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CN109336637B - 基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土及制备方法 - Google Patents

基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于硅酸盐‑硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，包括以下配料：复合胶凝材料、发泡剂和稳泡剂，其中所述复合胶凝材料的组分为硅酸盐胶凝材料、硅铝酸盐胶凝材料和水，按重量计，复合胶凝材料中所述硅酸盐胶凝材料占比不超过30％，且所述复合胶凝材料所含组分的摩尔比如下：SiO2:Al2O3 4.0～8.0；SiO2:Na2O 7.0～10.0；SiO2:CaO 0.5～2.0。本发明的有益效果：解决了硅酸盐体系泡沫混凝土生产中成本和能耗较高以及严重污染环境等问题和硅铝酸盐体系泡沫混凝土耐久性差、易开裂的问题，具有密度小，强度性能良好，导热系数低等优点。

Description

基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土及制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土。
背景技术
我国从2005年开始推行建筑保温节能工程，要求新建建筑必须实行50％的节能目的(部分重要城市的目标为节能65％)，该工程加快了保温隔热材料的发展。泡沫混凝土是一种新型的隔热材料，用于墙壁和其他结构，其中包含大量的封闭孔隙。泡沫混凝土具有重量轻，保温，隔热，隔音等优点。但是这种隔热材料存在以下问题：首先，泡沫混凝土主要使用特殊水泥如硫铝酸盐水泥作为胶凝材料。水泥生产的成本和能耗非常高。在硅酸盐体系水泥生产中，将消耗大量的天然资源，例如石灰石和粘土。更重要的是，大量的温室气体如CO2将被排出，而硅铝酸盐体系在生产使用过程中又存在：样品易开裂，耐久性差，易粉化等问题。
其次，泡沫混凝土中孔隙的引入也带来了许多缺陷。如果材料成分设计不合适，则无法满足墙体施工的要求。将硅酸盐体系和硅铝酸盐体系复掺，作为复合胶凝材料体系则有望解决上述问题。泡沫混凝土是利用偏高岭土、粉煤灰、矿渣等硅铝质原材料经过碱激发而形成的一种新型胶凝材料。该材料力学性能好、耐高温、耐化学腐蚀、抗渗性优良，无需高温煅烧及耗费大量自然资源，已逐渐成为近年来国际上研究的热点，并被认为是一种可持续发展的“绿色环保材料”。现有关于泡沫混凝土的研究成果主要集中在制备工艺与组成设计方面，其性能研究局限在力学强度与热工性能，缺乏关于其基体内部孔结构及其它相关性能的系统研究。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土。
本发明的实施例提供一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，包括以下配料：复合胶凝材料、发泡剂和稳泡剂，其中所述复合胶凝材料的组分为硅酸盐胶凝材料、硅铝酸盐胶凝材料和水，按重量计，所述复合胶凝材料中所述硅酸盐胶凝材料占比不超过30％，且所述复合胶凝材料所含组分的摩尔比如下：
SiO2:Al2O3 4.0～8.0；
SiO2:Na2O 7.0～10.0；
SiO2:CaO 0.5～2.0。
进一步地，按重量计，所述发泡剂掺量占所述复合胶凝材料含固量的0.5％～5％。
进一步地，按重量计，所述稳泡剂掺量占所述复合胶凝材料含固量的1.5％～5％。
进一步地，所述复合胶凝材料的水固比为0.25～0.45。
进一步地，所述硅酸盐胶凝材料的组分为硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥其中的一种或多种。
进一步地，所述活性材料的组分为偏高岭土、粉煤灰、矿粉和椰子灰其中的一种或多种。
进一步地，所述硅铝酸盐胶凝材料的组分为活性材料和复合碱激发剂，所述复合碱激发剂由氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾和固态硅酸钠中一种或多种与水玻璃混合制备，所述氢氧化钠为氢氧化钠分析纯，其纯度不低于96％，所述水玻璃模数为1.0～3.8、波美度为34.0～42.0。
进一步地，所述发泡剂为纯度不低于30％的H2O2液体。
进一步地，所述稳泡剂为纯度高于99.6％的十二烷基磺酸钠白粉末或食用油。
本发明的实施例还提供了一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1复合胶凝材料制备：
S1.1选择氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾和固态硅酸钠中一种或多种与水玻璃混合制备复合碱激发剂，将复合碱性激发剂和活性材料混合搅拌，制备得到硅铝酸盐胶凝材料；
S1.2将所述硅铝酸盐胶凝材料、硅酸盐胶凝材料和水混合搅拌，制备得到复合胶凝材料，按重量计；所述复合胶凝材料中所述硅酸盐占比不超过30％，且所述复合胶凝材料中所含组分的摩尔比如下：
SiO2:Al2O3 4.0～8.0；
SiO2:Na2O 7.0～10.0；
SiO2:CaO 0.5～2.0；
S2发泡成型：搅拌所述复合胶凝材料并加入发泡剂和稳泡剂，搅拌混合均匀后将所述复合胶凝材料注入模具中，在25℃的环境中，发泡15分钟；
S3养护：带模具养护24小时后脱模，脱模后将试样置于温度为20±2℃，湿度为95％以上的环境中养护，养护3～7天，所述复合胶凝材料凝结得到泡沫混凝土成品。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，抗压强度在1.2MPa～55MPa之间，干密度在500kg/m3～1200kg/m3之间，毛细吸水率在8％～13％之间，导热系数在0.0750～0.5458W/(m·k)之间，其中导热系数和抗压强度均符合规范《泡沫混凝土》(JG/T 266-2011)中6.1.1、6.1.2的相关规定。保温隔热性能好，解决了硅酸盐体系泡沫混凝土生产中成本和能耗较高以及严重污染环境等问题和硅铝酸盐体系泡沫混凝土耐久性差、易开裂的问题，具有密度小，强度性能良好，导热系数低等优点，可以适应不同的施工和应用条件，同时建立了复合胶凝材料的摩尔比值与泡沫混凝土性能之间的关系，因此在施工中可以通过调控相应化合物的摩尔比来控制泡沫混凝土的相关性能，对实际工程应用具有重要意义。
附图说明
图1为本发明一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明的实施例提供本发明的实施例提供一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，包括以下配料：复合胶凝材料、发泡剂和稳泡剂，其中所述复合胶凝材料的组分为硅酸盐胶凝材料、硅铝酸盐胶凝材料和水，按重量计，所述复合胶凝材料中所述硅酸盐胶凝材料占比不超过30％，且所述复合胶凝材料所含组分的摩尔比如下：
SiO2:Al2O3 4.0～8.0；
SiO2:Na2O 7.0～10.0；
SiO2:CaO 0.5～2.0。
本发明的实施例还提供了一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1复合胶凝材料制备：
S1.1选择氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾和固态硅酸钠中一种或多种与水玻璃混合制备复合碱激发剂，将复合碱性激发剂和活性材料混合搅拌，制备得到硅铝酸盐胶凝材料；
S1.2将所述硅铝酸盐胶凝材料、硅酸盐胶凝材料和水混合搅拌，制备得到复合胶凝材料，按重量计；所述复合胶凝材料中所述硅酸盐占比不超过30％，且所述复合胶凝材料中所含组分的摩尔比如下：
SiO2:Al2O3 4.0～8.0；
SiO2:Na2O 7.0～10.0；
SiO2:CaO 0.5～2.0；
S2发泡成型：搅拌所述复合胶凝材料并加入发泡剂和稳泡剂，搅拌混合均匀后将所述复合胶凝材料注入模具中，在25℃的环境中，发泡15分钟；
S3养护：带模具养护24小时后脱模，脱模后将试样置于温度为20±2℃，湿度为95％以上的环境中养护，养护3～7天，所述复合胶凝材料凝结得到泡沫混凝土成品。
实施例1
按照下列质量称取原材料：按硅酸盐水泥(硅酸盐胶凝材料)、矿粉(活性材料)、氢氧化钠和水玻璃，其中硅酸盐系列水泥和矿粉中SiO2与Al2O3的摩尔比为5.81、SiO2与Na2O摩尔比为8.78、SiO2与CaO摩尔比为0.73称取材料，按水固比为0.3称取水，H2O2(发泡剂)按占胶凝材料的3％称取，本实施例中所述矿粉S95粒化高炉矿渣，按以下制备方法，在发泡温度为25℃的环境下制得泡沫混凝土材料。
请参考图1，制备方法如下：
S1制备复合胶凝材料：
S1.1先将氢氧化钠加入水玻璃中并充分搅拌，冷却后补充被蒸发的水，制备复合碱激发剂，将复合碱性激发剂、矿粉和水加入一搅拌锅中搅拌4分钟得到硅铝酸盐胶凝材料；
S1.2将硅酸盐水泥和水加入另一搅拌锅中搅拌4分钟得到硅酸盐胶凝材料；
S1.3混合所述硅铝酸盐胶凝材料和所述硅酸盐胶凝材料得到复合胶凝材料；
S2发泡成型：搅拌所述复合胶凝材料并加入H2O2和稳泡剂，这里稳泡剂选择纯度高于99.6％的十二烷基磺酸钠白粉末，搅拌混合均匀后将所述复合胶凝材料注入模具中，在25℃的环境中，发泡15分钟；
S3养护：带模具养护24小时后脱模，脱模后将试样置于温度为20±2℃，湿度为95％以上的环境中养护，养护3～7天，所述复合胶凝材料凝结得到泡沫混凝土成品。
上述制备的泡沫混凝土相关宏观性能测试方法如下：
(1)流动度：将上述制备方法步骤S2中新拌的泡沫混凝土缓慢倒入截锥圆模中，所述截锥原模的尺寸为：上口直径为36mm，下口直径为60mm，高度为60mm。
(2)抗压强度：将边长为40mm的立方体泡沫混凝土试块，置于温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的环境中养护，并测量其抗压强度。
(3)干密度：将边长为40mm的立方体泡沫混凝土试块，置于温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的环境中养护，并测量其干密度。
(4)导热系数：将边长为40mm的立方体泡沫混凝土试块，置于温度为20±2℃，相对湿度为95％以上的环境中养护，并测量其导热系数，用导热系数测定仪，读取相对应的导热系数值。
按照上述测试方法测试出本实例制得的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶凝材料体系下的泡沫混凝土主要性能指标为：干密度为912.5kg/m3，立方体抗压强度为5.9MPa，导热系数为0.1833W/(m·k)，流动度为110mm。
实施例2
按照下列质量称取原材料：按硅酸盐水泥(硅酸盐胶凝材料)、矿粉(活性材料)、氢氧化钠和水玻璃，其中硅酸盐系列水泥和矿粉中SiO2与Al2O3的摩尔比为5.21、SiO2与Na2O摩尔比为9.03、SiO2与CaO摩尔比为0.79称取材料，按水固比为0.3称取水，H2O2(发泡剂)按占胶凝材料的3％称取，本实施例中所述矿粉S95粒化高炉矿渣，按实施例1中的制备方法，在发泡温度为25℃的环境下制得泡沫混凝土材料。
按照实施例1中的测试方法测试出本实例制得的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶凝材料体系下的泡沫混凝土主要性能指标为：干密度为1053kg/m3，立方体抗压强度为7.6MPa，导热系数为0.1935W/(m·k)，流动度为85mm。
实施例3
按照下列质量称取原材料：按硅酸盐水泥(硅酸盐胶凝材料)、矿粉(活性材料)，其中硅酸盐系列水泥和矿粉中SiO2与Al2O3的摩尔比为4.75、SiO2与Na2O摩尔比为9.28、SiO2与CaO摩尔比为0.87称取材料，按水固比为0.3称取水，H2O2(发泡剂)按占胶凝材料的3％称取，本实施例中所述矿粉S95粒化高炉矿渣，按实施例1中的制备方法，在发泡温度为25℃的环境下制得泡沫混凝土材料。
按照实施例1中的测试方法测试出本实例制得的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶凝材料体系下的泡沫混凝土主要性能指标为：干密度为1106kg/m3，立方体抗压强度为9.9MPa，导热系数为0.2133W/(m·k)，流动度为71mm。
实施例4
按照下列质量称取原材料：按硅酸盐水泥(硅酸盐胶凝材料)、矿粉(活性材料)，其中硅酸盐系列水泥和矿粉中SiO2与Al2O3的摩尔比为4.40、SiO2与Na2O摩尔比为9.52、SiO2与CaO摩尔比为0.94称取材料，按水固比为0.28称取水，H2O2(发泡剂)按占胶凝材料的2.5％称取，本实施例中所述矿粉S95粒化高炉矿渣，按实施例1中的制备方法，在发泡温度为25℃的环境下制得泡沫混凝土材料。
按照实施例1中的测试方法测试出本实例制得的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶凝材料体系下的泡沫混凝土主要性能指标为：干密度为688kg/m3，立方体抗压强度为43.3MPa，导热系数为0.1422W/(m·k)，流动度为123mm。
实施例5
按照下列质量称取原材料：按硅酸盐水泥(硅酸盐胶凝材料)、矿粉(活性材料)，其中硅酸盐系列水泥和矿粉中SiO2与Al2O3的摩尔比为4.40、SiO2与Na2O摩尔比为9.52、SiO2与CaO摩尔比为0.94称取材料，按水固比为0.28称取水，H2O2(发泡剂)按占胶凝材料的3％称取，本实施例中所述矿粉S95粒化高炉矿渣，按实施例1中的制备方法，在发泡温度为25℃的环境下制得泡沫混凝土材料。
按照实施例1中的测试方法测试出本实例制得的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶凝材料体系下的泡沫混凝土主要性能指标为：干密度为612kg/m3，立方体抗压强度为47.2MPa，导热系数为0.1383W/(m·k)，流动度为128mm。
实施例6
按照下列质量称取原材料：按硅酸盐水泥(硅酸盐胶凝材料)、矿粉(活性材料)，其中硅酸盐系列水泥和矿粉中SiO2与Al2O3的摩尔比为4.40、SiO2与Na2O摩尔比为9.52、SiO2与CaO摩尔比为0.94称取材料，按水固比为0.28称取水，H2O2(发泡剂)按占胶凝材料的3.5％称取，本实施例中所述矿粉S95粒化高炉矿渣，按实施例1中的制备方法，在发泡温度为25℃的环境下制得泡沫混凝土材料。
按照实施例1中的测试方法测试出本实例制得的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶凝材料体系下的泡沫混凝土主要性能指标为：干密度为556kg/m3，立方体抗压强度为53.2MPa，导热系数为0.0750W/(m·k)，流动度为133mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，其特征在于，包括以下配料：复合胶凝材料、发泡剂和稳泡剂，其中所述复合胶凝材料的组分为硅酸盐胶凝材料、硅铝酸盐胶凝材料和水，按重量计，所述复合胶凝材料中所述硅酸盐胶凝材料占比不超过30％，所述硅铝酸盐胶凝材料的组分为活性材料和复合碱激发剂，所述复合碱激发剂由氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾和固态硅酸钠中一种或多种与水玻璃混合制备，所述氢氧化钠为氢氧化钠分析纯，其纯度不低于96％，所述水玻璃模数为1.0～3.8、波美度为34.0～42.0，所述活性材料的组分为偏高岭土、粉煤灰、矿粉和椰子灰其中的一种或多种，所述复合胶凝材料的水固比为0.25～0.45；且所述复合胶凝材料所含组分的摩尔比如下：
SiO2:Al2O3 4.0～8.0；
SiO2:Na2O 7.0～10.0；
SiO2:CaO 0.5～2.0。
2.如权利要求1所述的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，其特征在于：按重量计，所述发泡剂掺量占所述复合胶凝材料含固量的0.5％～5％。
3.如权利要求1所述的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，其特征在于：按重量计，所述稳泡剂掺量占所述复合胶凝材料含固量的1.5％～5％。
4.如权利要求1所述的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，其特征在于：所述硅酸盐胶凝材料的组分为硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥其中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，其特征在于：所述发泡剂为纯度不低于30％的H2O2液体。
6.如权利要求1所述的基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土，其特征在于：所述稳泡剂为纯度高于99.6％的十二烷基磺酸钠白粉末或食用油。
7.如权利要求1所述的一种基于硅酸盐-硅铝酸盐复合胶材的泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1复合胶凝材料制备：
S1.1选择氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾和固态硅酸钠中一种或多种与水玻璃混合制备复合碱激发剂，将复合碱性激发剂和活性材料混合搅拌，制备得到硅铝酸盐胶凝材料；
S1.2将所述硅铝酸盐胶凝材料、硅酸盐胶凝材料和水混合搅拌，制备得到复合胶凝材料，按重量计；所述复合胶凝材料中所述硅酸盐占比不超过30％，且所述复合胶凝材料中所含组分的摩尔比如下：
SiO2:Al2O3 4.0～8.0；
SiO2:Na2O 7.0～10.0；
SiO2:CaO 0.5～2.0；
S2发泡成型：搅拌所述复合胶凝材料并加入发泡剂和稳泡剂，搅拌混合均匀后将所述复合胶凝材料注入模具中，在25℃的环境中，发泡15分钟；
S3养护：带模具养护24小时后脱模，脱模后将试样置于温度为20±2℃，湿度为95％以上的环境中养护，养护3～7天，所述复合胶凝材料凝结得到泡沫混凝土成品。
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Assignee: Anhui BRC new environmental protection building materials Co.,Ltd.

Assignor: CHINA University OF GEOSCIENCES (WUHAN CITY)

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Denomination of invention: Foam concrete based on silicate aluminosilicate composite adhesive and its preparation method

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