一種新型隔熱保溫防火多孔混凝土及其製備方法
2023-10-04 04:19:34
一種新型隔熱保溫防火多孔混凝土及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種新型隔熱保溫防火多孔混凝土及其製備方法，該混凝土具有多孔輕質、導熱係數低、強度高、隔熱保溫效果好、耐高溫的特點，屬於建築防火材料【技術領域】。該混凝土可大量利用工業廢渣，符合節能環保要求，深受建築業的廣泛關注。本研究以矽酸鹽水泥為結合劑，用粉煤灰和膨脹珍珠巖取代砂和部分水泥，並加入聚丙烯纖維，製備出密度為450-600Kg/m3、抗壓能力達到10MPa的多孔混凝土。採用摻加膨脹珍珠巖和聚丙烯纖維技術，製備出密度在600～800kg/m3，抗壓強度達20～30MPa的高強多孔混凝土。利用水泥、粉煤灰、有機纖維、自製複合發泡劑製備的多孔混凝土具有流態的特徵，便於大體積澆注，導熱係數低於0.06J/K·M，吸水率低於10％，它為高性能多孔混凝土保溫牆材的製備提供技術支持。
【專利說明】
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及一種新型隔熱保溫防火多孔混凝土及其製備方法，該多孔混凝土具有 多孔輕質、導熱係數低、強度高、隔熱保溫效果好的特點，屬於建築防火材料【技術領域】。 一種新型隔熱保溫防火多孔混凝土及其製備方法
【背景技術】：
[0002] 隨著城鎮化的快速發展，高層建築日益增多，建築節能的要求和標準也不斷提高。 這種新形勢對我國外牆保溫材料的發展也有了新的要求。如何在推動建築節能目標實現的 同時，兼顧解決外牆外保溫系統的防火安全，成為建築保溫行業以及全社會關注的熱點和 焦點。
[0003] 多孔混凝土由於輕質、保溫、隔熱的功能，其用量越來越大。多孔混凝土的種類很 多，但最常用的是水泥多孔混凝土。由於多孔混凝土中含有大量封閉的孔隙，使其具有下列 良好的物理力學性能：（1)輕質，多孔混凝土的密度小，密度等級一般為300?1800kg/m 3， 近年來，密度為160kg/m3的超輕多孔混凝土也在建築工程中獲得了應用；(2)保溫隔熱性 能好；（3)隔音耐火性能好，多孔混凝土是無機材料，不會燃燒，從而具有良好的耐火性，在 建築物上使用，可提高建築物的防火性能；(4)整體性能好，可現場澆注施工，與主體工程 結合緊密；（5)低彈減震性好，多孔混凝土的多孔性使其具有低的彈性模量，從而使其對衝 擊載荷具有良好的吸收和分散作用；(6)防水性能強，現澆多孔混凝土吸水率較低，相對獨 立的封閉氣泡及良好的整體性，使其具有一定的防水性能；（7)耐久性能好，與主體工程壽 命相同；（8)生產加工方便，多孔混凝土不但能在廠內生產成各種各樣的製品，而且還能現 場施工，直接現澆成屋面、地面和牆體；(9)環保性能好；（10)施工方便。
[0004] 目前，國內外研究機構及學者針對多孔混凝土防火領域的應用開展了相關研究工 作，並取得部分成果。楊久俊、張海濤等從粉煤灰中提取厚壁膨脹珍珠巖並與水泥和自製無 機高分子熱聚物發泡劑預混合，製成流態多孔混凝土。在常溫常壓養護下，600kg級抗壓強 度可以達到5?7MPa，700kg級達到lOMPa以上，明顯高於同級別的鋁粉加氣混凝土的強 度，800?1600kg級達到承重材料的強度。向超、劉自力以普通娃酸鹽水泥為基本原料，輔 以20 %的粉煤灰，10 %的熟石灰，5 %的環氧樹脂、適量的乙二胺和三乙醇胺，製備出密度為 300-400kg/m3,抗壓能力達到1. 2MPa，導熱係數低於0. 05J/K · M，吸水率低於10%的多孔 混凝土製品。郭立英、趙芸平自行研製了多孔混凝土的松香皂發泡劑，通過大量試驗確定了 泡沫混凝的最佳配合比，配製出密度為450kg/m 3,強度達到1. 3MPa左右的多孔混凝土。宋 斌、龔健研究了纖維和粉煤灰對水泥基多孔混凝土性能的影響，添加〇. 5%聚丙烯纖維後 可使多孔混凝土的強度提高40%以上；添加50%粉煤灰後使強度降低40%;使用化學激發 劑後，使添加50%粉煤灰的水泥基多孔混凝土的強度提高20%以上，使用化學激發劑的纖 維增強粉煤灰多孔混凝土是一種應用前景廣闊的保溫節能產品。新型多孔混凝土，由於新 拌漿體具有極好的流動性，混凝土澆築時無需機械振動搗實，特別適用於大體積現場澆築 工程和地下不規則空間的混凝土填充澆築，也可以在工廠預製成磚塊、砌塊、牆板等建築構 件。
[0005] 多孔混凝土是一種新型的節能環保型建築材料，雖然國內外學者對其做了大量的 研究開發，使其廣泛應用於牆體材料中，但其還存在一定的缺陷，如強度偏低、開裂、吸水 等，因而要進一步擴大其應用領域還需在發泡劑、摻料配合比、工藝流程、設備等方面做更 進一步的研究。
【發明內容】
：
[0006] 本發明的目的是提供一種新型隔熱保溫防火多孔混凝土及其製備方法。該種混凝 土具有保溫、隔熱和防火的作用，特別適合用於建築的外保溫材料。
[0007] 為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：以普通矽酸鹽水泥為結合劑，添加 複合發泡劑和粉煤灰，用膨脹珍珠巖取代砂和部分水泥，並摻加了聚丙烯纖維製備多孔混 凝土。探討了粉煤灰、膨脹珍珠巖、聚丙烯纖維對多孔混凝土抗壓強度影響。結果表明：採 用摻加膨脹珍珠巖和聚丙烯纖維技術，可以製備出表觀密度在450?600kg/m 3,抗壓強度 達到lOMPa的高強多孔混凝土。膨脹珍珠巖和聚丙烯纖維能顯著提高多孔混凝土的抗壓強 度，且泡沫摻量越大，其增強效果越顯著。摻入聚丙烯纖維後，多孔混凝土的劈裂抗拉強度 顯著提高，幹縮率明顯下降。
[0008] 原材料選擇：
[0009] (1)水泥：普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥等均可在多孔混 凝土中使用。本實驗採用42. 5MPa以上的普通矽酸鹽水泥，細度350m2/kg。
[0010] (2)粉煤灰：粉煤灰兼具集料和膠凝材料的雙重作用。在多孔混凝土中引入粉煤 灰，一方面可以降低水泥用量變形，另一方面可以處理工業廢渣。
[0011] (3)纖維：採用市場上銷售的聚丙烯短纖維，摻入聚丙烯纖維以提高其抗裂性能。 控制不同量的添加。聚丙烯纖維，是專門用於水泥混凝土中塑形防開裂纖維，能防止或減少 水泥混凝土的初期塑性裂縫。本實驗選用的技術參數：材料：1〇〇%聚丙烯；纖維形狀：束狀 單絲；纖維規格選用：3、6、9、12mm ;密度：0. 91kg/m3 ;纖維直徑：18-45 μ m。
[0012] (4)粉煤灰活性激發劑：採用自配的粉煤灰激發劑，主要由鹼性成分、增鋁成分、 增鈣成分等複合而成。
[0013] (5)發泡劑的選擇：發泡劑採用自配複合發泡劑，該複合發泡劑由合成表面活性 齊U、動物蛋白表面活性劑、穩定劑、增黏劑複合而成，其基本組成：60%的合成表面活性劑 十二烷基苯磺酸鈉（LAS，白色或淡黃色粉末），36 %動物蛋白表面活性劑，3 %穩定劑，1 % 增粘劑。
[0014] (6)膨脹珍珠巖：顆粒內部呈蜂窩結構，具有質輕、絕緣、吸聲、無毒及耐腐蝕等特 點。用其配製的輕骨料混凝土耐磨、隔熱保溫，與同強度等級普通混凝土相比，可降低自重 20%?25%。
[0015] (7)外加劑：化學激發劑，如摻入粉煤灰等礦物摻合料需加入一些激發劑來加快 其強度發展；摻加減水劑以提高其抗壓強度；摻入憎水劑以降低其吸水率。
【專利附圖】
【附圖說明】 附圖1是多孔混凝土的製備工藝流程。
【具體實施方式】：
[0016]
[0017] 下面通過結合具體實施例，更詳細地說明本發明，但這些實施例只是用於幫助容 易地理解本發明，本發明並不限於這些實施例。多孔混凝土的製備工藝流程見附圖1。首 先將水泥、摻合料、集料、複合外加劑和水分別計量、攪拌混合，然後加入製得的泡沫攪拌均 勻，再注模、預養護、脫模、養護得到成品。具體操作如下：
[0018] 1、泡沫的製備
[0019] (1)用60 %的合成表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（LAS)，36 %動物蛋白表面活性 劑，3%穩定劑，1%增粘劑自配呈複合發泡劑。將配製好的發泡劑與水按照1 : 20、1 : 30、 1 : 40、1 : 50的比例進行配製，並人工攪拌均勻。
[0020] (2)將吸料管插入稀釋好的發泡劑中，吸料管端部有40目過濾篩網，用於除去泡 沫劑水溶液中少量殘渣，避免堵塞制泡機。
[0021] (3)開啟氣泵，使空氣壓力達到IMPa左右，然後開啟制泡按鈕，將泡沫劑水溶液吸 入制泡機，即可從噴管中將泡沫打出。制泡時發泡機壓力約為0.6?0.8MPa。正常情況 下，泡沫呈"摩絲"狀。
[0022] 2、幹混材料漿體的製備
[0023] 先將水泥、粉煤灰、膨脹珍珠巖幹拌1. 5min，然後加水（扣除泡沫製備用水）和外 加劑，攪拌2min後，加入有機纖維，再攪拌4min (不摻纖維的省去此步）。
[0024] 3、泡沫與幹混材料漿體的混合
[0025] 經攪拌均勻的幹混材料漿體通過自吸泵輸送到混泡管，泡沫通過發泡機以一定的 流速送到混泡管，然後在混泡管中由螺旋混料機將幹混材料漿體和泡沫混合均勻。
[0026] 4、澆注成型
[0027] 製成均勻流態楽後燒注成型。試件尺寸為lOOmmX lOOmmX 100mm，養護室溫 26°C ± 2°C，放置8h後拆模。每天給試塊噴霧化水一次，28d後將試塊放入85°C乾燥箱烘至 恆重，測量其密度與強度。
[0028] 實施例1 :粉煤灰摻量對泡沫混凝土性能的影響
[0029] 通過在多孔混凝土添摻入不同量粉煤灰，單純摻加粉煤灰的多孔混凝土的抗壓強 度比純水泥多孔混凝土大大降低，而添加化學激發劑後，粉煤灰多孔混凝土的強度則顯著 增加。通過測試混泥土 28d後強度，來確定粉煤灰對其強度的影響。具體過程如下：
[0030] 將42.5MPa普通矽酸鹽水泥加水（水灰比為1 : 0.5)，添加不同比例0，10%， 20 %，30 %，40 %摻量的粉煤灰和相應的化學激發劑，添加0. 6 %有機纖維，5 %的膨脹 珍珠巖攪拌均勻，即得到水泥基料漿，添加2%發泡劑溶液，用發泡機把發泡劑溶液制 成泡沫。將泡沫與水泥基料漿混合均勻，得到多孔混凝土料漿，將該泡沫料漿澆注到 lOOmmXIOOmmXIOOmm的標準試模中，養護室溫26°C ±2°C，放置8h後拆模。每天給試塊噴 霧化水一次，28d後將試塊放入85°C乾燥箱烘至恆重，測量其密度與強度。每個批次的試件 共製作2組6塊，試塊養護2?3d後拆模，養護28d後，進行絕幹密度和抗壓強度的測定。 每組試件取3塊進行測定，其算術平均值作為最終的測定結果。另1組3塊試件保留備用。
[0031] 結論：在水泥-粉煤灰-泡沫-水原料體系泡沫混凝土中，粉煤灰佔有適當比例， 將有助於提高泡沫混凝土強度。實驗測試中，絕幹密度的範圍在350-700Kg/m3、抗壓強度範 圍在4. 0-8. OMPa，導熱係數低於0. 08J/K · M，吸水率低於13%。隨著泡沫混凝土養護齡期 增加，粉煤灰的火山灰作用和水泥水化反應的促進作用，以及粉煤灰微集料效應，摻加適量 粉煤灰的泡沫混凝土抗壓強度可以達到和超過純水泥泡沫混凝土（也稱泡沫水泥）。在本 研究中，使用化學激發劑，粉煤灰適宜摻量為20%多孔混凝土的強度最佳。
[0032] 實施例2 :膨脹珍珠巖顆粒對多孔混凝土的影響
[0033] 將42. 5MPa普通矽酸鹽水泥加水（水灰比為1 : 0. 5)，添加20 %摻量的粉煤灰和 相應的化學激發劑，添加〇. 6%有機纖維，添加不同比例0,5%，10%，15%摻量的膨脹珍珠 巖攪拌均勻，即得到水泥基料漿，添加2%和5%的兩種發泡劑溶液，用發泡機把發泡劑溶 液製成泡沫。將泡沫與水泥基料漿混合均勻，得到多孔混凝土料漿，將該泡沫料漿澆注到 lOOmmX lOOmmX 100mm的標準試模中，養護室溫26°C ±2°C，方文置8h後拆模。每天給試塊噴 霧化水一次，28d後將試塊放入85°C乾燥箱烘至恆重，測量其密度與強度。每個批次的試件 共製作2組6塊，試塊養護2?3d後拆模，養護28d後，進行絕幹密度和抗壓強度的測定。 每組試件取3塊進行測定，其算術平均值作為最終的測定結果。另1組3塊試件保留備用。
[0034] 結論：膨脹珍珠巖的引入，使多孔混凝土在600kg級抗壓強度可以達到6?8MPa， 700kg級抗壓強度下達到lOMPa以上。對相同泡沫摻量的多孔混凝土，摻加膨脹珍珠巖可顯 著提高其抗壓強度，對於不同泡沫摻量的多孔混凝土而言，增強的效果不一樣，當泡沫摻量 為2%時，其抗壓強度提高幅度為4. 5% ;而當泡沫摻量為5%時，其抗壓強度提高幅度可以 達到10%。膨脹珍珠巖顆粒內部呈蜂窩結構，具有質輕特點。用其配製的輕骨料混凝土耐 磨、隔熱保溫，與同強度等級普通混凝土相比，可降低自重20 %?25 %。
[0035] 實施例3 :不同含量有機纖維對多孔混凝土的影響
[0036] 將42. 5MPa普通矽酸鹽水泥加水（水灰比為1 : 0. 5)，添加20 %摻量的粉煤灰 和相應的化學激發劑，添加15 %摻量的膨脹珍珠巖，添加不同比例0. 4 %，0. 6 %，0. 8 %， 1. 〇%的有機纖維攪拌均勻，即得到水泥基料漿，添加2%發泡劑溶液，用發泡機把發泡劑溶 液製成泡沫。將泡沫與水泥基料漿混合均勻，得到多孔混凝土料漿，將該泡沫料漿澆注到 lOOmmX lOOmmX 100mm的標準試模中，養護室溫26°C ±2°C，放置8h後拆模。每天給試塊噴 霧化水一次，28d後將試塊放入85°C乾燥箱烘至恆重，測量其密度與強度。每個批次的試件 共製作2組6塊，試塊養護2?3d後拆模，養護28d後，進行絕幹密度和抗壓強度的測定。 每組試件取3塊進行測定，其算術平均值作為最終的測定結果。另1組3塊試件保留備用。 [〇〇37] 結論：採用摻加膨脹珍珠巖和聚丙烯纖維技術，可以製備出表觀密度在600? 800kg/m3,抗壓強度達到20?30MPa的高強多孔混凝土，導熱係數低於0. 06J/K · M，吸水 率低於10%。膨脹珍珠巖和聚丙烯纖維能顯著提高多孔混凝土的抗壓強度，且泡沫摻量越 大，其增強效果越顯著。摻入聚丙烯纖維後，多孔混凝土的劈裂抗拉強度顯著提高，幹縮率 明顯下降。
【權利要求】
1. 一種新型隔熱保溫防火多孔混凝土，其特徵在於：它是利用水泥、粉煤灰、膨脹珍珠 巖、有機纖維、複合發泡劑製備的多孔混凝土。
2. 根據權利要求1生產的多孔混凝土，所述的產物具有流態混凝土的特徵，便於現場 大體積澆注，其密度450?600Kg/m3,抗壓能力達到lOMPa，導熱係數低於0. 06J/K ·Μ，吸水 率低於10%的多孔混凝土，它為高性能多孔混凝土保溫牆材的製備提供技術支持。
3. 膨脹珍珠巖顆粒內部呈蜂窩結構，具有質輕、絕緣、吸聲、無毒及耐腐蝕等特點。用 其配製的輕骨料混凝土耐磨、隔熱保溫，與同強度等級普通混凝土相比，可降低自重20%? 25%。
4. 根據權利要求1的原材料有機纖維採用的是聚丙烯短纖維，實驗中控制不同量的添 力口。聚丙烯纖維，是專門用於水泥混凝土中塑形防開裂纖維，能防止或減少水泥混凝土的初 期塑性裂縫。本實驗選用的技術參數：材料：100%聚丙烯；纖維形狀：束狀單絲；纖維規格 選用：3、6、9、12mm ;密度：0· 91kg/m3 ;纖維直徑：18 ?45 μ m。
5. 根據權利要求1的原材料自製複合發泡劑的基本組成：60%的合成表面活性劑十二 烷基苯磺酸鈉（LAS)，36 %動物蛋白表面活性劑，3 %穩定劑，1 %增粘劑。多孔混凝土有較好 的保溫能力，原因是由於混凝土泡沫結構中包含有大量的空氣，而空氣的導熱係數極低。隨 著密度的上升其空氣含量降低，導熱係數自然上升，導熱係數和密度幾乎成正比。
【文檔編號】C04B111/28GK104108949SQ201410168090
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】李小超, 李妍, 黃朝暉, 房明浩, 劉豔改, 吳小文 申請人:中國地質大學（北京）