CN107512860A - 一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提出一种改性矿物发泡剂发泡的水泥及其制备方法，其特征是利用水滑石特殊的层状结构、层间距可调性和层间阴离子可交换性这些性质来辅助发泡。其技术方案是，将水滑石进行离子交换后，在超声作用下，将水泥发泡机负载于水滑石层隙获得一种改性矿物发泡剂。在施工时，掺入混凝土中，离子交换后的水滑石层间距增大，同时遇水膨胀，在水泥基体中形成支撑，发泡剂产生气体并形成封闭气孔。掺入水滑石解决了单一使用化学发泡剂带来的发泡孔径不均匀、稳定性较差、初凝期易塌模、保水性差等问题。

Description

一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂及制备方法
技术领域
本发明属于混凝土材料领域，具体涉及一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法。
背景技术
建筑节能是执行国家环境保护和节约能源政策的主要内容，也是贯彻国民经济可持续发展的重要组成部分。近年来，国内对节约能源与保护环境的要求不断提高，住宅建设的节能工作不断深入，节能标准不断提高，引进开发了许多新型的节能技术和材料，在住宅建筑中大力推广使用。泡沫混凝土便是其中的佼佼者，可作为轻质结构材料或保温、隔音材料在建筑工程中应用。
泡沫混凝土属于新型无机轻质保温隔热材料，是一种内部含有大量细小、封闭、均匀气孔的泡沫状混凝土材料，又称为发泡水泥、发泡混凝土等。泡沫混凝土内部球形气孔呈封闭状态，互不连通，气孔内虽然有大量的空气存在，但不能形成空气的对流循环；同时混凝土内部被气孔所隔离，各气孔被固化的水泥浆膜包围，空气又与其它材料相比热惰性能最佳，从而使得气孔对热能穿透形成了巨大阻力。由此可见，泡沫混凝土具有极强的隔热隔音性能。因此，泡沫混凝土具有质量轻、隔音性能好、耐高温性能及防潮性能好、具有较好的抗压强度和抗老化性、环保性能好、保温、隔热性好、防火性能高、整体性好、施工便捷，速度快的优点。
泡沫混凝土是将化学发泡剂或物理发泡剂发泡后加入到胶凝材料、掺合料、改性剂、卤水等制成料浆，再经混合搅拌、浇注成型、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。泡沫混凝土属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。目前在制备泡沫混凝土进行发泡时，分别采用化学发泡或是物理发泡两种发泡方式。
在现有技术的泡沫混凝土生产中，添加的发泡剂分为植物型和动物型两种。实际应用中，植物型添加剂会使泡沫混凝土强度不足，同时泡沫效果不太稳定，有时会产生膨化率不足和泡沫不均的情况，这样会直接影响产品的使用和成品率。动物型添加剂虽然泡沫效果稳定，但生产成本较高，限制了使用领域。由于上述不足，制约了泡沫混凝土的应用和发展。
另一方面，水滑石（LDHs）是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成化合物，它的结构类似于水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层。有以下几个很突出的特点：（1）主体层板的化学组成可调变；（2）层间客体阴离子的种类和数量可调变；（3）插层组装体的粒径尺寸和分布可调控。
发明内容
针对现有发泡剂发泡混泥炭土不稳定的缺陷，本发明提出一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂，其特点是，利用水滑石特殊的层状结构、层间距可调性和层间阴离子可交换性负载发泡剂、稳泡剂,从而得到建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。显著的优势是离子交换后的水滑石层间距增大，同时遇水膨胀，在水泥基体中形成支撑，发泡剂产生气体并形成封闭气孔。掺入水滑石解决了单一使用化学发泡剂带来的发泡孔径不均匀、稳定性较差、初凝期易塌模、保水性差等问题。进一步提供一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法，其特点是，将水滑石进行煅烧处理，然后进行酸处理，最后在超声作用下，将水泥发泡剂和稳泡剂***水滑石的片层间隙。
一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法，其具体制备工艺步骤如下：
（1）水滑石处理：将煅烧水滑石加入到去离子水中，再加入稀硝酸溶液调节水滑石悬浮液的pH值为4.0~6.0，采用机械搅拌加超声处理2-24h，得到溶胀的水滑石悬浮液；所述的煅烧水滑石为煅烧处理过的普通水滑石，煅烧温度为400~600℃，升温速率为4~10℃/min，煅烧时间为3~7h，煅烧后粉碎成100目以下的粉体；所述普通水滑石为商业或自制的常见普通水滑石，如碳酸根型水滑石、硝酸根型水滑石、硫酸根型水滑石或氯离子型水滑石中的一种或两种以上混合物；所述煅烧水滑石与去离子水的重量比为1：5~100；
（2）将泡沫水泥发泡剂和稳定剂水化处理后，加入到步骤（1）水滑石悬浮液中，采用管式超声反应器超声处理，时间为0.5~2h，控制反应温度为70~90℃，反应过程中，硝酸根离子率先进入水滑石片层，对部分阴离子形成替代，并使得片层间隙扩大，进一步的，在超声作用下，水滑石片层间隙范德华力减小，间隙进一步扩大，发泡剂和稳定剂的阴离子部分进入水滑石间隙，对原有离子进行替代，最终形成了水滑石片层负载发泡剂和稳定剂的三明治结构产物；
（3）将步骤（2）的三明治结构产物经干燥后即得水滑石负载发泡剂的建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。
优选的，所述泡沫水泥发泡剂选自烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐中的至少一种；
优选的，所述稳定剂选自烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种；
优选的，所述发泡剂、稳定剂、煅烧水滑石的重量比为：60~70：11~32：9~26；
优选的，步骤（3）所述干燥是采用喷雾干燥的方式。
进一步的，将本发明所得的改性矿物发泡剂用于发泡混凝土，典型的配方为，按重量份配比：
水泥 100~300份
细沙 300~800份
粉煤灰 50~200份
改性矿物发泡剂 20~60份
纤维 1~20份
所述水泥为包括强度等级为42.5级在内的普通硅酸盐水泥；所述纤维可根据实际情况添加，包括玻璃纤维、玄武岩纤维的有机无机纤维，以及聚丙烯纤维、植物纤维等在内的有机纤维材料。
将上述材料按照设计比例装入搅拌机，搅拌2~10min，加入水，搅拌5~10min后，将料浆快速倒入模具中，室温条件下养护2~5天脱模，从而得到泡沫混凝土制品，继续养护26天，测得泡沫混凝土干密度为345g/m3，抗压强度为41.5MPa，断面气泡直径为0.5~2mm，导热系数0.08w/（m·k），15cm厚的泡沫混凝土结构的空气中隔声量30~80dB。
本发明一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂及制备方法，利用水滑石特殊的层状结构、层间距可调性和层间阴离子可交换性这些性质来辅助发泡。先由大体积的有机酸根离子交换水滑石层间阴离子后，将其添加到水泥浆中搅拌混合，再添加化学发泡剂搅拌，浇注成型、养护后得到发泡水泥。离子交换后的水滑石层间距增大，同时遇水膨胀，在水泥基体中形成支撑，发泡剂产生气体并形成封闭气孔。掺入水滑石解决了单一使用化学发泡剂带来的发泡孔径不均匀、稳定性较差、初凝期易塌模、保水性差等问题。与现有技术相比，具有的有益效果为：
1、本发明首次采用水滑石负载发泡剂作为水泥发泡添加剂，水滑石离子交换后的水滑石层间距增大，同时遇水膨胀，在水泥基体中形成支撑，发泡剂产生气体并形成封闭气孔。进而提升了泡沫混凝土的隔热性和隔音能力，并降低其密度和水泥使用量。
2、本发明提出将发泡剂负载于水滑石片层，水滑石在混凝土中被再次溶胀，插在层间发泡剂逐步释放，发泡的均匀性更好，孔径尺寸一致性好，同时避免瞬间急剧发泡带来的发泡过程中泡壁破裂、气体逃逸、泡孔坍塌及气泡合并，解决了单一使用化学发泡剂带来的发泡孔径不均匀、稳定性较差、初凝期易塌模等问题，并提升了泡沫混凝土的抗压强度。
3、本发明中一种改性矿物发泡剂的制备方法，生产工艺中主要设备都是常用设备，并且设备投资少，工艺简单，容易控制，成本低廉，制备过程和使用过程均无有毒有害气体，完全符合环保要求。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
1、将碳酸根型水滑石在400℃煅烧3h后，粉碎，加入到去离子水中，再加入稀硝酸溶液调节水滑石悬浮液的pH值为4.0，采用机械搅拌加超声处理2h，得到溶胀的水滑石悬浮液，所述水滑石与去离子水的重量比为1：5。
2、按照发泡剂与稳定剂与煅烧水滑石的重量比为：60：32：9的比例将烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠水化处理后，加入到步骤（1）水滑石悬浮液中，采用管式超声反应器超声处理，再经过喷雾干燥得水滑石负载发泡剂的建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。
3、将水泥 100份、细沙 300份、粉煤灰50份、改性矿物发泡剂 20份、聚酯纤维 1份装入搅拌机，搅拌2min，加入水，搅拌5min后，将料浆快速倒入模具中，室温条件下养护2天脱模，从而得到泡沫混凝土制品，继续养护26天。
测试得干密度为289g/m3，抗压强度为39.8MPa，断面气泡直径为0.5~2mm，导热系数0.05w/（m·k），15cm厚的泡沫混凝土结构的空气中隔声量80dB。
实施例2
1、将硝酸根型水滑石在500℃煅烧5h后，粉碎，加入到去离子水中，再加入稀硝酸溶液调节水滑石悬浮液的pH值为6.0，采用机械搅拌加超声处理24h，得到溶胀的水滑石悬浮液，所述水滑石与去离子水的重量比为1：50。
2、按照发泡剂与稳定剂与煅烧水滑石的重量比为：65：26：8的比例将烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠水化处理后，加入到步骤（1）水滑石悬浮液中，采用管式超声反应器超声处理，再经过喷雾干燥得水滑石负载发泡剂的建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。
3、将水泥200份、细沙500份、粉煤灰100份、改性矿物发泡剂40份、玻璃纤维10份装入搅拌机，搅拌2min，加入水，搅拌5min后，将料浆快速倒入模具中，室温条件下养护2天脱模，从而得到泡沫混凝土制品，继续养护26天。
测试得干密度为289g/m3，抗压强度为39.8MPa，断面气泡直径为0.5~2mm，导热系数0.05w/（m·k），15cm厚的泡沫混凝土结构的空气中隔声量80dB。
实施例3
1、将硫酸根型水滑石在600℃煅烧7h后，粉碎，加入到去离子水中，再加入稀硝酸溶液调节水滑石悬浮液的pH值为5.0，采用机械搅拌加超声处理12h，得到溶胀的水滑石悬浮液，所述水滑石与去离子水的重量比为1：100。
2、按照发泡剂与稳定剂与煅烧水滑石的重量比为：67：18：22的比例，将烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠水化处理后，加入到步骤（1）水滑石悬浮液中，采用管式超声反应器超声处理，再经过喷雾干燥得水滑石负载发泡剂的建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。3、将水泥300份、细沙800份、粉煤灰200份、改性矿物发泡剂 60份、玻璃纤维 20份装入搅拌机，搅拌2min，加入水，搅拌5min后，将料浆快速倒入模具中，室温条件下养护2天脱模，从而得到泡沫混凝土制品，继续养护26天。
测试得干密度为650g/m3，抗压强度为42.3MPa，断面气泡直径为0.5~2mm，导热系数0.075w/（m·k），15cm厚的泡沫混凝土结构的空气中隔声量60dB。
实施例4
1、将水滑石在550℃煅烧6h后，粉碎，加入到去离子水中，再加入稀硝酸溶液调节水滑石悬浮液的pH值为5.5，采用机械搅拌加超声处理4h，得到溶胀的水滑石悬浮液，所述水滑石与去离子水的重量比为1：20。
2、按照发泡剂与稳定剂与煅烧水滑石的重量比为：70：11：26的比例，将烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠水化处理后，加入到步骤（1）水滑石悬浮液中，采用管式超声反应器超声处理，再经过喷雾干燥得水滑石负载发泡剂的建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。
3、将水泥220份、细沙 600份、粉煤灰150份、改性矿物发泡剂40份、玄武岩纤维15份装入搅拌机，搅拌10min，加入水，搅拌10min后，将料浆快速倒入模具中，室温条件下养护5天脱模，从而得到泡沫混凝土制品，继续养护26天。
测试得干密度为700g/m3，抗压强度为44MPa，断面气泡直径为0.5~2mm，导热系数0.08w/（m·k），15cm厚的泡沫混凝土结构的空气中隔声量45dB。
实施例5
1、将水滑石在520℃煅烧5h后，粉碎，加入到去离子水中，再加入稀硝酸溶液调节水滑石悬浮液的pH值为5.1，采用机械搅拌加超声处理4h，得到溶胀的水滑石悬浮液，所述水滑石与去离子水的重量比为1：10。
2、按照发泡剂与稳定剂与水滑石的重量比为：66：14：20的比例，将烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠水化处理后，加入到步骤（1）水滑石悬浮液中，采用管式超声反应器超声处理，再经过喷雾干燥得水滑石负载发泡剂的建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。
3、将水泥220份、细沙 600份、粉煤灰150份、改性矿物发泡剂45份、聚丙烯纤维15份装入搅拌机，搅拌10min，加入水，搅拌10min后，将料浆快速倒入模具中，室温条件下养护5天脱模，从而得到泡沫混凝土制品，继续养护26天。
测试得干密度为832g/m3，抗压强度为45.7MPa，断面气泡直径为0.5~2mm，导热系数0.091w/（m·k），15cm厚的泡沫混凝土结构的空气中隔声量40dB。
对比例1
1、按照发泡剂与稳定剂的重量比为：66：14，将烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐和烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠水化处理后，采用管式超声反应器超声处理，再经过喷雾干燥得发泡剂；
2、将水泥220份、细沙 600份、粉煤灰150份、发泡剂45份、聚丙烯纤维15份装入搅拌机，搅拌10min，加入水，搅拌10min后，将料浆快速倒入模具中，室温条件下养护5天脱模，从而得到泡沫混凝土制品，继续养护26天。
测试得干密度为1380g/m3，抗压强度为21.9MPa，断面气泡直径为0.5~2mm，导热系数0.35w/（m·k），15cm厚的泡沫混凝土结构的空气中隔声量11.6dB。

Claims (7)

1.一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂，其特征是：利用水滑石的层状结构、层间距可调性和层间阴离子可交换性负载发泡剂、稳泡剂而得到的建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。
2.一种如权利要求1所述建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法，其具体制备工艺步骤如下：
（1）水滑石处理：将煅烧水滑石加入到去离子水中，再加入稀硝酸溶液调节水滑石悬浮液的pH值为4.0~6.0，采用机械搅拌加超声处理2-24h，得到溶胀的水滑石悬浮液；所述的煅烧水滑石为煅烧处理过的普通水滑石，煅烧温度为400~600℃，升温速率为4~10℃/min，煅烧时间为3~7h，煅烧后粉碎成100目以下的粉体；所述普通水滑石为商业或自制的常见普通水滑石；所述煅烧水滑石与去离子水的重量比为1：5~100；
（2）将泡沫水泥发泡剂和稳定剂水化处理后，加入到步骤（1）水滑石悬浮液中，采用管式超声反应器超声处理，时间为0.5~2h，控制反应温度为70~90℃，反应过程中，硝酸根离子率先进入水滑石片层，对部分阴离子形成替代，并使得片层间隙扩大，进一步的，在超声作用下，水滑石片层间隙范德华力减小，间隙进一步扩大，发泡剂和稳定剂的阴离子部分进入水滑石间隙，对原有离子进行替代，最终形成了水滑石片层负载发泡剂和稳定剂的三明治结构产物；
（3）将步骤（2）的三明治结构产物经干燥后即得水滑石负载发泡剂的建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂。
3.根据权利要求2所述一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法，其特征在于：所述普通水滑石为碳酸根型水滑石、硝酸根型水滑石、硫酸根型水滑石或氯离子型水滑石中的一种或两种以上混合物。
4.根据权利要求2所述一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法，其特征在于：所述泡沫水泥发泡剂选自烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求2所述一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法，其特征在于：所述稳定剂为自烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求2所述一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法，其特征在于：所述发泡剂、稳定剂、煅烧水滑石的重量比为：60~70：11~32：9~26。
7.根据权利要求2所述一种建筑泡沫混凝土用改性矿物发泡剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述干燥是采用喷雾干燥的方式。
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