CN109836079B - 一种利用矿渣制备的泡沫混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轻质材料技术领域，具体公开一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣7‑10份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物乳液0.2‑0.8份、聚丙烯纤维0.2‑0.4份、水6‑9份、发泡剂0.1‑0.2份、激发剂1.5‑3份、增稠剂0.2‑0.4份。通过改进配方和制备工艺，矿渣的使用量大，强度大，导热性能好。
Description
技术领域
本发明涉及轻质材料技术领域，尤其是涉及一种利用矿渣制备的泡沫混凝土。
背景技术
矿体在开采以及后期提取过程中，会产生大量的固体废弃物即矿渣，这些矿渣常规采用填埋的方式进行解决，但是这种简单靠填埋根本解决不了问题，而且会破坏土体的稳定性，甚至影响地下水质的稳定，对于绿色地球是一个不利因素。现有技术中利用矿渣制备混凝土，一方面降低混凝土的生产成本，另一方面还能解决矿渣堆积的问题，经济环保。
中国专利公开号CN104402348A公开一种铁尾矿粉泡沫棍凝十及其制备方法，每立方米混凝土中各原料用量如下：水泥：240kg-360kg；水：120kg-200kg；铁尾矿粉：160kg-220kg；轻丙基纤维素：0.08kg-0.12kg；铝粉：2kg-3kg；泡沫：0.59m3-0.86m3；所述泡沫是由发泡剂采用重量比1：35-1：50加水稀释，并在搅拌状态下均匀撒入占发泡剂稀释后溶液重量0.05％的羚丙基纤维素，充分搅拌后利用发泡设备制取的泡沫。该发明强度比普通泡沫混凝土提高20％，耐久性更好，并且未出现大孔以及危害孔数量增加的现象。但是该专利中矿渣的使用量比较少，不能解决矿渣大量堆积的问题。
中国专利公开号CN104230280A公开一种低收缩污泥陶粒碱激发全矿渣泡沫混凝土板及其制备方法，所述泡沫混凝土板以矿渣、硅灰、粉煤灰、纤维、陶粒、聚丙烯酸钠盐SAP、水、发泡剂、碱激发剂和减水剂为原料制备而成。该方法采用矿渣完全替代水泥制备泡沫混凝土，并通过掺加陶粒和聚丙烯酸钠盐SAP来降低泡沫混凝土材料的易收缩性能和导热系数，同时利用碱激发矿渣体系和陶粒来保证泡沫混凝土材料的抗压强度。制得的泡沫混凝土板具有良好的力学性能和低收缩自保温性能，解决了传统蒸压加气混凝土材料存在的需高温蒸养和制备的预制构件易开裂的问题，并有效实现了矿渣等工业废弃物的回收利用，节能环保，在墙体保温等领域具有重要的应用价值。但是该发明没有使用硅酸盐水泥熟料，产品的水化过程慢，前期强度低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，以矿渣和水泥为原料制备泡沫混凝土，通过改进配方和制备工艺，矿渣的使用量大，强度大，导热性能好。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣7-10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液0.2-0.8份、聚丙烯纤维0.2-0.4份、水6-10份、发泡剂0.1-0.2份、激发剂1.5-3份、增稠剂0.2-0.4份。
进一步的，所述矿渣中主要成分为：SiO255-60％、Al2O311-15％、Fe2O37-10％、CaO0.1-0.5％、MgO 0.3-0.5％，烧失量1.3-1.5％。
进一步的，所述激发剂为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙按重量比3：1：0.5-1：0.1-0.2混合而成。
进一步的，所述增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按重量比1：1-3：1混合而成。
进一步的，所述发泡剂为动物发泡剂。
进一步的，所述动物发泡剂的制备方法包括以下步骤：
配制质量分数为2％的碱液，加入蹄角粉，90-100℃水浴10h，然后过滤得滤液，得动物发泡剂。
进一步的，所述的一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，由以下步骤制备：
(1)将水泥、矿渣、聚丙烯纤维、激发剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液和部分水混合搅拌均匀，形成料浆；
(2)将发泡剂与剩余水以及增稠剂混合，采用发泡设备进行发泡；
(3)步骤(1)中的料浆和步骤(2)中泡沫混合后，输送灌筑。
本发明的有益效果是：
1、本发明公开一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，在水泥中掺入大量的矿渣，还添加有乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液和聚丙烯纤维，其中乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液中醋酸乙烯的含量为20-30％，乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液在与水泥和矿渣的凝胶体相互穿插，能够提高泡沫混凝土的早期抗压强度和粘结强度，且乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液在水泥水化过程中会失水，导致共聚物粘接聚集，在水泥中形成粘结力强的薄膜，从而进一步增加其强度；而聚丙烯纤维能够均匀分布在泡沫混凝土中，相互形成三维支撑网，进一步增强本申请的强度；本申请最终制备的泡沫混凝土抗压强度28d抗压强度为3.54-4.65Mpa，导热系数系数为0.11-0.17W/(m·k)，保温效果好，性能优异。
2、由于本申请原料中添加大量的矿渣，因此添加有激发剂，具体为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙的混合物，其中矿渣在激发剂碱性环境下，其结构中的-O-Si-O-Al-O断裂并开始水化，与硅溶胶形成无机高分子凝胶体，能够填充水泥矿渣中的空隙，使水泥砂浆更加致密；且硫酸钠提供的硫酸根与矿渣中的氧化铝以及铝酸钙生成硫铝酸钙，从而进一步加速矿渣水化作用；后期水化过程中矿渣中的活性氧化铝以及二氧化钙与氯化钙水解的氢氧化钙反应生成水化硫铝酸钙等产物，进一步增强本发明的强度；而加入少量的化硫铝酸钙，能够促进反应的进行。本申请中的硅酸钾、硫酸钠能大大增强早期强度，氯化钙能增强后期强度，这几种成分混合，优势互补，能大大增强本申请的强度。
3、另外本申请中的动物发泡剂是由蹄角粉水解在碱液中制备而成，其中碱液为氢氧化钙和氢氧化钠混合而成，其只有催化作用而没有反应的氢氧化钙和氢氧化钠在后续的制备泡沫混凝土时会对矿渣中的玻璃体进行激发，从而使浆料发生二次水化，进而增强本发明的强度。
4、本申请中的增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺混合而成，这三种成分矿渣与水泥和激发剂充分混合，接触表面积大，使矿渣悬浮而不下沉沉淀，使其充分反应；另一方面羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺在与水混合后，也能相互发生交联反应，从而进一步增强最终产品的强度。
5、本申请中采用的矿渣中：粒径≥0.15mm占20％、0.12-0.15mm占8％、0.075-0.12mm占15.00％、0.048-0.075mm占17％、≤0.048mm占40％，这种粒径分布一方面能减少矿渣团聚，还能其使与其他成分充分接触，增加比表面积，水化更充分，增加最终产品的强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，其中水泥采用的是42.5硅酸盐水泥。
实施例1
一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣7份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液0.2份、聚丙烯纤维0.4份、水6份、发泡剂0.1份、激发剂3份、增稠剂0.2份。
其中矿渣中主要成分为：SiO255％、Al2O315％、Fe2O37％、CaO 0.5％、MgO 0.3％，烧失量1.3％；矿渣中：粒径≥0.15mm占20％、0.12-0.15mm占8％、0.075-0.12mm占15.00％、0.048-0.075mm占17％、≤0.048mm占40％。
激发剂为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙按重量比3：1：0.5：0.1混合而成；增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按重量比1：1：1混合而成；聚丙烯纤维的长度为1-3mm。
其中发泡剂为动物发泡剂，其中动物发泡剂的制备方法包括以下步骤：
配制质量分数为2％的碱液，加入蹄角粉，90℃水浴10h，然后过滤得滤液，得动物发泡剂。
碱液为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比1：2混合与水配制而成。
一种矿渣泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、矿渣、激发剂、聚丙烯纤维、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液和部分水混合搅拌均匀，形成料浆；
(2)将发泡剂与剩余水以及增稠剂混合，采用发泡设备进行发泡，其中该步骤中水与发泡剂比例为30：1；
(3)步骤(1)中的料浆和步骤(2)中泡沫混合后，输送灌筑，制备成泡砼。
实施例2
一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣7.5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液0.4份、聚丙烯纤维0.35份、水6.5份、发泡剂0.12份、激发剂2.5份、增稠剂0.25份。
其中矿渣中主要成分为：SiO256％、Al2O314％、Fe2O37.5％、CaO 0.4％、MgO0.35％，烧失量1.35％；矿渣中：粒径≥0.15mm占20％、0.12-0.15mm占8％、0.075-0.12mm占15.00％、0.048-0.075mm占17％、≤0.048mm占40％。
激发剂为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙按重量比3：1：1：0.2混合而成；增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按重量比1：2：1混合而成。
其中发泡剂为动物发泡剂，其中动物发泡剂的制备方法包括以下步骤：
配制质量分数为2％的碱液，加入蹄角粉，100℃水浴10h，然后过滤得滤液，得动物发泡剂。
碱液为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比1：2混合与水配制而成。
利用矿渣制备的泡沫混凝土的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣8份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液0.5份、聚丙烯纤维0.3份、水7份、发泡剂0.15份、激发剂2份、增稠剂0.3份。
其中矿渣中主要成分为：SiO257％、Al2O313％、Fe2O38％、CaO 0.3％、MgO 0.4％，烧失量1.4％；矿渣中：粒径≥0.15mm占20％、0.12-0.15mm占8％、0.075-0.12mm占15.00％、0.048-0.075mm占17％、≤0.048mm占40％。
激发剂为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙按重量比3：1：0.6：0.15混合而成；增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按重量比1：2：1混合而成。
其中发泡剂为动物发泡剂，其中动物发泡剂的制备方法包括以下步骤：
配制质量分数为2％的碱液，加入蹄角粉，100℃水浴10h，然后过滤得滤液，得动物发泡剂。
碱液为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比1：2混合与水配制而成。
利用矿渣制备的泡沫混凝土的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣8.5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液0.6份、聚丙烯纤维0.25份、水7.5份、发泡剂0.16份、激发剂1.8份、增稠剂0.35份。
其中矿渣中主要成分为：SiO258％、Al2O312％、Fe2O39％、CaO 0.2％、MgO 0.45％，烧失量1.45％；矿渣中：粒径≥0.15mm占20％、0.12-0.15mm占8％、0.075-0.12mm占15.00％、0.048-0.075mm占17％、≤0.048mm占40％。
激发剂为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙按重量比3：1：0.7：0.18混合而成；增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按重量比1：3：1混合而成。
其中发泡剂为动物发泡剂，其中动物发泡剂的制备方法包括以下步骤：
配制质量分数为2％的碱液，加入蹄角粉，90℃水浴10h，然后过滤得滤液，得动物发泡剂。
碱液为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比1：2混合与水配制而成。
利用矿渣制备的泡沫混凝土的制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣9份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液0.7份、聚丙烯纤维0.2份、水8份、发泡剂0.18份、激发剂1.5份、增稠剂0.4份。
其中矿渣中主要成分为：SiO259％、Al2O311％、Fe2O310％、CaO 0.1％、MgO 0.5％，烧失量1.5％；矿渣中：粒径≥0.15mm占20％、0.12-0.15mm占8％、0.075-0.12mm占15.00％、0.048-0.075mm占17％、≤0.048mm占40％。
激发剂为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙按重量比3：1：0.5：0.15混合而成；增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按重量比1：1：1混合而成。
其中发泡剂为动物发泡剂，其中动物发泡剂的制备方法包括以下步骤：
配制质量分数为2％的碱液，加入蹄角粉，95℃水浴10h，然后过滤得滤液，得动物发泡剂。
利用矿渣制备的泡沫混凝土的制备方法与实施例1相同。
实施例6
一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液0.8份、聚丙烯纤维0.3份、水10份、发泡剂0.2份、激发剂2份、增稠剂0.35份。
其中矿渣中主要成分为：SiO260％、Al2O311％、Fe2O38.5％、CaO 0.3％、MgO 0.4％，烧失量1.4％；矿渣中：粒径≥0.15mm占20％、0.12-0.15mm占8％、0.075-0.12mm占15.00％、0.048-0.075mm占17％、≤0.048mm占40％。
激发剂为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙按重量比3：1：0.8：0.1混合而成；增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按重量比1：2：1混合而成。
其中发泡剂为动物发泡剂，其中动物发泡剂的制备方法包括以下步骤：
配制质量分数为2％的碱液，加入蹄角粉，100℃水浴10h，然后过滤得滤液，得动物发泡剂。
碱液为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比1：2混合与水配制而成。
利用矿渣制备的泡沫混凝土的制备方法与实施例1相同。
性能检测数据
测试实施例1-6制备的100*100*100的立方体抗压试块的抗压强度、导热系数等，具体见表1所示。
表1本发明泡沫实施例1-6制备的泡沫混凝土性能检测数据
由表1可知，本发明实施例1-6制备的泡沫混凝土28d抗压强度为3.54-4.65Mpa，且早期强度也比较大，导热系数为0.11-0.170W/(m·k)，保温效果好，可广泛用于基建等高填方及房建保温节能材料。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，其特征在于：包括以下重量份数的原料：水泥6份、矿渣7-10份、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液0.2-0.8份、聚丙烯纤维0.2-0.4份、水6-10份、发泡剂0.1-0.2份、激发剂1.5-3份、增稠剂0.2-0.4份；
所述矿渣中主要成分为：SiO2 55-60%、Al2O3 11-15%、Fe2O3 7-10%、CaO 0.1-0.5%、MgO0.3-0.5%，烧失量1.3-1.5%；
所述激发剂为硅酸钾、硫酸钠、氯化钙和硫铝酸钙按重量比3：1：0.5-1：0.1-0.2混合而成；
所述增稠剂为羟乙基纤维素、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺按重量比1：1-3：1混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，其特征在于：所述发泡剂为动物发泡剂。
3.根据权利要求2所述的一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，其特征在于：所述动物发泡剂的制备方法包括以下步骤：
配制质量分数为2%的碱液，加入蹄角粉，90-100℃水浴10h，然后过滤得滤液，得动物发泡剂。
4.根据权利要求1所述的一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，其特征在于：由以下步骤制备：
（1）将水泥、矿渣、聚丙烯纤维、激发剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液和部分水混合搅拌均匀，形成料浆；
（2）将发泡剂与剩余水以及增稠剂混合，采用发泡设备进行发泡；
（3）步骤（1）中的料浆和步骤（2）中泡沫混合后，输送灌筑。
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