一种泡沫混凝土及其制备方法.pdf

本发明公开了一种泡沫混凝土及其制备方法，该泡沫混凝土包括胶凝材料、轻集料、水、外掺料和发泡剂，其步骤是：(1)原材料的预处理：以防其中的硬块硬粒在泡沫浆里沉积；(2)按照配比称量各组分；(3)发泡液的配制和添加；(4)上料及搅拌：在搅拌机内加入水，开启搅拌机，依次加入水泥、粉煤灰、珍珠岩、防水剂、防冻剂、减水剂和纤维；(5)发泡：在浆料搅拌的同时发泡，先封闭阀门用空压机加压；(6)加泡沫：在胶凝浆体制备好后，不停机，在搅拌状态下加入泡沫；(7)浇注成型：当浆面看不到漂浮的泡沫时，泡沫浆制备完成。这种泡沫混凝土兼具轻质、防水、耐火、保温、抗冻、抗裂和抗震等功能，特别适合于寒区工程保温层和地下工程堵水及抗震层使用。

1、  一种泡沫混凝土，它由以下重量份原料组成：
原料           重量份
(1)胶凝材料：
水泥           100份
粉煤灰         10～30份
(2)轻集料：
珍珠岩         5～20份
(3)水          30～60份
(4)外掺料：
防水剂         0.5～2份
防冻剂         1～2.5份
减水剂         0.8～1.2份
促凝剂         2～5份
纤维           0.09～0.12份
(5)发泡剂：体积占水泥重量的百分比为100～170％；
所述水泥为强度等级42.5级或52.5级的硅酸盐水泥；
所述粉煤灰为一级粉煤灰；
所述的珍珠岩为闭孔珍珠岩；
所述防水剂为硅烷基憎水剂；
所述防冻剂为复合型防冻剂；
所述减水剂为聚羧酸减水剂；
所述促凝剂为HSA高效速凝剂；
所述发泡剂为HT复合发泡剂。

2、  根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：它由以下重量份原料组成：
原料          重量份
(1)胶凝材料：
水泥             100份
粉煤灰           15～35份
(2)轻集料：
珍珠岩           8～16份
(3)水            40～50份
(4)外掺料：
防水剂           0.9～1.6份
防冻剂           1.4～2.1份
减水剂           0.9～1.1份
促凝剂           2.5～4.5份
纤维             0.1～0.11份
(5)发泡剂：体积占水泥重量的百分比为100～170％。

3、  根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：它由以下重量份原料组成：
原料        重量份
(1)胶凝材料：
水泥        100份
粉煤灰      18～22份
(2)轻集料：
珍珠岩      10～14份
(3)水       42～46份
(4)外掺料：
防水剂      1～1.4份
防冻剂      1.6～1.9份
减水剂      0.9～1.1份
促凝剂      3～4份
纤维        0.1～0.11份
(5)发泡剂：体积占水泥重量的百分比为100～170％。

4、  根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：它由以下重量份原料组成：
原料           重量份
(1)胶凝材料：
水泥           100份
粉煤灰         25份
(2)轻集料：
珍珠岩         15份
(3)水          45份
(4)外掺料：
防水剂         1.5份
防冻剂         1.8份
减水剂         1份
促凝剂         3.5份
纤维           0.1份
(5)发泡剂：体积占水泥重量的百分比为100～170％。

5、  根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土，其特征在于：所述的纤维为改性聚丙烯束状19mm单丝纤维或改性聚丙烯束状6mm单丝纤维，该纤维经-75℃实验纤维性能无变化。

6、  一种用于实现权利要求1所述的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料的预处理：水泥过0.08mm方孔筛，以防其中的硬块硬粒在泡沫浆里沉积；
(2)按照配比称取各原料重量份；
(3)发泡液的配制和添加：按照1体积的发泡剂和50体积的水的比例配制发泡液，然后加入压力发泡机中制泡；
(4)上料及搅拌：先在搅拌机内加入水，使机筒的筒壁润滑，然后开启搅拌机，在30～40r/min搅拌状态下依次加入水泥、粉煤灰、珍珠岩、防水剂、防冻剂、减水剂和纤维，同时按比例加水，直至加料完全后，继续搅拌，等待加泡沫；
(5)发泡：在浆料搅拌的同时发泡，先封闭阀门用空压机加压，当发泡机压力达到3.5MPa时，开启出泡管的阀门出泡，同时空压机持续加压，泡沫体积用量杯计量；
(6)加泡沫：在胶凝浆体制备好后，不停机，在搅拌状态下采用两次法加入泡沫，即第一次先加入泡沫：占总泡沫量的1/4～1/5，胶凝浆体混均，使浆料变稀易于分散，再加入剩余的泡沫，高速：60～120r/min搅拌2～3min，然后加促凝剂，并继续搅拌30～40s；此时便得到了一种混合均匀的胶凝浆体；
(7)浇注成型：当浆面看不到漂浮的泡沫时，泡沫浆制备完成，出料，浇注成型洒水自然养护28天即可。

一种泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土，更具体涉及一种泡沫混凝土，同是还涉及该泡沫混凝土的制备方法。该混凝土可广泛应用于寒区工程和地下工程，适合于寒区工程保温层和地下工程堵水及抗震层使用。
背景技术
建筑材料改革与建筑节能己成为我国的基本国策，研制满足国家建筑节能规范的新型建筑材料，已成为材料科研工作者的使命。
泡沫混凝土是利用机械方式将发泡剂(水溶液)制作成泡沫，再将泡沫混入到硅质材料(砂、粉煤灰)、钙质材料(水泥、石灰)等以及各种外掺料和水组成的混合料中，搅拌均匀浇筑成各种所需的规格，经养护而成的含有大量封闭气孔的轻质混凝土。泡沫混凝土中具有大量封闭的细小孔隙，具有很好的保温隔热性能，可以用作墙体保温隔热材料。泡沫混凝土中可大量使用粉煤灰、矿渣、氧化铝赤泥等工业废料做填充材料。研究开发这种材料有利于保护环境和日益减少的土地资源，符合国家产业政策，意义重大，前景广阔。目前，具有轻质、保温、隔热、隔音、耐火和防水功能的泡沫混凝土在建筑、交通、水利、矿山和市政工程中具有广泛的推广应用前景。
然而由于泡沫混凝土本身的特点，目前市场上出售的泡沫混凝土产品普遍存在收缩大、吸水、易开裂等缺陷。试验和工程实际统计数据表明，几种典型的水泥基材料的收缩率波动为：水泥净浆，(1500～3000)×10^-6，水泥砂浆(900～1500)×10^-6，水泥混凝土(600～900)×10^-6，泡沫混凝土(2500～3500)×10^-6。可见，普通水泥混凝土的收缩率最小，水泥净浆收缩率较大，泡沫混凝土的收缩率最大，同时泡沫混凝土抗拉强度又最低，一旦泡沫混凝土收缩受到限制，则非常容易开裂，影响泡沫混凝土正常使用。我国幅员辽阔，不同地域气候、环境差别极大，在我国广大的西部和北部地区，冬天气温很低，这就对我们泡沫混凝土在上述地区的应用提出了一些特殊的要求，同时，水利、交通和矿山等地下工程施工工程中常遇到地下水渗漏问题，防渗堵漏工程需要轻型防水型混凝土，高烈度地震区地下工程需要在衬砌背后铺设隔震材料等等。因此，很有必要研制出一种能满足轻质、防水、耐火、保温、抗冻、抗裂和抗震等功能泡沫混凝土。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种泡沫混凝土，这种泡沫混凝土兼具轻质、防水、耐火、保温、抗冻、抗裂和抗震等功能，特别适合于寒区工程保温层和地下工程堵水及抗震层使用。
本发明的另一个目的是在于提供了一种泡沫混凝土的制备方法，通过该制备方法生产出来的泡沫混凝土可以轻松实现防水、抗冻、抗裂和抗震等功能，有效控制初凝时间，保证产品稳定可靠。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
本发明所述的泡沫混凝土成分包括胶凝材料、轻集料、水、外掺料和发泡剂，一种泡沫混凝土它由以下重量百分比原料组成：
原料                       重量份
(1)胶凝材料：
水泥                       100份
粉煤灰                     10～30份
(2)轻集料：
珍珠岩                     5～20份
(3)水                      30～60份
(4)外掺料：
防水剂                     0.5～2份
防冻剂                     1～2.5份
减水剂                     0.8～1.2份
促凝剂                     2～5份
纤维                       0.09～0.12份
(5)发泡剂：体积(升)占水泥重量(公斤)的百分比为100～170％。
一种泡沫混凝土，其优选范围是，它由以下重量百分比原料组成：
原料                        重量份
(1)胶凝材料：
水泥                        100份
粉煤灰                      15～35份
(2)轻集料：
珍珠岩                      8～16份
(3)水                       40～50份
(4)外掺料：
防水剂                      0.9～1.6份
防冻剂                      1.4～2.1份
减水剂                      0.9～1.1份
促凝剂                      2.5～4.5份
纤维                        0.1～0.11份
(5)发泡剂：体积(升)占水泥重量(公斤)的百分比为100～170％。
一种泡沫混凝土，其最好优选范围是，它由以下重量百分比原料组成：
原料                        重量份
(1)胶凝材料：
水泥                        100份
粉煤灰                      18～22份
(2)轻集料：
珍珠岩                      10～14份
(3)水                       42～46份
(4)外掺料：
防水剂                      1～1.4份
防冻剂                      1.6～1.9份
减水剂                      0.9～1.1份
促凝剂                      3～4份
纤维                        0.1～0.11份
(5)发泡剂：体积(升)占水泥重量(公斤)的百分比为100～170％。
其中胶凝材料由水泥和粉煤灰组成，粉煤灰占水泥重量的百分比为10～30％；轻集料由珍珠岩组成，占水泥重量的百分比为5～20％；水占胶凝材料总重量的百分比为30～60％；外掺料由防水剂、防冻剂、减水剂、促凝剂和纤维组成，其中，防水剂占混凝土拌合物(包括胶凝材料、轻集料、发泡剂、水和外掺料)总重量的百分比为0.2～0.8％，防冻剂、减水剂和促凝剂占水泥重量的百分比分别为：1～2.5％，0.8～1.2％和2～5％；纤维与混凝土拌合物体积关系为0.9～1.2kg/m3；泡沫(泡沫由发泡剂用专门的发泡机制得)体积(升)占水泥重量(公斤)的百分比为100～170％。
所述的水泥为强度等级42.5级或52.5级的普通硅酸盐水泥。
所述的粉煤灰为一级粉煤灰。
所述的珍珠岩为闭孔珍珠岩。
所述的防水剂为硅烷基憎水剂。
所述的防冻剂为复合型防冻剂。
所述的减水剂为聚羧酸减水剂。
所述的纤维为改性聚丙烯束状19mm单丝纤维或改性聚丙烯束状6mm单丝纤维，该纤维经-75℃实验纤维性能无变化。
所述的促凝剂为HSA高效速凝剂。
所述的发泡剂为HT复合发泡剂。
一种泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料的预处理：水泥过0.08mm方孔筛，以防其中的硬块硬粒在泡沫浆里沉积；
(2)按照配比称量各组分；
(3)发泡液的配制和添加：按照1体积的发泡剂和50体积的水的比例配制发泡液，然后加入压力发泡机中制泡。
(4)上料及搅拌：先在搅拌机内加入少量的水(约为设计用水量的1/20)，使机筒的筒壁润滑，然后开启搅拌机，在低速(约30～40r/min)搅拌状态下依次加入水泥、粉煤灰、珍珠岩、防水剂、防冻剂、减水剂和纤维，同时按比例加水，直至加料完全后，继续搅拌，等待加泡沫；
(5)发泡：在浆料搅拌的同时发泡，先封闭阀门用空压机加压，当发泡机压力达到3.5MPa时，开启出泡管的阀门出泡，同时空压机持续加压。泡沫体积用量杯计量。
(6)加泡沫：在胶凝浆体制备好后，不停机，在搅拌状态下采用“两次法”加入泡沫，即第一次先加入少量泡沫(约占总泡沫量的1/4～1/5)，和胶凝浆体混均，使浆料变稀易于分散，再加入剩余的泡沫，高速(约60～120r/min)搅拌2～3min，然后加促凝剂，并继续搅拌30～40s；此时便得到了一种混合均匀的胶凝浆体。
(7)浇注成型：当浆面看不到漂浮的泡沫时，泡沫浆制备完成，可以出料，浇注成型洒水自然养护28天即可。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的方案中，轻集料为闭孔珍珠岩，具有强度高、轻质、保温隔热、电绝缘性能好、纯度高、颗粒均匀、吸水率低等显著特点。有效地解决了传统膨胀珍珠岩吸水率高的缺点，并且选用了硅烷基憎水剂作为防水剂，该憎水剂的防水原理是：硅烷中亲水的有机官能团水解形成高反应活性的硅烷醇基团，该基团能和水泥水化产物中的羟基基团进行不可逆反应形成化学结合，从而使通过交连作用连接在一起的硅烷牢固地固定在水泥砂浆中孔壁的表面。由于憎水的有机官能团朝向孔壁的外侧，使得孔隙的表面获得了憎水性，由此为砂浆带来了整体的憎水效果，选用该憎水剂作为本产品的防水剂，成功地解决了传统防水剂通过填充混凝土孔隙来达到防水目的而与泡沫混凝土相矛盾的问题。按上述配方生产出来的泡沫混凝土具有良好的防水效果。
2、所采用的方案中，加入了改性聚丙烯束状19mm单丝纤维或改性聚丙烯束状6mm单丝纤维，该纤维经搅拌后，因受到水泥的冲击，形成一根根的束状单丝或互相牵扯乱向分布纤维，减少了泡沫混凝土早期的塑性收缩裂级和应力裂级，极大的提高了泡沫混凝土的抗裂、抗渗、抗震和抗冻性能，增加了泡沫混凝土的韧性和耐磨性。
3、利用本发明可生产出一种兼具轻质、防水、耐火、保温、抗冻、抗裂和抗震等功能的泡沫混凝土。其直接铺设或浇注在寒区隧道初次衬砌或二次衬砌之间作为保温、抗震垫层，或作为填充料浇注在隧道围岩与初次衬砌之间，可使防水、保温、抗震的设计和施工一体化。
4、根据研究发现，泡径越小，泡沫混凝土强度越高；泡径越大，泡沫混凝土强度就越低，浇注稳定性越差，泡沫混凝土保温性就越差；泡沫越大，连通孔越多，吸水率越高，抗压力越差，在浆体初凝前受到浆体挤压更容易破裂连通；泡沫泡径分布越均匀，泡沫就越稳定，大小分布不均的泡沫最容易破裂。本发明采用的是高压空气型发泡机，所制泡沫质量最好，泡径小，泡沫均匀，起泡量大，是制取泡沫的最佳选择。
具体实施方式
一种泡沫混凝土，它由以下重量百分比原料组成：
原料                        重量份
(1)胶凝材料：
水泥                        100份
粉煤灰                      25份
(2)轻集料：
珍珠岩                      15份
(3)水                       45份
(4)外掺料：
防水剂                      1.5份
防冻剂                      1.8份
减水剂                      1份
促凝剂                      3.5份
纤维                        0.1份
(5)发泡剂：体积(升)占水泥重量(公斤)的百分比为100～170％。
一种泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
1、原材料选择：水泥选用的是市售华新水泥有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，其性能制备符合GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的规定；粉煤灰选用的是市售武汉罗阳电厂生产的一级粉煤灰，其性能指标符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中粉煤灰》规定；珍珠岩选用的是市售河南信阳平桥区中信保温建材厂生产的闭孔珍珠岩；泡沫剂选用的是市售河南华泰建材开发有限公司开发的HT复合发泡剂；防水剂选用的是市售Elotex(易来泰)公司生产的seal80高活性可再分散硅烷基憎水剂；防冻剂选用的是市售武汉苏博新型建材公司生产的FDN-S防冻剂；纤维选用的是市售江苏省射阳县永固工程纤维设备有限公司生产的改性聚丙烯束状19mm单丝纤维或改性聚丙烯束状6mm单丝纤维；减水剂选用的是市售武汉苏博新型建材公司生产的PC100聚羧酸盐高性能减水剂；促凝剂选用市售中国建筑材料科学研究总院研制的HSA高效速凝剂。
(2)预处理：水泥过0.08mm方孔筛，以防里边的硬块硬粒在泡沫浆里沉积。
(3)按照配比称量各组分；
(4)发泡液的配制和添加：按照1体积的发泡剂和50体积的水的比例配制发泡液，然后加入压力发泡机中制泡。
(5)上料及搅拌：先在搅拌机内加入少量的水(约为设计用水量的1/20)，使机筒的筒壁润滑，然后开启搅拌机，在低速(约30～40r/min)搅拌状态下依次加入水泥、粉煤灰、珍珠岩、防水剂、防冻剂、减水剂和纤维，同时按比例加水，直至加料完全后，继续搅拌，等待加泡沫；
(6)发泡：在浆料搅拌的同时发泡，先封闭阀门用空压机加压，当发泡机压力达到3.5MPa时，开启出泡管的阀门出泡，同时空压机持续加压。泡沫体积用量杯计量。
(7)加泡沫：在胶凝浆体制备好后，不停机，在搅拌状态下采用“两次法”加入泡沫，即第一次先加入少量泡沫(约占总泡沫量的1/4～1/5)，和胶凝浆体混均，使浆料变稀易于分散，再加入剩余的泡沫，高速(约60～120r/min)搅拌2～3min，然后加促凝剂，并继续搅拌30～40s；此时便得到了一种混合均匀的胶凝浆体。
(8)浇注成型：当浆面看不到漂浮的泡沫时，泡沫浆制备完成，可以出料，浇注成型洒水自然养护28天即可。
一种泡沫混凝土，它由以下重量百分比原料组成：

其制备方法与实施例1相同。