以废加气混凝土为原料的泡沫混凝土及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及以废加气混凝土砌块为原料的泡沫混凝土及其制备方法。


背景技术：

[0002]
我国是钢铁冶炼大国，钢渣、矿渣堆存量逐年增加，钢渣堆存量约10亿吨，但综合利用率不到20％。同时随着我国城市建设的加快，每年建筑垃圾产量也递增，全国每年建筑垃圾产量超过20亿吨，但资源化利用率不到5％。加气混凝土是以硅质材料(砂、粉煤灰及含硅尾矿等)和钙质材料(石灰、水泥)为主要原料，掺加发气剂(铝粉)，通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。
[0003]
建筑垃圾中含有大量废弃加气混凝土，此类废弃物具有多孔、强度低的特征，难以资源化利用。目前，除了用于回填，多采用粉磨成细粉，烧制生产再生水泥的方式再利用，但是此种方式磨粉能耗太高，破碎到一定粒径直接用于混凝土，强度又不满足要求，同时在混凝土搅拌过程中，密度较小的加气混凝土砌块易浮于上层，难以搅拌均匀，故对废弃加气混凝土砌块尚没有找到一种高效、高附加值的再利用方式，需本领域技术人员继续探索研究。


技术实现要素：

[0004]
本发明公开了以废弃加气混凝土为原料的泡沫混凝土及其制备方法，在成本低的前提下，可以有效的利用废加气混凝土，同时还可以保证泡沫混凝土的性能。
[0005]
一方面，本发明提供了一种泡沫混凝土，所述泡沫混凝土包括如下重量份数的组分：
[0006]
钢渣粉：10-40份；
[0007]
矿渣粉：50-100份；
[0008]
脱硫石膏粉：5-20份；
[0009]
废加气混凝土碎块：5-40份；
[0010]
氯化钠：0.1-5份；
[0011]
减水剂：0.1-3份；
[0012]
聚丙烯纤维：0.5-5份；
[0013]
发泡剂：0.002-0.1份。
[0014]
进一步地，所述钢渣粉的比表面积为350-500m2/kg，所述钢渣粉的粒径为0-200μm。
[0015]
进一步地，所述钢渣粉包括如下质量分数的组分：cao：40-50％,sio2：15-18％，al2o3：3-5％，fe2o3:7-10％，feo：10-15％，mgo：7-10％，na2o：0.1-0.3％，k2o：0.01-0.1％。
[0016]
进一步地，所述矿渣粉比表面积＞500m2/kg，7天活性指数≥95％，所述矿渣粉的粒径0-100μm，所述矿渣粉包括如下质量分数的组分：cao：40-50％，sio2：30-40％，al2o3：10-15％，mgo：10-15％，feo：0.5-1.5％。
[0017]
进一步地，所述脱硫石膏粉比表面积为200～400m2/kg，所述脱硫石膏粉由如下质量分数的组分组成：caso4·
2h2o：90～99％，其余为杂质。
[0018]
进一步地，所述废加气混凝土碎块粒径为0-10mm。
[0019]
进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
[0020]
进一步地，所述聚丙烯纤维的长度为1-5mm。
[0021]
进一步地，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂、松香皂类发泡剂中的任意一种。
[0022]
另一方面，本发明实施例提供了上述的一种泡沫混凝土的制备方法，所述方法包括：
[0023]
按所述重量份数，将水、氯化钠和减水剂加入由钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉和聚丙烯纤维组成的混合物中，搅拌形成浆体；
[0024]
将发泡剂和水按质量比1:10-50混合后发泡35倍，形成泡沫；
[0025]
将所述泡沫和所述浆体混合搅拌均匀后，再加入废加气混凝土碎块搅拌均匀，浇注成型，经养护获得泡沫混凝土。
[0026]
进一步地，所述浇注成型包括，
[0027]
浇注后先在温度为25℃湿度＞90％的条件下养护18h，再在温度为60℃的条件下养护48h。本发明提供了以废加气混凝土为原料的再生泡沫混凝土及其制备方法，至少具有如下技术效果或优点：
[0028]
1、相较于传统泡沫混凝土，由于加入了氯化钠，能有效缩短浆体凝结硬化时间，因氯化钠溶于水中产生氯离子，可以促进水化反应进程，提高水化反应速度缩短水化反应时间，从而能缩短凝结时间，能较好地保留其中的气孔结构，改善其工作性能。
[0029]
2、采用废加气混凝土碎块作为原料，可有效降低泡沫混凝土的收缩率，加入固有形状体积的废泡沫混凝土碎块，有效减少体积收缩产生的收缩裂缝，提升泡沫混凝土的整体强度及工作性能；还可以变废为宝、高附加值处理废加气混凝土碎块。
[0030]
3、由于粉体胶凝材料中，有可水化微膨胀的钢渣粉，其中含有一定量的氧化钙，水化后产生氢氧化钙，体积膨胀97.7％，可补偿泡沫混凝土水化反应体积收缩，从而改善该泡沫混凝土的工作性能。
[0031]
4、本发明中泡沫混凝土主要使用钢渣、矿渣、脱硫石膏等为胶凝材料，不含水泥熟料，在不降性能的前提下，成本更低，具有很大的盈利空间。
[0032]
5、在不加水泥熟料、全部使用工业固体废弃物的情况下，产出性能不低于水泥泡沫混凝土的产品，由于添加废加气混凝土碎块，对其抗压强度和抗裂性能具有改良作用。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0034]
图1为本发明实施例提供的泡沫混凝土照片(一)；
[0035]
图2为本发明实施例提供的泡沫混凝土照片(二)；
[0036]
图3为本发明实施例提供的泡沫混凝土照片(三)。
具体实施方式
[0037]
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
[0038]
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0039]
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0040]
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0041]
一方面，本发明实施例提供了一种泡沫混凝土，所述泡沫混凝土包括如下重量份数的组分：
[0042]
钢渣粉：10-30份；
[0043]
矿渣粉：50-100份；
[0044]
脱硫石膏粉：5-20份；
[0045]
废加气混凝土碎块：5-40份；
[0046]
氯化钠：0.1-5份；
[0047]
减水剂：0.1-3份；
[0048]
聚丙烯纤维：0.5-5份；
[0049]
发泡剂：0.002-0.1份。
[0050]
各组分的作用如下：
[0051]
钢渣粉：钢渣粉是炼钢过程产生的，其主要化学成分是氧化钙、二氧化硅、三氧化二铁、氧化镁等成分，矿物成分主要是ro相、硅酸二钙、硅酸三钙、氧化钙，当钢渣粉与水混合均匀后，发生水化反应，产生水化产物硅酸盐凝胶(c-s-h凝胶)和碱性的氢氧化钙，从而为体系提供强度性能和碱性环境，在碱性富含钙离子的环境下矿渣粉中的玻璃体会与氢氧化钙发生反应生成硅酸盐凝胶(c-s-h凝胶)，从而提供强度。钢渣粉的掺量会影响整体粉体材料的活性和碱性环境。掺量过高，会降低整体活性，掺量过低，会导致碱性弱。
[0052]
矿渣粉：矿渣是冶炼生铁过程产生的废渣，其主要化学成分是氧化钙、二氧化硅、氧化镁、氧化铝，矿渣中含有大量的各种硅氧键连接形成的非晶体且具有活性的玻璃体，在钢渣粉提供的碱性溶液中会不断溶解发生反应，与氢氧化钙反应生成水化硅酸盐凝胶(c-s-h凝胶)水化产物，在水化过程中，硅氧、铝氧键断裂，重新结合成水化硅酸盐凝胶，从而提供泡沫混凝土的强度。
[0053]
nsio2+mca(oh)2+qh2o＝nsio2·
mcao
·
(m+q)h2o(c-s-h凝胶)
[0054]
在二水石膏和水存在的条件下，氧化硅、氧化钙、氧化铝在发生如下反应：
[0055]
nsio2·
mal3o2·
cao+rca(oh)2+sh2o+3mcaso4·
2h2o＝nsio2·
(q+r-3m)cao
·
(s+r-27m)h2o+m(3cao
·
al3o2·
caso4·
32h2o)
[0056]
脱硫石膏粉：主要化学成分是二水硫酸钙，含有少量的其他杂质，能提供钙离子和
硫酸根离子，主要为早期水化反应提供钙离子和硫酸根离子，生成钙矾石。通过硅的四配位同构化效应，获得较高的胶凝性能。
[0057]
废加气混凝土碎块：加气混凝土是一种轻质多孔、保温隔热、防火性能良好、强度高、可钉、可锯、可刨和具有一定抗震能力的新型建筑材料，广泛使用于高层框架结构建筑中。是一种优良的新型建筑材料，并且具有环保等优点。由于浆体在水化硬化的过程中，会出现气泡破裂产生孔隙，从而使水进入孔隙中，产生收缩。加入一定量的废加气混凝土碎块作为骨料，可以替代一部分的浆体，从而在整体上降低泡沫混凝土的收缩率，同时由于废加气混凝土碎块有良好的强度，因此其作为骨料亦可提高泡沫混凝土的强度。废加气混凝土碎块，加入浆体中搅拌均匀，能有效替代一部分轻质泡沫混凝土浆体，改善浆体稳定性。同时加气混凝土碎块的表面疏松多孔，比表面积大，浆体能较好地与加气混凝土碎块接触，碎块与浆体结合紧密，有利于强度的发展提高；且废加气混凝土碎块断面暴露的纤维重新进入新的泡沫混凝土浆体，致使两者结合紧密，有利于抗剪切强度的提高。
[0058]
氯化钠：提供氯离子，氯离子有利于打破水化反应溶解物的电荷平衡，促进组分溶解及水化反应的进行，促进浆体凝固，这是由于cl-离子半径较小，可以穿透覆盖在c3s颗粒外的水化物层，为了保持电荷平衡从而导致oh-离子向相反方向扩散，进而对ca(oh)2沉淀起到促进作用，加速硅酸盐水泥凝结。
[0059]
减水剂：减水剂可以在较低水胶比时，使浆体具有较好流动性能，使泡沫和聚丙烯纤维能分布均匀，同时提高泡沫混凝土的强度。
[0060]
聚丙烯纤维：聚丙烯纤维均匀地分布在浆体中，在浆体水化硬化形成泡沫混凝土的过程中能有效减少块体因收缩产生的收缩裂缝，同时提高其抗剪切强度。
[0061]
发泡剂：发泡剂与水混合，经过发泡机发泡，可获得均匀泡沫，将均匀泡沫加入浆体中搅拌均匀，可使硬化泡沫混凝土获得均匀孔隙。
[0062]
本发明中，钢渣、脱硫石膏对矿渣中活性组分玻璃体有激发作用，其中，钢渣提供碱性氧化钙，脱硫石膏提供钙离子和硫酸根离子，从而促进矿渣中玻璃体发生溶解水化反应，再度生成水化硅酸盐凝胶，为泡沫混凝土提供不低于水泥基体的强度；通过加入氯化钠组分，促进了其水化进程，大大缩短了凝结时间，在体系中泡沫破裂之前，水泥基体硬化进程较快，有效保留完整的孔结构；加入了废弃加气块碎块，提升了浆体体系的稳定性，降低了其收缩率，有效降低收缩引起的裂缝，同时提升其强度性能。
[0063]
作为本发明实施例的一种实施方式，所述钢渣粉的比表面积为350-500m2/kg，所述钢渣粉的粒径为0～200um。
[0064]
作为本发明实施例的一种实施方式，钢渣粉包括如下质量分数的组分：cao：40-50％,sio2：15-18％，al2o3：3-5％，fe2o3:7-10％，feo：10-15％，mgo：7-10％，na2o：0.1-0.3％，k2o：0.01-0.1％。
[0065]
作为本发明实施例的一种实施方式，所述矿渣粉比表面积＞500m2/kg，7天活性指数≥95％，所述矿渣粉包括如下质量分数的组分：cao：40-50％，sio2：30-40％，al2o3：10-15％，mgo：10-15％，feo：0.5-1.5％。
[0066]
7天活性指数是按照gb/t18046《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，以矿粉替代30％水泥进行胶砂实验，矿粉组7天强度与水泥组7天强度比值。在一定的比表面积和7天活性指数下，矿渣粉的水化活性组分含量是确定的。
[0067]
作为本发明实施例的一种实施方式，所述废加气混凝土碎块的粒径为0-10mm。
[0068]
矿渣粉活性的发挥受其粒径影响较大，矿渣粉粒径越小，颗粒越小，比表面积越大，其活性指数越高，在反应过程中，反应速度越快，凝结时间短。
[0069]
作为本发明实施例的一种实施方式，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
[0070]
作为本发明实施例的一种实施方式，所述聚丙烯纤维的长度为1-5mm。
[0071]
在将物料搅拌均匀的时候，如果纤维长度太长，容易纤维纠缠在一起成团，难以分布均匀，如果纤维长度太短，则起不到连接增强作用。
[0072]
作为本发明实施例的一种实施方式，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂、松香皂类发泡剂中的任意一种。上述的发泡剂所做泡沫的稳定性好。
[0073]
第二方面，本发明实施例提供了上述的一种泡沫混凝土的制备方法，所述方法包括：
[0074]
s1：按照所述重量份数，将水、氯化钠和减水剂加入由钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉和聚丙烯纤维组成的混合物中，搅拌形成浆体；
[0075]
其中水的重量份数为20～80份；
[0076]
s2：将发泡剂和水按质量比1:10-50混合后发泡35倍，形成泡沫；
[0077]
s3：将所述泡沫和所述浆体混合后，再加入废加气混凝土碎块，搅拌均匀后浇注成型，获得泡沫混凝土。
[0078]
进一步地，所述浇注成型包括，
[0079]
浇注后先在温度为25℃湿度＞90％的条件下养护18h，再在温度为60℃的条件下养护48h。
[0080]
若施工场地在室外，也可以自然养护。
[0081]
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本发明的一种泡沫混凝土及其制备方法进行详细说明。
[0082]
实施例1
[0083]
实施例1提供了一种泡沫混凝土，其原料组成为：钢渣粉：15份；矿渣粉：60份；脱硫石膏粉：15份；氯化钠：0.3份；废加气混凝土碎块：25份；市售聚羧酸减水剂：2份；聚丙烯纤维：2份；scq动物蛋白型水泥发泡剂：0.1份；水28份
[0084]
按照上述配比称量钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉、聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维、scq动物蛋白型水泥发泡剂、水、废加气混凝土砌块碎块，然后将钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉、聚丙烯纤维倒入搅拌机搅拌均匀，将氯化钠与减水剂溶于水中，制成溶液加入搅拌机搅拌均匀形成浆体；
[0085]
将上述重量份数的动物蛋白型水泥发泡剂与水按1：40混合，以机械发泡机制成泡沫，并加入上述的浆体中，继续搅拌得到泡沫混凝土浆体；
[0086]
将废加气混凝土砌块碎块加入泡沫混凝土浆体中，继续搅拌均匀，浇注成型后经标准养护箱养护。
[0087]
实施例2
[0088]
实施例2提供了一种泡沫混凝土，其原料组成为：钢渣粉：20份，矿渣粉：70份，脱硫石膏：20份，氯化钠：0.6份；废加气混凝土碎块：30份，聚羧酸减水剂：1份，聚丙烯纤维：3份，scq动物蛋白型水泥发泡剂：0.05份；水33份
[0089]
按照上述配比称量钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉，聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维、动植物蛋白发泡剂，氯化钠、水、废加气混凝土碎块，然后将钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉、聚丙烯纤维倒入搅拌机中搅拌均匀，将氯化钠与减水剂溶于水中，制成溶液加入搅拌机搅拌均匀形成浆体，将发泡剂与水按1：40混合，以机械发泡机制成泡沫，然后将泡沫加入搅拌机中，搅拌形成均匀多孔浆体，然后加入废加气混凝土碎块，再度搅拌均匀后，浇筑成型，经标准养护箱养护脱模。
[0090]
实施例3
[0091]
实施例3提供了一种泡沫混凝土，其原料组成为：钢渣粉：30份，矿渣粉65份，脱硫石膏：20份，氯化钠：1份，废加气混凝土碎块：30份，聚羧酸减水剂：2份，聚丙烯纤维：3份，scq动物蛋白型水泥发泡剂：0.2份，水36份，按照上述配比称量钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉，聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维、动植物蛋白发泡剂，氯化钠、水、废加气混凝土碎块，然后将钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉、聚丙烯纤维倒入搅拌机中搅拌均匀，将氯化钠与减水剂溶于水中，制成溶液加入搅拌机搅拌均匀形成均匀浆体，将发泡剂与水按1：40混合，以机械发泡机制成泡沫，然后将泡沫加入搅拌机中，搅拌形成均匀多孔浆体，然后加入废加气混凝土碎块，再度搅拌均匀后，浇筑成型，经标准养护箱养护脱模。
[0092]
实施例4
[0093]
实施例4提供了一种泡沫混凝土，其原料组成为：钢渣粉：35份，矿渣粉：80份，脱硫石膏：10份，氯化钠：1.5份，废加气混凝土碎块：20份，聚羧酸减水剂：2份，聚丙烯纤维3份，scq动物蛋白型水泥发泡剂：0.2份，水38份，按照上述配比称量钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉，聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维、动植物蛋白发泡剂，氯化钠、水、废加气混凝土碎块，然后将钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉、聚丙烯纤维倒入搅拌机中搅拌均匀，将氯化钠与减水剂溶于水中，制成溶液加入搅拌机搅拌均匀形成浆体，将发泡剂与水按1：40混合，以机械发泡机制成泡沫，然后将泡沫加入搅拌机中，搅拌形成均匀多孔浆体，然后加入废加气混凝土碎块，再度搅拌均匀后，浇筑成型，经标准养护箱养护脱模。
[0094]
对比例1
[0095]
以发泡剂：水：水泥为1：194：350，聚丙烯纤维2份，聚羧酸减水剂2份，制备密度600kg/m3的泡沫混凝土。
[0096]
按照上述配比称量水泥、聚丙烯纤维、聚羧酸减水剂、水和发泡剂，将水泥与聚丙烯纤维搅拌均匀，再加水及聚羧酸减水剂搅拌均匀形成浆体；将质量浓度为3％的的发泡剂与水混合用发泡机制成泡沫，称取一定量泡沫，并加入到浆体中，继续搅拌得到泡沫混凝土浆体；浇注成型，经标准养护箱养护脱模。
[0097]
采用驻波管法在湿度为80％，温度为20℃的条件下，对实施例1-4以及对比例1所制备的泡沫混凝土样品测量吸声系数，其中样品为成型拆模养护28天烘干后的直径100mm，厚度30mm的圆柱体。然后根据吸声系数和下述计算公式计算得到降噪系数nrc。
[0098]
对实施例1-4以及对比例1所制备的泡沫混凝土通过drh
-ⅱ
导热系数测定仪，测定导热系数。采用驻波管法测试样品吸声系数，其中，导热系数测定所用泡沫混凝土样品尺寸为300mm
×
300mm
×
30mm，试块成型后在养护箱养护，脱模再在烘箱中烘干至恒重。测定方法为稳态平板法，对平板四周进行热防护，在垂直方向上通过恒定单向热流，再根据热传导原理计算导热系数。采用电子压力试验机测定样品抗压强度。密度测量采用重量-体积法。
[0099]
实施例1-4以及对比例1制备的泡沫混凝土的导热系数、降噪系数、抗压强度和干密度的结果如表1所示。同时制备过程中统计硬化时间，如表1所示。
[0100]
表1
[0101][0102]
由表1可知，本发明实施例1-4制备的泡沫混凝土导热系数为0.11013-0.2174w/m
·
k，降噪系数为0.24-0.57，抗压强度为4.5-9.1mpa，干密度为500-752kg/m3，制备过程的硬化时间为220-245min。对比例1制备的泡沫混凝土的导热系数为0.14702w/m
·
k，降噪系数为0.44，抗压强度为4.0mpa，干密度为610kg/m3，制备过程的硬化时间为260min。
[0103]
由图1-3可以看出，本发明实施例提供的泡沫混凝土配方制备出的泡沫混凝土，孔隙结构完整，形状圆润，结构紧密，纤维分布均匀。
[0104]
本发明提供的一种泡沫混凝土及其制备方法，其至少具有如下优点：
[0105]
1、相较于传统泡沫混凝土，由于加入了氯化钠，能有效缩短浆体凝结硬化时间，因氯化钠溶于水中产生氯离子，可以促进水化反应进程，提高水化反应速度缩短水化反应时间，从而能缩短凝结时间，能较好地保留其中的气孔结构，改善其工作性能。
[0106]
2、采用废加气混凝土碎块作为原料，可有效降低泡沫混凝土的收缩率，加入固有形状体积的废泡沫混凝土碎块，有效减少体积收缩产生的收缩裂缝，提升泡沫混凝土的整体强度及工作性能；还可以变废为宝、高附加值处理废加气混凝土碎块。
[0107]
3、由于粉体胶凝材料中，有可水化微膨胀的钢渣粉，其中含有一定量的氧化钙，水化后产生氢氧化钙，体积膨胀97.7％，可补偿泡沫混凝土水化反应体积收缩，从而改善该泡沫混凝土的工作性能。
[0108]
4、本发明中泡沫混凝土主要使用钢渣、矿渣、脱硫石膏等为胶凝材料，不含水泥熟料，在不降性能的前提下，成本更低，具有很大的盈利空间。
[0109]
5、在不加水泥熟料、全部使用工业固体废弃物的情况下，产出性能不低于水泥泡沫混凝土的产品，由于添加废加气混凝土碎块，对其抗压强度和抗裂性能具有改良作用。
[0110]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0111]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0112]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。