一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法及装置与流程

本发明涉及混凝土制备领域，特别涉及一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法及装置。

背景技术：

泡沫混凝土是一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料，现有的泡沫混凝土的发泡搅拌通常有物理发泡和化学发泡两种，化学发泡是在水泥浆中掺入发泡物质和稳泡剂，当水泥和水混合反应后，产生气体形成泡沫水泥浆，其特点是泡沫由化学反应产生，是在水泥浆体搅拌过程中同步产生，物理发泡是将表面活性剂、稳泡剂和水按比例混合，借助机械高速搅拌产生气泡，再将泡沫加入水泥浆中搅拌混合，成型养护形成泡沫混凝土，其特征是先制泡再混合。

但是，无论是物理发泡还是化学发泡，制得的泡沫混凝土强度均较低、密度较大、孔隙结构并不稳定，导致制得稳定泡沫混凝土吸水率高、容易发生一定体积收缩，影响建筑结构耐久性，且必须加入稳泡剂、发泡剂和表面活性剂，导致泡沫混凝土的制备成本较高，增加了对该类材料的研究难度，不利于新材料的研究开发。

综上所述，目前亟需要一种技术方案，解决现有制备泡沫混凝土的过程必须加入稳泡剂、发泡剂和表面活性剂，导致泡沫混泥土制备成本较高，增加了新材料的研究开发的难度，且制得的泡沫混凝土强度较低、孔隙结构不稳定的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有制备泡沫混凝土的过程必须加入稳泡剂、发泡剂和表面活性剂，导致泡沫混泥土制备成本较高，增加了新材料的研究开发的难度，且制得的泡沫混凝土强度较低、孔隙结构不稳定的技术问题，提供了一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法，具体包括如下步骤：步骤1：原料配备：按照混凝土配比，准备原材料；步骤2：原料混合：将步骤1准备的原材料采用叠加加料方式混合，制得混凝土初始浆料；步骤3：曝气搅拌：在混凝土初始浆料初凝前，将混凝土初始浆料加入设置有旋转搅拌机构的搅拌装置中，并在搅拌装置中设置曝气装置朝向旋转搅拌机构充气，搅拌均匀制得混凝土浆料；步骤4：养护成型：将步骤3制得混凝土浆料注入模具，养护成型。

本发明的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法，在混凝土浆料搅拌混合过程中，通过曝气装置朝向旋转搅拌机构引入气流，在旋转搅拌机构的转动作用下，气流被旋转搅拌机构均匀分散，在混凝土浆料中形成若干气泡，待混凝土浆料凝固后，得到具有若干大小均匀并稳定的孔隙的泡沫混凝土，实现泡沫混凝土的制备，制备方式简单环保，不需要添加发泡剂、稳泡剂等添加剂，减少了泡沫混凝土制备过程中添加发泡剂、稳泡剂等的工艺步骤，优化了泡沫混凝土的制备过程，且使制得的泡沫混凝土使用更环保，同时，由于通过曝气装置引入的气体形成气泡被包裹在混凝土浆料中，使得形成的泡沫混凝土中的孔隙中具有气体，有利于提高制得的泡沫混凝土的防水和防火效果，扩大该方法制得的泡沫混凝土的适用范围，同时，可根据实际情况，采用曝气装置引入不同成分的气体，使制得的泡沫混凝土具有不同的特性，进一步提高制得的泡沫混凝土的使用效果和适用范围。

作为优选，步骤1中所述原材料包括污泥料，所述污泥料由生活污泥经过干化处理制得，所述生活污泥为生活污水处理厂进行污水处理后产生的污泥浆。通过采用生活污泥制得的污泥料作为原料，一方面为生活污泥的资源化利用提供了较好的利用途径，另一方面，由于生活污泥中富含各种蛋白，在混凝土浆料曝气搅拌过程中，生活污泥中的胶体、胞外聚合物、大分子有机物等蛋白物质，在水泥水化反应发热时与曝气装置引入的气体共同作用，进行充分水解和氧化，形成水和气泡，去除有害物质，有利于进一步提高制得的泡沫混凝土的孔隙率，使制得的泡沫混凝土环保且使用效果更好。

作为优选，步骤3中所述曝气搅拌包括至少两次搅拌操作，每一次搅拌操作的搅拌速度不同。采用多次不同搅拌速度的搅拌操作，使得混凝土浆料中的原材料混合均匀，其中的气泡被分散较小、数量较多、大小较均匀，进一步有利于制得质量均匀稳定的泡沫混凝土。

作为优选，步骤4中所述养护成型包括至少三次养护操作，每一次养护操作的温度不同。采用不同温度的养护环境进行泡沫混凝土的养护，使混凝土浆料中的原材料在不同环境温度下得到充分反应，当混凝土浆料中添加了污泥料时，也有利于通过多次不同环境的养护使生活污泥中的蛋白物质在水化热温度以及环境温度的共同作用下充分水解，在混凝土浆料内形成气孔，这些气孔被完好的保存在制得的混凝土浆料中，进一步的增加制得的泡沫混凝土中的含有气体的孔隙，使制得的泡沫混凝土质量更轻，保温效果较好，适用范围更广。

作为优选，所述步骤3具体包括如下步骤：步骤3.1：一次搅拌：搅拌速度20r/min-30r/min，搅拌时间至少3min；步骤3.2：二次搅拌：搅拌速度40r/min-50r/min，搅拌时间至少3min。采用不同的搅拌速度，且将搅拌速度设置较低，旋转搅拌机构带动混凝土浆料流动缓慢，曝气装置引入的气体随混凝土浆料的流动而移动，由于混凝土浆料的粘稠度较大，气体被较容易的限制在混凝土浆料中，随混凝土浆料的流动被分散均匀，进一步使混凝土浆料中的原材料混合均匀，原材料充分反应，使通过曝气装置引入其中的气泡被分散成大小均匀的状态，使制得的轻质且质量均匀的泡沫混凝土，当混凝土浆料中添加了污泥料时，搅拌过程中，通过曝气装置引入其中的气体不仅容易形成气泡，而且容易与污泥料中的有机物充分接触，使污泥料中的有机物被充分氧化，使制得的加入了污泥料的泡沫混凝土使用环保无污染，也相应减少了泡沫混凝土的制备成本。

作为优选，所述步骤4具体包括如下步骤：步骤4.1：保温养护：将注入了混凝土浆料的模具进行保温养护后拆模，制得泡沫混凝土坯料，保温温度35℃-36℃，保温时间至少24h；步骤4.2：加温养护：将步骤4.1制得混凝土坯料进行加温养护，制得含水泡沫混凝土，养护温度92℃-98℃，养护时间至少72h；步骤4.3：通风养护：将含水泡沫混凝土放置在通风环境下，养护至无明显可视水痕，制得泡沫混凝土，养护温度5℃-10℃。通过将混凝土浆料经过初步的保温养护，成型固态的坯料，再将坯料进行加温养护，使坯料中的污泥料充分水解，通过加温温度和水泥水化温度的相互作用，使污泥料中的蛋白物质充分水解，再通过通风养护使水分散发，进一步的使泡沫混凝土的制备工艺简单，且利用污泥料的特性使泡沫混凝土使用效果较普通泡沫混凝土单位体积质量更轻，制备成本更低，制备工艺更简单，保温效果更好。

一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的装置，包括搅拌装置，所述搅拌装置内设置有用于盛装浆料的容纳腔，所述容纳腔内设置有旋转搅拌机构和至少一个曝气装置，所述曝气装置连接有供气装置，所述曝气装置朝向所述旋转搅拌机构充气。

本发明的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的装置，通过在搅拌装置的容纳腔内设置曝气装置，并将曝气装置朝向旋转搅拌机构导入气体，使混凝土浆料在搅拌过程中同时接受曝气操作，使混凝土浆料混合较均匀，同时，导入的气体在旋转搅拌机构的旋转搅拌作用下，被均匀分散到混凝土浆料中，使形成包含了较多气泡的混凝土浆料，以用于制备泡沫混凝土，装置结构简单，优化了泡沫混凝土的制备工艺，可通过调整曝气装置的充气量、充气时间和导入的气体的成分，使制得不同性能的泡沫混凝土，适用范围较广，有利于泡沫混凝土的制备。

作为优选，所述供气装置为空分制氧机，使所述曝气装置朝向所述旋转搅拌机构充氧气。采用空分制氧机为曝气装置提供氧气，将氧气引入搅拌中的混凝土浆料中，一方面使在混凝土浆料中形成若干大小均匀的氧气气泡，使制得的泡沫混凝土材质均匀，保温效果较好，另一方面，使氧气与混凝土浆料中添加的含有蛋白物质的材料充分反应，使其中的蛋白充分水解，其中的有机物充分氧化，增加混凝土浆料中的气泡数量，进一步提高制得的泡沫混凝土的孔隙率，使制得使用效果更好的泡沫混凝土。

作为优选，所述曝气装置上设置有进气管，所述搅拌装置上设置有与所述进气管适配的限位槽，所述进气管与所述限位槽可分离的连接，将所述曝气装置限制在搅拌装置内。通过曝气装置上的进气管与搅拌装置上的限位槽配合，实现曝气装置与搅拌装置位置的相对固定，方便曝气装置的安装和取出，使曝气装置的设置更方便，可根据混凝土浆料的实际体积量，调整搅拌装置内曝气装置的数量和曝气方向，使曝气效果更好，制得的泡沫混凝土的使用效果更好。

作为优选，所述曝气装置上设置有若干出气孔，所述出气孔孔径为微米级。采用具有微米级出气孔的曝气装置，使曝气装置引入混凝土浆料中的气泡体积较小，受混凝土浆料的限制作用，被较好的留存包覆在混凝土浆料中，避免气泡过大而沿混凝土浆料上升，破裂散入空气中，使制得的泡沫混凝土中包含有较多大小均匀、结构稳定的气泡，保证制得的泡沫混凝土的使用效果。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法的有益效果是：

1、在混凝土浆料搅拌混合过程中，通过曝气装置朝向旋转搅拌机构引入气流，在旋转搅拌机构的转动作用下，气流被旋转搅拌机构均匀分散，在混凝土浆料中形成若干气泡，待混凝土浆料凝固后，得到具有若干大小均匀并稳定的孔隙的泡沫混凝土，实现泡沫混凝土的制备，制备方式简单环保，不需要添加发泡剂、稳泡剂等添加剂；

2、减少了添加发泡剂、稳泡剂等的工艺步骤，优化了泡沫混凝土的制备过程，且使制得的泡沫混凝土使用更环保；

3、由于通过曝气装置引入的气体形成气泡被包裹在混凝土浆料中，使得形成的泡沫混凝土中的孔隙中具有气体，有利于提高制得的泡沫混凝土的防水和防火效果，扩大该方法制得的泡沫混凝土的适用范围；

4、可根据实际情况，采用曝气装置引入不同成分的气体，使制得的泡沫混凝土具有不同的特性，进一步提高制得的泡沫混凝土的使用效果和适用范围；

本发明的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的装置的有益效果是：

1、通过在搅拌装置的容纳腔内设置曝气装置，并将曝气装置朝向旋转搅拌机构导入气体，使混凝土浆料在搅拌过程中同时接受曝气操作，使混凝土浆料混合较均匀；

2、导入的气体在旋转搅拌机构的旋转搅拌作用下，被均匀分散到混凝土浆料中，使形成包含了较多气泡的混凝土浆料，以用于制备泡沫混凝土；

3、装置结构简单，优化了泡沫混凝土的制备工艺，可通过调整曝气装置的充气量、充气时间和导入的气体的成分，使制得不同性能的泡沫混凝土，适用范围较广，有利于泡沫混凝土的制备。

附图说明

图1是实施例1的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法的流程示意图；

图2是实施例2的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法的流程示意图；

图3是实施例3的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的装置的结构示意图；

图4是图3的剖面结构示意图；

图5是搅拌装置的内部结构示意图；

图6图5另一视角的结构示意图。

附图标记

1-搅拌装置，11-容纳腔，12-限位槽，2-旋转搅拌机构，21-转动轴，22-旋转叶片，3-曝气装置，31-壳体，32-曝气头，4-供气装置，5-进气管，6-封盖，7-动力机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法，具体包括如下步骤：步骤1：原料配备：按照混凝土配比，准备原材料；步骤2：原料混合：将步骤1准备的原材料采用叠加加料方式混合，制得混凝土初始浆料；步骤3：曝气搅拌：在混凝土初始浆料初凝前，将混凝土初始浆料加入设置有旋转搅拌机构的搅拌装置中，并在搅拌装置中设置曝气装置朝向旋转搅拌机构充气，搅拌均匀制得混凝土浆料；步骤4：养护成型：将步骤3制得混凝土浆料注入模具，养护成型。

本实施例的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法，在混凝土浆料搅拌混合过程中，通过曝气装置朝向旋转搅拌机构引入气流，一方面通过旋转搅拌机构的转动将气流分散均匀，另一方面通过浆料的流动带动气流分散，使通过曝气装置引入的气流被均匀分散到浆料中，同时受混凝土浆料的粘稠度的影响，形成气泡体积较小，各自独立，不容易聚合成大气泡，使导入气流形成的气泡被均匀分散、稳定保存在混凝土浆料中，待混凝土浆料凝固后，得到具有若干大小均匀、分布均匀的孔隙的泡沫混凝土，且制得的泡沫混凝土结构稳定、质量均匀，进行制备时，预先将用于制备泡沫混凝土的原材料，例如：集料、胶凝材料、水等，采用叠加加料方式预先混合均匀，制得混凝土初始浆料，所述叠加加料方式为将每一种原材料预先进行均分若干份后，按原材料排列顺序，每次选用一种原材料中的一份进行混合，直至原材料全部混合完毕，使原材料混合较均匀，再注入设置有曝气装置的搅拌装置中进行曝气搅拌，使混凝土初始浆料在搅拌的过程中接受曝气操作，在混凝土初始浆料中形成较多的气泡，制得混凝土浆料，制备过程减少了添加发泡剂、稳泡剂等添加剂的工艺步骤，不仅使制得的泡沫混凝土制备工艺简单，成本较低，也由于未添加各种添加剂，使得制得的泡沫混凝土使用环保、无污染，成本降低，适用范围较广。

优选的，可根据实际情况，采用曝气装置朝向旋转搅拌机构引入空气、二氧化碳、氮气、氧气或惰性气体等中的任一种，使制得的泡沫混凝土中包含有若干含有不同成分气体的气泡，进而调整泡沫混凝土的使用特性，使制得的泡沫混凝土保温效果优良，适用范围较广。

实施例2

如图1-2所示，本实施例的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法，制备流程与实施例1相同，区别在于：步骤1中所述原材料包括污泥料，所述污泥料由生活污泥经过干化处理制得，所述生活污泥为生活污水处理厂进行污水处理后产生的污泥浆。

本实施例的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法，通过采用生活污泥制得的污泥料作为原料，一方面为生活污泥的资源化利用提供了较好的利用途径，且经过干化处理的污泥料去除了生活污泥中的大量水分，去除了大部分的重金属，使采用了污泥料作为原材料制得的泡沫混凝土使用环保无污染，适用范围较广，另一方面，由于生活污泥中富含各种蛋白物质，在混凝土浆料曝气搅拌过程中，生活污泥中的胶体、胞外聚合物、大分子有机物等蛋白物质，在水泥水化反应发热时进行充分水解，在与曝气装置引入的空气中的氧充分氧化，形成水和气泡，去除有害物质，配合曝气装置引入的气体，进一步提高制得的泡沫混凝土的孔隙率，使制得的泡沫混凝土环保且保温效果更好。

优选的，步骤3中所述曝气搅拌包括至少两次搅拌操作，每一次搅拌操作的搅拌速度不同，步骤4中所述养护成型包括至少三次养护操作，每一次养护操作的温度不同。本实施例的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的方法由于采用了生活污泥制得的污泥料作为了原料，采用多次不同搅拌速度的搅拌操作和不同温度的养护环境的养护操作，使污泥料与混凝土中其他原材料混合均匀，通过曝气装置引入的气体被分散较小，数量较多，大小均匀，污泥料中的蛋白物质充分水解和氧化，在混凝土浆料中形成气孔，增加孔隙率，使制得的泡沫混凝土质量均匀，结构稳定，保温效果较好，适用范围更广。

优选的，所述步骤3具体包括如下步骤：步骤3.1：一次搅拌：搅拌速度20r/min-30r/min，搅拌时间至少3min；步骤3.2：二次搅拌：搅拌速度40r/min-50r/min，搅拌时间至少3min。优选一次搅拌的搅拌速度为20r/min，二次搅拌的搅拌速度为30r/min，优选一次搅拌和二次搅拌交替进行，使曝气装置引入的气体被分散均匀，与污泥料中的蛋白物质充分接触，在混凝土浆料养护过程中在内部产生气泡，使制得的泡沫混凝土使用环保无污染，质量更稳定，适用范围更广。

优选的，所述步骤4具体包括如下步骤：步骤4.1：保温养护：将注入了混凝土浆料的模具进行保温养护后拆模，制得泡沫混凝土坯料，保温温度35℃-36℃，保温时间至少24h；步骤4.2：加温养护：将步骤4.1制得混凝土坯料进行加温养护，制得含水泡沫混凝土，养护温度92℃-98℃，养护时间至少72h；步骤4.3：通风养护：将含水泡沫混凝土放置在通风环境下，养护至无明显可视水痕，制得泡沫混凝土，养护温度5℃-10℃。通过将混凝土浆料经过初步的保温养护，使混凝土浆料固化成型，再将坯料进行加温养护，配合水泥水化温度和加温温度，使坯料中的污泥料充分水解和氧化，再通过通风养护去除多余的水分，使制得的泡沫混凝土不仅工艺简单，制备方便，制备成本较低，且保温效果和使用效果较普通泡沫混凝土，单位体积质量更轻，制备成本更低，制备工艺更简单，由于其富含的气泡，也使得其保温效果更好。

实施例3

如图1-6所示，一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的装置，包括搅拌装置1，所述搅拌装置1内设置有用于盛装浆料的容纳腔11，所述容纳腔11内设置有旋转搅拌机构2和至少一个曝气装置3，所述曝气装置3连接有供气装置4，所述曝气装置3朝向所述旋转搅拌机构2充气。

本实施例的一种基于曝气方法制备泡沫混凝土的装置，优选所述搅拌装置1呈立方体式的箱型结构，在搅拌装置1内侧四角均设置曝气装置3，所述曝气装置3包括壳体31和设置在壳体31上的进气管5，所述壳体31整体呈1/4圆柱状，在壳体31的圆弧面一侧设置有至少一个曝气头32，所述曝气头32与进气管5连通，进气管5通过管道可拆卸的连接有供气装置4，当供气装置4工作时，供气装置4通过管道朝向壳体31内部供应气体，使气体从曝气头32的出气孔输出，朝向设置在容纳腔11中的旋转搅拌机构2充气，由于搅拌装置1内侧四角均设置有曝气装置3，使得旋转搅拌机构2被不同方向的气流包覆在内，使形成的气泡数量较多，制得的泡沫混凝土孔隙率较高，其中，所述旋转搅拌机构2包括与动力机构7的动力输出轴可拆卸连接的转动轴21，在转动轴21上设置有至少一篇旋转叶片22，所述旋转叶片22相对于容纳腔11底部倾斜设置，使旋转叶片22能够推动混凝土浆料绕转动轴为中心流动，使曝气装置3充入的气体随混凝土浆料流动，被分散到体积大小均匀，且在混凝土浆料中螺旋形的分布，使气泡分布均匀，可根据实际情况，通过控制供气装置4和用于驱动转动轴21转动的动力机构7的工作和停止，调整搅拌装置1的工作时间，并通过调供气装置提供的气体的成分，使制得的泡沫混凝土质量更好。

优选的，所述供气装置4为空分制氧机，使所述曝气装置3朝向所述旋转搅拌机构2充氧气。采用空分制氧机为曝气装置3提供氧气，将氧气引入搅拌中的混凝土浆料中，一方面使在混凝土浆料中形成若干大小均匀的氧气气泡，使制得的泡沫混凝土材质均匀，保温效果较好，另一方面，使氧气与混凝土浆料中添加的含有蛋白物质的污泥料充分反应，使其中的蛋白充分氧化水解，去除污泥料中的有害物质，不仅有利于增加混凝土浆料中的气泡数量，还能够使制得的含污泥料的混凝土制备和使用环保，使制得使用效果更好的泡沫混凝土。

优选的，所述搅拌装置1上设置有与所述进气管5适配的限位槽12，所述进气管5与所述限位槽12可分离的连接，将所述曝气装置3限制在搅拌装置1内。本实施例优选所述限位槽12贯穿搅拌装置1的顶部，使曝气装置3上的进气管5可被限制在所述限位槽12内，较容易的将曝气装置3安装到搅拌装置1内，使用时，将曝气装置3的进气管5对齐限位槽12，从上往下的将曝气装置3放入搅拌装置1内，将曝气装置3的壳体31上的两个面与容纳腔11的侧壁贴合，使曝气装置3通过进气管5与搅拌装置1相对位置限定，完成曝气装置3的安装，优选曝气装置3的壳体31上的平面的横向长度x与容纳腔11侧壁的横向宽度y之比为1:4，使曝气装置3不会影响设置在容纳腔11中心的旋转搅拌机构2的正常工作，而旋转搅拌机构2的安装可根据旋转搅拌机构2自身的结构进行安装，优选采用与搅拌装置1顶部适配的封盖6和设置在封盖6上的转动轴21作为旋转搅拌机构2，使用时只需要将封盖2放置在搅拌装置1上，封闭容纳腔11顶部开口，即可完成旋转搅拌机构2的安装，使旋转搅拌机构2使用较方便。

优选的，所述曝气装置3上设置有若干出气孔，所述出气孔孔径为微米级。采用具有微米级出气孔的曝气装置3，使曝气装置3引入混凝土浆料中的气泡体积较小，受混凝土浆料的限制作用，被较好的留存包覆在混凝土浆料中，避免气泡过大而沿混凝土浆料上升，破裂散入空气中，使制得的泡沫混凝土中包含有较多大小均匀、结构稳定的气泡，保证制得的泡沫混凝土的使用效果，且由于出气孔孔径较小，也有利于避免曝气装置3停止工作时，混凝土浆料倒流入曝气装置3，保证曝气装置3的正常工作，本实施例优选在曝气装置3的壳体31内安装若干微米级的曝气头32，将曝气头32的出气一侧朝向旋转搅拌机构2，实现曝气装置的充气操作，使用较方便，结构较简单。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换，而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。