化学发泡制备超轻憎水泡沫混凝土研究.pdf
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1、新 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 化学发泡制备超轻哺 兽 水泡沫混凝土研究 张欣 , 叶剑锋 , 周海兵 , 李石林 , 冯涛 1 阍 南科技大学 煤炭资源清洁利用与矿 山环境保护湖南省重点实验室 , 湖南 湘潭4 1 1 2 0 1 2 海螺( 益阳) 水泥有限公司, 湖南 益阳4 1 3 5 0 0 摘要 : 研究了水胶比、 粉煤灰与发泡剂用量以及促凝剂与憎水剂类型及用量对硅酸盐水泥化学发泡制备泡沫混凝土的浆体发 泡与成型 的影响 , 并对硬脂酸钙憎水剂对试样 吸水率 的影响进行 了试验 。研 究结果表明, 以普通硅酸盐水泥和粉煤灰为主要原料 、 硬脂酸钙 为憎 水剂, 选用促凝剂
2、 A、 水胶 比为 0 5 5 、 粉 煤灰掺量为 3 0 、 发泡剂用量为 6 5 , 可以制得密度为 2 0 0 k g m 的超轻憎水 泡沫混凝土 。该研究成果 已应用于河南某 公司的水泥发泡保温板 生产线 中。 关键词: 化学发泡; 保温材料; 憎水剂; 硅酸盐水泥; 泡沫混凝土 、 中图分类号: T U 5 2 8 2 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 4 9 0 3 Re s e a r c h o n p r e p a r a t i o n o f u l t r a - l i g h t a n d h y
3、 d r o p h o b i c f o a m c o n c r e t e b y c h e mi c a l f o a mi n g Z H A N G X i n , Y E J i a n f e , Z H O UH a i b i , , L I S h i l i n , F E N G T a o 1 Hu n a n Ke y L a b o r a t o r y o f C o a l R e s o u r c e s ,C l e a n- u t i l i z a t i o n a n d Mi n e E n v i r o n m e n t P
4、 r o t e c t i o n ,H u n a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,X i a n g t a n 4 1 1 2 0 1 , Hu n a n , C h i n a ; 2 C o n c h( Yi y a n g )C e me n t C o L t d , Y i y a n g 4 1 3 5 0 0 , H u n a n , C h i n a Ab s t r a c t : I n fl u e n c e s o f w a t e r c e me
5、 n t r a t i o , a mo u n t o f fl y a s h a n d f o a mi n g a g e n t , a n d t y p e a n d a m o u n t o f a c c e e r ant a n d h y d r o p ho b i e a g e n t o n f o a mi n g a n d f o r mi n g o f s l u r r y i n p r e p a r i n g f o a m c o n c r e t e f r o m P o r t l a nd c e me n t b y c
6、 h e mi c al f o a mi n g we r e e x a mi n e d ,a n d e f f e c t o f h y d r o p h o b i c a g e n t o f c a l c i u m s t e a r a t e o n wa t e r a b s o r p t i o n o f t h e s a mp l e wa s s t u d i e d I t h a s be e n s h o wn t h a t t h e u h r a - l i g h t ( w i t h d e n s i t y 2 0 0
7、k g m ) f o am c o n c r e t e c a n b e manu f a c t ur e d b y c h e mi c a l f o a mi n g wi t h P o rt l a n d c e me n t a n d fly a s h a s ma i n r a w ma t e r i al, c a l c i u m s t e a r a t e a s h y d r o p h o b i c a g e n t , O5 5 o f wa t e r - c e me n t r a t i o , 3 0 o f f l y a
8、 s h, and 6 5o f f o am i n g a g e n t Th e r e s e a r c h r e s u l t s h a v e b e e n a p p l i e d t o c e me n t f o a mi n g i n s u l a t i o n b o a r d p r o d u c t i o n l i n e o f a c o mp an y i n He na n Ke y wo r d s : c h e m i c al f o a mi n g ; i n s u l a t i o n ma t e r i a
9、l ; h y d r o p h o b i c a g e n t ; P o r t l a n d c e m e n t ; f o am c o n c r e t e O 前言 随着国 家节能 减排力度的加大, 近年来外墙保温正在我 国广泛推广。目前外墙保温大量使用聚苯乙烯泡沫( E P S 、 x P s ) 和聚氨酯硬泡体( P U ) 等有机保温材料, 虽然质轻且保温 效果好, 但易老化, 耐久、 耐候性差, 特别是易燃, 容易引发火 灾, 为此, 公安部发文( 2 0 0 9 4 6 I 2 0 1 1 1 6 5 号) 要求“ 民用建 筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材
10、料” 。勿庸置疑, 如以 水泥和粉煤灰为原料制备超轻( 表观干密度小于3 0 0 k g m s ) 的 基金项 目: 湖 南科技 大学煤炭资源 清洁利用与矿 山环境保护湖 南省 重点实验室开放基金资助项目( C o 2 0 1 1 0 3 ) 收稿 E t 期 : 2 0 1 2 1 0 1 7 作者简介: 张欣, 男, 1 9 6 5 年生, 湖南长沙人, 硕士, 高级工程师, 从事新 型建筑材料与固体废物资源化利用研究。 E - m a i h x z h a n g h n u s t e d u a n 。 泡沫混凝土将既具有优异的耐久、 耐候、 耐老化性和 A级防 火性能, 又具有
11、优异的保温隔热性能, 能够满足建筑外墙保温 材料的要求。 泡沫混凝土按发泡方法可分为物理发泡与化学发泡。物 理发泡泡沫混凝土借助高压空气或机械搅拌将含有发泡剂的 水溶液制成泡沫, 与胶凝性的水泥及粉煤灰等料浆混合均匀, 经浇注成型与自 然养护或蒸养而制成。 化学发泡泡沫混凝土 借助发泡剂的化学反应在新拌的料浆中产生大量气体,在随 后的浆料凝固时气孔被固定下来形成多孔轻质材料。已有不 少研究者对物理发泡泡沫混凝土的制备技术与应用进行了研 究 。 物理发泡泡沫混凝土的密度大、 强度低、 开口 气孔率高、 热导率大,而化学发泡泡沫混凝土的气孔多呈封闭状,密度 小、 强度高、 热导率低、 憎水性好,
12、更适合于建筑外保温工程。 已有研究者利用早强、高强的硫铝酸盐水泥化学发泡制 备了密度低至2 0 0 k g m 3 的超轻泡沫混凝土啕 , 但硫铝酸盐水 NE W B UI L D I NG MA T E R I AL S 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张欣, 等: 化学发泡制备超轻憎水泡沫混凝土研究 泥的 抗碳化性能 差、 价格高, 本文以普通硅酸盐水泥和粉煤 灰为原料, 研究了化学发泡制备超轻泡沫混凝土的水胶比、 粉煤灰与发泡剂用量等基本配方参数, 以及促凝剂、 憎水剂 对浆体发泡与成型的影响和硬脂酸钙的憎水效果, 研究成果 已应用于河南某公司的水
13、泥发泡保温板生产中。 1 试验用原材料与外加剂 普通硅酸盐水泥: 南方水泥有限公司( 湘乡) 产P 0 5 2 5 , 初凝时间不小于4 5 m i n , 终凝时间不大于 1 8 0 m i n ; 粉煤灰: 湖 南金竹山电厂产 级粉煤灰, 4 5 m方孔筛筛余不大于2 0 ; 发泡剂: 双氧水( H O 2 ) 作为发泡剂, 化学纯, 质量浓度3 0 ; 促 凝剂: 碱性速凝剂( 焦作市新筑王材料科技有限公司产 Z W7 8 2 3 ) 、 化学纯早强剂( 硫酸钠、 碳酸锂和A ) 及工业级甲 酸钙( 广东龙湖建材科技公司) ; 憎水剂: 有甲基硅油( 长沙明 瑞化工公司) 、 瓦克有机硅
14、憎水剂4 3 N 、 P A( 广东龙湖建材科 技公司) 、 道康宁有机硅憎水剂 S H P 一 5 0 ( 北京金源化工公司) 和化学纯硬脂酸钙粉末; 聚丙烯纤维, 长度9 1 2 m m , 安徽产。 2 试验研究 2 1 基本配方研究 在不掺外加剂的条件下, 研究水胶比、 粉煤灰和发泡剂 用量对硅酸盐水泥化学发泡与浆体成型的影响。以干密度 2 0 0 k g m 为目 标密度, 水泥与粉煤灰总量为 1 0 0 g , 则浆料发 泡后体积应膨胀约5 5 0 m l 。 试验方法如下: 准确称量水泥、 粉煤灰、 水和发泡剂, 将 水泥、 粉煤灰与水置于容积 6 0 0 m l 的塑料杯中充分
15、搅拌制得 均匀的浆料 ( 根据室温调节水温使料浆温度控制在3 2 3 5 ) , 加入发泡剂, 迅速搅拌4 5 s , 静置, 发泡。 研究表明,水胶比对浆料发泡有显著影响,水胶比在 O 5 0 6 较合适, 低于0 5 , 料浆稠, 双氧水分解快, 放出的大量 气体罩不住; 水胶比大于0 6 , 则料浆太稀, 双氧水分解放出 的大量气体从料浆表面逸出, 且浆体容易出 现塌落现象( 塌 模) 。 微米级粉煤灰的掺入既能降低生产成本, 掺量在一定范 围内 时还能改 善料浆与 制品的性能。 试验发 现, 粉煤灰加入 量以3 0 为宜, 否则易出现塌模。 发泡剂用量显著影响干密度, 用量越大, 干密
16、度越小, 对 于2 0 0 k g tm 的目 标干密度, 研究 表明 、, 发泡剂双氧水用量以 固体粉料的6 5 为宜。 通过以上 试验研究, 硅酸盐水泥化学发泡泡沫混凝土的 基本配方为: 水胶比O 5 5 、 固体粉料中 粉煤灰掺量3 0 , 双氧 水用量为固体粉料的6 5 。 5 0 新型建筑材料 2 0 1 3 3 2 2 促凝剂对浆料发泡与成型的影响 硅酸盐水泥此硫铝酸盐水泥的凝结硬化时间长,以硅酸 盐水泥为胶凝材料化学发泡制备超轻泡沫混凝土浆体成型的 关键在于发泡剂的发泡速率与料浆的凝结硬化速率相一致。 双氧水加到硅酸盐水泥浆料中,因水泥水化形成强碱性溶液 使双氧水发生强烈分解,
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