一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.轻质混凝土是一种低密度、自重轻、保温性好、抗震性能好的复合材料，由于其力学性能和经济效益较高，能较好地弥补普通混凝土易发生脆性破坏等缺点。在建筑工程中，轻质混凝土的使用能够降低钢筋配比和结构自重，节约工程成本，改善地震结构响应。因此，轻质混凝土被广泛应用于大跨径桥梁工程、高层建筑叠合板等重型结构工程以及隧道、水利水电、地下空间等各类其他工程中。
3.轻质混凝土主要分为多孔混凝土(泡沫混凝土、加气混凝土等)和轻骨料混凝土(聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土、空心玻璃微珠混凝土、陶粒混凝土等)。泡沫混凝土是最早被研究以及应用的轻质混凝土之一，泡沫混凝土是通过发泡机将发泡剂用机械方式充分发泡，将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护成型出一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。
4.申请号为2016101764882的中国专利，公开了一种泡沫混凝土，其先由水、水泥、抗裂纤维、抗裂剂、粉煤灰和可再分散乳胶粉制成中间浆料，其中，按重量比水占50至60份，水泥占120至150份，抗裂纤维占0.8至1.5份，抗裂剂占0.9至1.2份，粉煤灰占6至10份，可再分散乳胶粉占0.6至1.2份，单位体积的中间浆料与0.4至0.8体积的聚苯颗粒和0.8至1.2体积的发泡气泡均匀混合；该发明提供的泡沫混凝土，质量轻、强度大，保温效果好，可减少墙体厚度，具有节约材料的作用。
5.然而现有技术中关于纤维掺杂的泡沫混凝土，虽然存在大量封闭孔隙使得其隔热性能大为改观，但是往往存在着纤维与基体材料结合力差，粘结度不够，导致混凝土强度下降，稳定性耐久性下降等问题。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种玻璃纤维掺杂的泡沫混凝土，大幅提升纤维和凝胶材料的结合力，提升混凝土整体强度性能、稳定性和耐腐蚀性，提高了泡沫混凝土的综合性能，扩展了泡沫混凝土的应用范围。
7.为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
8.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥200-400份、辅料50-80份、粉煤灰10-20份、水80-120份、发泡剂10-20份、改性玻璃纤维10-20份、可再分散性乳胶粉10-20份、减水剂5-10份、分散剂0.1-0.5份。
9.进一步的，所述水泥为硅酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥。
10.进一步的，所述辅料为粘土、石灰粉和硅灰按照质量比30-50:10-15:1-7混合而成。
11.进一步的，所述发泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱、双氧水或者十二烷基硫酸钠中的一种或者几种组合。
12.进一步的，所述改性玻璃纤维的制备方法为：
13.(1)分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维10-20min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理1-2h，后干燥备用，得到预处理玻璃纤维；
14.(2)将5g预处理玻璃纤维浸泡于40-50ml的乙醇溶液中，加入5-8ml teos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取45-50ml乙醇，加入2-4ml去离子水和0.1-0.3ml hcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌30-60min，70℃陈化3-5h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维。
15.进一步的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘系和脂肪酸系减水剂中的至少一种。
16.进一步的，所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、α-烯基磺酸钠、十二烷基硫酸钠和三萜皂甙中的一种或者几种组成。
17.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
18.(1)制备改性玻璃纤维：分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维10-20min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理1-2h，后干燥备用，得到预处理玻璃纤维；将5g预处理玻璃纤维浸泡于40-50ml的乙醇溶液中，加入5-8ml teos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取45-50ml乙醇，加入2-4ml去离子水和0.1-0.3ml hcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌30-60min，70℃陈化3-5h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维；
19.(2)按重量份将水泥、辅料、粉煤灰、水、改性玻璃纤维、可再分散性乳胶粉、减水剂、分散剂放入容器内，用搅拌器搅拌均匀后，倒入发泡剂混合，搅拌均匀后养护得到泡沫混凝土。
20.进一步的，制备方法中所述养护条件为：在相对湿度＞50％，室温下养护7天。
21.使用纤维增强混凝土强度性能是本行业都会采用的技术手段，纤维在水泥基材料中，能够起到阻裂、增强和增韧等作用。而纤维加入混凝土中，往往存在着与混凝土融合性不好，强度提升不明显，甚至无明显提升的现象。
22.本发明采用玻璃纤维为主要增强增韧材料，通过过氧化氢刻蚀，除去表面钝化层，提高润湿性，改善其与无机涂层的界面粘附性和亲水性，同时这一步的改性也促进下一步纳米二氧化硅粒子的吸附从而提升粘结性和基体强度，如此，两者协同作用，可以对气泡进行了有效的分割，使气泡的孔径更小、大小更接近、分布更均匀。在混凝土发泡过程中互相搭接形成三维网络分布的稳定结构，对浆体起到支撑作用，防止浆料坍塌，有效地保护气泡在浆体硬化过程中不破裂，能够形成封闭的气孔，从而改善孔结构。
23.有益效果
24.本发明制备轻质发泡混凝土的方法能够很好的兼顾多种原料成分相互之间的配合关系，使得发泡混凝土的综合性能表现更佳优异。通过添加纤维材料，两步改性，一方面改善了泡沫混凝土的稳定性，一方面大幅增加强度；
25.除此之外，可再分散性乳胶粉为水溶性可再分散粉末，具有高的成膜性能，可明显改善混凝土防水性、可塑性、柔韧性等方面，泡沫混凝土制备过程中加入后形成对空气的诱
导作用，使混凝土具有引气作用，还能在泡沫混凝土表面形成聚合物膜并成为孔壁的一部分，增加内聚力，提高抵抗应力、应变破坏的能力；
26.粉煤灰和矿渣在泡沫混凝土制备过程中，与其他原料颗粒充分接触，改善了混凝土颗粒之间的密实性，使制备的混凝土结构更加致密化，极大地改善了混凝土的稳定性，抑制了浇注及运输过程中的离析现象，通过水化反应，使得硬化后为泡沫混凝土结构稳定，强度性能优异；
27.分散剂等的添加具有良好的分散性、耐热稳定性和高温分散性，助磨效果良好还可以显著增加水溶液分子的粗糙度和液膜表面的强度，延缓液膜破裂时间，提高泡沫混凝土中泡沫的稳定性。
28.本发明各原料共同作用，协同发挥多种原料成分的性质优势，实现良好的协同增强作用，共同实现泡沫混凝土强度性能以及稳定性的大幅提升。
附图说明
29.图1为本发明实施例4试件断面形貌图；
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
31.实施例1
32.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥200份、辅料50份、粉煤灰10份、水80份、发泡剂10份、改性玻璃纤维10份、可再分散性乳胶粉10份、减水剂5份、分散剂0.1份。
33.所述水泥为硅酸盐水泥。
34.所述辅料为粘土、石灰粉和硅灰按照质量比30:10:1混合而成。
35.所述发泡剂为椰油酰胺丙基甜菜碱。
36.所述改性玻璃纤维的制备方法为：
37.(1)分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维10min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理1h，后干燥备用，得到预处理玻璃纤维；
38.(2)将5g预处理玻璃纤维浸泡于40ml的乙醇溶液中，加入5mlteos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取45ml乙醇，加入2ml去离子水和0.1mlhcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌30min，70℃陈化3h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维。
39.所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
40.所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
41.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
42.(1)制备改性玻璃纤维：分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维20min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理1h，后干燥备用，得到预处理玻璃纤维；将5g预处理玻璃纤维浸泡于40ml的乙醇溶液中，加入5ml teos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取45ml乙醇，加入2ml去离子水和0.1mlhcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌30min，70℃陈化3h，过滤，充
分干燥，得改性玻璃纤维；
43.(2)按重量份将水泥、辅料、粉煤灰、水、改性玻璃纤维、可再分散性乳胶粉、减水剂、分散剂放入容器内，用搅拌器搅拌均匀后，倒入发泡剂混合，搅拌均匀后养护得到泡沫混凝土。
44.制备方法中所述养护条件为：在相对湿度＞50％，室温下养护7天。
45.实施例2
46.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥300份、辅料60份、粉煤灰15份、水90份、发泡剂12份、改性玻璃纤维14份、可再分散性乳胶粉14份、减水剂6份、分散剂0.2份。
47.所述水泥为硫铝酸盐水泥。
48.所述辅料为粘土、石灰粉和硅灰按照质量比40:12:3混合而成。
49.所述发泡剂为双氧水。
50.所述改性玻璃纤维的制备方法为：
51.(1)分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维10min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理2h，后干燥备用，得到预处理玻璃纤维；
52.(2)将5g预处理玻璃纤维浸泡于40ml的乙醇溶液中，加入5mlteos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取50ml乙醇，加入4ml去离子水和0.1mlhcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌40min，70℃陈化4h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维。
53.所述减水剂为萘系减水剂。
54.所述分散剂为α-烯基磺酸钠。
55.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
56.(1)制备改性玻璃纤维：分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维10min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理2h，后干燥备用，得到预处理玻璃纤维；将5g预处理玻璃纤维浸泡于40ml的乙醇溶液中，加入5mlteos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取50ml乙醇，加入4ml去离子水和0.1mlhcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌40min，70℃陈化4h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维；
57.(2)按重量份将水泥、辅料、粉煤灰、水、改性玻璃纤维、可再分散性乳胶粉、减水剂、分散剂放入容器内，用搅拌器搅拌均匀后，倒入发泡剂混合，搅拌均匀后养护得到泡沫混凝土。
58.制备方法中所述养护条件为：在相对湿度＞50％，室温下养护7天。
59.实施例3
60.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥350份、辅料70份、粉煤灰15份、水110份、发泡剂15份、改性玻璃纤维17份、可再分散性乳胶粉18份、减水剂8份、分散剂0.3份。
61.所述水泥为硅酸盐水泥。
62.所述辅料为粘土、石灰粉和硅灰按照质量比50:13：5混合而成。
63.所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
64.所述改性玻璃纤维的制备方法为：
65.(1)分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维20min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理2h，后干燥备用，得到预处理玻璃纤维；
66.(2)将5g预处理玻璃纤维浸泡于50ml的乙醇溶液中，加入8mlteos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取50ml乙醇，加入4ml去离子水和0.3mlhcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌60min，70℃陈化5h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维。
67.所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
68.所述分散剂为三萜皂甙。
69.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
70.(1)制备改性玻璃纤维：分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维20min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理2h，后干燥备用，得到预处理玻璃纤维；将5g预处理玻璃纤维浸泡于50ml的乙醇溶液中，加入8ml teos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取50ml乙醇，加入4ml去离子水和0.3ml hcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌60min，70℃陈化5h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维；
71.(2)按重量份将水泥、辅料、粉煤灰、水、改性玻璃纤维、可再分散性乳胶粉、减水剂、分散剂放入容器内，用搅拌器搅拌均匀后，倒入发泡剂混合，搅拌均匀后养护得到泡沫混凝土。
72.制备方法中所述养护条件为：在相对湿度＞50％，室温下养护7天。
73.对比例1
74.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥350份、辅料70份、粉煤灰15份、水110份、发泡剂15份、改性玻璃纤维17份、可再分散性乳胶粉18份、减水剂8份、分散剂0.3份。
75.所述水泥为硅酸盐水泥。
76.所述辅料为粘土、石灰粉和硅灰按照质量比50:13：5混合而成。
77.所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
78.所述改性玻璃纤维的制备方法为：
79.(1)将5g玻璃纤维浸泡于50ml的乙醇溶液中，加入8ml teos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取50ml乙醇，加入4ml去离子水和0.3mlhcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌60min，70℃陈化5h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维。
80.所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
81.所述分散剂为三萜皂甙。
82.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
83.(1)制备改性玻璃纤维：将5g玻璃纤维浸泡于50ml的乙醇溶液中，加入8mlteos，搅拌均匀，得到混合溶液a；量取50ml乙醇，加入4ml去离子水和0.3ml hcl，搅拌均匀，得到溶液b；将溶液b缓慢滴加到混合溶液a中，室温搅拌60min，70℃陈化5h，过滤，充分干燥，得改性玻璃纤维；
84.(2)按重量份将水泥、辅料、粉煤灰、水、改性玻璃纤维、可再分散性乳胶粉、减水
剂、分散剂放入容器内，用搅拌器搅拌均匀后，倒入发泡剂混合，搅拌均匀后养护得到泡沫混凝土。
85.制备方法中所述养护条件为：在相对湿度＞50％，室温下养护7天。
86.本对比例除不进行玻璃纤维的第一步双氧水改性外，其余原料和制备方法部分，均同实施例4。
87.对比例2
88.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥350份、辅料70份、粉煤灰15份、水110份、发泡剂15份、改性玻璃纤维17份、可再分散性乳胶粉18份、减水剂8份、分散剂0.3份。
89.所述水泥为硅酸盐水泥。
90.所述辅料为粘土、石灰粉和硅灰按照质量比50:13：5混合而成。
91.所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
92.所述改性玻璃纤维的制备方法为：
93.(1)分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维20min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理2h，后干燥备用，得到改性玻璃纤维
94.所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
95.所述分散剂为三萜皂甙。
96.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
97.(1)制备改性玻璃纤维：分别用去离子水和无水乙醇依次超声清洗玻璃纤维20min，晾干备用；再将玻璃纤维浸泡于30％wt的h2o2溶液中，并放入水热釜中，70-80℃处理2h，后干燥备用，得到改性玻璃纤维；
98.(2)按重量份将水泥、辅料、粉煤灰、水、改性玻璃纤维、可再分散性乳胶粉、减水剂、分散剂放入容器内，用搅拌器搅拌均匀后，倒入发泡剂混合，搅拌均匀后养护得到泡沫混凝土。
99.制备方法中所述养护条件为：在相对湿度＞50％，室温下养护7天。
100.本对比例除不进行玻璃纤维的第二步改性外，其余原料和制备方法部分，均同实施例4。
101.对比例3
102.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土，包括以下重量份的原料制备而成：水泥350份、辅料70份、粉煤灰15份、水110份、发泡剂15份、玻璃纤维17份、可再分散性乳胶粉18份、减水剂8份、分散剂0.3份。
103.所述水泥为硅酸盐水泥。
104.所述辅料为粘土、石灰粉和硅灰按照质量比50:13：5混合而成。
105.所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
106.所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
107.所述分散剂为三萜皂甙。
108.一种建筑物用纤维掺杂改性轻质泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
109.(1)按重量份将水泥、辅料、粉煤灰、水、改性玻璃纤维、可再分散性乳胶粉、减水
剂、分散剂放入容器内，用搅拌器搅拌均匀后，倒入发泡剂混合，搅拌均匀后养护得到泡沫混凝土。
110.制备方法中所述养护条件为：在相对湿度＞50％，室温下养护7天。
111.本对比例除不进行玻璃纤维的改性外，即直接使用玻璃纤维，其余原料和制备方法部分，均同实施例4。
112.性能测试
113.将本发明实施例1-4和对比例1-3所得泡沫混凝土分别制备成试件，泡沫混凝土的28d龄期的抗压强度、干表观密度和吸水率的检测参照jc/t1062-2007《泡沫混凝土砌块》和gb/t11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》进行，孔隙率测定：将测完干密度的试件参照gb/t208-1994测定真密度，然后按照公式：孔隙率＝(真密度-干密度)/真密度
×
100％计算。每个试验组重复三次。扫描电镜观察断面形貌。
114.测试结果如表1所示：
115.表1性能测试结果
[0116][0117]
从表中数据可以看出，本发明实施例所得泡沫混凝土试件28d抗压强度可达5mpa，吸水率7-8％左右，所制备的混凝土性能稳定，强度高，可以完全满足市场的需求。而改变了玻璃纤维改性和加入方式的对比例1-3，其各项性能均呈现了不同程度的下降，这是由于，没有了第一步的改性，纤维与凝胶材料以及后续的二氧化硅结合力减弱，而没有了第二步，玻璃纤维分散不均匀，也会导致强度的下降，两步改性是相辅相成的。因此，本发明各步原料的选择和制备工艺是有机的整体，缺一则效弱，各原料工艺相辅相成，共同实现泡沫混凝土强度性能的提升。从本发明实施例4试件断面形貌sem图也可以看出，本发明纤维与基体
结合良好，形貌越呈现规则圆形，孔受力越均匀，越不容易开裂，强度越高。
[0118]
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。