而成。

所得轻质高性能泡沫混凝土的干容重540kg/m³，28天强度4.4Mpa，导热系数0.079w/(m·K)，吸水率4.8%，线性收缩率0.28%。

实施例2

普通硅酸盐水泥50份，矿渣20份，II级粉煤灰20份，二水石膏10份，重钙粉20份，石英砂50份，聚丙烯酰胺1.2份，硅烷基憎水剂0.8份，羟乙基甲基纤维素醚0.6份，聚羧酸减水剂1.0份，无水硫酸钠1份，葡萄糖酸钠0.3份，聚丙烯纤维0.1份，自来水38份，密度40g/L的泡沫10份。

制备方法同实施例1。

所得轻质高性能泡沫混凝土的干容重550kg/m³，28天强度4.2Mpa，导热系数0.085w/(m·K)，吸水率4.5%，线性收缩率0.25%。

实施例3

普通硅酸盐水泥55份，矿渣25份，I级粉煤灰15份，二水石膏5份，重钙粉25份，石英砂45份，十二烷基苯磺酸钠1.5份，有机硅憎水剂1份，羟丙基甲基纤维素醚0.5份，聚羧酸减水剂1.0份，铝酸钠1.5份，柠檬酸0.3份，聚丙烯纤维0.1份，自来水36份，密度60g/L的泡沫15份。

制备方法同实施例1。

所得轻质高性能泡沫混凝土的干容重530kg/m³，28天强度4.0Mpa，导热系数0.080w/(m·K)，吸水率4.7%，线性收缩率0.27%。

实施例4

普通硅酸盐水泥60份，矿渣25份，II级粉煤灰15份，硬石膏6份，重钙粉25份，石英砂40份，硬脂酸钠1.5份，硬脂酸钙1份，羟丙基甲基纤维素醚0.4份，聚羧酸减水剂1.2份，碳酸锂1.0份，酒石酸0.2份，聚丙烯纤维0.1份，自来水34份，密度50g/L的泡沫12份。

制备方法同实施例1。

所得轻质高性能泡沫混凝土的干容重550kg/m³，28天强度4.7Mpa，导热系数0.079w/(m·K)，吸水率4.7%，线性收缩率0.27%。

实施例5

普通硅酸盐水泥55份，矿渣25份，II级粉煤灰15份，二水石膏5份，重钙粉25份，石英砂45份，聚丙烯酰胺1.0份，硅烷基憎水剂1.2份，羟乙基甲基纤维素醚0.3份，聚羧酸减水剂1.1份，无水硫酸钠1.2份，葡萄糖酸钠0.2份，聚丙烯纤维0.2份，自来水36份，密度40g/L的泡沫12份。

制备方法同实施例1。

所得轻质高性能泡沫混凝土的干容重555kg/m³，28天强度4.0Mpa，导热系数0.088w/(m·K)，吸水率5.4%，线性收缩率0.32%。

实施例6

普通硅酸盐水泥52份，矿渣22份，I级粉煤灰17份，二水石膏8份，重钙粉28份，石英砂48份，十二烷基苯磺酸钠1.0份，有机硅憎水剂0.8份，羟丙基甲基纤维素醚0.4份，聚羧酸减水剂1.1份，铝酸钠1.2份，柠檬酸0.3份，聚丙烯纤维0.1份，自来水37份，密度60g/L的泡沫14份。

制备方法同实施例1。

所得轻质高性能泡沫混凝土的干容重525kg/m³，28天强度3.6Mpa，导热系数0.082w/(m·K)，吸水率5.7%，线性收缩率0.32%。

Claims (6)

1.一种轻质高性能泡沫混凝土，由以下重量份的组分制成：水泥50~60份、矿渣20~35份、粉煤灰15~20份、石膏5~10份，细集料60~80份、外加剂2.7~7.3份、纤维0.1~0.2份、水32~45份、泡沫5~25份，所述外加剂由稳泡剂、憎水剂、保水剂、减水剂、早强剂和缓凝剂组成，各组分用量：稳泡剂0.5~1.5份、憎水剂0.8~1.5份、保水剂0.2~0.6份、减水剂0.8~1.4份、早强剂0.3~2.0份和缓凝剂0.1~0.3份；所述矿渣为磨细的粒化高炉矿渣，比表面积大于4000cm²/g；所述细集料为重钙粉和石英砂，其中，以泡沫混凝土中，重钙粉含量为20~30份，石英砂含量为40~50份，所述石英砂的细度模数为1.5~1.8；所述粉煤灰为I级或II级粉煤灰，其中CaO含量大于10%；所述重钙粉为机械粉碎的方解石、石灰石、白垩或贝壳，细度为300~450目，CaCO₃含量大于98%；所述纤维为聚丙烯纤维，长度6~12mm；所述泡沫由发泡剂和水组成，两者质量比为1﹕40~60，发泡剂为动物蛋白复合型发泡剂，泡沫的密度为30~70g/L。

2.根据权利要求1所述的轻质高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级不小于42.5级的普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的轻质高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述石膏为二水石膏或硬石膏。

4.根据权利要求1所述的轻质高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、硬脂酸钠的一种或两种以上混合；所述憎水剂为有机硅憎水剂、硅烷基憎水剂、硬脂酸钙的一种或两种以上混合；所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述早强剂为铝酸钠、碳酸锂、无水硫酸钠的一种或两种以上混合；所述缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸钠的一种或两种以上混合。

5.根据权利要求1所述的轻质高性能泡沫混凝土，其特征在于，所述水为自来水。

6.权利要求1~5任一项所述的轻质高性能泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照配合比称量水泥、矿渣、粉煤灰、石膏、细集料、外加剂、纤维、发泡剂和水；

（2）将水泥、矿渣、粉煤灰、石膏、细集料和纤维倒入搅拌机中搅拌均匀；

（3）加水及外加剂至干料中搅拌均匀，制成水泥浆料；

（4）将发泡剂与水按1﹕40~60比例混合加入发泡机中，控制发泡压力在0.5MPa~1.0MPa的范围内，发泡筒长度不少于50cm，便可制备出性能优良的泡沫；

（5）泡沫加入水泥浆料中搅拌混合均匀，浇注成型后经自然养护而成轻质高强度泡沫混凝土。