一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土及其制备方法

摘要

本发明提供一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的制备方法。所述陶粒泡沫混凝土的制备方法为：将38％-50％的胶凝材料、29％-40％的陶粒轻集料、0.5％-1.5％的激发剂、0.12％-0.14％的纤维放入搅拌机中搅拌均匀，同时将0.04％-0.20％发泡剂与部分水在发泡机内形成的粒径为50-1000μm的泡沫，将剩余的水和0.09％-0.15％的减水剂加入搅拌机与粉料搅拌均匀形成浆料，再将泡沫加入浆料内搅拌均匀之后浇筑到模具中成型，脱模后制得密度为300-800kg/m3的陶粒泡沫混凝土。本发明提供的配方以低成本的粉煤灰为主要原料，从而降低材料成本，同时通过添加不同粒径的陶粒轻集料，在降低混凝土容重的同时，有效提高混凝土的机械强度和稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混 凝土及其制备方法。

背景技术

目前，我国常见的墙体保温隔热材料主要包括有机类保温隔热材料和 无机类保温隔热材料两大类，其中泡沫混凝土为一种典型的无机类保温隔 热材料。泡沫混凝土的主要应用领域为建筑保温隔热，占其总产量的80％ 左右。与市场上常见的有机类保温材料如聚苯乙烯泡沫板，酚醛泡沫板相 比，泡沫混凝土具有强度高，使用寿命长，防火性能好等优点。现有泡沫 混凝土本身存在容重相对较高的缺点，若通过提高泡沫掺量的方法来降低 容重，那么生产出的泡沫混凝土体积稳定性差，强度低；而且现有的泡沫 混凝土一般都是采用水泥和粉煤灰作为粉料，然后通过加入水、发泡剂进 行发泡形成的，为了使浆体有好的和易性，同时提高泡沫混凝土的强度， 一般会加入比较多的水泥，材料成本比较高，此外由于普硅水泥凝结时间 长，模具周转时间会延长，也会导致生产成本的上升。申请号201210249734.4 的中国专利公开了一种应用安山岩石粉的保温泡沫混凝土制备方法，该专 利中为了解决水泥成本较高的缺陷，采用在粉料中加入安山岩石粉，虽然 在一定程度上降低了水泥的用量，但由于安山岩是一种天然矿石，需要破 碎成石粉才能使用，而粉煤灰为发电厂等工厂的工业废弃物，本身是粉状 颗粒，使用安山岩的成本相比粉煤灰其成本还是较高。安山岩的密度比较 高，其比重较大，并不能解决现有泡沫混凝土本身的容重相对较高的缺陷。

为了解决泡沫混凝土容重相对较高，体积稳定性差的缺点，也有部分专 利采用在原料中加入陶粒，比如在中国申请的专利号为201010294645.2的 发明专利，公开了一种新型泡沫混凝土制备工艺，该混凝土使用配比为水 泥：陶粒：粉煤灰4:3:3或者水泥：陶粒：粉煤灰4:2:4制备出干容重 700-1200kg/m³的泡沫混凝土。为了保证混凝土的强度和易性，该专利中水 泥使用量大于粉煤灰的用量，水泥的用量比较大，并未解决其成本高的问 题。陶粒占粉料总质量的20％-30％，虽然从一定程度上降低了混凝土的比 重，但是其容重还是比较高，而且该配方制备出来的泡沫混凝土机械强度 和体积稳定性都较差；申请号为201310047960.9的中国专利公开了一种钢 管泡沫混凝土组合立柱及施工方法，该专利中进一步公开了一种泡沫混凝 土配方，其配比为水泥28％-32％，陶粒35％-40％，粉煤灰10％-12％、硅灰 10％-15％，石膏3％-5％制备泡沫混凝土，整个配比中粉煤灰占胶凝材料总 质量的18％-24％，陶粒占粉料总质量的35％-40％，该专利同样存在水泥使 用量较大的缺陷，同时为了提供提高混凝土强度和耐久性添加了硅灰、石 膏原料，硅灰和石膏相比粉煤灰其成本比较高。

除此之外，现有的泡沫混凝土的制备工艺中对于掺入粉煤灰的泡沫混 凝土，为保证早期强度，通常的做法是对其蒸养，使工艺更加繁琐；而且 现阶段陶粒泡沫混凝土成型工艺为先将胶凝材料加水搅拌为浆体，再与泡 沫混合成新拌泡沫混凝土浆体，最后与陶粒混合成为陶粒泡沫混凝土，在 陶粒的混合过程中泡沫大量破碎，很难制备出超轻密度的陶粒泡沫混凝土。

发明内容

本发明针对现有泡沫混凝土存在的技术问题，提供一种大掺量粉煤灰陶 粒泡沫混凝土及其制备方法，该混凝土既改善现阶段陶粒泡沫混凝土水泥 使用量大的缺点，大大降低了生产成本，并且保证泡沫混凝土在轻质的同 时具有较高的机械强度与体积稳定性。

本发明提供的技术方案为：所述一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土， 其特征在于该泡沫混凝土的密度为300-800kg/m³，具体是由以下质量百分 比的物质组成：

上述所有的物质质量百分比的总和为100％；上述物质中的胶凝材料是 由30％-50％的水泥和50％-70％的粉煤灰组成，其中水泥可以采用等量的矿 粉取代，矿粉取代量为水泥质量的0％-30％；所述陶粒轻集料是由粒径范 围为15-30mm和1-15mm的两种粒径的陶粒轻集料按照6-7：3-4配比组成， 其堆积密度200-400kg/m³，筒压强度≧2MPa；所述减水剂为聚羧酸高效减 水剂，固含量40±2％，pH值6.5-8.0；所述激发剂为碳酸盐类速凝剂或铝酸 盐类速凝剂；所述发泡剂为表面活性剂类物质，包括阴离子表面活性剂， 松香型发泡剂，蛋白型发泡剂和复合型发泡剂其中一种；所述纤维为长度 为5-20mm；所述水为满足混凝土用水标准的自来水。

本发明进一步的技术方案：所述水泥为P.O 42.5及以上的普通硅酸盐 水泥，所述粉煤灰为II级以上粉煤灰，密度1.8-2.3kg/m³，粒度0.5-300μm， 比表面积300-500m²/kg；所述矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉，密度2.8-2.9 kg/m³，比表面积400-450m²/kg。

本发明较优的技术方案：所述激发剂为碳酸盐类速凝剂时，选用碳酸 铝或碳酸钠；所述激发剂为铝酸盐类速凝剂时，选用铝酸钠或铝酸钾。

本发明较优的技术方案：所述纤维长度为6-15mm。

本发明提供的另一种技术方案为一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的 制备方法，其特征在于该制备方法具体步骤如下：

(1)称取以下质量百分比称的物料：38％-50％的胶凝材料，29％-40％ 的陶粒轻集料，0.5％-1.5％的碳酸盐类速凝剂或铝酸盐类速凝剂， 0.12％-0.14％长度为5-20mm的纤维，0.09％-0.15％的聚羧酸减水剂， 18％-21％的自来水，0.04％-0.20％的发泡剂；其中胶凝材料由30％-50％的水 泥和50％-70％的粉煤灰组成，水泥可以采用等量的矿粉取代，矿粉取代量 为水泥质量的0％-30％；所述陶粒轻集料是由粒径为15-30mm和1-15mm 的两种粒径的陶粒轻集料按照6-7：3-4配比组成，其堆积密度200-400kg/m³， 筒压强度≧2MPa；所述发泡剂为阴离子表面活性剂，松香型发泡剂，蛋白 型发泡剂和复合型发泡剂其中一种；所述纤维为长度为5-20mm的聚丙烯纤 维或聚乙烯纤维或聚乙烯醇纤维或聚酰胺纤维；

(2)将步骤(1)中的粉料物质38％-50％的胶凝材料、29％-40％的陶 粒轻集料、0.5％-1.5％的碳酸盐类速凝剂或铝酸盐类速凝剂、0.12％-0.14％ 的纤维放入搅拌机进行预搅拌，搅拌速度为10-20r/min，搅拌时间为1-2min；

(3)将质量百分比为0.04％-0.20％的发泡剂加入压缩发泡机中，并加入 部分水制成粒径为50-1000μm的泡沫；

(4)将剩余的水和0.09％-0.15％的聚羧酸减水剂加入步骤(2)中预拌 好的粉料内继续搅拌成为浆体，搅拌速度为30-40r/min，搅拌时间为1-2min；

(5)将步骤(4)中的浆体与步骤(3)中的泡沫搅拌混合均匀，搅拌 速度为10-20r/min，搅拌时间为2min；

(6)将步骤(5)中搅拌均匀后含有泡沫的浆体浇筑到模具中成型，脱 模后制得密度为300-800kg/m³的大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土

本发明的有益效果：

(1)本发明为了降低成本，使用大掺量粉煤灰等量替代水泥，提高粉 煤灰的掺量使其达到胶凝材料总质量的50％-70％，极大减小水泥用量，降 低材料成本；

(2)本发明使用陶粒轻集料作为泡沫混凝土中的集料，和以砂作为集 料的泡沫混凝土相比，能够有效降低体系容重，陶粒轻集料的加入量占粉 料总质量40％-50％，并使用两种粒径大小的陶粒做级配，使大掺量粉煤灰 陶粒泡沫混凝土的容重降到800kg/m³以内，容重级别A08级具有5MPa以 上的抗压强度，容重级别A05级具有2MPa以上的抗压强度，在保证轻质 的同时有效提高机械强度与体积稳定性；

(3)本发明通过掺入占胶凝材料总质量1.0％-3.0％的激发剂提高泡沫混 凝土的早期强度，将拆模时间由3-4个小时缩短为2小时以内，大大提高模 具的周转效率，从而降低了生产成本；

(4)本发明的制备工艺中在粉料混合时加入激发剂，使用激发剂类物 质提高泡沫混凝土的早期强度，可以不进行蒸养，或缩短蒸养时间，减少 工艺步骤；

(5)本发明的制备工艺是直接将粉料与两种不同粒径的陶粒集料混合 成浆料之后再加入泡沫，优化了大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的成型工艺， 在保证强度的同时大大减小大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的密度。

本发明提供的配方以低成本的粉煤灰为主要原料，粉煤灰掺量高达 50％-70％，其掺入量高于水泥的掺入量，从而降低材料成本，同时通过添 加不同粒径的陶粒轻集料，在降低混凝土容重的同时，有效提高混凝土的 机械强度和稳定性，容重级别A08级的大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土7d抗 压强度5-10MPa，容重级别A05级的大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土7d抗压 强度大于2MPa，体积稳定性好，模具周转快。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。本发明提供一种密度等级为 300-800kg/m³大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土，该泡沫混凝土是由以下质量百 分比的物质组成：38％-50％胶凝材料，9％-40％陶粒轻集料，18％-21％水(采 用满足混凝土要求的自来水)，0.09％-0.15％减水剂，0.5％-1.5％激发剂， 0.04％-0.20％发泡剂，0.12％-0.14％纤维；所述胶凝材料是由30％-50％的水 泥和50％-70％的粉煤灰组成，其中水泥可以采用等量的矿粉取代，矿粉取 代量为水泥质量的0％-30％，采用矿粉取代水泥可以进一步的降低水泥的 使用量，从而降低成本。

上述原料中，所述水泥为P.O 42.5及以上的普通硅酸盐水泥，所述粉 煤灰为II级以上粉煤灰，密度1.8-2.3kg/m³，粒度0.5-300μm，比表面积 300-500m²/kg；所述矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉，密度2.8-2.9kg/m³，比 表面积400-450m²/kg；所述陶粒轻集料是由粒径范围为15-30mm和1-15mm 的两种粒径的陶粒轻集料按照6-7：3-4配比组成，其堆积密度200-400kg/m³， 筒压强度≧2MPa；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量40±2％，pH 值6.5-8.0；所述激发剂为碳酸盐类速凝剂(比如碳酸铝或碳酸钠)或铝酸 盐类速凝剂(比如铝酸钠或铝酸钾)；所述发泡剂为表面活性剂类物质，包 括阴离子表面活性剂，松香型发泡剂，蛋白型发泡剂和复合型发泡剂其中 一种，比如阴离子型的十二烷基硫酸钠、中科筑诚产的松香型KC-15发泡 剂、中科筑诚产的蛋白型KC-16发泡剂、复合型的HTW-1发泡剂；所述 纤维为长度为5-20mm的聚丙烯纤维或聚乙烯纤维或聚乙烯醇纤维或聚酰 胺纤维，宜采用长度6-15mm的纤维，最佳长度为8-10mm。

实施例一：一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的制备方法，其原料组 成及各组分质量比排列如下，P.O 42.5普通硅酸盐水泥：II级粉煤灰：陶粒 轻集料：水：聚羧酸减水剂：碳酸铝：蛋白型的KC-16发泡剂：长度8mm 的聚丙烯纤维＝190:210:300:180:0.9:5:1.7:1.2，所述陶粒轻集料使用大、小两 种粒径的陶粒进行复配，大粒径陶粒的粒径为20-28mm，小粒径陶粒的粒 径为8-15mm，两者质量比为180:120。

上述泡沫混凝土的具体成型步骤如下：

(1)将按照上述比例称取好的P.O 42.5普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、 陶粒轻集料、碳酸铝、长度8mm的聚丙烯纤维加入搅拌机中进行预搅拌， 搅拌速度为17r/min，搅拌时间为1min；

(2)将全部的中科筑诚生产的型号为KC-16的蛋白型发泡剂加入压缩 发泡机中，按质量比发泡剂：水＝1：20加入水后，制得均匀稳定的泡沫， 泡沫平均粒径约为400μm；

(3)将制备泡沫后剩余的水与全部的聚羧酸减水剂加入步骤(1)中预 拌好的粉料中搅拌成为浆体，搅拌速度为33r/min，搅拌时间为2min；

(4)将步骤(2)制得的泡沫加入步骤(3)制得的浆体中，混合均匀， 搅拌速度为17r/min，搅拌时间为2min；

(5)将含有泡沫的浆体浇筑到模具中成型，脱模后制得泡沫混凝土。

实施例一中制备的大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土干容重678kg/m³，7天 强度R_7d＝5.3MPa，导热系数0.14W/(m·k)。

实施例二：

一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的制备方法，其原料组成及各组分 质量比排列如下，P.O 42.5普通硅酸盐水泥：II级粉煤灰：陶粒轻集料：自 来水：聚羧酸减水剂：铝酸钠：松香型的KC-15发泡剂：长度为10mm的 聚乙烯纤维＝215:215:290:170:1.3:13:0.4:1.2。所述陶粒轻集料使用大、小两 种粒径的陶粒进行复配，大粒径陶粒的粒径为15-20mm，小粒径陶粒的粒 径为3-10mm，两者质量比为200:90。

上述泡沫混凝土的具体成型步骤如下：

(1)将按照上述比例称取好的P.O 42.5普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、 陶粒轻集料、铝酸钠、长度为10mm的聚乙烯纤维加入搅拌机中进行预搅 拌，搅拌速度为17r/min，搅拌时间为1min；

(2)将全部的中科筑诚生产的型号为KC-15的松香型发泡剂加入压缩 发泡机中，按质量比发泡剂：水＝1：40加入水后，制得均匀稳定的泡沫， 泡沫平均粒径约为600μm；

(3)将制备泡沫后剩余的水与全部的聚羧酸减水剂加入步骤(1)中预 拌好的粉料中搅拌成为浆体，搅拌速度为33r/min，搅拌时间为2min；

(4)将步骤(2)制得的泡沫加入步骤(3)制得的浆体中，混合均匀， 搅拌速度为17r/min，搅拌时间为2min；

(5)将含有泡沫的浆体浇筑到模具中成型，脱模后制得泡沫混凝土。

实施例二中制备的大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土干容重700kg/m³，7天 强度R_7d＝5.8MPa，导热系数0.15W/(m·k)。

实施例三

一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的制备方法，其原料组成及各组分质 量比如下，P.O 42.5普通硅酸盐水泥：II级粉煤灰：S95级粒化高炉矿渣粉： 陶粒轻集料：水：聚羧酸减水剂：铝酸钠：蛋白型发泡剂：长度为6-9mm 聚乙烯醇纤维＝180:220:30:290:170:1.3:13:1.7:1.2。所述陶粒轻集料使用大、 小两种粒径的陶粒进行复配，大粒径陶粒的平均粒径为22-26mm，小粒径 陶粒的平均粒径为8-11mm，两者质量比为190:100；所述水为满足混凝土 用水标准的自来水，所述蛋白型发泡剂可以采用市面所售的常见蛋白型发 泡剂。

上述泡沫混凝土的具体成型步骤如下：

(1)将按照上述比例称取好的P.O 42.5普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、 S95级粒化高炉矿渣粉、陶粒轻集料、铝酸钠、长度为6-9mm聚乙烯醇纤 维加入搅拌机中进行预搅拌，搅拌速度为17r/min，搅拌时间为1min；

(2)将全部的蛋白类发泡剂加入压缩发泡机中，按质量比蛋白类复合 发泡剂：水＝1：20加入水后，制得均匀稳定的泡沫，泡沫平均粒径约为 400μm；

(3)将制备泡沫后剩余的水与全部的聚羧酸减水剂加入步骤(1)中预 拌好的粉料中搅拌成为浆体，搅拌速度为33r/min，搅拌时间为2min；

(4)将步骤(2)制得的泡沫加入步骤(3)制得的浆体中，混合均匀， 搅拌速度为17r/min，搅拌时间为2min；

(5)将含有泡沫的浆体浇筑到模具中成型，脱模后制得泡沫混凝土。

实施例三制得的泡沫混凝土干容重747kg/m³，7天强度R_7d＝6.0MPa，导 热系数0.15W/(m·k)。

实施例四：

一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的制备方法，其原料组成及各组分质 量比如下，P.O 42.5普通硅酸盐水泥：II级粉煤灰：陶粒轻集料：自来水： 聚羧酸减水剂：碳酸钠：HTW-1型复合发泡剂：长度为8mm的聚丙烯纤维 ＝140:210:350:170:1.1:7:0.4:1.2。所述陶粒轻集料使用大、小两种粒径的陶粒 进行复配，大粒径陶粒的平均粒径为18-25mm，小粒径陶粒的平均粒径为 4-10mm，两者质量比为245:105；

上述泡沫混凝土的具体成型步骤如下：

(1)将按照上述比例称取好的P.O 42.5普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、 陶粒轻集料、碳酸钠、长度为8mm的聚丙烯纤维加入搅拌机中进行预搅拌， 搅拌速度为17r/min，搅拌时间为1min。

(2)将全部型号为HTW-1的复合发泡剂加入压缩发泡机中，按质量比 HTW-1型复合发泡剂：水＝1：40加入水后，制得均匀稳定的泡沫，泡沫平 均粒径约为600μm；

(3)将制备泡沫后剩余的水与全部的聚羧酸减水剂加入步骤(1)中预拌 好的粉料中搅拌成为浆体，搅拌速度为33r/min，搅拌时间为2min；

(4)将步骤(2)制得的泡沫加入步骤(3)制得的浆体中，混合均匀， 搅拌速度为17r/min，搅拌时间为2min；

(5)将含有泡沫的浆体浇筑到模具中成型，脱模后制得泡沫混凝土。

实施例四制得的泡沫混凝土干容重437kg/m³，7天强度R_7d＝2.3MPa，导 热系数0.10W/(m·k)。

实施例五

一种大掺量粉煤灰陶粒泡沫混凝土的制备方法，其原料组成及各组分质 量比如下，P.O 42.5普通硅酸盐水泥：II级粉煤灰：S95级粒化高炉矿渣粉： 陶粒轻集料：水：聚羧酸减水剂：铝酸钾：蛋白型的KC-16发泡剂：长度 为6-8mm的聚酰胺纤维＝110:220:20:350:170:1.1:7:1.7:1.2。所述陶粒轻集料 使用大、小两种粒径的陶粒进行复配，大粒径陶粒的粒径为20-26mm，小 粒径陶粒的平均粒径为7-12mm，两者质量比为210:140。

上述泡沫混凝土的具体成型步骤如下：

(1)将按照上述比例称取好的P.O 42.5普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、 S95级粒化高炉矿渣粉、陶粒轻集料、铝酸钾、长度为6-8mm的聚酰胺纤 维加入搅拌机中进行预搅拌，搅拌速度为17r/min，搅拌时间为1min；

(2)将全部由中科筑诚生产的型号为KC-16的蛋白型发泡剂加入压缩 发泡剂中，按质量比蛋白型的KC-16发泡剂：水＝1：20加入水后，制得均 匀稳定的泡沫，泡沫平均粒径约为400μm；

(3)将制备泡沫后剩余的水与全部聚羧酸减水剂加入步骤(1)中预拌 好的粉料中搅拌成为浆体，搅拌速度为33r/min，搅拌时间为2min；

(4)将步骤(2)制得的泡沫加入步骤(3)制得的浆体中，混合均匀， 搅拌速度为17r/min，搅拌时间为2min；

(5)将含有泡沫的浆体浇筑到模具中成型，脱模后制得泡沫混凝土。

实施例五制得的泡沫混凝土干容重472kg/m³，7天强度R_7d＝2.6MPa，导 热系数0.10W/(m·k)。