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CN105541384B - 一种超轻泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

一种超轻泡沫混凝土及其制备方法 Download PDF

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CN105541384B CN201510999989.6A CN201510999989A CN105541384B CN 105541384 B CN105541384 B CN 105541384B CN 201510999989 A CN201510999989 A CN 201510999989A CN 105541384 B CN105541384 B CN 105541384B
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Abstract

本发明涉及一种超轻泡沫混凝土及其制备方法，本超轻泡沫混凝土采用普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、混凝土搅拌站污泥、聚羧酸减水剂、可再分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、硬脂酸钙、烧结页岩砖粉、聚丙烯纤维、双氧水和水等材料，并采用搅拌、混合、发泡、浇筑成型、养护等步骤制得。本发明具备成本低、废弃物利用率高、双氧水发泡效率高、超轻泡沫混凝土物理力学性能好等优点，达到了利用建筑垃圾和废弃物制备超轻泡沫混凝土的良好效果。本超轻泡沫混凝土用于屋面保温、墙体空腔填充和楼地面保温。

Description

一种超轻泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超轻泡沫混凝土及其制备方法，属于建筑节能保温材料技术领域。
背景技术
超轻泡沫混凝土通常指干密度不大于300kg/m3的泡沫混凝土，但是在实际应用时，超轻泡沫混凝土通常设计为150-200kg/m3。超轻泡沫混凝土的主要用途是作为墙体空腔填充材料用于制备结构保温一体化墙体材料，以提高建筑物的保温隔热功能。超轻泡沫混凝土还可以用于屋面保温和楼地面保温，也可以用于地基基础填充等。
目前用于制备超轻泡沫混凝土的发泡剂主要是物理发泡剂和化学发泡剂。最常用的化学发泡剂是双氧水。使用双氧水作为发泡剂制备超轻泡沫混凝土时，由于双氧水分解反应速度较慢，分解效率低，因此必须增大双氧水用量，还需掺加50-60℃热水提高超轻泡沫混凝土浆体温度，从而提高双氧水分解反应速度和效率，来降低超轻泡沫混凝土的表观密度和导热系数。但是升高料浆温度后，双氧水分解发气速度限制加快，导致大量气体溢出，反而可能导致料浆塌陷。此外，升高料浆温度也会导致超轻泡沫混凝土硬化后产生温度收缩裂缝。为了避免双氧水快速分解产生的大量氧气溢出，生产过程中通常采用的方式是掺加增稠剂和稳泡剂。但是增加增稠剂和稳泡剂用量导致超轻泡沫混凝土制备成本升高。
混凝土搅拌站污泥主要是冲洗混凝土罐车和搅拌设备后产生的污水经过滤和多级沉淀后产生的絮状污泥，其主要成分为未水化的水泥颗粒、粉煤灰、砂，该絮状污泥的pH值为12.0以上，因此，混凝土搅拌站污泥也具有一定的活性，只是活性相对较低。此外，搅拌站污泥比表面积是普通硅酸盐水泥的3-5倍，因此，其具有良好的填充效应。这些污泥定期清理出来并堆放在生产厂区。很多混凝土搅拌站将清理出来的污泥散乱的堆放在厂区中，污泥露天堆放任其自然干燥，不仅导致严重的扬尘污染，污水流淌的问题，还导致一些搅拌站还需要耗费资金定期清理堆放的污泥和废渣。由于污泥掺加到普通混凝土中会对其力学性能产生不利影响，因此搅拌站的污泥属于废弃物。由于污泥却没有被有效利用，从而产生了严重的污水污染和粉尘污染问题。
发明内容
为了避免因增加增稠剂和稳泡剂用量导致的超轻泡沫混凝土制备成本升高问题，本发明提供一种超轻泡沫混凝土及其制备方法，本发明选择价格低廉，容易获得、便于分散、具有一定水化活性的混凝土搅拌站污泥作为超轻泡沫混凝土的掺合料，并选择价格低廉、制备简单的烧结页岩砖粉作为双氧水分解反应的催化剂。
本发明人通过试验发现，将混凝土搅拌站沉淀池中絮状沉淀物105-110℃烘干后得到的混凝土搅拌站污泥，主要含水和超细颗粒，比表面积为800-1100m2/kg，活性指数为65％-70％，pH值为12.0以上，其中，超细颗粒作为超轻泡沫混凝土的掺合料，而水作为拌合水，减少了自来水的用量，pH值12.0以上有利于双氧水发泡。掺加混凝土搅拌站污泥和烧结页岩砖粉使超轻泡沫混凝土的出料率提高1.2-1.4倍，干密度降低20％-30％。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种超轻泡沫混凝土，以重量份计，由如下原料组成：
普通硅酸盐水泥：80-120份
快硬硫铝酸盐水泥：10-40份
混凝土搅拌站污泥：40-10份
聚羧酸减水剂：0.5-1.5份
可再分散乳胶粉：2-4份
羟丙基甲基纤维素醚：0.1-0.4份
聚丙烯纤维：1-3份
硬脂酸钙：0.2-0.4份
烧结页岩砖粉：0.5-2.0份
双氧水:6-8份
水：50-80份。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述普通硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥。
采用此步骤的有益效果是52.5级普通硅酸盐水泥是增强组分，主要作为凝胶材料。
进一步，所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥。
采用此步骤的有益效果是42.5级快硬硫铝酸盐水泥是早强组分，不仅有增强作用，还可以加快浆体凝结硬化速度，避免塌模，同时也加快模具周转速度，提高生产效率。
进一步，所述混凝土搅拌站污泥由混凝土搅拌站沉淀池中絮状沉淀物105-110℃烘干后得到，混凝土搅拌站污泥的比表面积为800-1100m2/kg。
采用此步骤的有益效果是混凝土搅拌站沉淀池中清理出的絮状污泥含有大量的超细颗粒，这些超细颗粒比表面积很高且具有一定的活性，可以作为超轻泡沫混凝土的掺合料，具有增加浆体稠度和稳定性的作用，也有利于提高超轻泡沫混凝土后期强度，随着混凝土搅拌站污泥掺量的增加，由于超细颗粒比表面积大且密度小，超轻泡沫混凝土浆体体积将显著增大，从而有利于降低超轻泡沫混凝土的干密度。
进一步，所述聚羧酸减水剂为醚类聚羧酸减水剂，固含量为20％。
采用此步骤的有益效果是醚类聚羧酸减水剂起提高新拌浆体流动性和减少拌合水用量，降低干密度的作用。
进一步，所述可再分散乳胶粉为聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉(VAE)。
采用此步骤的有益效果是聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉(VAE)为水溶性可再分散粉末，是一种能够增强浆体内聚力、粘结力和柔韧性的有机胶凝材料。
进一步，所述羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)的粘度为10万Pa〃s。
采用此步骤的有益效果是羟丙基甲基纤维素醚起到显著增强浆体粘聚性、保水性、增稠性和稳定性的作用。
进一步，所述聚丙烯纤维为聚丙烯单丝短纤维。
采用此步骤的有益效果是聚丙烯单丝短纤维起到提高超轻泡沫混凝土的抗折强度，增强超轻泡沫混凝土的抗裂性作用。
进一步，所述烧结页岩砖粉为烧结页岩砖经粉碎后过75微米筛而得，烧结页岩砖取自砖砌体拆除后所得的建筑垃圾烧结页岩砖。
采用此步骤的有益效果是烧结页岩砖粉中含有Fe2O3，对双氧水分解有催化作用。
进一步，所述双氧水的质量浓度为30％。
采用此步骤的有益效果是双氧水作为化学发泡剂，分解产生氧气，氧气包裹在料浆中形成大量的孔隙，从而形成泡沫混凝土。
进一步，所述水为自来水，使用自来水时夏季无须加热，冬季需要保证水温为20-30℃。
采用此步骤的有益效果是20-30℃的自来水不会导致双氧水分解发气速度加快，也不会导致超轻泡沫混凝土硬化后产生温度收缩裂缝。水的作用是润湿粉体材料形成浆体。
本发明还提供一种上述超轻泡沫混凝土的制备方法，包括：
1)取普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、聚羧酸减水剂、可再分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯纤维、硬脂酸钙和烧结页岩砖粉，搅拌混匀，再加入水，搅拌形成流体状浆体后待用，两次搅拌所用仪器为强制式搅拌机，每次搅拌时间均为30秒；
2)将混凝土搅拌站污泥加入到1)得到的流体状浆体中，强制式搅拌机搅拌60秒，得浆体；
3)将双氧水加入到2)得到的浆体中，高速搅拌器搅拌15-30秒，至气泡开始形成(指浆体开始出现体积增大的时刻)，得混合物；
4)将3)得到的混合物浇注到模具中常温静置1d后拆模或浇注到墙体材料空腔中，然后放在室内常温下养护28d，得超轻泡沫混凝土。
在1)中，由于羟丙基甲基纤维素醚和硬脂酸钙的用量比较少，采用称量精度0.1g的电子称量后加入使其份量精确。
在4)中，成型和养护工艺均属于本领域公知常识。
本发明实施时，无需采用特殊搅拌设备和施工设备，施工方便，制备成本低，超轻泡沫混凝土干密度比现有技术制备的超轻泡沫混凝土降低20％-30％。硬化后的超轻泡沫混凝土早期强度高，3d抗压强度达到0.3MPa；后期强度也有所增长，28d抗压强度达到0.6MPa；干密度160-180kg/m3，吸水率小于20％，产品指标明显高于建设行业标准JG/T407-2013《自保温混凝土复合砌块》中对于泡沫混凝土的要求。本发明用于生产保温板材、屋面保温砌块和灌注墙体空腔时，结合常规的施工工艺即可满足要求，且超轻泡沫混凝土与混凝土、页岩砖、砌块、石材等基层的粘接强度较高，不易出现空鼓、开裂和脱落等工程质量问题。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所用的主要胶凝材料为普通硅酸盐水泥，此外还利用混凝土搅拌站生产过程中产生但难以利用的絮状污泥作为掺合料，所用原材料来源广泛、价格低廉，因此超轻泡沫混凝土原料制备成本明显降低，便于推广应用；利用絮状污泥作为掺合料，有利于提高浆体稠度和稳泡性能，同时也有利于提高后期强度。
(2)采用的烧结页岩砖粉起到催化剂的作用，确保双氧水在浆体中较为完全的分解，从而有效地降低超轻泡沫混凝土的干密度，使超轻泡沫混凝土具有良好的绝热性能，干密度低于200kg/m3，导热系数低于0.060W/(m〃K)，而抗压强度达0.6MPa。
(3)通过掺加可再分散乳胶粉、甲基羟丙基纤维素醚等添加剂，显著改善超轻泡沫混凝土的流变性，提高浆体的稠度和稳泡性能，同也提高超轻泡沫混凝土的强度和耐水性。掺加聚丙烯纤维有助于提高超轻泡沫混凝土的抗折强度和抗裂性。
(4)掺加硬脂酸钙不仅可以提高超轻泡沫混凝土浆体的稳泡性，也可以降低硬化后的超轻泡沫混凝土的吸水率，用于提高气泡稳定性并延长气泡破灭周期，使得生成的超轻泡沫混凝土内部孔隙更均匀，孔径更小，降低其干密度和导热系数，降低吸水率可以确保其导热系数在使用过程中不会显著增大，从而提高其保温隔热性能。
(5)经过试验，本发明制得的超轻泡沫混凝土，干密度低于200kg/m3，抗压强度达到0.5-0.6MPa，抗折强度达到0.3MPa，是一种轻质高强的保温材料。
(6)本发明实施时，各具体步骤仍然是普通工艺，非常易于工厂化施工。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例中采用的材料组分及其配合比例的掺量如下：
52.5级普通硅酸盐水泥：120kg
42.5级快硬硫铝酸盐水泥：20kg
混凝土搅拌站污泥：40kg
固含量为20％的醚类聚羧酸减水剂：0.5kg
聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉(VAE)：2kg
粘度为10万Pa·s的羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)：0.1kg
聚丙烯单丝短纤维：1kg
硬脂酸钙：0.2kg
烧结页岩砖粉：1.0kg
质量浓度30.0％的双氧水:6kg
自来水：80kg
其中，所述烧结页岩砖粉为烧结页岩砖经粉碎后过75微米筛而得，所述混凝土搅拌站污泥由混凝土搅拌站沉淀池中絮状沉淀物105-110℃烘干后得到，比表面积为800-1100m2/kg。
采用如下步骤制得：
a、取52.5级普通硅酸盐水泥、42.5级快硬硫铝酸盐水泥、醚类聚羧酸减水剂、聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯单丝短纤维、硬脂酸钙和烧结页岩砖粉，搅拌混合均匀，再加入自来水，搅拌形成流体状浆体后待用，两次搅拌所用仪器为强制式搅拌机，每次搅拌时间均为30秒；
b、将混凝土搅拌站污泥加入到a步骤得到的流体状浆体中，强制式搅拌机搅拌60秒，得浆体；
c、将双氧水加入到b步骤得到的浆体中，高速搅拌器搅拌15-30秒，至气泡开始形成，得混合物；
d、将c步骤得到的混合物浇注到模具中1d后拆模，然后放在室内常温下养护28d，得到具有良好物理力学性能的超轻泡沫混凝土。
实施例2
本实施例中采用的材料组分及其配合比例的掺量如下：
52.5级普通硅酸盐水泥：100kg
42.5级快硬硫铝酸盐水泥：30kg
混凝土搅拌站污泥：60kg
固含量为20％的醚类聚羧酸减水剂：1.0kg
聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉(VAE)：2.5kg
粘度为10万Pa·s的羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)：0.2kg
聚丙烯单丝短纤维：1.5kg
硬脂酸钙：0.3kg
烧结页岩砖粉：1.5kg
质量浓度30.0％的双氧水:6.5kg
自来水：60kg
其中，所述烧结页岩砖粉为烧结页岩砖经粉碎后过75微米筛而得，所述混凝土搅拌站污泥由混凝土搅拌站沉淀池中絮状沉淀物105-110℃烘干后得到，比表面积为800-1100m2/kg。
本实施例中具体制备步骤和实施例1相同。
实施例3
本实施例中采用的材料组分及其配合比例的掺量如下：
52.5级普通硅酸盐水泥：100kg
42.5级快硬硫铝酸盐水泥：40kg
混凝土搅拌站污泥：80kg
固含量为20％的醚类聚羧酸减水剂：1.0kg
聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉(VAE)：3.0kg
粘度为10万Pa·s的羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)：0.2kg
聚丙烯单丝短纤维：1.5kg
硬脂酸钙：0.3kg
烧结页岩砖粉：1.5kg
质量浓度30.0％的双氧水:7kg
自来水：60kg
其中，所述烧结页岩砖粉为烧结页岩砖经粉碎后过75微米筛而得，所述混凝土搅拌站污泥由混凝土搅拌站沉淀池中絮状沉淀物105-110℃烘干后得到，比表面积为800-1100m2/kg。
本实施例中具体制备步骤和实施例1相同。
实施例4
本实施例中采用的材料组分及其配合比例的掺量如下：
52.5级普通硅酸盐水泥：90kg
42.5级快硬硫铝酸盐水泥：40kg
混凝土搅拌站污泥：80kg
固含量为20％的醚类聚羧酸减水剂：1.25kg
聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉(VAE)：3.0kg
粘度为10万Pa·s的羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)：0.3kg
聚丙烯单丝短纤维：2.0kg
硬脂酸钙：0.3kg
烧结页岩砖粉：1.5kg
质量浓度30.0％的双氧水:7kg
自来水：50kg
其中，所述烧结页岩砖粉为烧结页岩砖经粉碎后过75微米筛而得，所述混凝土搅拌站污泥由混凝土搅拌站沉淀池中絮状沉淀物105-110℃烘干后得到，比表面积为800-1100m2/kg。
本实施例中具体制备步骤和实施例1相同。
实施例5
本实施例中采用的材料组分及其配合比例的掺量如下：
52.5级普通硅酸盐水泥：80kg
42.5级快硬硫铝酸盐水泥：40kg
混凝土搅拌站污泥：100kg
固含量为20％的醚类聚羧酸减水剂：1.5kg
聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉(VAE)：3kg
粘度为10万Pa·s的羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)：0.4kg
聚丙烯单丝短纤维：2kg
硬脂酸钙：0.4kg
烧结页岩砖粉：2.0kg
质量浓度30.0％的双氧水:8kg
自来水：40kg
其中，所述烧结页岩砖粉为烧结页岩砖经粉碎后过75微米筛而得，所述混凝土搅拌站污泥由混凝土搅拌站沉淀池中絮状沉淀物105-110℃烘干后得到，比表面积为800-1100m2/kg。
本实施例中具体制备步骤和实施例1相同。
实验结果
将实施例1、实施例3和实施例5按照国家标准《泡沫混凝土》(JG/T266-2011)的要求成型试件，测试力学性能、导热系数和吸水率。实验方法和结果如下：
1)试件的抗压强度的测定参照《泡沫混凝土》(JG/T 266—2011)，试验结果见表1。
表1超轻泡沫混凝土的力学性能/MPa
2)超轻泡沫混凝土的干密度和导热系数测定参照《泡沫混凝土》(JG/T266-2011)，试验结果见表2。
表2超轻泡沫混凝土的干密度和导热系数
3)超轻泡沫混凝土的吸水率测定参照《泡沫混凝土》(JG/T 266-2011)，试验结果见表3。
表3超轻泡沫混凝土的吸水率(％)
龄期 28d
实施例1 15.8
实施例3 18.6
实施例5 16.9
根据以上试验数据可以看出，本发明制备的超轻泡沫混凝土满足国家标准JG/T407—2013《自保温混凝土复合砌块》中关于超轻泡沫混凝土的性能要求，干密度为160～200kg/m3，28d抗压强度最低值为0.50MPa，超过行业标准中干密度300kg/m3的泡沫混凝土抗压强度应大于0.3MPa的要求，导热系数亦小于0.060W/(m〃K)。而且，本发明涉及的超轻泡沫混凝土吸水率较小，随着硬脂酸钙掺量的增加，超轻泡沫混凝土的吸水率逐渐降低，说明本发明在实际使用中不易吸水而导致热工性能降低，有助于提高超轻泡沫混凝土的保温性能，避免了超轻泡沫混凝土在使用过程中因吸水率高而产生干燥收缩开裂和保温性能明显下降的风险。
其中，实施例3的导热系数最低，热工性能最佳，适合于对保温性能要求极高的建筑；实施例1力学性能最佳，早期强度亦最佳，有助于加快施工速度；实施例5经济性最好，且其力学性能、热工性能非常良好，可以作为实际生产的最佳配合比。
以上所述仅为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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超轻泡沫混凝土，其特征在于，以重量份计，由如下原料组成：
普通硅酸盐水泥：80-120份
快硬硫铝酸盐水泥：10-40份
混凝土搅拌站污泥：40-10份
聚羧酸减水剂：0.5-1.5份
可再分散乳胶粉：2-4份
羟丙基甲基纤维素醚：0.1-0.4份
聚丙烯纤维：1-3份
硬脂酸钙：0.2-0.4份
烧结页岩砖粉：0.5-2.0份
双氧水:6-8份
水：50-80份
其中，所述混凝土搅拌站污泥由混凝土搅拌站沉淀池中絮状沉淀物105-110℃烘干后得到，混凝土搅拌站污泥的比表面积为800-1100m2/kg，所述烧结页岩砖粉为烧结页岩砖经粉碎后过75微米筛而得，所述双氧水的质量浓度为30％。
2.根据权利要求1所述的超轻泡沫混凝土，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥；所述快硬硫铝酸盐水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的超轻泡沫混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂为醚类聚羧酸减水剂，固含量为20％。
4.根据权利要求1所述的超轻泡沫混凝土，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为聚醋酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉。
5.根据权利要求1所述的超轻泡沫混凝土，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素醚的粘度为10万Pa·s。
6.根据权利要求1所述的超轻泡沫混凝土，其特征在于，所述聚丙烯纤维为聚丙烯单丝短纤维。
7.根据权利要求1所述的超轻泡沫混凝土，其特征在于,所述水为自来水，使用自来水时夏季无须加热，冬季需要保证水温为20-30℃。
8.一种如权利要求1所述的超轻泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括：
1)取普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、聚羧酸减水剂、可再分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯纤维、硬脂酸钙和烧结页岩砖粉，搅拌混匀，再加入水，搅拌形成流体状浆体后待用，两次搅拌所用仪器为强制式搅拌机，每次搅拌时间均为30秒；
2)将混凝土搅拌站污泥加入到1)得到的流体状浆体中，强制式搅拌机搅拌60秒，得浆体；
3)将双氧水加入到2)得到的浆体中，高速搅拌器搅拌15-30秒，至气泡开始形成，得混合物；
4)将3)得到的混合物浇注到模具中常温静置1d后拆模或浇注到墙体材料空腔中，然后放在室内常温下养护28d，得超轻泡沫混凝土。
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