一種超低表觀密度、抗開裂的水泥基材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超低表觀密度、抗開裂的水泥基材料及其制備方法。先按重量份數(shù)量取水泥：有機纖維：植物纖維：早強劑：促凝劑，減水劑：水=500：0-3：0-3：1-14：45-70：1-1.5：150-325；然后攪拌得到漿體；然后將發(fā)泡劑和水按1:30～80混勻，發(fā)泡，摻入其中，澆筑成型，標準養(yǎng)護28d，檢測超低表觀密度抗開裂水泥基材料的表觀密度為80kg/m3～150kg/m3，抗壓強度為0.01MPa～0.161MPa，抗折強度為0.01MPa～0.072MPa，導熱系數(shù)為0.0403W/(m·K)～0.061W/(m·K)；以及摻入纖維比不摻入的塑性和硬化階段的抗收縮開裂分別提高83.93%-99.81%和49.69%-97.39%。本發(fā)明使用的纖維，明顯抑制了泡沫混凝土的收縮開裂現(xiàn)象，價格低廉，配方簡單，穩(wěn)泡時間長，導熱系數(shù)低，適用于外墻保溫、屋面保溫以及制作非承重墻體。
【專利說明】一種超低表觀密度、抗開裂的水泥基材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種超低表觀密度、抗開裂的水泥基材料及其制備方法，具體是制備一種可代替易燃輕質(zhì)聚苯板，既可用于外墻保溫、屋面保溫以及制作非承重墻體，又可解決水泥基材料易開裂、難修復等問題的表觀密度為80kg/m3~150kg/m3的輕質(zhì)水泥基材料的方法，屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]水泥基材料是結(jié)構(gòu)工程中用量最大的人造建筑材料。輕質(zhì)水泥基材料一般用于高層建筑的內(nèi)墻材料和其他非承重結(jié)構(gòu)，主要發(fā)揮保溫絕熱作用，故對輕質(zhì)水泥基材料的強度并沒有過高的要求。實際工程應用中，輕質(zhì)水泥基材料的密度等級一般是300-1200kg/m3，只有粘土磚的1/3-1/10。由于輕質(zhì)水泥基材料密度小，將其應用于建筑物的內(nèi)外墻體、層面、樓面和立柱等部位，可以使建筑物的自重降低25%左右。隨著建筑物向高層、大跨方向發(fā)展，建筑材料的自重也越來越受到人們的關(guān)注。
[0003]由于輕質(zhì)水泥基材料的表觀密度還有進一步降低的空間，國內(nèi)外相繼展開了對超輕質(zhì)水泥基材料的研究。秦璜等以硅酸鹽水泥為主要原料，添加適宜的外加劑，制得密度290kg/m3，28d抗壓強度可達1.1MPa的輕質(zhì)水泥基材料。蔡娜等以粉煤灰0.4、水料比0.54、穩(wěn)泡劑WH0.30%、發(fā)泡劑FP5.0%、碳酸鋰0.34%和1.2%的聚丙烯纖維制備出容重279kg/m3、強度為0.5IMPa的輕質(zhì)水泥基材料。楊樹新等以膨脹珍珠巖為輕集料，快硬水泥為膠結(jié)料，通過空壓制泡法引入微小氣泡，制成密度小于200kg/m3的超輕型水泥基材料芯材保溫砌塊。楊奉源等制備的 191kg/m3EPS-FC強度可達0.42MPa。徐文等在研究降低外墻外保溫用輕質(zhì)水泥基板密度的試驗中測得的最低密度為187kg/m3。北京廣慧精研泡沫混凝土科技公司研究的作為機場跑道阻滯材料的水泥基材料，絕干密度為180-280kg/m3、抗壓強度0.2-0.6MPa。扈士凱等研究了磨細礦渣、粉煤灰、膨潤土等礦物摻合料對低容重水泥基材料基本性能的影響，測得含礦洛的最低密度為193kg/m3,含膨潤土的最低密度為187kg/m3,含粉煤灰的最低密度為176kg/m3。中國建筑材料科學研究院研究的輕質(zhì)水泥基材料，表觀密度可低至150kg/m3。
[0004]水泥基材料的結(jié)構(gòu)在基礎、鋼筋或內(nèi)部相鄰部分的約束下因水化反應而產(chǎn)生體積收縮，水泥基材料的收縮因受到約束會引起拉應力，由于其早齡期的抗拉強度不高，其收縮易引起開裂。至今為止其易開裂、難修復等問題依舊困擾著工程界，尤其是其早齡期開裂將對構(gòu)筑物整個生命周期產(chǎn)生影響，嚴重限制了其在工程中的廣泛應用。輕質(zhì)水泥基材料由于疏松多孔，強度低，尤其易于收縮開裂，如何經(jīng)濟有效地解決其收縮開裂問題，是影響其實際應用的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于公開一種可代替易燃輕質(zhì)聚苯板，既可用于外墻保溫、屋面保溫以及制作非承重墻體，又可解決水泥基材料易開裂、難修復等問題的表觀密度為80kg/m3~150kg/m3的輕質(zhì)水泥基材料的制備工藝。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明經(jīng)過長期對低表觀密度80kg/m3的水泥基材料與收縮開裂權(quán)重值之間的關(guān)系研究，尋找相關(guān)材料來抑制輕質(zhì)水泥基材料的收縮開裂程度。本發(fā)明采用物理發(fā)泡的方法，制備得到表觀密度為80kg/m3~150kg/m3輕質(zhì)水泥基材料，該方法低成本、低能耗，所得材料輕質(zhì)、保溫、隔熱且具有良好施工性能。同時解決了用該材料做成的外墻保溫、屋面保溫以及制作非承重墻體易開裂、難修復等問題，即具有良好防裂性能。
[0007]具體方案是:
[0008]第一步，先按重量份數(shù)量取水泥:有機纖維:植物纖維:早強劑:促凝劑，減水劑:水=500:0-3:0-3:1-14:45-70:1_1.5 =150-325 ;然后將水泥，有機纖維，植物纖維一起放入容器內(nèi)，用攪拌器攪拌均勻待用；接著，將早強劑，促凝劑，減水劑與水，充分混合后倒入攪拌器中，攪拌均勻，得到漿體；
[0009]第二步，先按重量份數(shù)量取發(fā)泡劑:水=1:30-80，然后將發(fā)泡劑和水混合均勻，倒入發(fā)泡機中發(fā)泡，得到泡沫溶液，將泡沫溶液靜置5-8min，得到泡沫；
[0010]第三步，將泡沫加入第一步的漿體中，泡沫的摻入體積量以濕容重達到135kg/m3-239kg/m3為準,攪拌均勻，得到超低表觀密度抗開裂水泥基材料，燒筑成型，標準養(yǎng)護28d，檢測超低表觀密度抗開裂水泥基材料的表觀密度為80kg/m3~150kg/m3，抗壓強度為0.01MPa ~0.16IMPa,抗折強度為 0.01MPa ~0.072MPa,導熱系數(shù)為 0.0403W/(m.K)~0.06Iff/(m.K);以及其塑性階段和硬化階段的抗收縮開裂能力:摻入纖維的塑性階段抗收縮開裂比不摻入的提高83.93%-99.81%，硬化階段抗收縮開裂能力提高49.69%_97.39% ；
[0011]所述的水泥為強度等級為P.1152.5硅酸鹽水泥；
[0012]有機纖維為單絲Y型，彈性模量≥3.5GPa,長度=3~18mm的聚丙烯纖維；
[0013]植物纖維為長度=3~10mm的木質(zhì)素纖維；
[0014]早強劑為氯化鈣，或碳酸鋰；
[0015]促凝劑A為上海豪升化學有限公司生產(chǎn)的泡沫混凝土專用促凝劑；
[0016]促凝劑B為深圳誠功貿(mào)易有限責任PCS-2促凝劑；
[0017]減水劑為江蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類高性能減水劑；
[0018]發(fā)泡劑為河南華泰建材開發(fā)有限公司生產(chǎn)的動植物復合發(fā)泡劑。
[0019]所述的標準養(yǎng)護是在脫模前保持濕度為95%以上。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0021]1.本發(fā)明制備的超低表觀密度抗開裂水泥基材料的表觀密度可低至80kg/m3，配方簡單，成本低，工作性能好，穩(wěn)泡時間長，導熱系數(shù)低，適用于外墻保溫、屋面保溫以及制作非承重墻體。
[0022]2.本發(fā)明選用了 有機纖維和植物纖維對超低密度水泥基材料進行改性，明顯抑制了超低表觀密度水泥基材料的收縮開裂現(xiàn)象，擴大了超低表觀密度水泥基材料的應用范圍。
[0023]3.將本發(fā)明超低表觀密度抗開裂水泥基材料澆筑成型，其抗壓強度可達0.01MPa ~0.16IMPa,抗折強度 0.01MPa ~0.072MPa,導熱系數(shù)為 0.0403W/ (m.K)~0.06Iw/(m.K);摻入纖維的塑性階段抗收縮開裂比不摻入的提高83.93%_99.81%，硬化階段抗收縮開裂能力提高49.69%-97.39% ；?！揪唧w實施方式】
[0024]實施例1
[0025]首先量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl2H公斤，聚丙烯纖維0，植物纖維0，促凝劑A70公斤，減水劑1.5公斤，然后將它們攪拌混勻，得到漿體。
[0026]再按重量份數(shù)量取發(fā)泡劑:水=1:80,然后將發(fā)泡劑和水混合均勻，倒入發(fā)泡機中發(fā)泡，得到泡沫溶液，將泡沫溶液靜置5-8min，得到泡沫。
[0027]接著，將泡沫加入第一步的漿體中，泡沫的摻入體積量以濕容重達到239kg/m3為準，攪拌均勻，得到超低表觀密度水泥基材料，澆筑成型，標準養(yǎng)護28d，脫模前保持濕度大于95%。檢測超低表觀密度水泥基材料的表觀密度為150kg/m3，其抗壓強度可達0.1llMPa,抗折強度0.032MPa,導熱系數(shù)為0.057ff/(m.Κ)。因為沒摻纖維，其塑性收縮開裂權(quán)重值測得為210.2cm (測試方法按JC/T951-2005進行，下同)、硬化收縮開裂權(quán)重值測得為18.3mm(測試方法按ZL2005101100050進行，下同)。
[0028]實施例2
[0029]先量取水泥500公斤,水150公斤，CaCl2H公斤,聚丙烯纖維O,植物纖維0，促凝劑B70公斤，減水劑I公斤，充分混合攪拌均勻，得到漿體。
[0030]再按重量份數(shù)量取發(fā)泡劑:水=1:50，將發(fā)泡劑和水倒入發(fā)泡機中發(fā)泡，靜置5-8min得到泡沫。將泡沫加入以上攪拌均勻的漿體中，再攪拌均勻，測得濕容重達到235kg/m3時停止加入泡沫并澆筑成型標準養(yǎng)護28d，脫模前保持濕度大于95%。
[0031]檢測超低表觀`密度水泥基材料的表觀密度為148kg/m3，其抗壓強度可達0.15MPa，抗折強度0.044MPa,導熱系數(shù)為0.05W/ (m.K)。
[0032]作為對比例，在上述配比的基礎上，摻入聚丙烯纖維2.6公斤，植物纖維I公斤，制得濕容重234kg/m3，表觀密度為147kg/m3的超低表觀密度水泥基材料，其抗壓強度可達0.161MPa，抗折強度0.06IMPa,導熱系數(shù)為0.05Iff/(m.K)，摻入纖維的塑性階段抗收縮開裂比不摻入的提高88.13%，硬化階段抗開裂能力提高73.91%。
[0033]實施例3
[0034]先量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl2I公斤，聚丙烯纖維0，植物纖維0，促凝劑B45公斤，減水劑I公斤，充分混合攪拌均勻，得到漿體。
[0035]再按重量份數(shù)量取發(fā)泡劑:水=1:50，將發(fā)泡劑和水倒入發(fā)泡機中發(fā)泡，靜置5-8min得到泡沫。將泡沫加入漿體中，再拌勻，測得濕容重達到187kg/m3時停止加入泡沫并燒筑成型標準養(yǎng)護28d,脫模前保持濕度大于95%。
[0036]檢測超低表觀密度水泥基材料的表觀密度為120kg/m3，其抗壓強度可達0.06MPa,抗折強度0.01MPa,導熱系數(shù)為0.06Iff/ (m.K)。
[0037]實施例4
[0038]量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl2H公斤，聚丙烯纖維0，植物纖維0，促凝劑B70公斤，減水劑I公斤，充分混合攪拌均勻得到漿體。再按重量份數(shù)量取發(fā)泡劑:水=1: 50于發(fā)泡機中發(fā)泡，靜置5-8min得到泡沫加入漿體中，拌勻，測得濕容重達到187kg/m3時停止加入泡沫并澆筑成型標準養(yǎng)護28d，脫模前保持濕度大于95%，制得表觀密度為101kg/m3的超低表觀密度水泥基材料，其抗壓強度可達0.072MPa,抗折強度0.029MPa,導熱系數(shù)為0.0418W/ (m.K)。
[0039]作為對比例，在上述配比的基礎上，摻入聚丙烯纖維2.6公斤，植物纖維3公斤，制得濕容重185kg/m3，表觀密度為99kg/m3的超低表觀密度水泥基材料，其抗壓強度可達
0.076MPa，抗折強度0.0419MPa,導熱系數(shù)為0.042W/ (m.K)。其塑性階段抗開裂能力提高92.25%，硬化階段抗開裂能力提高88.38%。
[0040]實施例5
[0041]量取水泥500公斤，水325公斤，CaCl2H公斤，聚丙烯纖維0，植物纖維0，促凝劑B70公斤，減水劑I公斤，攪拌均勻得到漿體。再按重量份數(shù)量取發(fā)泡劑:水=1:30于發(fā)泡機中發(fā)泡,靜置5-8min得到泡沫加入漿體中，拌勻，濕容重為160kg/m3時停止加入泡沫并澆筑成型標準養(yǎng)護28d，脫模前保持濕度大于95%，制成表觀密度為90kg/m3的超低表觀密度水泥基材料，其抗壓強度可達0.034MPa，抗折強度0.01MPa,導熱系數(shù)為0.05Iff/(m.K)。
[0042]實施例6
[0043]量取水泥500公斤，水150公斤，CaCl2H公斤，聚丙烯纖維0，植物纖維0，促凝劑B70公斤，減水劑I公斤，充分混合攪拌均勻得到漿體。再按重量份數(shù)量取發(fā)泡劑:水=1: 50于發(fā)泡機中發(fā)泡，靜置5-8min得到泡沫加入漿體中，拌勻，濕容重為155kg/m3時停止加入泡沫并澆筑成型標準養(yǎng)護28d，脫模前保持濕度大于95%，制得表觀密度為83kg/m3的超低表觀密度水泥基材料，其抗壓強度可達0.06MPa，抗折強度0.015MPa,導熱系數(shù)為0.0403W/(m.K) ο
[0044]作為對比例，在上述配比的基礎上，摻入聚丙烯纖維3公斤，植物纖維I公斤，制得濕容重157kg/m3，表觀密度為80kg/m3的超低表觀密度水泥基材料，其抗壓強度可達
`0.0387MPa，導熱系數(shù)為0.0404W/ (m.Κ)。其塑性階段抗開裂能力提高96.97%，硬化階段抗開裂能力提高97.39%。
【權(quán)利要求】
1.一種超低表觀密度、抗開裂的水泥基材料的制備方法，其特征是: 第一步，先按重量份數(shù)量取水泥:有機纖維:植物纖維:早強劑:促凝劑，減水劑:水=500:0-3:0-3:1-14:45-70:1_1.5 =150-325 ;然后將水泥，有機纖維，植物纖維一起放入容器內(nèi)，用攪拌器攪拌均勻待用；接著，將早強劑，促凝劑，減水劑與水，充分混合后倒入攪拌器中，攪拌均勻，得到漿體； 第二步，先按重量份數(shù)量取發(fā)泡劑:水=1:30-80，然后將發(fā)泡劑和水混合均勻，倒入發(fā)泡機中發(fā)泡，得到泡沫溶液，將泡沫溶液靜置5-8min,得到泡沫； 第三步，將泡沫加入第一步的漿體中，泡沫的摻入體積量以濕容重達到135kg/m3-239kg/m3為準,攪拌均勻，得到超低表觀密度抗開裂水泥基材料，燒筑成型，標準養(yǎng)護28d，檢測超低表觀密度抗開裂水泥基材料的表觀密度為80kg/m3~150kg/m3，抗壓強度為0.01MPa ~0.16IMPa,抗折強度為 0.01MPa ~0.072MPa,導熱系數(shù)為 0.0403W/(m.K)~0.06Iff/(m.K);以及其塑性階段和硬化階段的抗收縮開裂能力:摻入纖維比不摻入的塑性階段抗收縮開裂提高83.93%-99.81%，硬化階段抗收縮開裂能力提高49.69%_97.39% ； 所述的水泥為強度等級為P.Π52.5硅酸鹽水泥； 有機纖維為單絲Y型，彈性模量> 3.5GPa，長度=3~18mm的聚丙烯纖維； 植物纖維為長度=3~IOmm的木質(zhì)素纖維； 早強劑為氯化鈣，或碳酸鋰； 促凝劑A為上海豪升化學 有限公司生產(chǎn)的泡沫混凝土專用促凝劑； 促凝劑B為深圳誠功貿(mào)易有限責任公司生產(chǎn)的PCS-2促凝劑； 減水劑為江蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類高性能減水劑； 發(fā)泡劑為河南華泰建材開發(fā)有限公司生產(chǎn)的動植物復合發(fā)泡劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低表觀密度、抗開裂水泥基材料及其制備方法，其特征是:所述的標準養(yǎng)護是在脫模前保持濕度為95%以上。
3.—種權(quán)利要求1方法得到的超低表觀密度、抗開裂的水泥基材料。
【文檔編號】C04B28/04GK103803899SQ201310714671
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】馬一平, 劉靜靜, 郭建平, 楊曉杰, 郭玉剛, 范建熙 申請人:同濟大學