一种泡沫混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，尤其是涉及一种泡沫混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.泡沫混凝土，又称气泡混凝土，是一种轻质且含有大量封闭气孔混凝土，具有较好的保温隔热效果，广泛应用于建筑领域中。
3.气凝胶是一种纳米多孔材料，通常由二氧化硅组成，孔隙率大，密度低，是目前常用的最优异的隔热材料之一。随着行业发展，人们逐渐将气凝胶加入泡沫混凝土中，制备新型气凝胶混凝土，赋予气凝胶较好的质轻、隔热效果。
4.通过上述相关技术，气凝胶虽然质轻，但由于具有较大的孔隙率，导致其力学性能较差，由气凝胶制备得到的泡沫混凝土强度较低。


技术实现要素：

5.为了提高泡沫混凝土的强度，本技术提供了一种泡沫混凝土及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供一种泡沫混凝土，采用如下的技术方案：一种泡沫混凝土，包括以下重量份的原料：水泥 150
‑
250份；粉煤灰 20
‑
30份；矿粉 40
‑
60份；硅灰 10
‑
20份；改性二氧化硅气凝胶粉体 10
‑
30份；增强纤维 20
‑
40份；轻质莫来石 5
‑
8份；发泡剂 3
‑
6份；水 100
‑
200份；所述增强纤维包括中聚乙烯醇纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维的至少一种。
7.通过采用上述技术方案，在泡沫混凝土中加入改性二氧化硅气凝胶粉体、轻质莫来石以及增强纤维，赋予泡沫混凝土较好的保温性能和较高的强度。对二氧化硅气凝胶粉体进行改性，对二氧化硅气凝胶骨架进行一定的包裹，在对泡沫混凝土孔隙率影响较小的情况下，提高改性二氧化硅气凝胶粉体的密度，增强泡沫混凝土的强度。增强纤维选用聚乙烯醇纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维中的至少一种，从而与改性二氧化硅气凝胶粉体共同增强泡沫混凝土的强度。另外改性二氧化硅气凝胶粉体、增强纤维和轻质莫来石配合后，共同增强泡沫混凝土的抗压强度和保温隔热性能。
8.综上所述，通过对二氧化硅气凝胶粉体进行改性，并和增强纤维、轻质莫来石共同配合，增强泡沫混凝土的抗压强度和保温隔热性能。
9.优选的，所述改性气凝胶的制备方法包括以下步骤：
a1:将二氧化硅气凝胶粉体与重量百分比为40
‑
70％的乙醇溶液混合，混合分散1
‑
3h后得到二氧化硅气凝胶粉体处理物；a2:在温度72
‑
80℃下，将二氧化硅气凝胶粉体处理物与环氧丙烯酸酯树脂、硅烷偶联剂、引发剂混合，混合2.5
‑
4h后，进行干燥得到改性二氧化硅气凝胶粉体。
10.通过采用上述技术方案，首先采用乙醇溶液对二氧化硅气凝胶粉体进行溶解，使得二氧化硅气凝胶粉体后期充分反应。后通过引发剂、硅烷偶联剂在凝胶骨架离子表面生成环氧丙烯酸酯树脂包覆膜，对凝胶骨架进行加固和增强，在不影响孔隙率的情况下，增强凝胶骨架离子的密度，从而进一步增强泡沫混凝土的强度。另外通过提高改性二氧化硅气凝胶粉体的密度，在与泡沫混凝土其他原料混合过程中，密度差减少，也有助于改性二氧化硅气凝胶粉体与水泥等原料混合均匀，减少相分离现象，从而提高泡沫混凝土的抗压强度和密度。
11.优选的，所述步骤a2中，乙醇溶液的重量百分比为45
‑
55％。
12.通过采用上述技术方案，优选乙醇的重量百分比，使得二氧化硅气凝胶粉体更好地溶于乙醇溶液中，二氧化硅气凝胶粉体与环氧丙烯酸酯树脂更好地反应，进一步增强改性二氧化硅气凝胶粉体的密度，增强泡沫混凝土的抗压强度。
13.优选的，所述增强纤维由重量比为1:(1
‑
2):(0.5
‑
1)的聚乙烯醇纤维、硅酸铝纤维和玄武岩纤维组成。
14.通过采用上述技术方案，增强纤维优选三种纤维组合，并与改性二氧化硅气凝胶粉体更好地配合，进一步增强泡沫混凝土的强度。
15.优选的，所述泡沫混凝土的原料中还包括重量份数为3
‑
5份的促进剂，所述促进剂包括羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的至少一种。
16.通过采用上述技术方案，促进剂选用羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的至少一种后，与改性二氧化硅气凝胶粉体配合，有效对气凝胶粉体进行分散，减少团聚现象。同时促进改性二氧化硅气凝胶粉体均匀分散在泡沫混凝土体系中，减少气凝胶粉体与混凝土各原料之间的相分离现象，进一步增强泡沫混凝土的强度。
17.优选的，所述泡沫混凝土的原料中还包括重量份数为1
‑
3份的海藻酸铵。
18.通过采用上述技术方案，海藻酸铵加入后，有效将改性二氧化硅气凝胶粉体与混凝土中其他原料进行粘结混合，减少气凝胶粉体与混凝土各原料之间的相分离现象，进一步增强泡沫混凝土的强度。
19.优选的，所述发泡剂包括茶皂素发泡剂、动物蛋白发泡剂中的至少一种。
20.通过采用上述技术方案，采用茶皂素发泡剂、动物蛋白发泡剂中的至少一种作为发泡剂，起泡性能稳定，增强泡沫混凝土的稳定性能。
21.第二方面，本技术提供一种泡沫混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种泡沫混凝土的制备方法，包括以下制备步骤：s1:将改性二氧化硅气凝胶粉体、水泥、水混合，混合均匀后得到第一混合物；s2:将第一混合物与轻质莫来石、矿粉、硅灰、粉煤灰混合，混合均匀后得到第二混合物；s3:将第二混合物与增强纤维混合，混合均匀后加入发泡剂，混合均匀后得到泡沫混凝土。
22.通过采用上述技术方案，首先将改性二氧化硅气凝胶粉体和水泥等物质混合，混合均匀后，加入轻质莫来石、矿粉等物质，进一步增强混凝土的强度和隔热保温性能；通过分步加入各原料，赋予泡沫混凝土较好的稳定性能和均匀性。
23.优选的，在所述步骤s1中加入3
‑
5重量份的促进剂和1
‑
3份的海藻酸铵。
24.通过采用上述技术方案，加入促进剂和海藻酸铵后，有效对气凝胶粉体进行分散，促进改性二氧化硅气凝胶粉体均匀分散在泡沫混凝土体系中，减少气凝胶粉体与混凝土各原料之间的相分离现象，增强泡沫混凝土的强度。
25.综上所述，本技术具有以下有益效果：1.在本技术中，对二氧化硅气凝胶粉体进行改性，将环氧丙烯酸酯树脂包覆在凝胶骨架上，在不影响孔隙率的情况下，增强凝胶骨架离子的密度，从而进一步增强泡沫混凝土的强度；同时减少改性二氧化硅气凝胶粉体与混凝土其他原料之间的密度差，减少各原料之间的相分离现象，从而进一步增强泡沫混凝土的抗压强度。
26.2.本技术中，优选改性二氧化硅气凝胶粉体的制备步骤，优选乙醇液的重量百分比，使得二氧化硅气凝胶粉体与环氧丙烯酸酯树脂更好地反应，进一步增强改性二氧化硅气凝胶粉体的密度，增强泡沫混凝土的抗压强度。优选增强纤维的配比，并加入促进剂和海藻酸铵，有效减少改性二氧化硅气凝胶粉体与各原料之间的相分离现象，进一步增强泡沫混凝土的强度。优选发泡剂的具体组分，增强泡沫混凝土的发泡稳定性。
27.3.本技术的制备方法，分步加入各原料，有效对改性二氧化硅气凝胶粉体进行分散，同时减少相分离现象，增强泡沫混凝土的强度和均匀度。
具体实施方式
28.以下对本技术作进一步详细说明。
29.各实施例中的组分及生产厂家如表1所示。
30.表1组分及生产厂家组分型号/规格生产厂家水泥p.o32.5mpa海螺牌二氧化硅气凝胶粉体a103/40nm廊坊陶戈纳米材料有限公司环氧丙烯酸酯树脂fx
‑
8002
‑
80方鑫树脂聚乙烯醇纤维p139543阿拉丁硅酸铝纤维/上海瑞沃建材有限公司羟丙基甲基纤维素/安森化工羟乙基纤维素/江苏奥福生物科技有限公司茶皂素发泡剂rel
‑
czs99西安瑞尔丽生物工程有限公司动物蛋白发泡剂fp
‑
1济南文竹化工有限公司聚丙烯酰胺9003
‑
05
‑
8盼得(上海)国际贸易有限公司乳胶粉yg
‑
6001上海云甘实业有限公司环氧树脂e44型盼得(上海)国际贸易有限公司制备例制备例1:一种改性二氧化硅气凝胶粉体，由以下步骤制备得到：
a1:将40kg的二氧化硅气凝胶粉体与80kg的重量百分比为40％的乙醇溶液混合，混合分散3h后得到二氧化硅气凝胶粉体处理物；a2:在温度72℃下，将二氧化硅气凝胶粉体处理物与20kg的环氧树脂、2kg的硅烷偶联剂kh550、0.3kg的引发剂偶氮二异丁腈混合，混合反应4h后，在40℃下进行干燥20h，干燥后得到改性二氧化硅气凝胶粉体。
31.制备例2:一种改性二氧化硅气凝胶粉体，由以下步骤制备得到：a1:将40kg的二氧化硅气凝胶粉体与80kg的重量百分比为40％的乙醇溶液混合，混合分散3h后得到二氧化硅气凝胶粉体处理物；a2:在温度72℃下，将二氧化硅气凝胶粉体处理物与20kg环氧丙烯酸酯树脂、硅烷偶联剂kh550、0.3kg的引发剂偶氮二异丁腈混合，混合反应4h后，在40℃下进行干燥20h，干燥后得到改性二氧化硅气凝胶粉体。
32.制备例3:一种改性二氧化硅气凝胶粉体，与制备例2的区别在于，乙醇浓度重量百分比为70％，分散时间为1h，步骤s2中在温度为80℃，混合时间为2.5h。
33.制备例4:一种改性二氧化硅气凝胶粉体，与制备例2的区别在于，乙醇溶液的重量百分比为45％。
34.制备例5:一种改性二氧化硅气凝胶粉体，与制备例2的区别在于，乙醇溶液的重量百分比为55％。实施例
35.实施例1:一种泡沫混凝土，所包括的具体组分及重量如表2所示，由以下步骤制得：s1:将制备例1的改性二氧化硅气凝胶粉体、水泥、水混合搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀后得到第一混合物；s2:将第一混合物与轻质莫来石、矿粉、硅灰、粉煤灰混合搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀后得到第二混合物；s3:将第二混合物与增强纤维混合，搅拌速度为800r/min，搅拌均匀后加入发泡剂搅拌，搅拌速度为1200r/min，搅拌均匀后得到泡沫混凝土。
36.实施例2:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，具体组分及重量不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
37.实施例3
‑
6:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，改性二氧化硅气凝胶粉体不同，重量均为30kg，制备例2
‑
5分别对应实施例3
‑
6中的改性二氧化硅气凝胶粉体。
38.实施例7
‑
8:一种泡沫混凝土，与实施例6的区别在于，增强纤维的具体组分不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
39.实施例9
‑
10:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤s1中加入促进剂，所包括的具体组分及重量如表2所示。
40.实施例11
‑
12:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，在步骤s1中加入海藻酸铵，所包括的具体组分及重量如表2所示。
41.实施例13
‑
14:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，发泡剂的具体组分不同，所包括的具体组分及重量如表2所示。
42.实施例15
‑
16:一种泡沫混凝土，与实施例6的区别在于，加入促进剂和海藻酸铵，
所包括的具体组分及重量如表2所示。
43.表2实施例1
‑
2、实施例7
‑
16中的具体组分及重量16中的具体组分及重量对比例对比例1:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的未改性的二氧化硅气凝胶粉体替代改性二氧化硅气凝胶粉体。
44.对比例2:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，不含有增强纤维。
45.对比例3:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的玻璃纤维替代增强纤维。
46.对比例4:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的未改性的二氧化硅气凝胶粉体替代改性二氧化硅气凝胶粉体，且不含有增强纤维。
47.对比例5:一种泡沫混凝土，与实施例1的区别在于，采用等量的未改性的二氧化硅气凝胶粉体替代改性二氧化硅气凝胶粉体，且增强纤维选用玻璃纤维。
48.对比例6：一种泡沫混凝土，包括以下重量份的原料：水泥100kg，粉煤灰30kg，二氧化硅气凝胶25kg，羟丙基甲基纤维素0.5kg，聚丙烯酰胺1kg，乳胶粉01kg，聚丙烯纤维1kg，水100kg。所包括的组分如表1所示。
49.制备方法：将上述原料进行混合搅拌，搅拌速度为1200r/min，搅拌均匀得到泡沫混凝土。
50.检测方法
实验一：抗压强度实验实验样品：将实施例1
‑
16以及对比例1
‑
6分别制成边长为150mm的立方体体试件，分别命名为实验样品1
‑
16以及对比样品1
‑
6；实验样品1
‑
16以及对比样品1
‑
6均设有5个。
51.实验仪器：压力试验机。
52.实验方法：抗压强度实验：参照gb/t 50081
‑
2019的《混凝土物理力学性能实验方法标准》中的抗压强度实验来评定实验样品1
‑
16和对比样品1
‑
6的抗压强度，例如，分别对5个实验样品1的抗压强度进行检测，后取5个实验样品1抗压强度的平均值作为实验样品1最终的抗压强度。
53.实验结果：实验样品1
‑
16以及对比样品1
‑
6的抗压强度实验如表3所示。
54.实验二：混凝土密度实验实验样品：实施例1
‑
16以及对比例1
‑
6的试样，试样为150mm
×
150mm
×
600mm的棱柱体试件，并将由实施例1
‑
16得到的试样分别命名为实验样品1
‑
16，将由对比例1
‑
6得到的试样分别命名为对比样品1
‑
7，实验样品1
‑
16以及对比样品1
‑
6均有5个。
55.实验仪器：精密天平。
56.实验方法：采用精密天平分别对5个实验样品1的重量进行进行检测，并计算相应的混凝土体积和密度；后取5个实验样品1密度的平均值作为实验样品1最终的密度。
57.实验结果：实验样品1
‑
16以及对比样品1
‑
6的混凝土密度实验如表3所示。
58.实验三：隔热保温性能实验样品：采用实施例1
‑
16以及对比例1
‑
6制备成试样，试样为边长150mm的立方体，并将由实施例1
‑
16得到的试样分别命名为实验样品1
‑
16，将由对比例1
‑
6得到的试样分别命名为对比样品1
‑
6，实验样品1
‑
16以及对比样品16均有5个。
59.实验仪器：导热系数测定仪。
60.实验方法：采用导热系数测定仪分别对实验样品1
‑
16和对比样品1
‑
6行导热系数检测；例如分别检测5个实验样品1的导热系数，并取5个实验样品1导热系数的平均值，作为实验样品1最终的导热系数；采用上述方法对实验样品2
‑
17对比样品1
‑
6行导热系数实验。
61.实验结果：实验样品1
‑
16以及对比样品1
‑
6导热系数结果如表3所示。
62.表3实验样品1
‑
16以及对比样品1
‑
6的实验结果
由表3的相关数据可知，实验样品1
‑
16的抗压强度为4.8
‑
6.1mpa，密度为612
‑
671kg/m3，导热系数为0.036
‑
0.051w/(m.k)；对比样品1
‑
6的抗压强度为2.9
‑
4.2mpa，密度为543
‑
598kg/m3，导热系数为0.053
‑
0.093w/(m.k)；导热系数越低，保温隔热性能越好。通过实验数据，说明实验样品1
‑
16相比于对比样品1
‑
6的抗压强度高，且导热性能好。
63.对比实验样品1和对比样品1
‑
4可知，对二氧化硅气凝胶粉体进行改性，并加入增强纤维后，泡沫混凝土的抗压强度提高，说明改性二氧化硅气凝胶粉体和增强纤维可增强混凝土的强度。可能是由于纤维具有一定的韧性，气凝胶粉体改性后的密度有一定提高，改性后的二氧化硅与增强纤维配合后，进一步增强泡沫混凝土的抗压强度。
64.对比实验样品1和对比样品1、对比样品3、对比样品5可知，当增强纤维选用聚乙烯醇纤维、硅酸铝纤维、玄武岩纤维后，泡沫混凝土的强度增强。可能是由于选用的纤维强度较高，且与改性二氧化硅气凝胶粉体、水泥等配合效果更好，从而增强泡沫混凝土的抗压强度。
65.对比实验样品1和实验样品3
‑
4可知，采用环氧丙烯酸酯树脂对二氧化硅气凝胶粉体进行改性，由于环氧丙烯酸酯树脂具有较好的韧性、耐热性以及稳定性，通过硅烷偶联剂、引发剂，将带有双键的环氧丙烯酸酯树脂链接于硅粒子表面，并进一步引发聚合反应，在硅粒子表面生成环氧丙烯酸酯树脂包覆膜，使环氧丙烯酸酯树脂与气凝胶骨架间形成共价键，提高二氧化硅气凝胶粉体的密度，进一步增强泡沫混凝土的抗压强度。
66.对比实验样品3和实验样品5
‑
6可知，优选乙醇溶液的浓度后，泡沫混凝土的抗压强度有一定的增强。可能是因为，乙醇溶液在重量百分比为45
‑
55％下，可更好地溶解二氧化硅气凝胶粉体，可能使二氧化硅气凝胶粉体与环氧丙烯酸酯树脂更好地反应，进一步增强改性二氧化硅气凝胶粉体的密度，增强泡沫混凝土的抗压强度。
67.对比实验样品6
‑
8可知，优选增强纤维的组分和重量比，有助于增强泡沫混凝土的抗压强度。对比实验样品1和实验样品9
‑
10可知，加入促进剂后，泡沫混凝土的抗压强度增强，同时导热系数降低，保温隔热性能增强。可能是由于加入促进剂羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素后，两者对易团聚沉淀的改性二氧化硅气凝胶粉体进行有效分散，同时具有较好的机械性能，进一步增强泡沫混凝土的抗压强度。
68.对比实验样品1和实验样品11
‑
12可知，加入海藻酸铵后，泡沫混凝土的抗压强度提高。可能是由于海藻酸铵具有一定的增稠、乳化作用，通过将改性二氧化硅气凝胶粉体与混凝土中的其他原料进行粘结混合，有效减少各原料之间的相分离现象，进一步增强泡沫
混凝土的抗压强度。对比实验样品1和实验样品13
‑
14可知，优选茶皂素发泡剂、动物蛋白发泡剂作为发泡剂后，抗压强度也有了一定的增强，可能是由于发泡剂所产生的气泡稳定，从而有效增强混凝土的稳定性能，获得较好的抗压强度。
69.对比实验样品6和实验样品15
‑
16可知，优选增强纤维和发泡剂的组分及重量比，同时加入促进剂和海藻酸铵，泡沫混凝土的抗压强度增强，导热系数降低；且各组分相互配合后，抗压强度、保温隔热性能增加幅度较高。
70.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。