CN108083844A

CN108083844A - 一种高强阻裂泡沫混凝土及其制备方法

Info

Publication number: CN108083844A
Application number: CN201711331964.4A
Authority: CN
Inventors: 黄绍龙; 丁平祥; 黄修林; 唐涛; 张群峰; 储昭胜; 程凯
Original assignee: Hubei University
Current assignee: Guangzhou Municipal Engineering Maintenance Office Co ltd
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-05-29
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: CN108083844B

Abstract

本发明公开了一种高强阻裂泡沫混凝土，各组分及其所占质量百分比包括：水泥45～51％，粉煤灰8～14％，水16～22％，玻化微珠15～21％，泡沫1～5％，膨胀剂0.1～1％，促凝剂0.1～1％，减水剂0.1～1％，纤维素醚0.01～1％，复合纤维0.1～1％。本发明制备的泡沫混凝土具有较高的强度并可有效抑制裂纹产生和发展，可有效克服现有泡沫混凝土普遍存在的强度不足、收缩开裂严重等问题，且涉及的原料来源广、成本低、环境友好，有利于拓宽泡沫混凝土的应用范围。

Description

一种高强阻裂泡沫混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于泡沫混凝土技术领域，具体涉及一种高强阻裂泡沫混凝土及其制备方法。

背景技术

泡沫混凝土是一种将泡沫引进混凝土中来达到减轻混凝土的重量、节约材料的新型建筑材料，尤其以泡沫混凝土隔音、防火、保温的优势使其得到了建材界的青睐。但是由于泡沫混凝土内含大量的泡沫，内部孔隙较多导致其强度普遍不高；而且内部泡沫含大量的水分，水分的蒸发会在混凝土内部出现收缩应力导致泡沫混凝土在大面积浇筑后容易产生裂纹。强度不高、容易开裂这两个方面的问题大大限制了泡沫混凝土的大面积推广。

传统泡沫混凝土的制作过程通常采用来源广泛的河砂加入到泡沫混凝土中以期达到增强的目的，但是河砂的高吸水性使其在制备过程中容易吸收较多的水份而沉底，而且河砂吸收的水份也会对泡沫混凝土的强度造成一定的影响；因此如何找到一种有利于提高泡沫混凝土的强度且不会对泡沫混凝土产生负面影响的泡沫混凝土掺合料是泡沫混凝土强度提高的一大难题。

此外，泡沫混凝土制备过程中内部引进大量的水份，水份的蒸发会导致泡沫混凝土内部产生较大的拉伸应力，当内部的拉伸应力超过泡沫混凝土自身的抗拉强度时，泡沫混凝土便会产生收缩裂缝，为了抵消泡沫混凝土硬化过程中产生的拉伸应力，通过在泡沫混凝土中添加膨胀剂可以有效抵抗泡沫混凝土的硬化收缩，传统泡沫混凝土中采用的膨胀剂是氧化钙。虽然氧化钙的加入可以提供一个膨胀应力来抵消泡沫混凝土的收缩应力，但是存在使泡沫混凝土整体性降低的风险。因此，进一步探索具有高强、抗裂的泡沫混凝土，具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种高强阻裂泡沫混凝土。该泡沫混凝土具有较高的强度并可有效抑制裂纹的产生和发展，可有效克服现有泡沫混凝土普遍存在的强度不足、收缩开裂严重等问题，且涉及的原料来源广、环境友好、有利于拓宽泡沫混凝土的应用范围。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高强阻裂泡沫混凝土，各组分及其所占质量百分比为：水泥45～51％，粉煤灰8～14％，水16～22％，玻化微珠15～21％，泡沫1～5％，膨胀剂0.1～1％，促凝剂0.1～1％，减水剂0.1～1％，纤维素醚0.01～1％，复合纤维0.1～1％。

上述方案中，所述复合纤维由耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维按1:2的质量比混合而成；其中耐碱玻璃纤维的长度为3～9mm；聚丙烯纤维的长度为9～15mm。本发明采用两种不同长度的纤维，并使其均匀分布于泡沫混凝土中，相互搭接形成三维错向支撑网，在单体内部形成一种桥梁结构，并在膨胀剂的作用下该三维网络结构储存一定拉伸应力，可有效阻止泡沫混凝土的早期硬化收缩裂缝产生的应力。

上述方案中，所述膨胀剂的主要化学成分及其所占质量百分比为：CaO 56～60％，Al₂O₃ 10～14％，SiO₂ 19～23％，Fe₂O₃ 1～3％，MgO 2～6％，Na₂O 0.01～1％，TiO₂ 0.2～1％，K₂O 0.1～1％，SO₃ 0.01～0.1％；本发明所得膨胀剂中的CaO、MgO以及较高的铝硅比在泡沫混凝土早期通过水化生成Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、钙矾石体积膨胀抵消泡沫混凝土的早期收缩，可提供复合纤维形成的三维网状结构一个早期拉伸应力用以抵消泡沫混凝土早期硬化产生的收缩应力，同时由于化学反应该膨胀剂放出的热量还可在泡沫混凝土硬化早期提高混凝土内部的温度促进水泥的凝结硬化，起到内养护的作用，钙矾石和硅酸钙物质还促进了泡沫混凝土的强度发展。

上述方案中，所述促凝剂为CaCl₂或三乙醇胺。

上述方案中，减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂。

上述方案中，纤维素醚为羟甲基纤维素醚或羟丙基甲基纤维素醚。

上述方案中，所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥或P.O.32.5普通硅酸盐水泥。

上述方案中，所述粉煤灰为二级粉煤灰或一级粉煤灰。

上述方案中，所述玻化微珠为0.3～0.6mm；本发明采用玻化微珠做为一种掺合料，利用其高强度和低吸水性可提高泡沫混凝土的强度并降低泡沫混凝土的需水量；玻化微珠还可一定程度上减轻泡沫混凝土的容重，有利于制备轻质泡沫混凝土。

上述方案中，所述泡沫采用发泡剂经机械发泡而成，其密度为48～55kg/m³，发泡剂的稀释倍率为55～60倍。

上述一种高强阻裂泡沫混凝土的制备方法，它包括如下步骤：按配比称取各原料；将称取的水泥、粉煤灰、玻化微珠、膨胀剂、促凝剂、纤维素醚搅拌均匀，然后加入水和减水剂搅拌均匀，将复合纤维均匀撒入搅拌锅内，再加入用发泡机发出的泡沫，搅拌至均匀得泡沫混凝土料浆，浇筑，最后经脱模、养护，得所述高强阻裂泡沫混凝土。

本发明的原理为：

本发明将两种不同规格的纤维进行复配，长短不一的纤维均匀分布于泡沫混凝土中产生错综相交的三维网状结构，可有效阻止泡沫混凝土早期硬化产生的裂缝；与此同时，本发明制备的膨胀剂可均匀分布于复合纤维构成的骨架中，并在泡沫混凝土硬化早期给予纤维骨架一个膨胀应力用以抵消泡沫混凝土硬化的收缩应力，该膨胀剂提供的早期应力在提供纤维一个拉伸预应力的同时并不会将泡沫混凝土内部的泡沫挤破，可有效防止泡沫混凝土在早期硬化的收缩开裂问题，此外，该膨胀剂还可提高泡沫混凝土的稳定性。

本发明所述膨胀剂可在早期提供一定的膨胀应力来抵消泡沫混凝土的早期收缩应力，同时还会给予纤维网架结构一个膨胀应力使纤维拉伸来阻止泡沫混凝土早期硬化产生的拉应力，有效的阻止泡沫混凝土的硬化开裂问题；此外，该膨胀剂还可在水泥水化早期提供一定的温度促进水泥水化的速度，提供的热量能保持泡沫混凝土早期内部温度适当的升高促进水化的快速进行起到内养护的目的而且不会在后期持续的放热造成泡沫混凝土体积安定性不良。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明利用两种不同类型和规格的纤维，两者在泡沫混凝土料浆内错向均匀分布相互搭接构成三维网状结构，耐碱玻璃纤维较高的模量可以提高泡沫混凝土的抗压强度，聚丙烯纤模量低、储能大可以存储一定的预应力来抵消泡沫混凝土的早期开裂应力；自制膨胀剂均匀分布于三维网状结构内不仅可在泡沫混凝土早期提供一膨胀应力来抵消泡沫混凝土的收缩应力，并可在泡沫混凝土硬化前给予纤维网一个拉伸预应力用以抵消硬化早期收缩产生的拉应力，同时释放一定的温度促进泡沫混凝土早期的凝结硬化，使所得泡沫混凝土表现出优异的抗裂性能；

2)玻化微珠可有效降低泡沫混凝土的矿料吸水性能，并可减轻泡沫混凝土的容重，自身较坚固可有效提升泡沫混凝土的强度；内掺的耐碱玻璃纤维具有较大的模量可以吸收较大的冲击力，在泡沫混凝土中可有效提高泡沫混凝土的抗压强度；自制膨胀剂还可在混凝土早期放出合适的热量起到内部养护的作用，促进泡沫混凝土的快速水化达到提高泡沫混凝土强度的目的。

3)本发明所得泡沫混凝土强度高、抗裂性能优异，可显著拓宽泡沫混凝土的应用领域；且涉及的制备方法简单、成本低、适合推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例1和对比例1～3所得泡沫混凝土的收缩曲线。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，采用的水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为二级粉煤灰；玻化微珠粒径为0.3～0.6mm；促凝剂为CaCl₂；减水剂为聚羧酸减水剂；纤维素醚为羟甲基纤维素醚。

以下实施例中，所述膨胀剂以工业焦宝石、方解石和菱镁矿为主要原料，原料成分信息见表1；

表1膨胀剂各原料的主要成分/wt％

制备工艺如下：

1)将破碎的焦宝石(粒径小于5mm)置于高温烧结炉内，升温至750℃保温2h，取出空气中冷却至室温，研磨(粒径小于0.1mm)，得粉料I备用；

2)将破碎菱镁矿(粒径小于5mm)置于高温烧结炉内，升温至700℃保温1h，放置空气中极速冷却至室温，研磨(粒径小于0.1mm)，得粉料II备用；

3)将方解石破碎(粒径小于5mm)置于高温烧结炉内，升温至1200℃保温2h，取出在室温下冷却至室温，研磨(粒径小于0.1mm)，得粉料III备用；

4)将所得粉料I、粉料II、粉料III按(0.2～0.5):(0.01～0.1):(0.3～0.7)的质量比放入混料机内混合均匀密封保存，即得所述膨胀剂。

以下实施例中，采用的膨胀剂的主要成分及其所占质量百分比为：CaO 58.89％，Al₂O₃ 12.62％，SiO₂ 21.22％，SO₃ 0.09％，Fe₂O₃ 1.79％，MgO 4.63％，Na₂O 0.04％，TiO₂0.57％，K₂O 0.15％

实施例1

一种高强阻裂泡沫混凝土，根据目标容重800kg/m³设计各组分及其所占质量百分比如下：水泥48.19％，粉煤灰10.58％，水18.81％，玻化微珠17.63％，泡沫3.67％，膨胀剂0.12％，促凝剂0.18％，减水剂0.47％，纤维素醚(羟甲基纤维素醚)0.06％，复合纤维0.29％(6mm的耐碱玻璃纤维和12mm的聚丙烯纤维按1:2的质量比混合而成)；其制备方法包括如下步骤：

1)按上述配比称取各原料；将称取的水泥、粉煤灰、玻化微珠、膨胀剂、促凝剂、纤维素醚搅拌均匀，然后加入水和减水剂搅拌均匀，最后将复合纤维均匀的撒入搅拌锅内(先将较短的玻璃纤维加入料浆内然后再加入较长的聚丙烯纤维搅拌均匀)，再加入用发泡机发出的泡沫，搅拌至均匀得泡沫混凝土料浆；

2)将制备好的泡沫混凝土料浆导入100mm×100mm的标准模具内，用保鲜膜覆盖24小时，然后脱模；

3)将硬化的泡沫混凝土试块放入标准养护箱内进行养护，得所述高强阻裂泡沫混凝土。

实施例2

一种高强阻裂泡沫混凝土，根据目标容重750kg/m³设计各组分及其所占质量百分比如下：水泥50.60％，粉煤灰10.36％，水18.29％，玻化微珠15.25％，泡沫3.98％，膨胀剂0.18％，促凝剂0.24％，减水剂0.61％，纤维素醚0.12％，复合纤维0.37％(6mm的耐碱玻璃纤维和12mm的聚丙烯纤维按1:2的质量比混合而成)；其制备方法包括如下步骤：

1)按上述配比称取各原料；将称取的水泥、粉煤灰、玻化微珠、膨胀剂、促凝剂、纤维素醚搅拌均匀，然后加入水和减水剂搅拌均匀，最后将复合纤维均匀的撒入搅拌锅内(先将较短的耐碱玻璃纤维加入料浆内然后再加入较长的聚丙烯纤维搅拌均匀)，再加入用发泡机发出的泡沫，搅拌至均匀得泡沫混凝土料浆；

实施例3

一种高强阻裂泡沫混凝土，根据目标容重850kg/m³设计各组分及其所占质量百分比如下：水泥45.07％，粉煤灰11.28％，水19.72％，玻化微珠19.71％，泡沫3.42％，膨胀剂0.06％，促凝剂0.11％，减水剂0.34％，纤维素醚0.06％(羟甲基纤维素)，复合纤维0.23％(6mm的耐碱玻璃纤维和12mm的聚丙烯纤维按1:2的质量比混合而成)；其制备方法包括如下步骤：

对比例1～3

参考实施例1所述目标容重800kg/m³及基本配方，引入三组对比例与本申请所述高强阻裂泡沫混凝土进行对比，三组对比例的相对实施例1的主要区分分别为：1)加入CaO膨胀剂、不加任何纤维所得泡沫混凝土为第一组；2)加入长度为6mm的耐碱玻璃纤维和CaO膨胀剂所得泡沫混凝土为第二组；3)加入长度为12mm的聚丙烯纤维和CaO膨胀剂所得泡沫混凝土为第三组；三组对比例的具体配方见表1。

表1对比例1～3所述泡沫混凝土的配方

注：上述百分比为占胶凝材料总量的百分比

采用非接触试测定仪对本发明实施例1以及对比例1～3所得泡沫混凝土自浇筑至50h以内的各个时间段的收缩率进行测试，具体步骤如下；

1)在规格100mm×100mm×400mm试模上涂抹适量的脱模油，将保鲜膜覆盖在试模上；

2)将搅拌好的泡沫混凝土浆液浇入试模中，轻微振动密实后，分别在离两端5cm的位置放置位移传感器、位移计、标靶，微调位移计支架，将温度传感器放于试模周边环境中，测试湿度情况；

3)打开非接触收缩仪，设置时间间隔为一小时，调整位移传感器使得A、B边屏幕显示绿色时，固定传感器；

4)从浇筑静置5min后开始测量，试验结果后用游标卡尺测出位移计之间的距离，换算出各个时间的收缩率，所得泡沫混凝土收缩曲线分别见图1。

由图1可以看出，本发明所得泡沫混凝土中所述膨胀剂可在凝结硬化早期给予泡沫混凝土一较大的膨胀应力，该膨胀应力一方面用来抵消泡沫混凝土的凝结硬化产生的收缩，另一方面提供纤维网架一预应力使纤维网架微微拉伸提高纤维网架对泡沫混凝土的整体性约束减少泡沫凝土的硬化收缩；图中，10h时本发明所述膨胀剂比对比例中所述普通膨胀剂具有更高的膨胀值，该膨胀剂提供的膨胀应力能有效的抵消泡沫混凝土本身的凝结硬化产生的收缩问题表现在收缩图中收缩曲线较其他三组对比例有明显的降低。

将本发明实施例1和对比例1～3所得泡沫混凝土分别进行裂纹测试，具体步骤如下：

1)泡沫混凝土浆液加入椭圆的试模中，置于25℃养护室里养护24h后，拆除试模外边的装置，防置在养护室中养护1d；

2)将所得圆形试件移入温度20±2℃、相对湿度60±5％的测试室中，将导线连接在椭圆测试架上，在椭圆周边预制线路中涂上导电胶，使其通路；

3)打开仪器，观察电压；记录椭圆时间开裂时间，与此同时观察开裂后时裂缝宽度以及宽度随时间的变化情况，时间间隔取1h。开裂位置根据坐标位置确定，具体测试结果分别见表2。

上述裂纹测试试验中，全自动采集功能可以较为准确的记录泡沫混凝土开裂的初始时间和位置，环形约束试验采用内尺寸为210mm×90mm×45mm及外尺寸250mm×130mm×45mm的椭圆试模，试模底部为矩形的耐高温玻璃，将210mm×90mm×45mm钢制实心椭圆固定在矩形玻璃板上；泡沫混凝土收缩受到内部椭圆限制，塑性收缩裂纹只在椭圆范围内产生。

表2实施例1和对比例1～3所得泡沫混凝土的裂纹测试试验结果

编号	开裂时间/s	裂缝宽度/mm	裂缝条数	裂缝位置/θa	风险等级
						对比例1	14	3	1	29	中低开裂风险
对比例2	25	1.4	1	28	中低开裂风险
						对比例3	27	1.2	1	25	中低开裂风险
实施例1	58	0.3	1	30	低开裂风险

上述结果表明，本发明通过在泡沫混凝土中引入自制膨胀剂并将两种不同规格的纤维进行复配，可有效延长开裂时间并抑制裂纹发展，本发明所得纤维网状结构对泡沫混凝土的开裂有明显的抑制作用。

将实施例1和对比例1～3所得泡沫混凝土的力学性能进行测试，结果见表3。

表3将实施例1和对比例1～3所得泡沫混凝土的力学性能测试结果

组别	28d抗压强度(Mpa)
		对比例1	3.54
对比例2	4.24
		对比例3	3.92
实施例1	4.63

上述结果表明：本发明所述泡沫混凝土在玻化微珠、高碱玻璃纤维以及自制膨胀剂的三重作用下，其28d抗压强度得到了较为明显的提升。

综上，本发明所得泡沫混凝土具有较高的强度并可有效抑制裂纹产生和发展，可有效扩展泡沫混凝土的应用领域，具有重要的经济和社会价值。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和构思，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高强阻裂泡沫混凝土，各组分及其所占质量百分比包括：水泥45～51％，粉煤灰8～14％，水16～22％，玻化微珠15～21％，泡沫1～5％，膨胀剂0.1～1％，促凝剂0.1～1％，减水剂0.1～1％，纤维素醚0.01～1％，复合纤维0.1～1％。

2.根据权利要求1所述的高强阻裂泡沫混凝土，其特征在于，所述复合纤维由耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维按(0.8～1.2):(1.8～2.2)的质量比混合而成；其中耐碱玻璃纤维的长度为3～9mm；聚丙烯纤维的长度为9～15mm。

3.根据权利要求1所述的高强阻裂泡沫混凝土，其特征在于，所述促凝剂为CaCl₂或三乙醇胺。

4.根据权利要求1所述的高强阻裂泡沫混凝土，其特征在于，所述膨胀剂的主要成分及其所占质量百分比为：CaO 56～60％，Al₂O₃ 10～14％，SiO₂ 19～23％，Fe₂O₃ 1～3％，MgO 2～6％，Na₂O 0.01～1％，TiO₂ 0.2～1％，K₂O 0.1～1％，SO₃ 0.01～0.1％。

5.根据权利要求1所述的高强阻裂泡沫混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂。

6.根据权利要求1所述的高强阻裂泡沫混凝土，其特征在于，纤维素醚为羟甲基纤维素醚或羟丙基甲基纤维素醚。

7.根据权利要求1所述的高强阻裂泡沫混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为二级粉煤灰或一级粉煤灰。

8.根据权利要求1所述的高强阻裂泡沫混凝土，其特征在于，所述玻化微珠的粒径为0.3～0.6mm。

9.根据权利要求1所述的高强阻裂泡沫混凝土，其特征在于，所述泡沫的密度为45～55kg/m³。

10.权利要求1～9任一项所述高强阻裂泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按配比称取各原料；将称取的水泥、粉煤灰、玻化微珠、膨胀剂、促凝剂、纤维素醚搅拌均匀，加入水和减水剂搅拌均匀，将复合纤维均匀撒入搅拌锅内，加入用发泡机发出的泡沫，搅拌至均匀得泡沫混凝土料浆，浇筑，最后经脱模、养护，得所述高强阻裂泡沫混凝土。