一种适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土及其制备方法与流程

【技术领域】

本发明属于寒区工程混凝土技术领域，尤其涉及一种适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土及其制备方法。

背景技术：

泡沫混凝土是通过将预制的泡沫采用机械搅拌的方式，以均匀速度掺入到水泥、胶凝材料或砂浆中，经过泵送系统进行现浇施工或模具成型，经养护形成的一种含有大量封闭气孔的轻质材料。这种轻质材料具有轻质多孔、低弹减震、保温隔音、耐火防水、变形能力强等功能，还具有调节室内湿度、可大量循环利用工业废渣及可泵性好等优点，可设置为寒区隧道及地下工程保温层，也可作为隧道预留变形缝、施工缝的填充及隔震减音材料。

但是，我国东北、西北、青藏高原等严寒区域，最低月平均温度在-10℃以下。在这些严寒区域使用常规泡沫混凝土，存在以下缺陷：

第一是冻融循环过程中常规泡沫混凝土存在收缩大、吸水性强、易开裂及剥离等缺陷，尤其在冬季气温极低的西部和北部地区应用时，常规泡沫混凝土极易收缩剥离。

第二是强度下降，由于常规泡沫混凝土含有大量封闭气孔，吸水率大，缺少高分子外加剂，在受冻后常规泡沫混凝土强度下降明显，无法满足寒区工程的正常使用。

第三是易产生裂隙，常规泡沫混凝土的应力随着挠度增大而直线增长，到达峰值时破坏，呈现出断裂破坏，裂隙发育，一旦发生破坏，常规泡沫混凝土便无法承受结构的正常受力变形。

因此，需要提供一种在冻融作用下抗剥离能力强、强度降低小、无明显裂隙的抗冻泡沫混凝土，弥补常规泡沫混凝土的不足，满足寒区工程的正常使用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土，在冻融作用下质量损失率小，抗压强度高，且不易断裂。

本发明采用以下技术方案：一种适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土，由以下重量份原料组成：水泥1000份，砂1040～1400份，黄麻纤维1～10份，植物蛋白表面活性剂2.1～2.7份，硬脂酸钠4.0～5.6份，碳酸锂10～14份，羟基酸超塑化剂2.5～3.5份，矿渣灰200～400份，硅灰40～90份，水500～700份。

进一步地，由以下重量份原料组成：水泥1000份、砂1300份、黄麻纤维6份、植物蛋白表面活性剂2.6份、硬脂酸钠5.2份、碳酸锂13份、羟基酸超塑化剂3.3份、矿渣灰300份、硅灰74份、水680份。

进一步地，该水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。

进一步地，该砂的最大粒径为5mm。

进一步地，该黄麻纤维长度5～20mm，直径为0.02～0.2mm，密度为1.0～1.7g/cm³。

进一步地，该植物蛋白表面活性剂为茶皂素或皂角苷。

进一步地，该矿渣粉：比表面积为510m²/kg，平均粒径为0.15mm，密度为2800kg/m³。

进一步地，该硅粉：比表面积为25m²/kg，平均粒径为0.1μm，密度为220kg/m³。

本发明公开了上述的一种适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括以下：

步骤一、按照配比称量各原料；

步骤二、按照1份植物蛋白表面活性剂和50份水的比例混合，制备泡沫混凝土所需的泡沫；

在搅拌的条件下，将砂、矿渣灰、硅灰和黄麻纤维依次加入水泥中；搅拌速度为30～40r/min，混合后，搅拌时间为1min，得混合物a。同时，将硬脂酸钠、碳酸锂、羟基酸超塑化剂溶解在剩余份的水中，形成混合溶液。

将所述混合物a和混合溶液混合，并搅拌，得混合物b。

步骤三、将所述泡沫和混合物b混合，搅拌，即得。

进一步地，上述步骤二中混合物a和混合溶液混合后，以速率30～40r/min搅拌2min，得混合物b。

进一步地，泡沫和混合物b混合后，以速率60～120r/min搅拌2～3min。

本发明的有益效果是：1.本发明中的泡沫混凝土在冻融作用下的抗剥离能力强，质量损失率仅为常规泡沫混凝土的47.7％。2.本发明中的泡沫混凝土在冻融作用下的抗压强度高，抗压强度是常规泡沫混凝土强度的1.58倍。3.本发明中的泡沫混凝土具有明显的抗裂能力，冻融作用下无明显裂隙，颗粒之间有明显的纤维链接，不易发生断裂。

【附图说明】

图1是对比例和各实施例中产品的质量损失率对比图；

图2是对比例和各实施例中产品的无侧限抗压强度对比图；

图3是对比例产品冻融循环后的sem检测图；

图4是实施例1的冻融循环后的sem检测图；

图5是实施例1冻融循环后黄麻纤维的sem检测图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土，由以下重量份原料组成：水泥1000份，砂1040～1400份，黄麻纤维1～10份，植物蛋白表面活性剂2.1～2.7份，硬脂酸钠4.0～5.6份，碳酸锂10～14份，羟基酸超塑化剂2.5～3.5份，矿渣灰200～400份，硅灰40～90份，水500～700份。植物蛋白表面活性剂为茶皂素或皂角苷。

优选地，由以下重量份原料组成：水泥1000份、砂1300份、黄麻纤维6份、植物蛋白表面活性剂2.6份、硬脂酸钠5.2份、碳酸锂13份、羟基酸超塑化剂3.3份、矿渣灰300份、硅灰74份、水680份。

上述水泥为强度等级42.5级普通硅酸盐水泥。

上述砂的最大粒径为5mm。

上述黄麻纤维长度5～20mm，直径为0.02～0.2mm，密度为1.0～1.7g/cm³。

上述矿渣粉：比表面积为510m²/kg，平均粒径为0.15mm，密度为2800kg/m³。

上述硅粉：比表面积为25m²/kg，平均粒径为0.1μm，密度为220kg/m³。

本发明公开了上述一种适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土的制备方法，该制备方法包括以下：

步骤一、按照配比称量各原料；

步骤二、按照1份植物蛋白表面活性剂和50份水的比例混合，制备泡沫混凝土所需的泡沫；

在搅拌的条件下，将砂、矿渣灰、硅灰和黄麻纤维依次加入水泥中；搅拌速度为30～40r/min，混合后，搅拌时间为1min，得混合物a；

同时，将硬脂酸钠、碳酸锂、羟基酸超塑化剂溶解在剩余份的水中，形成混合溶液；

将所述混合物a和混合溶液混合，并搅拌，以速率30～40r/min搅拌2min，得混合物b。

步骤三、将所述泡沫和混合物b混合，搅拌，搅拌速率60～120r/min，搅拌2～3min，即得。

对比例：

(1)选择原料，选用的水泥是过0.08mm方孔筛后的筛下物，以防水泥硬块在泡沫混凝土制备过程中沉积。

(2)按照配比称量各组分。

(3)按照1份植物蛋白表面活性剂和50份水的比例混合，然后加入压力发泡机中制备泡沫混凝土所需的泡沫。

(4)将水泥、砂依次放入搅拌机搅拌，搅拌速度为30～40r/min，搅拌时间为1min。

(5)在搅拌水泥和砂的同时，将硬脂酸钠、碳酸锂、羟基酸超塑化剂溶解在剩余的水中，形成混合溶液。

(6)将(5)中形成的混合液加入搅拌机中，继续搅拌2min，搅拌速度为30～40r/min，在搅拌过程中，用刮刀刮去搅拌机内壁上附着的水泥砂浆，使水泥砂浆均匀搅拌。

(7)在水泥砂浆搅拌的同时，制备泡沫，先将压力发泡机的阀门关闭，对压力发泡机进行加压，当发泡机压力达到3.5mpa时，打开发泡机阀门，出泡。

(8)将(7)中得到的泡沫按照比例加入搅拌机中，搅拌机以高速率60～120r/min搅拌2～3min。即得到常规泡沫混凝土。

(9)将(8)中所得的常规泡沫混凝土浇筑进入100×100×100cm的磨具中，使常规泡沫混凝土的密度控制在800kg/m³。在48h后，对常规泡沫混凝土样品进行脱模，并在温度为20℃±2，相对湿度为100％的环境中养护28天，等待进行冻融循环试验和无侧限抗压试验。

(10)将(9)中所得常规泡沫混凝土试样放入温度为-18℃的冻融循环试验机中24h，然后将试样取出，再放入温度为18℃的冻融循环试验机中24h，如此为一次冻融循环。

(11)将(10)中所得经历冻融循环次数分别为15次、20次和25次的常规泡沫混凝土进行称重试验。

(12)将(10)中所得经历冻融循环次数分别为15次、20次和25次的常规泡沫混凝土试样装入无侧限抗压强度试验仪tcq-10型，进行无侧限抗压强度试验。

实施例1-实施例6：

(1)选择原料，选用的水泥是过0.08mm方孔筛后的筛下物，以防水泥硬块在泡沫混凝土制备过程中沉积。

(2)按照配比称量各组分。

(3)按照1份植物蛋白表面活性剂和50份水的比例混合，然后加入压力发泡机中制备泡沫混凝土所需的泡沫。

(4)在搅拌的条件下，将砂、矿渣灰、硅灰和黄麻纤维依次加入水泥中；搅拌速度为30～40r/min，混合后，搅拌时间为1min，得混合物a；

(5)同时，将硬脂酸钠、碳酸锂、羟基酸超塑化剂溶解在剩余份的水中，形成混合溶液。

(6)将(5)中形成的混合液加入搅拌机中的混合物a中，继续搅拌2min，搅拌速度为30～40r/min，在搅拌过程中，用刮刀刮去搅拌机内壁上附着的水泥砂浆，使水泥砂浆均匀搅拌。

(7)在搅拌的同时，制备泡沫，先将压力发泡机的阀门关闭，对压力发泡机进行加压，当发泡机压力达到3.5mpa时，打开发泡机阀门，出泡。

(8)将(7)中得到的泡沫加入搅拌机中，搅拌机以高速率60～120r/min搅拌2～3min，即得到适用于寒区工程的抗冻泡沫混凝土。

(9)将(8)中所得的泡沫混凝土浇筑进入100×100×100cm的磨具中，使泡沫混凝土的密度控制在800kg/m³。在48h后，对泡沫混凝土样品进行脱模，并在温度为20℃±2，相对湿度为100％的环境中养护28天，等待进行冻融循环试验和无侧限抗压试验。

(10)将(9)中所得泡沫混凝土试样放入温度为-18℃的冻融循环试验机中24h，然后将试样取出，再放入温度为18℃的冻融循环试验机中24h，如此为一次冻融循环。

(11)将(10)中所得经历冻融循环次数分别为15次、20次和25次的泡沫混凝土进行称重试验。

(12)将(10)中所得经历冻融循环次数分别为15次、20次和25次的泡沫混凝土试样装入无侧限抗压强度试验仪tcq-10型，进行无侧限抗压强度试验。

为了验证本发明中的适用于寒区的抗冻泡沫混凝土，进行对比试验，对比例和各实施例如表1所示：

表1对比例和各实施例的组分表

为验证本申请抗冻泡沫混凝土在寒区环境下的防剥离和抗冻性能，对本申请泡沫混凝土和常规混凝土分别经历15次、20次和25次冻融循环后进行称重试验和无侧限抗压强度试验及对比。由试验结果可见，本申请较常规泡沫混凝土在抗冻方面具有突出先进性。其中：

(1)本发明中的组分和制备方法，有效提升泡沫混凝土在冻融作用下的抗剥离能力。通过比较图1中对比例和各实施例泡沫混凝土在经历15次、20次和25次冻融循环后的质量损失率可以看出，在寒冷条件下泡沫混凝土的质量损失普遍发生，但本发明中的泡沫混凝土可以明显减小质量损失率，实施例1中的产品和对比例相比较，实施例1中的抗冻泡沫混凝土在经历25次冻融循环后的质量损失率仅为对比例中的常规泡沫混凝土质量损失率的47.7％。

(2)采用本发明中的组分和制备方法，有效增强泡沫混凝土在冻融作用下的抗压能力。通过比较图2中对比例和实施例泡沫混凝土在经历15次、20次和25次冻融循环后的抗压强度可以看出，在寒冷条件下泡沫混凝土的抗压强度随着冻融循环次数的增加普遍减小，但本发明中的泡沫混凝土可以明显减小抗压强度的降低，本申请泡沫混凝土在经历25次冻融循环后的抗压强度为3.54mpa，而常规泡沫混凝土在经历25次冻融循环后的抗压强度为2.24mpa，实施例1中的泡沫混凝土的抗压强度是对比例中的常规泡沫混凝土强度的1.58倍。

(3)采用本发明中的组分和方法，有效提高泡沫混凝土的抗裂能力。通过比较图3和图4中经历25次冻融循环后对比例中的常规泡沫混凝土和实施例1中的泡沫混凝土的sem检测图可以看出，上述常规泡沫混凝土在25次冻融循环后有明显的空洞和裂隙出现，而本发明中的泡沫混凝土无明显裂隙，这说明本发明中的泡沫混凝土具有很好的冻融抗裂能力。同时，对冻融后的产品中的黄麻纤维进行sem检测，如图5所示，实施例1中的产品，泡沫混凝土细小颗粒之间有明显的纤维链接，不易发生断裂，这也说明了黄麻纤维的存在，增强了产品的抗裂能力。