一种新型泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，尤其涉及一种新型泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
铁尾矿是我国大量存在的工业垃圾，铁尾矿的大量堆积严重影响了我国的土地利用率，浪费了土地资源，同时大量堆积的尾矿砂也造成了严重的土地污染，如何实现我国铁尾矿废弃物的合理利用成为当今比较关注的一个问题，同时，天然砂的贮存量日渐减少。
建筑行业发展至今，钢筋混凝土结构占据了绝大部分。混凝土作为建筑的主体应用材料，其保温性能较差，导热系数在1.74W/(m*K)左右。传统混凝土建筑保温采用混凝土结构内层或外层加设保温层的施工方法，建筑保温节能涉及到原材料选择、构造方案设计、施工操作等诸多方面一个系统复杂的过程。采用这种传统的加设保温层方案，保温层易开裂、易脱落且所需的原材料、生产过程无疑会耗费大量的自然资源以及造成不可避免的环境污染。
泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料，具有密度小、质量轻、保温、隔音、抗震性好等优点。但我国在多孔混凝土研制和应用方面起步晚，在泡沫混凝土生产上，既缺乏成套的设备也没有完整的数据和经验积累，施工又缺乏理论指导，因此，泡沫混凝土的优越性能并没有完全体现，经常出现诸如强度偏低、混凝土开裂或吸水，严重影响了它在建筑业中的广泛应用。
因此，如何利用工业垃圾铁尾矿制备性能更加优异的新型泡沫混凝土，从而达到高强度低导热系数的性能目标，成为当前急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型泡沫混凝土及其制备方法，利用铁尾矿砂、浮石、聚丙烯纤维进行制备，铁尾矿粉的使用可减少工业废料，北方地区有大量的浮石贮存量，与此同时，本发明提出的制备工艺，主要解决泡沫混凝土抗压强度较低、易开裂等问题，并在提高其抗压强度的同时不降低导热系数并控制混凝土的吸水性，这一新型泡沫混凝土符合当下对质量、强度、导热系数、吸水性等性能指标的要求。
为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供了一种新型泡沫混凝土，以重量份数计，包括如下组分：水600-800份，硅酸盐水泥750-900份，铁尾矿砂80-120份，浮石80-120份，发泡剂2.0-2.5份，稳泡剂0.2-0.5份，聚丙烯纤维1-2份。
本发明还提供了所述新型泡沫混凝土的制备方法。该制备方法包括以下步骤：
(1)按照上述的原料配比称取各组分；
(2)称取普通硅酸盐水泥，铁尾矿砂，浮石碎块及聚丙烯纤维倒入搅拌仪器内进行搅拌，直至干料搅拌均匀即可；
(3)称取相应的水倒入拌好的干料中，用勺子进行搅拌使材料充分混合到一起，搅拌约10分钟；
(4)称取稳泡剂，加入相应质量的水，采用搅拌器进行快速搅拌，搅拌10～20分钟；
(5)将拌好的稳泡剂溶液倒入水泥浆体中继续搅拌，搅拌5～10分钟；
(6)称取发泡剂，加入相应质量的水用打蛋器进行快速搅拌，直至出现大量的细密气泡，且没有水溶液之后即可，搅拌时间约20分钟；
(7)将发泡剂与加入了稳泡剂的水泥浆体继续搅拌，将泡沫与水泥浆体充分混合，得到第一混料；
(8)将经过所述第一混料成型、硬化，即得到所述新型泡沫混凝土。
本发明利用浮石作为粗骨料、铁尾矿砂作为细骨料，不仅解决了大量铁尾矿砂占用大量土地造成的土地资源浪费问题，同时使用贮存量较大的浮石，这两种砂石替代物减少了对环境资源的过度开采，使得天然砂石供不应求的现状得到了缓解，从而保护了环境。
优选地，所述铁尾矿砂作为泡沫混凝土中的微集料，细度模数为2.5～3。
铁尾矿砂的掺量会影响水泥浆体的初凝，当用量较大的时候会造成试块的塌模，当活性微集料的量控制在水泥用量的10％以下不会有太大影响，常温施工时，为了保证整体的稳定性，对活性微集料的量控制在水泥量20％以下。细度模数越大，铁尾矿砂的表面积越大，水泥的需求量越小，混凝土强度越高，但是细度模数越高则会引起混凝土和易性下降，导致离析、泌水等现象的出现，所以选择细度模数为2.5～3。
优选地，所述浮石的粒径为4.75-9.5厘米。
所述浮石颗粒粒径为40-60目，浮石表面粗糙、孔隙多、重量轻、体积密度小，在砂浆搅拌工程中流动性好，和易性佳，能在短时间内搅拌均匀，同时符合泡沫混凝土质量轻的特点。
优选地，所述聚丙烯纤维的长度为6mm-8mm。
聚丙烯纤维为白色细丝状，是所有化学纤维中质量最轻的，密度仅为0.9克每立方厘米左右，加入聚丙烯纤维目的是使研制出的新型泡沫混凝土在容重降低的同时能提高其抗压强度，而且聚丙烯纤维具有强度高、弹性好、耐磨、绝缘、保暖等优点。
优选地，所述稳泡剂为羟丙基甲基纤维素醚，其溶液在室温下储存较为稳定，保水性较好，对酸、碱有极强的耐受性，且具有较好的抗酶性，满足砂浆施工对粘着性的要求。
优选地，所述发泡剂为十二烷基磺酸钠，白色或淡黄色粉状，溶于水，对碱和硬水不敏感，具有乳化和优异的发泡力。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明利用铁尾矿砂和聚丙烯纤维作为细骨料、浮石作为粗骨料制备的混凝土构件经浇筑便可得到，承重保温混凝土其导热系数小于0.1W/(m·K)，且由于掺加了聚丙烯纤维，其抗压强度大于3.5Mpa，实现了既能承重又能保温节能的目的，同时也极大地节约了自然资源，减少了能源的消耗。
(2)本发明利用工业废料铁尾矿砂和浮石作为骨料，解决了大量铁尾矿砂占用大量土地造成的土地资源浪费问题，同时使用贮存量较大的浮石，减少对环境资源的过度开采，使得天然砂石供不应求的现状得到了缓解，从而保护了环境。
具体实施方式
实施例1
本实施例中的新型泡沫混凝土采用如下重量份的组分：普通硅酸盐水泥800份、铁尾矿砂50份、浮石150份、聚丙烯纤维1份、水700份、羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂0.3份、十二烷基苯磺酸钠发泡剂2份。
按照上述的原料配比称取各组分，并按如下方法制备：
(1)称取普通硅酸盐水泥，铁尾矿砂，浮石碎块及聚丙烯纤维倒入搅拌仪器内进行搅拌，直至干料搅拌均匀即可；
(2)称取500份水倒入拌好的干料中，用勺子进行搅拌使材料充分混合到一起，搅拌约10分钟；
(3)称取羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂，加入100份水，采用搅拌器进行快速搅拌，搅拌10～20分钟；
(4)将拌好的稳泡剂溶液倒入水泥浆体中继续搅拌，搅拌5～10分钟；
(5)称取十二烷基苯磺酸钠发泡剂，加入100份水用打蛋器进行快速搅拌，直至出现大量的细密气泡，且没有水溶液之后即可，搅拌时间约20分钟；
(6)将发泡剂与加入了稳泡剂的水泥浆体继续搅拌，将泡沫与水泥浆体充分混合，得到第一混料；
(7)将经过所述第一混料成型、硬化，即得到所述新型泡沫混凝土。
实施例2
本实施例中的新型泡沫混凝土采用如下重量份的组分：普通硅酸盐水泥800份、铁尾矿砂100份、浮石100份、聚丙烯纤维1份、水700份、羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂0.3份、十二烷基苯磺酸钠发泡剂2份。
按照上述的原料配比称取各组分，并按实施例1中的方法制备新型泡沫混凝土。
实施例3
本实施例中的新型泡沫混凝土采用如下重量份的组分：普通硅酸盐水泥800份、铁尾矿砂150份、浮石50份、聚丙烯纤维1份、水700份、羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂0.3份、十二烷基苯磺酸钠发泡剂2份。
按照上述的原料配比称取各组分，并按实施例1中的方法制备新型泡沫混凝土。
实施例1-实施例3中制备的新型泡沫混凝土的具体组分如表1所示。
表1三种不同铁尾矿砂、浮石掺量的实施例组分及用量(单位/重量份)
实施例1-实施例3中制备的新型泡沫混凝土的抗压强度采用以下方法进行测试：
抗压强度使用的是压力机，对泡沫混凝土的抗压强度进行试验时，需要制作的泡沫混凝土规格为边长100mm的立方体试件，在温度为20℃上下、湿度在90％左右的标准养护室进行养护，24h后对试块进行脱模后再放进养护室进行养护。泡沫混凝土养护到一定龄期后用压力试验机对其抗压强度进行检测；在进行抗压试验前，先用抹布对试块进行擦拭，把试块表面的水渍擦掉；试件受压面积尺寸的测量应测量三次取平均值且测量精确度为1mm，并按实际测量得到的尺寸对泡沫混凝土的抗压强度进行计算；在进行抗压强度试验时，把试件中心与试验机下压板中心对准，试件的受压面应与成型时的顶面垂直再开动试验机，当上压板与试件接近时，应调整球座，使之接触均匀；调整试验机加圧速度为(0.5～2)kn/s,均匀的增加荷载，直至试件破坏，纪录最大破坏荷载。试件的抗压强度按公式p＝F/A计算，式中：
P—试件的抗压强度，单位为兆帕Mpa，精确至0.01Mpa；
F—最大的破坏荷载，单位为牛(N)；
A—试件受压面积，单位为mm2；
实施例1-实施例3中制备的新型泡沫混凝土的抗压强度测试结果如表2所示。
表2实施例1～3中制备的新型泡沫混凝土的抗压强度
从表1和表2可以看出铁尾矿砂的掺量不仅会影响泡沫混凝土的抗压强度，还会提升试块的容重，而浮石的表观密度本来就比泡沫混凝土的密度要低且浮石的孔隙大，因此随着浮石的掺量不断增加试块的密度较低从而使试块抗压强度较低。
实施例1-实施例3中制备的新型泡沫混凝土的导热系数的测试采用以下方法：
检测泡沫混凝土的导热系数与检测抗压强度不同，测导热系数所做的试块尺寸为200mm*200mm*20mm，在标准养护条件下对试块进行养护，试块脱模后用抹布擦干，先自然放干，利用阳光的照射使试块的质量不发生变化后放入烘干箱烘干，用JKTD-1快速导热仪进行导热系数的测定，其中快速导热系数测定仪结构简单、测量迅速、测量精确度高，操作起来十分容易，测量时间为60秒，使用此仪器测量时，先把需要测量的样品板放在探头的旁边，使样品和探头达到相同的温度，然后把探头放在被测品的上面，按下屏幕上的开始键，仪器开始进行测量的运作，经过六十秒后，测量结果就会显示在屏幕上。
实施例1-实施3中制备的新型泡沫混凝土的导热系数测试结果如表3所示。
表3实施例7～9中制备的新型泡沫混凝土的导热系数
从表3可以看出，随着浮石掺量的不断增加，泡沫混凝土试块的容重和导热系数在不断降低，当浮石掺量在10％左右时，基本满足对新型泡沫混凝土导热系数的要求。
实施例4
本实施例中的新型泡沫混凝土采用如下重量份的组分：普通硅酸盐水泥800份、铁尾矿砂150份、浮石50份、聚丙烯纤维1份、水700份、羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂0.3份、十二烷基苯磺酸钠发泡剂2份。
按照上述的原料配比称取各组分，并按实施例1中的方法制备新型泡沫混凝土。
实施例5
本实施例中的新型泡沫混凝土采用如下重量份的组分：普通硅酸盐水泥800份、铁尾矿砂150份、浮石50份、聚丙烯纤维1份、水750份、羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂0.3份、十二烷基苯磺酸钠发泡剂2份。
按照上述的原料配比称取各组分，并按实施例1中的方法制备新型泡沫混凝土，其中步骤(2)中的加水量为550份，步骤(3)和步骤(5)中的加水量不变。
实施例6
本实施例中的新型泡沫混凝土采用如下重量份的组分：普通硅酸盐水泥800份、铁尾矿砂150份、浮石50份、聚丙烯纤维1份、水800份、羟丙基甲基纤维素醚稳泡剂0.3份、十二烷基苯磺酸钠发泡剂2份。
按照上述的原料配比称取各组分，并按实施例1中的方法制备新型泡沫混凝土，其中步骤(2)中的加水量为600份，步骤(3)和步骤(5)中的加水量不变。
实施例4-实施例6中制备的新型泡沫混凝土的具体组分如表4所示。
表4三种不同水料比的实施例组分及用量(单位/重量份)
实施例4-实施例6中制备的新型泡沫混凝土的抗压强度采用如下方法测试：
抗压强度使用的是压力机，对泡沫混凝土的抗压强度进行试验时，需要制作的泡沫混凝土规格为边长100mm的立方体试件，在温度为20℃上下、湿度在90％左右的标准养护室进行养护，24h后对试块进行脱模后再放进养护室进行养护。泡沫混凝土养护到一定龄期后用压力试验机对其抗压强度进行检测；在进行抗压试验前，先用抹布对试块进行擦拭，把试块表面的水渍擦掉；试件受压面积尺寸的测量应测量三次取平均值且测量精确度为1mm，并按实际测量得到的尺寸对泡沫混凝土的抗压强度进行计算；在进行抗压强度试验时，把试件中心与试验机下压板中心对准，试件的受压面应与成型时的顶面垂直再开动试验机，当上压板与试件接近时，应调整球座，使之接触均匀；调整试验机加圧速度为(0.5～2)kn/s,均匀的增加荷载，直至试件破坏，纪录最大破坏荷载。试件的抗压强度按公式p＝F/A计算，式中：
P—试件的抗压强度，单位为兆帕Mpa，精确至0.01Mpa；
F—最大的破坏荷载，单位为牛(N)；
A—试件受压面积，单位为mm2；
实施例4-实施例6中制备的新型泡沫混凝土的抗压强度结果如表5所示。
表5实施例4～6中制备的新型泡沫混凝土的抗压强度
从表4和表5可以看出试块的抗压强度随着水料比的增加在不断降低。
实施例4-实施例6中制备的新型泡沫混凝土的导热系数的测试采用以下方法：
检测泡沫混凝土的导热系数与检测抗压强度不同，测导热系数所做的试块尺寸为200mm*200mm*20mm，在标准养护条件下对试块进行养护，试块脱模后用抹布擦干，先自然放干，利用阳光的照射使试块的质量不发生变化后放入烘干箱烘干，用JKTD-1快速导热仪进行导热系数的测定，其中快速导热系数测定仪结构简单、测量迅速、测量精确度高，操作起来十分容易，测量时间为60秒，使用此仪器测量时，先把需要测量的样品板放在探头的旁边，使样品和探头达到相同的温度，然后把探头放在被测品的上面，按下屏幕上的开始键，仪器开始进行测量的运作，经过六十秒后，测量结果就会显示在屏幕上。
实施例4-实施例6中制备的新型泡沫混凝土的导热系数测试结果如表6所示。
表6实施例4～6中制备的新型泡沫混凝土的导热系数
从表6可以看出随着水料比的增加，水泥浆体的容重在降低，导热系数也随着降低，过多的水会填充在水泥颗粒及轻骨料的空间里，形成了大量的毛细孔，使泡沫混凝土的密度降低，从而使容重降低。虽然水料比的增加会使泡沫混凝土的导热系数降低，但水泥完全水化并不需要过大量的水，且过高的水料比使泡沫混凝土的强度偏低且容易造成分层现象。
综上，确定出满足抗压强度大于3.5Mpa、导热系数小于0.1W/(m·K)的新型泡沫混凝土的制备方案为：每立方米泡沫混凝土中水泥800重量份、铁尾矿砂100重量份、浮石100重量份、水700重量份、稳泡剂0.3重量份、发泡剂2重量份、聚丙烯1重量份。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
