本发明涉及建筑用混凝土制品，特别是一种聚合物泡沫混凝土及其制造方法，此外，本发明还涉及该聚合物泡沫混凝土的用途。
背景技术：
普通混凝土缺点：
普通混凝土已在全球建设工程中普遍使用，其强度和耐久性深受人们青睐；但其自身重量、耐化学介质侵蚀性、抗冻性、抗震性、收缩裂缝及抗载性是建设工程中令人头疼难以解决的问题。普通混凝土强度可以满足设计要求，但要解决其抗弯荷载性能，必须设配大量强度等级的钢材配筋用量来实现，由于普通混凝土自身重量大、弹性模量大，其抗震性能弱，解决这一缺陷只能依靠设计大量钢材配筋来满足抗震要求。水泥这种无机材料属于水硬性胶凝钙质材料，遇水而凝结，其吸水性和干收缩性难以控制，这给工程建设带来诸多质量问题。普通混凝土不具备抗冻性、抗碳化性能，抗外界化学介质侵蚀性，从而耐久性达不到有些工程百年设计要求。综上简述普通混凝土的自身缺陷，因此欧美等国科研人员研究开发聚合物混凝土来解决普通混凝土的诸多缺陷，但他们至今无法解决聚合物混凝土自身轻量化的难题，使聚合物混凝土的使用范围大大受限。
轻骨料混凝土缺点：
我国行业标准jgj51-2002《轻骨料混凝土技术规程》中规定了轻骨料混凝土的干表观密度600kg/m3～1950kg/m3，14个密度等级，强度等级范围在lc5.0～lc60,13个强度等级，但解决自身重量所采用的轻质材料为膨胀矿渣球、膨胀珍珠岩颗粒、烧结陶粒颗粒和聚苯乙烯泡沫颗粒。只是解决了混凝土每立方干密度问题，但没有从根本上解决普通混凝土的诸多缺陷问题，相反还造成混凝土强度等级下降，在实际工程中使用范围甚少。
普通泡沫混凝土缺陷：
普通泡沫混凝土材料选用一般没有添加骨料和其它有机材料或化学助剂，因为普通泡沫混凝土泡沫质量无法承受骨料搅拌摩擦力，特别是采用过氧化氢或铝粉的化学发泡混凝土。有机材料或化学助剂的添加对普通泡沫混凝土有极大的化学腐蚀作用，所以普通泡沫混凝土的胶凝材料只采用水泥和促凝早强成份的添加剂，造成普通泡沫混凝土闭孔率低、收缩开裂、内聚力小与配筋握裹力低、结构酥松粉化、干密度容重高，这些本质缺点就很难有较为突出的物理性能，因此我国多省对普通泡沫混凝土禁止在工程中使用。
上述是对普通混凝土、轻骨料混凝土、普通泡沫混凝土在实际工程中使用存在的缺陷进行简述，上述所提的传统混凝土是无法适应我国国民经济发展的需要，因此本发明历经近十多年的研究实验，在现有的物理发泡混凝土技术基础上，融合了无机和有机的复合，有机材料的引入提升改性了无机材料的性能空缺，优异的性能填补了国内外轻质混凝土的技术空白，本发明通过十多年试验掌握了聚合物泡沫混凝土制备工艺及其大量数据，发明目的是解决我国建筑节能与新型墙体材料的应用，为我国国民经济发展和人民生命安全贡献科学知识的微薄之力。
聚合物泡沫混凝土发明技术路线：
聚合物泡沫混凝土是有机、无机材料的复合体系，有机聚合物材料改性提高了普通混凝土的自身特性。这一过程是当聚合物乳液掺入后，乳液中的聚合物支链均匀分布在水泥浆体中，形成聚合物水泥浆体。聚合物水泥浆体具有超好的延展性、柔韧性均匀的包裹在泡沫核体周边形成较高的闭孔率，提高泡沫核体和泡沫间夹角的浆体厚度及相互粘结强度，在这一体系中，随着水泥的水化，水泥胶凝逐渐形成，聚合物逐渐被限制在毛细空隙中，在水泥水化胶凝的结构中形成聚合物密封层，聚合物密封层也包裹骨料颗粒的表面，随着水化过程的不断进行，最终聚合物颗粒完全成膜凝结在一起形成连续的聚合物网状结构，偶联剂的加入进一步使聚合物网状结构与水泥水化物牢牢联结在一起，即：水泥水化物与聚合物交织缠绕在一起，改变了水泥石的结构形态，形成新的聚合物水泥石体系。
技术实现要素：
针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种聚合物泡沫混凝土，旨在解决现有普通混凝土、轻骨料混凝土、普通泡沫混凝土所存在的前述技术缺陷。本发明采用水溶性乳液、偶联剂、水混合组成水性聚合物液体；水泥、活性固体废弃物、粗骨料、细骨料、增韧纤维、高活化矿物粉、有机粘合剂组成无机胶凝材料；水性表面活性剂为发泡源，将无机胶凝材料组分与水性聚合物液体材料组分混合搅拌均匀形成聚合物水泥胶凝浆体；水性表面活性剂通过物理高速分散形成的高密度泡沫核与聚合物水泥胶凝浆体混合搅拌发泡，形成聚合物泡沫混凝土。本发明提供的聚合物泡沫混凝土具有轻质、高强度、高抗碳化、耐化学介质侵蚀、防水抗渗、隔声性能优、耐候性能持久、低收缩、抗冻融、抗震等优异性能。使用范围广、施工简便、节能节材、利用工业废弃物、绿色环保等特点。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种聚合物泡沫混凝土，其组成及其重量份分别为：水溶性乳液100-200重量份、偶联剂1-5重量份、水400-1000重量份、水泥500-1000重量份、活性固体废弃物500-1000重量份、粗骨料50-100重量份、细骨料100-500重量份、增韧纤维2-10重量份、高活化矿物粉50-200重量份、有机粘合剂2-5重量份、水性表面活性剂50-100重量份。其中：水溶性乳液、偶联剂、水混合组成水性聚合物液体；水泥、活性固体废弃物、粗骨料、细骨料、增韧纤维、高活化矿物粉、有机粘合剂组成无机胶凝材料；水性表面活性剂为发泡源。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，所述的水溶性乳液材料采用为聚丙烯酸酯乳液、丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、丁苯乳液、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液、硅丙乳液、水性双组份环氧树脂乳液。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，所述的偶联剂采用为硅烷类、铝酸酯类、钛酸酯类。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，水泥采用为硅酸盐类水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐类水泥。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，活性固体废弃物采用为火力发电厂排放的固体废弃物燃煤灰、干排放，或湿排放的ⅱ级粉煤灰和ⅲ级粉煤灰；或采用铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，产生的高硅微硅粉废弃物。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，粗骨料采用尾矿破碎筛选机制碎石、城市拆迁混凝土结构固体垃圾破碎筛选机制碎石、炉渣废料。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，细骨料采用尾矿破碎筛选机制砂、城市拆迁混凝土结构固体垃圾破碎筛选机制砂。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，增韧纤维采用聚酯抗拉纤维、聚乙烯醇抗拉纤维、玄武岩纤维、废弃岩棉丝、玻璃纤维。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，高活化矿物粉主要成分为硫铝酸钙。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，有机粘合剂采用为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺。
优选地，前述聚合物泡沫混凝土中，水性表面活性剂采用如下百分含量的组分组成的组合物：水65％；工业水解动物蛋白17.5％；松香胶15％；聚丙烯酸钠2％、聚氧乙烯辛基酚醚0.5％。水性表面活性剂的制备采用合成工艺形成。
本发明前述聚合物泡沫混凝土的制备方法，包括如下步骤：
第一步骤原材料及生产前准备：
(1)将水性聚合物液体材料按所述重量份数据输入液体计量搅拌罐中，混合均匀后泵送至液体储存罐中待用；
(2)将水性表面活性剂按所述重量份数据输入高速液体计量搅拌罐中，搅拌分散形成高密度泡沫核待用；
(3)将无机胶凝材料按所述重量份数据输入干粉原材料计量斗，原材料计量斗投入干粉混合搅拌设备中，干粉混合均匀搅拌，混合均匀度达99％后将无机胶凝材料输送至粉料储存仓中待用。
第二步骤聚合物泡沫混凝土生产制作：
(1)根据制品设计强度要求，计算每次水性聚合物液体材料、无机胶凝材料、水性表面活性剂使用重量份。
(2)将上述的水性表面活性剂数据输入高速分散机中，高速分散机搅拌大于10分钟，形成高密度泡沫核待用。
(3)将水性聚合物液体数据输入液体计量斗，液体计量斗泵送至浆体混合搅拌机中；将无机胶凝材料数据输入干粉计量斗，开动浆体混合搅拌机同时打开干粉计量斗阀门，使无机胶凝材料与水性聚合物液体混合搅拌3分钟，浆体混合搅拌机停止静停30秒，再开启浆体混合搅拌机搅拌1-2分钟，形成聚合物胶凝浆体；开启高速分散机阀门投入高密度泡沫核至聚合物胶凝浆体中，聚合物胶凝浆体与高密度泡沫核混合搅拌30-40秒；聚合物泡沫混凝土形成，停止浆体混合搅拌机。
本发明前述聚合物泡沫混凝土的应用：
(1)将聚合物泡沫混凝土投入混凝土输送泵中浇筑至建筑物模腔中形成轻质节能保温结构围护墙体。
(2)将聚合物泡沫混凝土投入至模具中形成建筑物围护结构聚合物泡沫混凝土制品。
本发明聚合物泡沫混凝土优点是：
1.轻质
聚合物水泥浆体延展性高，保证高泡沫量掺入时水泥浆体包裹和分散性，聚合物泡沫混凝土干表观密度可达＜200kg/m3，这一点是普通泡沫混凝土很难达到的，普通泡沫混凝土可使用强度要求干密度最小值在350kg/m3。而承重性泡沫混凝土干表观密度在1000～1200kg/m3，只占普通混凝土1/2，常规品混凝土为通常使用的干表观密度2000～2800kg/m3。
2.强度高
聚合物改性水泥浆体的抗压强度、抗折强度、抗拉强度、抗冲击强度都有大幅提高。强度的提升取决于聚合物乳液的tg温度和其掺量，干表观密度200kg/m3的聚合物泡沫混凝土抗压强度可达到1.5mpa；抗折强度可达到0.9mpa；垂直表面抗拉强度＞0.20mpa；这种强度值是普通泡沫混凝土干密度500kg/m3才能达到的，试件抗冲击性能较普通泡沫混凝土提高10倍，这些强度的提高主要归功于聚合物与水泥形成的互穿网络结构，加强了内部结构内聚力和韧性。
3.耐水
耐水可以用吸水性、不透水性和软化系数来表征。聚合物乳液本身就是防水材料，聚合物乳液的添加使整体结构吸水率降低85％以上，聚合物泡沫混凝土随着龄期的增长吸水率进一步降低，聚合物乳液添加10％时，吸水率小于5％，软化系数大于0.8。
4.抗冻融
聚合物的添加使吸水率大大降低，以及聚合物的填充使孔隙率降低，加上泡沫混凝土的多孔结构，添加聚合物乳液10％时，180次的冻融循环后，质量损失小于5％，且强度保留95％以上。
5.抗氯离子渗透性
聚合物泡沫混凝土可贵性能之一就是耐化学介质性能。氯离子是随着水迁移的，聚合物泡沫混凝土具有良好的不透水性，表面聚合物成膜使其具有很好的抗氯离子渗透性。氯离子扩散系数和渗透深度会随聚合物的增加而呈线性降低。可大大减少防腐费用，保护结构使用年限。
6.抗碳化
聚合物泡沫混凝土中，由于聚合物的填充和封闭作用，空气、二氧化碳、氧气的透过性降低，提高抗碳化性能，抗碳化系数大于0.8以上。
7.低收缩性
收缩率会随聚合物的增加而减少，相对空白混凝土干缩减少80％以上，相对普通泡沫混凝土干缩减少60％。
8.保温隔热
保温隔热是泡沫混凝土的主要特性，聚合物泡沫混凝土由于具有独立封闭中空气泡核均匀排布，干密度＜200kg/m3时，导热系数为0.055w/(m·k)，而普通混凝土则是1.74w/(m·k)；同等干表观密度普通泡沫混凝土导热系数在0.12w/(m·k)。
9.隔声
入射在建筑物墙壁上的声能因透射过墙壁而减低分贝数，称为隔声量或称透射损失，是衡量建筑物墙体隔声性能的物理量。由于聚合物泡沫混凝土结构内部分布着若干细小气泡核，它具有较高的吸声能力，阻挡声能透射，有效的减低了声能分贝数,100mm厚墙体空气隔声量45db；200厚墙体空气隔声量65db。
10.绿色、环保、资源循环利用
本发明聚合物泡沫混凝土中使用的水性聚合物液体以及水性表面活性剂是无毒、无害、无挥发性气体；本发明中可直接大量使用火力电厂排放的ⅱ级粉煤灰，及炉渣废料、矿山尾矿石和机制人工砂石，保护天然资源破坏。
附图说明
图1是本发明产品制造流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修改同样落入本发明权利要求所限定的范围。
本发明以下实施例中，制备工艺的流程图均如图1所示。
实施例1(制备聚合物泡沫混凝土，用于建筑物承重自保温墙体)
第一步骤原材料及生产前准备：
1、将水溶性乳液100千克、偶联剂1千克、水500千克以上材料所需按重量数据输入液体搅拌罐中，搅拌混合均匀达99％后泵送至液体储存罐中形成水性聚合物液体待用；
2、水性表面活性剂150千克输入高速分散机中，高速分散机搅拌大于10分钟以上，形成高密度泡沫核待用。
3、水泥1000千克、活性固体废弃物200千克、粗骨料500千克、细骨料250千克、增韧纤维5千克、高活化矿物粉100千克、有机粘合剂2千克以上材料所需按重量数据输入原材料计量斗中。
第二步骤聚合物泡沫混凝土生产制作：
1、开动浆体混合搅拌机，开启液体储存罐阀门泵送水性聚合物液体至浆体混合搅拌机中，同时开启原材料计量斗阀门投入浆体混合搅拌机中；
2、使液体和干粉混合搅拌3分钟，停止浆体混合搅拌机，静停30秒后开启浆体混合搅拌机再次搅拌2分钟；
3、开启高速分散机阀门将高密度泡沫核放入浆体混合搅拌机中混合1分钟停止，确认发泡体积是否达到1立方米，确认达到后关闭高速分散机阀门；
4、开启浆体混合搅拌机放料阀门投入至泵送布料机中，浇筑至建筑物模板钢筋笼空腔里，形成围护墙体自保温体系，免除建筑外围护墙体另外安装保温系统。
根据jgj51-2002《轻骨料混凝土技术规程》要求，对实施例1制得的建筑物承重自保温墙体进行抗压强度等性能进行试验，性能数据见下表1：
表1.试验性能数据表
注：墙体传热系数计算包含ri、re值，未计算饰面层、内外找平砂浆层。
实施例2(制备聚合物泡沫混凝土，用于轻质装配式建筑结构保温预制部件)
第一步骤原材料及生产前准备：
1、将水溶性乳液200千克、偶联剂1.5千克、水300千克以上材料所需按重量数据输入液体搅拌罐中，搅拌混合均匀达99％后泵送至液体储存罐中形成水性聚合物液体待用；
2、水性表面活性剂100千克输入高速分散机中，高速分散机搅拌大于10分钟以上，形成高密度泡沫核待用。
3、水泥1000千克、粗骨料250千克、细骨料100千克、增韧纤维5千克、高活化矿物粉200千克、有机粘合剂5千克以上材料所需按重量数据输入原材料计量斗中；
第二步骤聚合物泡沫混凝土生产制作：
1、开动浆体混合搅拌机，开启液体储存罐阀门泵送水性聚合物液体至浆体混合搅拌机中，同时开启原材料计量斗阀门投入浆体混合搅拌机中；
2、使液体和干粉混合搅拌3分钟，停止浆体混合搅拌机，静停30秒后开启浆体混合搅拌机再次搅拌2分钟；
3、开启高速分散机阀门将高密度泡沫核放入浆体混合搅拌机中混合1分钟停止，确认发泡体积是否达到1立方米，确认达到后关闭高速分散机阀门；
4、开启浆体混合搅拌机放料阀门投入至装配式墙体钢模具中，形成轻质装配式建筑结构保温预制部件。
对实施例2制得的轻质装配式建筑结构保温预制部件进行抗压强度等性能进行测试，性能数据见下表2：
表2.试验性能数据表
注：墙体传热系数计算包含ri、re值，未计算饰面层、内外找平砂浆层。
实施例3(制备聚合物泡沫混凝土，用于保温模板)
第一步骤原材料及生产前准备：
1、将水溶性乳液23千克、偶联剂230克、水80千克以上材料所需按重量数据输入液体搅拌罐中，搅拌混合均匀达99％后泵送至液体储存罐中形成水性聚合物液体待用；
2、水性表面活性剂100千克输入高速分散机中，高速分散机搅拌大于10分钟以上，形成高密度泡沫核待用。
3、水泥230千克、增韧纤维350克、高活化矿物粉11.5千克、有机粘合剂230克以上材料所需按重量数据输入原材料计量斗中；
第二步骤聚合物泡沫混凝土生产制作：
1、开动浆体混合搅拌机，开启液体储存罐阀门泵送水性聚合物液体至浆体混合搅拌机中，同时开启原材料计量斗阀门投入浆体混合搅拌机中；
2、使液体和干粉混合搅拌5分钟；
3、开启高速分散机阀门将高密度泡沫核放入浆体混合搅拌机中，混合30秒停止；确认发泡体积是否达到1立方米，确认达到后关闭高速分散机阀门；
4、开启浆体混合搅拌机放料阀门投入至规格尺寸钢模具中，形成建筑墙体用保温模板，实现建筑混凝土墙体模板与保温同步进行施工。
对实施例3制得的聚合物泡沫混凝土保温模板进行干密度等性能进行测试，性能数据见下表3：
表3.试验性能数据表
实施例4(制备聚合物泡沫混凝土，用于预制轻质墙板)
第一步骤原材料及生产前准备：
1、将水溶性乳液25.6千克、偶联剂400克、水140千克以上材料所需按重量数据输入液体搅拌罐中，搅拌混合均匀达99％后泵送至液体储存罐中形成水性聚合物液体待用；
2、水性表面活性剂100千克输入高速分散机中，高速分散机搅拌大于10分钟以上，形成高密度泡沫核待用。
3、水泥320千克、活性固体废弃物80千克、增韧纤维40克、高活化矿物粉16千克、有机粘合剂64克以上材料所需按重量数据输入原材料计量斗中；
第二步骤聚合物泡沫混凝土生产制作：
1、开动浆体混合搅拌机，开启液体储存罐阀门泵送水性聚合物液体至浆体混合搅拌机中，同时开启原材料计量斗阀门投入浆体混合搅拌机中；
2、使液体和干粉混合搅拌5分钟；
3、开启高速分散机阀门将高密度泡沫核放入浆体混合搅拌机中，混合30秒停止；确认发泡体积是否达到1立方米，确认达到后关闭高速分散机阀门；
4、开启浆体混合搅拌机放料阀门投入至规格尺寸钢模具中，形成轻质高强条板，主要用于钢结构体系建筑内外围护墙体，框架结构内外围护墙体，建筑物内分隔断墙体。
对实施例4制得的聚合物泡沫混凝土预制轻质墙板进行干密度等性能进行测试，性能数据见下表4：
表4.试验性能数据表
除了上述实施例，本发明的制造材料的可选范围还包括，水溶性乳液100-200重量份、偶联剂1-5重量份、水400-1000重量份、水泥500-1000重量份、活性固体废弃物0-1000重量份、粗骨料0-100重量份、细骨料0-500重量份、增韧纤维2-10重量份、高活化矿物粉50-200重量份、有机粘合剂2-5重量份、水性表面活性剂50-100重量份。
所述的粗骨料、细骨料为尾矿废弃物、建筑混凝土拆迁后废弃物，解决生态环境的污染，实现废弃物资源可循环利用的国策。
所述的无机低胶凝材料采用火力发电厂排放的固体废弃物燃煤灰、干排放，或湿排放的ⅱ级粉煤灰和ⅲ级粉煤灰。它可直接取代水泥用量，减少资源浪费、大大降低制品成本、提高制品耐久性、长期强度性能稳定，解决生态环境的污染，实现废弃物资源可循环利用的国策。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。