專利名稱：一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬建筑材料技術領域，具體涉及一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土及其制備方法。
背景技術：
隨著工業(yè)化進程的發(fā)展及社會生產力的大幅提高，地球上的化石燃料等不可再生資源已日漸沽竭，人類正面臨著嚴重的能源危機。如今，節(jié)約能源和降低能耗已成社會主題。一直以來，在各國的能源消耗比例中，建筑能耗占有很高的比重。因此，開發(fā)高效保溫的新型墻體材料，實現建筑墻體的自保溫，對降低建筑能耗和達到節(jié)能要求具有重要意義。近幾年，我國較常用的建筑墻體保溫材料主要是一些有機保溫材料，如發(fā)泡聚苯板、噴涂聚氨酯、擠塑聚苯板和聚苯顆粒等，但是這些有機材料存在著顯著的缺點1)材料變形系數大，在使用過程中極易發(fā)生形變，穩(wěn)定性差；2)材料使用一段時間后會逐漸老化，壽命較短，耐久性差；3)材料極易燃燒，安全性不高。北京央視大火和上海2010年“11. 15”重大火災等事件暴露了有機保溫材料防火性差的缺點，讓人們重新認識到墻體保溫材料防火性能的重要性。目前，聚苯板等有機保溫材料已退出建材市場，而無機類保溫材料因其防火性好和阻燃性強開始得到廣泛應用。泡沫混凝土作為一種無機保溫材料，不僅具有質輕、保溫隔熱、隔音吸聲和不燃等顯著優(yōu)點，而且在生產過程中還可以大量利用粉煤灰和礦渣等工業(yè)廢棄物。當前，其正以迅猛的速度進行生產和應用。泡沫混凝土是將發(fā)泡劑溶液通過機械方法制成的泡沫，加入到含硅和鈣的材料(水泥、粉煤灰、礦渣粉、石灰和石英砂等)、外加劑、纖維及水等制成的料漿中，經混合攪拌、澆注成型和養(yǎng)護而成的一種輕質多孔建筑材料。其與加氣混凝土具有許多相似的特征，如結構特征相同、力學性能及技術指標相近等。但是，相對于加氣混凝土，泡沫混凝土具有以下幾方面的優(yōu)勢1)加氣混凝土通過化學方法發(fā)泡，孔徑不易控制，而泡沫混凝土通過物理方法發(fā)泡，可以通過調整發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑比例及改變攪拌時間和速度來控制氣孔大?。?)泡沫混凝土更易實現低密度，目前已有科研單位研制出干密度低于150Kg/m3的泡沫混凝土產品；3)養(yǎng)護方式更多樣，泡沫混凝土可米取自然養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護和蒸壓養(yǎng)護等方式，而傳統加氣混凝土只采用蒸壓養(yǎng)護；4)泡沫混凝土既可以用于現澆，也可以用于生產塊材和板材，而加氣混凝土只能生產塊材和板材。脫硫石膏又稱煙氣脫硫石膏(Flue Gas Desulphurization Gypsum),是對含硫燃料(煤、油等)燃燒后產生的煙氣進行脫硫凈化處理而得到的工業(yè)副產石膏?！笆晃濉蹦?，我國有3-4億千瓦燃煤發(fā)電機組配置石灰石-石膏法脫硫設施，每年產生6000萬噸以上脫硫石膏，在“十二五”期間，其產量每年仍將會迅速增長。對排放量逐年劇增的脫硫石膏，若采取拋棄堆存，不僅占用大量寶貴的土地資源，而且對周圍生態(tài)環(huán)境產生不利影響。當前脫硫石膏最主要的應用途徑分為兩種一種是不經煅燒的脫硫石膏代替天然石膏用作硅酸鹽水泥的緩凝劑和復合摻合料的添加劑等；一種是經煅燒的脫硫石膏用于生產建筑石膏或以建筑石膏為主要原料的粉刷石膏及石膏制品等。將預制泡沫摻入脫硫石膏-礦渣粉-粉煤灰-水泥復合膠凝體系制備成泡沫混凝土，不僅不僅為脫硫石膏提供了一條可行的資源化利用途徑，也大量消耗了粉煤灰和礦渣等工業(yè)廢棄物，而且制備出一種新型的建筑保溫材料，推動建筑節(jié)能的發(fā)展。本發(fā)明制備的泡沫混凝土以脫硫石膏、粉煤灰、礦渣和普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，并摻加堿性激發(fā)劑和早強劑對膠凝材料進行改性，再將膠凝材料與穩(wěn)泡劑改性過的預制泡沫攪拌均勻，成型及養(yǎng)護后得到以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，它既可以用于現澆，也可以用于生產制品，產品質輕、保溫性能優(yōu)異及防火性好，符合建筑圍護結構墻體保溫的要求，具有良好的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種質輕、保溫性能優(yōu)異、防火性好及工業(yè)廢棄物利用率高的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土。本發(fā)明提出了一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，該泡沫混凝土以脫硫石膏、粉煤灰、礦渣粉和普通硅酸鹽水泥作為復合膠凝材料，并摻加堿性激發(fā)劑和早強劑對膠凝材料進行改性，預制泡沫為發(fā)泡劑通過機械方法制得，并用穩(wěn)泡劑對其改性。本發(fā)明提出的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，由脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰、水泥、發(fā)泡齊U、穩(wěn)泡劑、堿性激發(fā)劑、早強劑、水玻璃、減水劑和聚丙烯纖維組成，各組分的重量比為
脫硫石骨100
礦渣粉60-130
粉煤灰2-10
水泥5-30
發(fā)泡劑0. 2-0. 9
穩(wěn)泡劑0. 05-0. 4
堿性激發(fā)劑1-10
早強劑0. 5-8
水玻璃1-5
減水劑0. 05-1. 5
聚丙烯纖維0. 25-3
各組份較佳的重量比為
脫硫石骨100
礦渣粉80-120
粉煤灰3-8
水泥10-25
發(fā)泡劑0. 3-0. 8
穩(wěn)泡劑0. 1-0. 35
堿性激發(fā)劑3-9
早強劑2-6水玻璃2-4
減水劑0. 07-1. 3
聚丙烯纖維0.4-2. 5。本發(fā)明中，所述礦渣粉為S95礦渣粉或S75礦渣粉中的一種。本發(fā)明中，所述粉煤灰為II級高鈣粉煤灰或III級高鈣粉煤灰中的一種。本發(fā)明中，所述水泥為42. 5普通硅酸鹽水泥或52. 5普通硅酸鹽水泥中的一種。本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑為茶皂素或松香皂類發(fā)泡劑中的一種。本發(fā)明中，所述穩(wěn)泡劑為月桂酰二乙醇胺或油酸中的一種。本發(fā)明中，所述堿性激發(fā)劑為NaOH或KOH和Na2SO4以1:2 (重量比)混合而成。本發(fā)明中，所述早強劑為CaCl2或NaCl的一種。本發(fā)明中，所述水玻璃的模數為3或4，濃度為30%_40%(重量百分數)。本發(fā)明中，所述減水劑為聚竣Ife系減水劑或奈系減水劑中的一種。本發(fā)明中，所述聚丙烯纖維為5_20mm長度的短切纖維。本發(fā)明提出的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土的制備方法，具體步驟如下
(I)按前述各重量比例稱取各組份，將發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑加水溶解，其中用水量為發(fā)泡劑 的250倍(重量比)，再將發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑溶液加入空壓機中進行壓縮空氣發(fā)泡。(2)將脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰、水泥、堿性激發(fā)劑、早強劑、水玻璃、減水劑和聚丙烯纖維加入泡沫混凝土用攪拌機中，再加水攪拌成均勻漿體，其中用水量為脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰和水泥總質量的50%-65%。(3)將步驟(I)中預制好的泡沫加入步驟(2)中攪拌好的漿體中，再攪拌均勻即可。本發(fā)明提出的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土既可以用于現澆也可以用于生產制品。本發(fā)明中，脫硫石膏作為主要的膠凝組分，礦渣粉、粉煤灰和水泥作為輔助膠凝組分，共同組成以脫硫石膏為主要膠凝材料的復合膠凝體系。礦渣粉成分與水泥熟料相似，其中SiO2, CaO和Al2O3總含量約達90%，活性較高，其水化生成的水化硅酸鈣凝膠和水化鋁酸鈣凝膠能夠促進體系的強度發(fā)展。粉煤灰的成分中主要含有大量的活性氧化硅和氧化鋁。采用礦渣粉和粉煤灰復合摻加，充分發(fā)揮兩者的活性，對整個體系的早期強度和后期強度都能起到很大的作用。水泥本身就是膠凝材料，摻加少量的水泥，不僅能促進復合體系強度的發(fā)展，而且還能起激發(fā)作用，它在水化過程中生成的氫氧化鈣，能夠促進另一種水化產物鈣礬石的生長，從而加快脫硫石膏的水化進程，明顯增加體系的早期強度。堿性激發(fā)劑主要激發(fā)礦渣粉和粉煤灰的早期活性，提高其早期強度的發(fā)展。摻加早強劑主要是提高復合膠凝體系的早期強度，縮短其凝結時間。水玻璃不僅可以提高漿體的稠度，也能促進早期強度的發(fā)展。減水劑的加入可以降低體系用水量，提高其流變性及可塑性，使其強度提高，減少收縮，延長壽命。穩(wěn)泡劑主要是改善發(fā)泡劑的性能，使泡沫的穩(wěn)定時間更長。聚丙烯纖維可以提高抗折強度，減少收縮，防止開裂。本發(fā)明為以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，具有質輕、保溫隔熱、隔音吸聲、阻燃和抗震等優(yōu)異性能，而且較大程度地利用了工業(yè)廢棄物，具有顯著地環(huán)境效益和經濟效益。本發(fā)明可用于屋面現澆保溫層、現澆地暖保溫層、墻體保溫砌塊，道路的吸聲屏障和KTV等娛樂場所的隔音墻等，其用途廣泛，性能良好。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。實施例1，一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，按脫硫石膏100，S95礦渣粉60，粉煤灰2，水泥5，發(fā)泡劑0. 2，穩(wěn)泡劑0. 05，堿性激發(fā)劑1，早強劑0. 5，水玻璃1，減水劑0. 05，聚丙烯纖維0. 25的重量比配制而成。其中發(fā)泡劑溶于相當于其重量250倍的水中。制備料漿的用水量為脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰和水泥總重量的50%。這種泡沫混凝土的3d抗折強度和抗壓強度分別為0. 3IMPa和2. 60MPa, 28d抗折強度和抗壓強度分別為0. 75MPa 和 4. 32MPa,干密度為 664Kg/m3，導熱系數為 0. 15W/ (m. K)。實施例2，一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，按脫硫石膏100，S75礦渣粉100，粉煤灰5，水泥15，發(fā)泡劑0. 5，穩(wěn)泡劑0. 1，堿性激發(fā)劑4，早強劑4，水玻璃2，減水劑0. 1，聚丙烯纖維0. 25的重量比配制而成。其中發(fā)泡劑溶于相當于其重量250倍的水中。制備料漿的用水量為脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰和水泥總重量的50%。這種泡沫混凝土的3d抗折強度和抗壓強度分別為0. 29MPa和2. 55MPa，28d抗折強度和抗壓強度分別為0. 73MPa和3. 99MPa，干密度為597 Kg/m3,導熱系數為0. 11 ff/ (m. K)。實施例3，一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，按脫硫石膏100，S75礦渣粉120，粉煤灰7，水泥20，發(fā)泡劑0. 7，穩(wěn)泡劑0. 2，堿性激發(fā)劑7，早強劑6，水玻璃4，減水劑I. 0，聚丙烯纖維I. 5的重量比配制而成。其中發(fā)泡劑溶于相當于其重量250倍的水中。制備料漿的用水量為脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰和水泥總重量的60%。這種泡沫混凝土的3d抗折強度和抗壓強度分別為0. 13MPa和I. 64MPa，28d抗折強度和抗壓強度分別為0. 25MPa和2. llMPa，干密度為546 Kg/m3,導熱系數為0. 09 ff/ (m. K)。實施例4，一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，按脫硫石膏100，S95礦渣粉130，粉煤灰10，水泥30，發(fā)泡劑0. 9，穩(wěn)泡劑0. 4，堿性激發(fā)劑10，早強劑8，水玻璃5，減水劑I. 5，聚丙烯纖維3的重量比配制而成。其中發(fā)泡劑溶于相當于其重量250倍的水中。制備料漿的用水量為脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰和水泥總重量的65%。這種泡沫混凝土的3d抗折強度和抗壓強度分別為0. 30MPa和2. 57MPa，28d抗折強度和抗壓強度分別為0. 73MPa和4. 14MPa，干密度為641 Kg/m3,導熱系數為0. 13 ff/ (m. K)。
權利要求
1.一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于該泡沫混凝土由脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰、水泥、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、堿性激發(fā)劑、早強劑、水玻璃、減水劑和聚丙烯纖維組成，各組分的重量比為 脫硫石骨100 礦渣粉60-130 粉煤灰2-10水泥5-30 發(fā)泡劑O. 2-0. 9 穩(wěn)泡劑O. 05-0. 4 堿性激發(fā)劑1-10 早強劑O. 5-8水玻璃1-5 減水劑O. 05-1. 5 聚丙烯纖維0.25-3。
2.根據權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于各組份的重量比為 脫硫石骨100 礦渣粉80-120粉煤灰3-8 水泥10-25 發(fā)泡劑O. 3-0. 8 穩(wěn)泡劑O. 1-0. 35 堿性激發(fā)劑3-9早強劑2-6水玻璃2-4 減水劑O. 07-1. 3 聚丙烯纖維O. 4-2. 5。
3.根據權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述礦渣粉采用S95礦渣粉或S75礦渣粉中的一種，所述水泥為42. 5普通硅酸鹽水泥或52. 5普通硅酸鹽水泥中的一種，所述粉煤灰為II級高鈣粉煤灰或III級高鈣粉煤灰中的一種。
4.根據權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述發(fā)泡劑為茶皂素或松香皂類發(fā)泡劑中的一種，所述穩(wěn)泡劑為月桂酰二乙醇胺或油酸中的一種。
5.根據權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述堿性激發(fā)劑為NaOH或KOH和Na2SO4以1:2的重量比混合而成。
6.根據權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述早強劑為CaCl2或NaCl中的一種。
7.根據權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述水玻璃的模數為3或4，濃度為30%-40%。
8.根據權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述減水劑為聚竣Ife系減水劑或奈系減水劑中的一種。
9.根據權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土，其特征在于所述聚丙烯纖維為5-20mm長度的短切纖維。
10.一種如權利要求I所述的以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土的制備方法，其特征在于具體步驟如下 (1)按各重量比例稱取各組份，將發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑加水溶解，其中用水量為發(fā)泡劑重的250倍，再將發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑溶液加入空壓機中進行壓縮空氣發(fā)泡； (2)將脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰、水泥、堿性激發(fā)劑、早強劑、水玻璃、減水劑和聚丙烯纖維加入泡沫混凝土用攪拌機中，再加水攪拌成均勻漿體，其中用水量為脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰和水泥總質量的50wt%-65wt% ； (3)將步驟(I)中預制好的泡沫加入步驟(2)中攪拌好的漿體中，再攪拌均勻即可。
全文摘要
本發(fā)明屬建筑材料技術領域，具體涉及一種以脫硫石膏為主要膠凝材料的泡沫混凝土。由脫硫石膏、礦渣粉、粉煤灰、水泥、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、堿性激發(fā)劑、早強劑、水玻璃、減水劑、聚丙烯纖維組成。本發(fā)明中脫硫石膏為未煅燒的脫硫石膏，使用本發(fā)明可對脫硫石膏進行資源化利用，大量消納礦渣粉及粉煤灰等工業(yè)廢棄物，具有良好的環(huán)境效益。另外，本發(fā)明泡沫混凝土具有質輕、保溫隔熱、隔音吸聲、阻燃和抗震吸能等優(yōu)異性能，可用于現澆，也可以用于生產塊材和板材，適用于現澆屋面保溫層、現澆地暖保溫層、輕質墻體保溫砌塊和道路吸聲屏障等。
文檔編號C04B28/14GK102633525SQ20121012690
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權日2012年4月27日
發(fā)明者劉警, 孫振平, 楊正宏 申請人:同濟大學