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耐久型泡沫混凝土的制作方法

2021-01-31 06:01:39|459|起点商标网
本发明公开了一种耐久型泡沫混凝土,属于建筑材料
技术领域:

背景技术:
:泡沫混凝土主要由钙质材料(水泥、石灰)和硅质材料(石英砂、粒化高炉矿渣、粉煤灰、页岩等),并掺加适量的加气剂等,经过配料、搅拌、浇筑、发气、切割而成的多孔超轻材料。水泥是泡沫混凝土中的主要胶凝材料,也是泡沫混凝土的主要强度来源,在泡沫混凝土中起着胶结作用。一般来说,所用水泥的强度等级越高,制备出的泡沫混凝土的抗压强度也会越高。制备泡沫混凝土的水泥种类很多,普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等都可以用来制作泡沫混凝土。发泡剂是制作泡沫混凝土不可或缺的组分,泡沫混凝土质量的优劣很大程度上决定于所用发泡剂性能的优劣。发泡剂既有固态发泡剂又有液态发泡剂。目前惯用的发泡剂种类主要有:铝粉类、表面活性剂类、蛋白质类。目前,泡沫混凝土的制作方法主要包括以下两种:一种方法是先制备出泡沫,再将制备出的泡沫与砂浆拌合,这种方法又被称为预制泡混合法。预制泡混合法制作泡沫混凝土的主要工艺步骤包括三步:首先是水泥砂浆的制备;然后是泡沫的制备;最后是砂浆与泡沫混合、混凝土的浇筑。另外一种方法是混凝土的拌合与发泡是同时进行的,称为混合搅拌法。这种制备方法的主要生产工艺包括三个步骤:首先是发泡剂水泥砂浆的制备、然后将制备好的砂浆进行预制浇筑、最后是将浇筑后的坯体进行静停发泡。然而,上述原料和制备工艺所制备的产品,其耐久性不佳,在产品长期使用过程中,泡沫容易塌陷,从而造成混凝土逐渐瓦解失效,影响了产品的使用寿命。技术实现要素:本发明主要解决的技术问题是:针对传统泡沫混凝土在制备和使用过程中,泡沫结构不稳定,容易发生塌陷,且随着外部环境的水分和二氧化碳的不断侵袭,导致产品性能进一步恶化,使产品使用寿命得到严重影响的弊端,提供了一种耐久型泡沫混凝土及其制备方法。为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种耐久型泡沫混凝土,包括以下重量份数的原料:水泥50~60份炭化稻壳纤维10~20份发泡剂3~5份稳泡剂1~2份微晶纤维素4~6份芒硝5~10份水50~60份硅酸酯10~15份所述耐久型泡沫混凝土的制备过程为:(1)按原料组成称量各组分;并将水等分为三份;(2)将水泥、炭化稻壳纤维、微晶纤维素、芒硝和2/3的水混合后,高粘捏合45~60min,得捏合料;(3)将捏合料加热到55~75℃,再加入发泡剂、稳泡剂和剩余1/3的水,搅拌混合后,注模,静停发泡,养护,脱模,得坯体;(4)将坯体和硅酸酯加入反应釜中,密闭后,加压至0.3~0.5mpa,随后升温至85~95℃,保温反应后,出料,即得耐久型泡沫混凝土。本发明技术方案在产品制备过程中,严格限定了水分的加入顺序,其目的是为了在步骤2的高粘捏合过程中,利用各组分之间在高粘状态下的相互摩擦,实现各组分之间的相互作用,从而使水泥、稻壳纤维和微晶纤维素等表面结构发生变化,有利于各组分表面的比表面积增大,从而提高相互之间的吸附作用,有利于后续胶凝过程中,快速形成胶凝体,避免了产品在制备过程中的泡沫塌陷,提高了产品内部孔隙率;另外,本发明技术方案通过在产品养护后,在一定压力作用下,使硅酸酯逐渐渗透进入混凝土毛细孔内部,且在该温度下,芒硝或混凝土中的结合水逐渐转变为游离水,一旦有游离水在毛细孔中和硅酸酯相遇,即可使硅酸酯水解并形成二氧化硅晶体,并将毛细孔堵塞,从而有效避免产品在使用过程中,水分以及空气中的二氧化碳等因素对混凝土的侵蚀,提升了产品使用寿命;再者,部分硅酸酯渗透进入到泡沫混凝土内部后,水解产物可实现对泡沫结构的加固,有效避免了泡沫结构在使用过程中的塌陷失效,使产品的使用寿命得到进一步延长。所述耐久型泡沫混凝土包括水泥质量5~10%的海泡石。所述海泡石为酸处理海泡石;所述酸处理海泡石的处理过程为:将海泡石和质量分数为1~10%的盐酸按质量比为1:20~1:50混合后,水热反应,再经过滤,洗涤,干燥和焙烧,得酸处理海泡石。本发明技术方案通过引入海泡石,海泡石遇水后可迅速溶胀并解散,形成无规则的片状结构,使体系迅速发泡,并形成具有一定粘度和稳定的液体,从而在发泡过程中,不仅强化发泡效果,还可以起到良好的稳定泡沫的作用;通过进一步的对海泡石进行酸化处理,酸化处理后利用盐酸中氢离子取代海泡石骨架结构中的镁离子,使si-o骨架生成si-oh,结晶水也随之失去,使海泡石内部孔道连通,微孔发展为中孔,有利于发泡过程中,海泡石的进一步发泡,且新生成的si-oh和水泥胶凝体系可进一步反应,形成硅酸盐凝胶,使泡沫壁上分布的片状解离的海泡石和胶凝体系构成完整整体,实现对泡沫结构的加固,且新生成的si-oh活性更高,有利于胶凝反应的快速发生,在发泡过程中即可实现对泡沫的加固。所述炭化稻壳纤维的制备过程为:将稻壳用水浸泡后,冷冻压榨,得压榨料,再将压榨料加热升温至600℃,保温炭化后,继续升温至1500℃,高温反应,出料,即得炭化稻壳纤维。本发明技术方案首先将稻壳用水浸泡,使稻壳细胞内部充分吸水,再利用冷冻压榨,在冷冻过程中,水分凝结形成冰晶,在压榨压力作用下,冰晶碎裂的同时,使稻壳纤维解离成尺寸可达纳米级的微小稻壳纤维;且由于稻壳纤维中天然的含有二氧化硅组分,在1500℃高温环境下,二氧化硅可与碳形成碳化硅晶须,添加到混凝土中,可实现对泡沫混凝土良好的强化作用,且残留二氧化硅可参与水泥的胶凝反应,实现混凝土的快速固化。所述发泡剂为乳化剂op-10、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温-6或斯潘-80中的任意一种。所述稳泡剂为明胶、牛血清蛋白、环糊精、羧甲基纤维素、聚乙二醇、壳聚糖、聚乙烯醇中的任意一种。所述硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯或硅酸丙酯中的任意一种。所述耐久型泡沫混凝土中包括水泥质量1~3%的丁二腈;所述丁二腈与发泡剂和稳泡剂同时间加入。本发明技术方案通过引入丁二腈,并限定了丁二腈的加入时机,有效利用丁二腈加入后,提高发泡过程中,泡沫液膜的弹性,使液膜能够更好的经受外力而不破裂;另外,还可使气泡不溶于水,延续液膜的排液速率,使液膜具有一定的自我修复能力,有效避免了制备过程中的泡沫塌陷,提升了内部孔隙率的同时,使产品力学性能得到有效提升。具体实施方式酸处理海泡石:将海泡石和质量分数为1~10%的盐酸按质量比为1:20~1:50加入水热釜中,于温度为160~180℃,压力为1.8~2.6mpa条件下,水热反应3~5h后,过滤,收集滤饼,并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性,再将洗涤后的滤饼转入烘箱中,于温度为105~110℃条件下干燥至恒重,再将干燥后的滤饼转入马弗炉中,于温度为180~200℃条件下,保温焙烧1~2h,得酸处理海泡石;炭化稻壳纤维:将稻壳和水按质量比为1:10~1:20混合浸泡3~6h后,将稻壳取出,于温度为-20~-50℃条件下冷冻1~2h后,于压力为10~20mpa条件下压榨,得压榨料,再将压榨料转入管式炉中,于氩气保护状态下,于温度为600℃条件下炭化3~5h后,继续升温至1500℃,高温反应3~5h后,随炉冷却至室温,出料,即得炭化稻壳纤维;产品:按重量份数计,依次取50~60份42.5#普通硅酸盐水泥,10~20份炭化稻壳纤维,3~5份发泡剂,1~2份稳泡剂,4~6份微晶纤维素,5~10份芒硝,50~60份水(并将水等分为三份),10~15份硅酸酯,水泥质量5~10%的酸处理海泡石,以及水泥质量1~3%的丁二腈;所述发泡剂为乳化剂op-10、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、吐温-60或斯潘-80中的任意一种;所述稳泡剂为明胶、牛血清蛋白、环糊精、羧甲基纤维素、聚乙二醇、壳聚糖、聚乙烯醇中的任意一种;所述硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯或硅酸丙酯中的任意一种;将水泥、炭化稻壳纤维、微晶纤维素、芒硝、酸处理海泡石和2/3的水混合后,加入捏合机中,捏合45~60min,得捏合料;随后将捏合料移入混料机中,将捏合料加热到55~75℃,再加入发泡剂、稳泡剂、丁二腈和剩余1/3的水,于转速为800~1500r/min条件下,搅拌混合45~60min后,注模,静停发泡,养护,脱模,得坯体;将坯体和硅酸酯加入反应釜中,密闭后,加压至0.3~0.5mpa,随后升温至85~95℃,保温反应3~5h后,出料,即得耐久型泡沫混凝土。实例1酸处理海泡石:将海泡石和质量分数为1%的盐酸按质量比为1:20加入水热釜中,于温度为160℃,压力为1.8mpa条件下,水热反应3h后,过滤,收集滤饼,并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性,再将洗涤后的滤饼转入烘箱中,于温度为105℃条件下干燥至恒重,再将干燥后的滤饼转入马弗炉中,于温度为180℃条件下,保温焙烧1h,得酸处理海泡石;炭化稻壳纤维:将稻壳和水按质量比为1:10混合浸泡3h后,将稻壳取出,于温度为-20℃条件下冷冻1h后,于压力为10mpa条件下压榨,得压榨料,再将压榨料转入管式炉中,于氩气保护状态下,于温度为600℃条件下炭化3h后,继续升温至1500℃,高温反应3h后,随炉冷却至室温,出料,即得炭化稻壳纤维;产品:按重量份数计,依次取50份42.5#普通硅酸盐水泥,10份炭化稻壳纤维,3份发泡剂,1份稳泡剂,4份微晶纤维素,5份芒硝,51份水(并将水等分为三份),10份硅酸酯,水泥质量5%的酸处理海泡石,以及水泥质量1%的丁二腈;所述发泡剂为乳化剂op-10;所述稳泡剂为明胶;所述硅酸酯为硅酸甲酯;将水泥、炭化稻壳纤维、微晶纤维素、芒硝、酸处理海泡石和2/3的水混合后,加入捏合机中,捏合45min,得捏合料;随后将捏合料移入混料机中,将捏合料加热到55℃,再加入发泡剂、稳泡剂、丁二腈和剩余1/3的水,于转速为800r/min条件下,搅拌混合45min后,注模,静停发泡,养护,脱模,得坯体;将坯体和硅酸酯加入反应釜中,密闭后,加压至0.3mpa,随后升温至85℃,保温反应3h后,出料,即得耐久型泡沫混凝土。实例2酸处理海泡石:将海泡石和质量分数为5%的盐酸按质量比为1:30加入水热釜中,于温度为170℃,压力为2.2mpa条件下,水热反应4h后,过滤,收集滤饼,并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性,再将洗涤后的滤饼转入烘箱中,于温度为108℃条件下干燥至恒重,再将干燥后的滤饼转入马弗炉中,于温度为190℃条件下,保温焙烧1.5h,得酸处理海泡石;炭化稻壳纤维:将稻壳和水按质量比为1:15混合浸泡4h后,将稻壳取出,于温度为-30℃条件下冷冻1.5h后,于压力为15mpa条件下压榨,得压榨料,再将压榨料转入管式炉中,于氩气保护状态下,于温度为600℃条件下炭化4h后,继续升温至1500℃,高温反应4h后,随炉冷却至室温,出料,即得炭化稻壳纤维;产品:按重量份数计,依次取55份42.5#普通硅酸盐水泥,15份炭化稻壳纤维,4份发泡剂,1.5份稳泡剂,5份微晶纤维素,8份芒硝,57份水(并将水等分为三份),12份硅酸酯,水泥质量6%的酸处理海泡石,以及水泥质量2%的丁二腈;所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠;所述稳泡剂为环糊精;所述硅酸酯为硅酸乙酯;将水泥、炭化稻壳纤维、微晶纤维素、芒硝、酸处理海泡石和2/3的水混合后,加入捏合机中,捏合50min,得捏合料;随后将捏合料移入混料机中,将捏合料加热到65℃,再加入发泡剂、稳泡剂、丁二腈和剩余1/3的水,于转速为1200r/min条件下,搅拌混合55min后,注模,静停发泡,养护,脱模,得坯体;将坯体和硅酸酯加入反应釜中,密闭后,加压至0.4mpa,随后升温至90℃,保温反应4h后,出料,即得耐久型泡沫混凝土。实例3酸处理海泡石:将海泡石和质量分数为10%的盐酸按质量比为1:50加入水热釜中,于温度为180℃,压力为2.6mpa条件下,水热反应5h后,过滤,收集滤饼,并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性,再将洗涤后的滤饼转入烘箱中,于温度为110℃条件下干燥至恒重,再将干燥后的滤饼转入马弗炉中,于温度为200℃条件下,保温焙烧2h,得酸处理海泡石;炭化稻壳纤维:将稻壳和水按质量比为1:20混合浸泡6h后,将稻壳取出,于温度为-50℃条件下冷冻2h后,于压力为20mpa条件下压榨,得压榨料,再将压榨料转入管式炉中,于氩气保护状态下,于温度为600℃条件下炭化5h后,继续升温至1500℃,高温反应5h后,随炉冷却至室温,出料,即得炭化稻壳纤维;产品:按重量份数计,依次取60份42.5#普通硅酸盐水泥,20份炭化稻壳纤维,5份发泡剂,2份稳泡剂,6份微晶纤维素,10份芒硝,60份水(并将水等分为三份),15份硅酸酯,水泥质量10%的酸处理海泡石,以及水泥质量3%的丁二腈;所述发泡剂为吐温-60;所述稳泡剂为羧甲基纤维素;所述硅酸酯为硅酸丙酯;将水泥、炭化稻壳纤维、微晶纤维素、芒硝、酸处理海泡石和2/3的水混合后,加入捏合机中,捏合60min,得捏合料;随后将捏合料移入混料机中,将捏合料加热到75℃,再加入发泡剂、稳泡剂、丁二腈和剩余1/3的水,于转速为1500r/min条件下,搅拌混合60min后,注模,静停发泡,养护,脱模,得坯体;将坯体和硅酸酯加入反应釜中,密闭后,加压至0.5mpa,随后升温至95℃,保温反应5h后,出料,即得耐久型泡沫混凝土。对比例1本对比例和实施例1相比,区别在于:海泡石未经过酸处理,而是采用如下处理方式:将海泡石和水按质量比为1:20加入水热釜中,于温度为160℃,压力为1.8mpa条件下,水热反应3h后,过滤,收集滤饼,并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性,再将洗涤后的滤饼转入烘箱中,于温度为105℃条件下干燥至恒重,再将干燥后的滤饼转入马弗炉中,于温度为180℃条件下,保温焙烧1h,得预处理海泡石。对比例2本对比例和实施例1相比,区别在于:炭化稻壳纤维的炭化工艺不同,具体如下:将稻壳和水按质量比为1:10混合浸泡3h后,将稻壳取出,于温度为-20℃条件下冷冻1h后,于压力为10mpa条件下压榨,得压榨料,再将压榨料转入管式炉中,于氩气保护状态下,于温度为600℃条件下炭化3h,随炉冷却至室温,出料,即得炭化稻壳纤维。对比例3:本对比例和实施例1相比,区别在于:用等质量的无水乙醇取代硅酸酯,其它保持一致。对比例4:本对比例和实施例1相比,区别在于:未加入丁二腈,其它保持一致。将实施例1-3及对比例1-4所得产品进行性能检测,具体测试方式和测试结果如下所示:将产品切割成尺寸为100mm×100mm×25mm的长方体,利用加荷速度为0.3mpa/s的速度加荷,直至破坏,测得产品抗压强度如表1所示:实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3对比例4抗压强度/mpa65.268.972.656.252.145.350.6将产品在相对湿度为85%,温度为45℃条件下,恒温恒湿静置3d后,于室温条件下静置3d,如此循环50次后,再次用上述方式对产品的抗压强度测试,测试结果如表2所示:实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3对比例4抗压强度/mpa62.167.671.350.142.241.236.5由表1和表2检测结果可知,本申请所得产品具有良好的力学性能,且经过恒温恒湿处理后,仍然可保持良好的力学性能,说明产品泡沫强度对水分和温度的抵抗能力也具有良好的耐受性能;相比于实施例1而言对比例1由于海泡石未经过酸化处理,不仅影响了胶凝反应的速率,还影响了海泡石内部的孔隙率,到吃了最终所得产品的抗压强度下降;对比例2相比于实施例1而言,由于稻壳纤维未经过1500℃的高温反应,导致未产生碳化硅成分,从而影响了补强效果;而对比例3则未添加硅酸酯,使得产品加工过程中,未能对泡沫结构实现有效的加固,因此产品的机械性能未得到显著提升;而对比例4由于未采用丁二腈,丁二腈的缺少,使得泡沫弹性下降,制备过程中泡沫容易塌陷,使得产品经过恒温恒湿处理后,性能下降明显。当前第1页1 2 3 

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