一种聚乙烯粉轻质泡沫混凝土及其制备方法

1.本发明属于泡沫混凝土技术领域，具体涉及一种聚乙烯粉轻质泡沫混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.泡沫混凝土/发泡水泥作为防火a级的保温隔热材料，其特点是生产工艺简单，可以浇捣成各种形状，而且成本较低。但与岩棉等保温材料相比，由于其导热系数偏高，在做成预制保温板或现浇保温结构时，热工及节能效率低。如使用加厚板材，会带来施工和易开裂、破损及耐久性等问题，影响了这种材料的广泛应用。
3.现有技术中，聚乙烯粉粒径与水泥石/水化产物凝胶孔壁的厚度在一个量级内，可被看作嵌入水泥石/水化产物凝胶孔壁中。在未加热处理前，聚乙烯粉可作为“低弹模的骨料”，由于“低弹模的骨料”的粒径与水泥石/水化产物凝胶孔壁尺寸相近，导致水泥石/水化产物凝胶的孔壁界面区域的粘结很弱，同时聚乙烯粉颗粒体积变化与水泥石/水化物凝胶体积变化不同步，导致在界面处产生微裂缝，形成缺陷，增加热对流的路径，造成泼墨混凝土导热系数升高。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种绿色节能、低导热系数、高品质的聚乙烯粉轻质泡沫混凝土及其制备方法。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种聚乙烯粉轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：1）将聚乙烯粉、水泥和水倒入搅拌机中进行搅拌，混合均匀；2）将聚丙烯纤维加入到搅拌机中搅拌，混合均匀；3）发泡剂与水质量比1:40，经发泡机制备出30-40 kg/m3的泡沫，将泡沫加入步骤2）中的混合水泥浆中进行搅拌，混合均匀，并养护成型；4）130-135℃加热处理1-2小时，获得聚乙烯粉轻质泡沫混凝土。
6.聚乙烯粉轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下含量的各组分：硅酸盐水泥186-455 kg/m3，水121-273 kg/m3，聚丙烯纤维0.5-2 kg/m3，聚乙烯粉为硅酸盐水泥用量的3%-12.5%，发泡剂与水质量比1:40。
7.所述硅酸盐水泥用量186 kg/m3、205 kg/m3、305 kg/m3、325 kg/m3、433 kg/m3或455 kg/m3。
8.所述水用量为121 kg/m3、133 kg/m3、182 kg/m3、195 kg/m3、260 kg/m3或273 kg/m3。
9.聚乙烯粉轻质泡沫混凝土还含有早强剂，所述早强剂为亚硝酸钠，早强剂用量为硅酸盐水泥用量的0-2%，早强剂在步骤2）中与聚丙烯纤维一起倒入搅拌机中进行搅拌。
10.所述发泡剂为醚类合成发泡剂，所述聚丙烯纤维长度为6 mm，所述聚乙烯粉中值
粒径0.15 mm，熔点130℃。
11.所述泡沫混凝土密度为300-700 kg/m3。
12.所述泡沫混凝土密度为300 kg/m3、500 kg/m3或700 kg/m3。
13.一种聚乙烯粉轻质泡沫混凝土，由权利要求1-8任一所述制备方法制得。
14.本发明的有益效果是：经过130℃-135℃加热处理后，泡沫混凝土中的聚乙烯粉开始软化和局部流淌，能够填充界面缝隙，同时，流淌的聚乙烯开始在泡沫混凝土内部的孔壁上形成薄层，起到“挂浆”的作用，封闭混凝土中的部分孔壁，阻碍泡沫混凝土孔结构的连通性，减少泡沫混凝土的热对流，显著降低泡沫混凝土的导热系数，从而使泡沫混凝土具有较好的隔热性能。与此同时，通过掺入聚丙烯纤维，减少水泥石基体的裂缝及孔洞等缺陷，提高泡沫混凝土的密实度和强度，针对性解决收缩大、易开裂和强度低等问题，提升泡沫混凝土的安全性和耐久性。综上所述，制备出一种具有优良的保温隔热、力学和耐久性能的聚乙烯粉高品质泡沫混凝土，应用于墙体建筑保温工程中，具有高效的节能效果。
附图说明
15.图1为不添加聚乙烯粉的泡沫混凝土的内部构造扫描电镜图。
16.图2为添加聚乙烯粉未加热后的泡沫混凝土的内部构造扫描电镜图。
17.图3为本发明添加聚乙烯粉且加热后的泡沫混凝土的内部构造扫描电镜图。
18.图4为加热与非加热条件下不同聚乙烯粉添加量的泡沫混凝土导热系数柱状图。
19.图5为加热与非加热条件下不同聚乙烯粉添加量的泡沫混凝土的抗压强度柱状图。
具体实施方式
20.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，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
21.聚乙烯粉轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：1）将聚乙烯粉、水泥、水和减水剂倒入搅拌机中进行搅拌，混合均匀；2）将聚丙烯纤维加入到搅拌机中搅拌，混合均匀；3）发泡剂与水质量比1:40，经发泡机制备出30-40 kg/m3的泡沫，将泡沫加入步骤2）中的混合水泥浆中进行搅拌，混合均匀，并养护成型；4）130-135℃加热处理1-2小时，获得聚乙烯粉轻质泡沫混凝土。
22.上述聚乙烯粉轻质泡沫混凝土，包括以下各组分：硅酸盐水泥186-455 kg/m3，水121-273 kg/m3，聚丙烯纤维0.5-2 kg/m3，优选长度6 mm的聚丙烯纤维，聚乙烯粉为硅酸盐水泥用量的3%-12.5%，优选熔点130℃的低密度聚乙烯粉，经球磨机磨成中值粒径0.15 mm，发泡剂优选醚类合成发泡剂，按照与水质量比1:40，经发泡机制备出30-40 kg/m3的泡沫，制得的聚乙烯粉泡沫混凝土密度为300-700 kg/m3。
23.另外，上述聚乙烯粉轻质泡沫混凝土中还添加有早强剂，早强剂的用量为硅酸盐水泥用量的0-2%，早强剂种类优选亚硝酸钠，早强剂在步骤2）中与聚丙烯纤维一起倒入搅拌机中进行搅拌。
24.如图1所示，不添加聚乙烯粉的泡沫混凝土中可观察到相对较高连通性的泡孔及无填充物的孔壁，如图2所示，添加了聚乙烯粉未加热处理制得的泡沫混凝土中，可观察到聚乙烯粉作为“低弹模的骨料”填充在水泥硬化基体中，如图3所示，本发明添加了聚乙烯粉且加热处理后制得的泡沫混凝土具有部分封闭的泡壁空间，这是由于泡沫混凝土中添加了聚乙烯粉，130-135℃加热处理后，聚乙烯粉开始软化和局部流淌，能够填充界面缝隙，同时，流淌的聚乙烯开始在泡沫混凝土内部的孔壁上形成薄层，起到“挂浆”的作用，封闭泡沫混凝土中的部分孔壁，阻碍泡沫混凝土中孔结构的连通性，减少泡沫混凝土的热对流，显著降低泡沫混凝土的导热系数，从而使泡沫混凝土具有较好的隔热性能。
25.实施例1-60实施例1-30中聚乙烯粉轻质泡沫混凝土的各组分配比见表1，实施例31-60中聚乙烯粉轻质泡沫混凝土的各组分配比见表2，实施例1-60的聚乙烯粉轻质泡沫混凝土的制备方法相同，首先，将称好的聚乙烯粉、水泥、水倒入搅拌机中进行搅拌，混合均匀；其次，将聚丙烯纤维、早强剂加入到搅拌机中搅拌，混合均匀；再次，将制得的泡沫（以下实施例中泡沫体积百分数表示泡沫体积占泡沫混凝土体积的百分比）加入到上一步制得的含有聚丙烯纤维的混合水泥浆中进行搅拌，混合均匀，制成泡沫混凝土，并养护成型；最后，130-135℃加热处理1-2小时，获得密度为300-700 kg/m3的聚乙烯粉轻质泡沫混凝土。
26.表1
表2
对比例1对比例1采用与实施例6-10相同的制备方法制得泡沫混凝土，原料相同，聚乙烯粉的添加量为0（不添加聚乙烯粉），实施例6-10及对比例1制得的泡沫混凝土的性能指标见图4和图5，图4为加热与非加热条件下不同聚乙烯粉添加量的泡沫混凝土的导热系数柱状图，图5为加热与非加热条件下不同聚乙烯粉添加量的泡沫混凝土的抗压强度柱状图。
27.由图4泡沫混凝土的导热系数柱状图可以得出，聚乙烯粉的用量为硅酸盐水泥用量的3%-12.5%时，未加热处理的泡沫混凝土的导热系数在0.2301-0.2466 w/(m
·
k)，经加热处理的泡沫混凝土的导热系数在0.1855-0.2098 w/(m
·
k)，明显小于未加热处理的泡沫混凝土的导热系数，这是由于经过130℃-135℃加热处理后，泡沫混凝土中的聚乙烯粉开始软化和局部流淌，能够填充界面缝隙，同时，流淌的聚乙烯开始在泡沫混凝土内部的孔壁上形成薄层，起到“挂浆”的作用，封闭混凝土中的部分孔壁，阻碍泡沫混凝土孔结构的连通性，减少泡沫混凝土的热对流，降低泡沫混凝土的导热系数，从而使泡沫混凝土具有较好的隔热性能。
28.由图5泡沫混凝土的抗压强度柱状图可以得出，聚乙烯粉的用量为硅酸盐水泥用量的3%-12.5%时，未加热处理的泡沫混凝土的抗压强度为1.85-2.93 mpa，经加热处理的泡
沫混凝土的抗压强度为1.84-2.90 mpa，未加热处理与经加热处理的泡沫混凝土的抗压强度与普通泡沫混凝土的抗压强度基本相当。
29.聚乙烯粉的用量为硅酸盐水泥用量的3%时，抗压强度最高，导热系数最小，因此聚乙烯粉的用量为硅酸盐水泥用量的3%为最佳掺杂量。
30.经过130℃-135℃加热处理后，泡沫混凝土中的聚乙烯粉开始软化和局部流淌，能够填充界面缝隙，同时，流淌的聚乙烯开始在泡沫混凝土内部的孔壁上形成薄层，起到“挂浆”的作用，封闭混凝土中的部分孔壁，阻碍泡沫混凝土孔结构的连通性，减少泡沫混凝土的热对流，显著降低泡沫混凝土的导热系数，从而使泡沫混凝土具有较好的隔热性能。与此同时，通过掺入聚丙烯纤维，减少水泥石基体的裂缝及孔洞等缺陷，提高泡沫混凝土的密实度和强度，针对性解决收缩大、易开裂和强度低等问题，提升泡沫混凝土的安全性和耐久性。本发明所述方法制备出一种具有优良的保温隔热、力学和耐久性能的聚乙烯粉高品质轻质泡沫混凝土，应用于墙体建筑保温工程中，具有高效的节能效果。