一种现浇纳米泡沫混凝土及其制备方法和应用

1.本发明涉及混凝土技术领域，特别涉及一种现浇纳米泡沫混凝土及其制备方法和应用。


背景技术：

2.泡沫混凝土是将预先准备好的发泡剂通过机械方式进行发泡，再将泡沫加入胶凝材料降体重，混合均匀后浇筑成型，经养护而成的微孔轻质材料。它突出的优点就是在混凝土内形成的泡沫孔，将高密度的水泥混凝土轻质化、功能化，从而赋予了混凝土轻质、保温、隔热、隔声、防火、耐腐蚀等各种功能，因此为混凝土开辟除了一个特殊应用的领域。
3.应用于泡沫混凝土的发泡剂种类很多，包括有松香皂类发泡剂、合成类表面活性剂型发泡剂、动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂等。经历了几十年的发展，发泡剂的成分也由单一成分逐渐向多成分复合发展。目前所用的发泡剂，存在用量大成本高的问题，而且其搅拌混合时，气泡容易团聚，导致尺寸增大，因而导致泡沫不稳定。现有文献中，也提及使用纳米粒子作为稳泡剂的纳米发泡剂，但是这些纳米发泡剂的成本高昂，不适合大量生产使用。因此，如何开发出一种成本低廉、泡沫稳定的发泡剂用于泡沫混凝土中，是建筑领域工作者关注的重点问题。
4.泡沫混凝土的核心原材料是发泡剂，发泡剂的质量决定了泡沫混凝土的质量。因此目前的现浇泡沫混凝土由于发泡剂的影响，导致了产品性能较低，以及制备不出密度为350kg/m3以下的泡沫混凝土。如果这种情况持续下去，会一直制约泡沫混凝土行业的发展。如何得到稳定的泡沫以及如何都得到更轻更强的泡沫混凝土，成为了行业内亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对目前现浇泡沫混凝土强度差、泡沫稳定性差等问题，本发明的目的之一在于提供一种可以提升强度，降低塌陷率的纳米泡沫混凝土，本发明的目的之二在于提供这种纳米泡沫混凝土的制备方法，本发明的目的之三在于提供这种纳米泡沫混凝土的应用。
6.本发明通过加入纳米泡沫，可以有效提升混凝土的隔热保温的性能。这种混凝土的特点在于采用了纳米泡沫，使纳米泡沫混凝土拥有更加小的泡沫直径，更加均匀的泡沫孔隙，因此在强度上拥有巨大提升。另外由于在相同强度下本发明中的纳米泡沫混凝土拥有更低的密度，所以在隔热方面也有很大的提升，可以减少水泥用量，并降低生产成本。
7.为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
8.本发明的第一方面提供了一种现浇纳米泡沫混凝土，是由包括以下质量份的组分制得：
9.500～1000份胶凝材料，350～700份水，0～30份减水剂，0～600份外掺料，纳米泡沫；
10.所述外掺料包括炉渣、粉煤灰、陶粒中的至少一种；
11.所述纳米泡沫的体积与所述胶凝材料的质量比例为(0.5～10)ml：1g；
12.所述纳米泡沫是由纳米发泡剂经发泡制得。
13.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述现浇纳米泡沫混凝土是由包括以下质量份的组分制得：650～1000份胶凝材料，400～650份水，0～30份减水剂，0～500份外掺料，纳米泡沫。
14.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述减水剂的质量份不为0。
15.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述减水剂的用量为胶凝材料质量为0～3％，但不为0。
16.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述减水剂的用量为胶凝材料质量的0.1％～1％。
17.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述外掺料的质量份不为0。
18.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述外掺料的质量份为150～550份。
19.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述外掺料选自炉渣，粉煤灰，陶粒，炉渣和粉煤灰，炉渣、陶粒和粉煤灰中的任意一种。
20.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，当所述外掺料含有炉渣时，炉渣的质量份为75～350份。
21.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，当所述外掺料含有粉煤灰时，粉煤灰的质量份为75～350份。
22.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，当所述外掺料含有陶粒时，陶粒的质量份为150～250份。
23.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述纳米泡沫的体积与所述胶凝材料的质量比例为(0.8～2.5)ml：1g。
24.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述纳米发泡剂包括以下质量份的组分：0.5～5份聚丙烯酰胺，3～20份聚乙烯亚胺，10～20份聚乙烯吡咯烷酮，35～50份羟丙基甲基纤维素，1～5份三乙醇胺，20-35份表面亲水改性的纳米二氧化钛、15～30份表面活性剂。
25.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述纳米发泡剂包括以下质量份的组分：2～4份聚丙烯酰胺，8～12份聚乙烯亚胺，13～17份聚乙烯吡咯烷酮，43～47份羟丙基甲基纤维素，1.5～2.5份三乙醇胺，23～27份表面亲水改性的纳米二氧化钛、18～22份表面活性剂。
26.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述表面亲水改性的纳米二氧化钛是指用烷氧基化烷基二醇、烷氧基化烷基炔属二醇、硅氧烷共聚醇中的至少一种进行表面亲水改性的纳米二氧化钛。采用烷氧基化烷基二醇、烷氧基化烷基炔属二醇或硅氧烷共聚醇这些表面活性剂对纳米二氧化钛进行亲水改性的方法属于本领域的常规操作手段。
27.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述表面活性剂包括烷氧
基化烷基二醇、烷氧基化烷基炔属二醇、硅氧烷共聚醇、烷基酚聚氧乙烯醚、烷氧基化烷基醇中的至少一种。
28.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述纳米泡沫是将纳米发泡剂制成发泡液经发泡制得。
29.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述发泡液包括纳米发泡剂和水。
30.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述发泡液中，纳米发泡剂与水的质量比为1：(1000～5000)。
31.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述发泡液中，纳米发泡剂与水的质量比为1：(2000～4000)。
32.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的另一些实施例，所述发泡液中，纳米发泡剂与水的质量比为1：(3000～3500)。
33.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述胶凝材料包括普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥中的至少一种。
34.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述胶凝材料为普通硅酸盐水泥。
35.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述普通硅酸盐水泥水泥的强度等级为32.5。
36.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂中的至少一种。
37.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
38.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述现浇纳米泡沫混凝土的孔隙孔径≤100μm。
39.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述现浇纳米泡沫混凝土的干容重为210kg/m3～1100kg/m3。
40.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述现浇纳米泡沫混凝土的干容重为630kg/m3～950kg/m3。
41.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的另一些实施例，所述现浇纳米泡沫混凝土的干容重为650kg/m3～950kg/m3。
42.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述现浇纳米泡沫混凝土的抗压强度为0.3mpa～10mpa。
43.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述现浇纳米泡沫混凝土的抗压强度为2.5mpa～5.5mpa。
44.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施方式，所述现浇纳米泡沫混凝土的导热系数《0.4w/(m
·
k)。
45.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土的一些实施例，所述现浇纳米泡沫混凝土的导热系数为0.14w/(m
·
k)～0.22w/(m
·
k)。
46.本发明的第二方面提供了根据本发明第一方面所述现浇纳米泡沫混凝土的制备
方法，包括以下步骤：
47.将纳米发泡剂经发泡制得纳米泡沫，再将所述的纳米泡沫与胶凝材料、减水剂、外掺料和水混合，得到所述的现浇纳米泡沫混凝土。
48.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土制备方法的一些实施方式，将纳米发泡剂经发泡制得纳米泡沫具体是将纳米发泡剂和水混合，得到发泡液；将发泡液进行发泡，得到纳米泡沫。
49.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土制备方法的一些实施方式，将发泡液进行发泡是在搅拌发泡一体机中进行。
50.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土制备方法的一些实施方式，将纳米泡沫与胶凝材料、减水剂、外掺料和水混合具体是：将纳米泡沫与胶凝材料、水和减水剂混合搅拌，再与外掺料混合搅拌。
51.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土制备方法的一些实施方式，将纳米泡沫与胶凝材料、水和减水剂混合搅拌包括两个阶段搅拌，第一阶段搅拌是在搅拌速度为40转/分钟～60转/分钟下搅拌，第一阶段搅拌的时间为20秒～40秒；第二阶段搅拌是在搅拌速度为130转/分钟～150转/分钟下搅拌，第二阶段搅拌的时间为50秒～70秒。
52.根据本发明所述现浇纳米泡沫混凝土制备方法的一些实施方式，与外掺料混合搅拌的搅拌速度为40转/分钟～60转/分钟，搅拌时间为50秒～70秒。
53.本发明的第三方面提供了根据本发明第一方面所述的现浇纳米泡沫混凝土在建筑、坑槽填充、屋面保温或自流平地面中的应用。
54.根据本发明所述应用的一些实施方式，所述坑槽填充包括肥槽填充、基坑填充或矿坑填充。
55.本发明的第四方面提供了根据本发明第一方面所述现浇纳米泡沫混凝土的施工方法，包括以下步骤：
56.s1：对施工面进行预处理；
57.s2：制备现浇纳米泡沫混凝土；
58.s3：将现浇纳米泡沫混凝土进行浇筑成型，然后养护。
59.根据本发明所述施工方法的一些实施方式，所述s1中，预处理包括清洁工作面或晒水预湿处理。
60.根据本发明所述施工方法的一些实施方式，所述s3中，养护为湿养护。
61.根据本发明所述施工方法的一些实施方式，所述s3中，当现浇纳米泡沫混凝土的胶凝材料为硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥时，养护时间不少于7天。
62.根据本发明所述施工方法的一些实施方式，所述s3中，当现浇纳米泡沫混凝土掺有外掺料时，养护时间不少于14天。
63.本发明的有益效果是：
64.本发明提供的纳米泡沫混凝土在现浇领域具有低密度、高强度、可利用工业废料的优势，能实现防火、隔热、隔温和隔音的效果，并且可以降低生产成本，适用于各种建筑的现浇施工。
65.具体来说，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
66.1、与使用一般发泡剂的泡沫混凝土相比，本发明的纳米泡沫混凝土密度更低，其
轻度能提升10～50％。
67.2、采用本发明的纳米泡沫，可以制备出更低密度的泡沫混凝土，使得泡沫混凝土的应用场景得到拓宽。
68.3、与现有普通泡沫混凝土相比，本发明的纳米泡沫混凝土在相同强度下有更低的密度，因此可以有效降低水泥的使用量，降低成本。
69.4、本发明的纳米泡沫混凝土因为在相同强度下有更低的密度，因此还能有效降低导热系数，增强材料的隔热性能。
70.5、本发明根据纳米泡沫的特性发明出来的一种新的施工方法，具有产品性能更好，生产效率更高、用途更加广泛的特点，在实现低成本生产的同时，还可以有效完成建筑的各种现浇施工。
具体实施方式
71.以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
72.实施例1～9和对比例1～3
73.实施例1～9和对比例1～3的现浇纳米泡沫混凝土原料组成见表1。
74.表1现浇纳米泡沫混凝土原料组成
[0075][0076]
以实施例1为例，对表1的原料组成进行说明。实施例1的现浇纳米泡沫混凝土包含如下原料：水泥1000g，水450g(即水灰比为0.45)，纳米泡沫800ml，减水剂10g(占水泥用量的1％)。
[0077]
其中，水泥为32.5硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸减水剂。纳米泡沫是由纳米发泡剂经发泡制得，具体是采用发泡液制得，发泡液由33g纳米发泡剂和10l水组成；纳米发泡剂中，按质量份数计，包括聚丙烯酰胺3份、聚乙烯亚胺10份、聚乙烯吡咯烷酮15份、羟丙基甲基纤维素45份、三乙醇胺2份，用烷氧基化烷基二醇表面亲水改性的纳米二氧化钛25份、烷氧基化烷基二醇20份。
[0078]
实施例1～9和对比例1～3纳米泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
[0079]
使用全自动搅拌发泡一体机设备进行作业；水灰比控制为0.45。
[0080]
将聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺，用烷氧基化烷基二醇表面亲水改性的纳米二氧化钛、烷氧基化烷基二醇按比例混合，制成纳米发泡剂。将纳米发泡剂与水按比例混合，制成发泡液。将发泡液置于全自动搅拌发泡一体机设备中产生纳米泡沫。在一体机设备中，将发泡产生的纳米泡沫与水泥和水进行第一阶段混合，具体是在50转/分钟的速度下搅拌30s；再进行第二阶段混合，具体是在140转/分钟的速度下搅拌1分钟；然后加入炉渣、粉煤灰或陶粒等，再次在搅拌速度为50转/分钟下搅拌1分钟，得到纳米泡沫混凝土。
[0081]
实施例1～9和对比例1～3的现浇纳米泡沫混凝土性能测试结果如表2所示。表2中的密度、抗压强度和导热系数均是按现行的国家标准进行测试。
[0082]
表2现浇纳米泡沫混凝土性能测试结果
[0083] 密度kg/m3抗压强度mpa导热系数w/(m
·
k)实施例1900～9505.120.22实施例2750～8004.560.18实施例3650～7003.480.16实施例4900～9504.830.22实施例5750～8004.360.18实施例6650～7003.260.16实施例7900～9504.630.22实施例8750～8004.210.18实施例9650～7003.110.16对比例1630～6503.180.15对比例2630～6503.040.15对比例3630～6502.880.14
[0084]
根据表2的试验结果表明，按照上述方法制备的纳米泡沫混凝土密度为630kg/m3～950kg/m3；在不掺有外掺料时强度在3.48～5.12mpa，而现有技术中的泡沫混凝土的密度为800kg/m3时，对应的抗压强度低于3.2mpa，由此可见本发明提供的纳米泡沫混凝土较市场泡沫混凝土的在强度上拥有和很大优势。
[0085]
在实施例4～9中，分别添加了不同掺量的炉渣和粉煤灰，随着粉煤灰、炉渣的掺量提升，混凝土的强度随之降低。但降低幅度有限，因此可以掺入适量粉煤灰、炉渣取代水泥，即可利用工业废料，又可节省水泥。
[0086]
经测试，本发明实施例1-9制得的纳米泡沫混凝土中孔隙对应的孔径≤100μm，而市场的泡沫混凝土中孔隙对应的孔径大于400μm，小于500μm。由此可见，相对于现有技术加
入的发泡剂，本发明在纳米泡沫混凝土中加入纳米泡沫，可以使得制成的纳米泡沫混凝土含更小的密闭孔，由此有利于显著提高其强度。
[0087]
对比例1相比实施例3，对比例2相比实施例6，对比例3相比实施例9，其区别仅在于添加了陶粒。根据实验结果来看，通过加入陶粒可以有效降低泡沫混凝土的密度，同时骨料的掺入可以有效降低混凝土的干缩而导致的裂纹。
[0088]
采用本发明提供的现浇纳米泡沫混凝土进行施工，包括如下步骤：
[0089]
1)施工前准备，根据要求设计物料比例，清理施工面的浮灰等，保持工作面干净，坚固，如遇干燥天气时需先对工作面进行洒水预湿处理；
[0090]
2)参照上述实施例的方法制备现浇纳米泡沫混凝土；
[0091]
3)将制得的现浇纳米泡沫混凝土进行浇筑；
[0092]
4)泡沫混凝土终凝后开始进行湿养护。
[0093]
其中，对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣水泥拌制的混凝土，养护时间不得少于7天；对掺有外加剂或矿物掺合料的泡沫混凝土，养护时间不得少于14天。
[0094]
综上所述，本发明提供的纳米泡沫混凝土在现浇领域具有低密度、高强度、可利用工业废料的优势，并且可以很好的起到防火、隔热、隔温和隔音的效果。采用本发明的现浇纳米泡沫混凝土具有产品性能更好，生产效率更高、用途更加广泛的特点，可以有效地实现低成本建筑的各种现浇施工，能应用在建筑、肥槽填充、基坑填充、矿坑填充、屋面保温或自流平地面等方面。
[0095]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。