无水泥的偏高岭土-磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法与流程

1.本发明属于泡沫土制备技术领域，特别涉及一种无水泥的偏高岭土-磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法。


背景技术：

2.随着发泡剂合成技术的进步，以及先进的混凝土施工工艺、设备的出现，泡沫混凝土的用途越来越广泛。由于泡沫混凝土流动性好，易浇注成型，施工方便快捷，且能在自然环境条件下养护，因此，用它制备的轻质隔墙板具有隔热、隔音等效果；将它浇注在房屋的屋面，可作隔热保温材料；用它代替普通填土、灰土可作路基的填充材料，广泛地应用在铁路和高速公路路基的改扩建工程、基坑填充等工程领域。
3.由于泡沫混凝土一般使用在填充工程，属于非结构材料，对泡沫混凝土抗压强度要求并不高，这就意味着泡沫混凝土的制备可采用大量的工业固体废弃物或地聚物作胶凝材料。
4.磷石膏是磷化工企业生产所排放的工业废渣，每年排放量已超过5000万吨，累计堆积的磷石膏超过了3亿吨；由于种种原因，我国磷石膏的资源化利用率不足10%，磷石膏的堆存不仅占用了大量土地，而且对周边的环境也造成严重污染，加快对磷石膏的资源化利用已是刻不容缓。
5.大量的研究成果表明，在普通水泥混凝土体系中，磷石膏一般掺量不得大于20%，否则，水泥混凝土内部会形成后期钙矾石产生内应力，发生开裂或溃散；林宗寿等在过硫磷石膏矿渣胶凝材料中，采用了40%~50%的原状磷石膏，说明在矿粉体系中是可以大掺量磷石膏的，但过硫磷石膏矿渣胶凝材料凝结时间缓慢，早期强度低，需要进行针对性设计。而且现有的泡沫混凝土中如专利号为202210595801 .1a的一种钢渣-磷石膏复掺泡沫混凝土和专利号为cn109836079b的一种利用矿渣制备的泡沫混凝土，其在利用矿渣或磷石膏时，还是在有水泥的状态下，且水泥是其主要组成部分，鲜有对磷石膏进行预处理，更没有在无水泥的状态下如何更好更有效的进行泡沫混凝土的制备。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种无水泥的偏高岭土-磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法，用以解决在无水泥条件下，大掺量原状磷石膏的预处理、泡沫的制备以及浆体的制备等技术问题。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种无水泥的偏高岭土-磷石膏基新型泡沫混凝土，由包括以下重量份的原料制成：偏高岭土20~50份，生石灰5~10份、磷石膏40~70份、复合增强剂5~10份、发泡剂0.1~0.5份、水50~70份。
8.进一步的，包括重量份原料：偏高岭土35份，生石灰8份、磷石膏50份、复合增强剂7份、发泡剂0.2份、水65份。
9.进一步的，所述偏高岭土为比表面积500m2/kg以上的微粉；生石灰为块状，有效cao含量≥80%。
10.进一步的，磷石膏为原状，含水12~15%，比表面积80m2/kg。
11.进一步的，复合增强剂为粉剂，比表面积400~450m2/kg，主要成分含氯盐与铝酸盐矿物；发泡剂为即混型复合增强型，为醚醇类复合发泡剂。
12.进一步的，无水泥的偏高岭土-磷石膏基新型泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、磷石膏预处理：由于原状磷石膏含有少量有害杂质、且含有一定的水分，颗粒较粗，使用前必须进行预处理；按设计比例加入磷石膏、块状生石灰和适量水，倒入湿法球磨机中，粉磨15~20min至磷石膏浆体的细度小于10%，浆体固含量控制在50%左右；步骤二、泡沫制备：将一定数量发泡剂原液用100倍的水进行稀释，采用微型智能发泡机进行发泡，调节微型智能发泡机控制旋钮，使产生的泡沫密度达到50g/l左右；步骤三、浆体制备：将上述预处理的磷石膏浆体加入偏高岭土，复合增强剂、加水；其中总水固比为0.65，而后搅拌3min，制成偏高岭土与磷石膏浆体；步骤四、泡沫混凝土制备：将上述制备好的浆体与泡沫按比例进行混合，搅拌3min，即可制得混合均匀的新型泡沫混凝土，而后对泡沫混凝土进行养护，泡沫混凝土的养护制度与普通混凝土相同。
13.进一步的，高岭土在650~850
˚
c煅烧后即可制备偏高岭土，在煅烧过程中，由于高岭土层状结构发生脱水，破坏了原有的晶态结构，形成了结晶度很差的偏高岭土，主要矿物是无水硅酸铝，其分子排列不规则，呈现热力学介稳状态，在激发剂的作用下具有很高的胶凝性。
14.进一步的，磷石膏通过生石灰进行预处理，中和磷石膏的酸性，ph值由2.1提高到12.5,中和体系过程生成大量ca(oh)2，ca(oh)2作碱激发剂激发偏高岭土的潜在活性。
15.进一步的，制备好的磷石膏浆体放置24h备用，期间每间隔1h搅拌一次，一次1min；微型智能发泡机采用压缩空气制备泡沫。
16.进一步的，根据不同用途，调整浆体材料与泡沫比例，可制备干密度为330~750kg/m3，抗压强度0.5~4.0mpa的泡沫混凝土。
17.本发明的有益效果体现在：1）本发明的新型泡沫混凝土原材料中不用水泥，采用了大掺量原状磷石膏，对节能减排具有重要意义。将原状磷石膏采用生石灰进行预处理，一方面，中和了磷石膏的酸性，ph值由2.1提高到12.5,体系中生成大量ca(oh)2正好作碱激发剂，激发偏高岭土的潜在活性；另一方面，可以降低磷石膏中氟、磷等有害杂质对泡沫混凝土凝结时间、力学性能的影响；第三，经过湿磨后制得的磷石膏浆体，颗粒粒径较小，提高了磷石膏作硫酸盐激发的效果，进一步激发偏高岭土的潜在活性；同时，细小的磷石膏颗粒减少了泡沫混凝土发生分层、离析的现象，极大提高了泡沫混凝土质量。
18.2）本发明采用块状生石灰作碱激发剂，价格低廉，激发持续时间长，效果好。生石灰在体系中既可处理磷石膏中的氟、磷等有害杂质，又能起到良好的碱激发作用。相较于水玻璃，生石灰激发较缓慢，有利于泡沫混凝土的施工。水玻璃是一种优良的碱激发剂，也是一种速凝剂，凝结时间太快，浆体太粘，不利于泡沫混凝土的施工，往往在体系中要掺入适
量的缓凝剂。此外，在有磷石膏体系中，是不宜采用水玻璃作激发剂的，因为水玻璃中的碱与石膏作用，生成大量的硫酸钠，很容易在制品表面产生细毛状物质，即返碱现象。
19.3）本发明采用的复合增强剂含有氯盐与铝酸盐矿物，能有效地起到促凝和增强作用，有利于提高泡沫混凝土的早期强度。由于体系中采用了大量的磷石膏，导致泡沫混凝土的凝结时间延长，掺入少量的氯盐加速了偏高岭土的水化过程，铝酸盐矿物与磷石膏快速形成钙矾石，从而起到了提高泡沫混凝土早期强度的效果。
20.4）在本发明的材料组成体系中，对偏高岭土采用了双重激发作用。生石灰作为碱激发剂，起主导作用；体系中大量的磷石膏起骨料或填充作用，只有少量的磷石膏对偏高岭土起硫酸盐激发作用。
21.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明得以了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
具体实施方式
22.实施实例一更为优选的技术方案为，包括重量份原料：偏高岭土35份，生石灰8份、磷石膏50份、复合增强剂7份、发泡剂0.2份、水65份。制备的泡沫混凝土适合用于路基填充材料，以某大型赛道的填筑路基为例。
23.具体的，所述偏高岭土为天然高岭土经650~850
˚
c煅烧后，粉磨至比表面积500m2/kg以上的微粉。生石灰为块状，有效cao含量≥80%。磷石膏为原状，含水12~15%，比表面积80~100m2/kg。复合增强剂为自制，粉剂，比表面积400~450m2/kg，主要成分含氯盐与铝酸盐矿物。发泡剂为即混型复合增强型，是一种醚醇类复合发泡剂。
24.上述一种偏高岭土
‑‑
磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法，其实际制备按以下步骤进行：磷石膏预处理：由于原状磷石膏含有少量有害杂质、且含有一定的水分，颗粒较粗，使用前必须进行预处理。按上述比例加入磷石膏50份、块状生石灰8份和适量水，倒入湿法球磨机中，粉磨15~20min至磷石膏浆体的细度小于10%（0.08mm方孔筛），浆体固含量控制在50%左右。制备好的磷石膏浆体放置24h备用，期间每间隔1h搅拌一次，一次1min。
25.泡沫制备：将一定数量发泡剂原液用100倍的水进行稀释，采用微型智能发泡机进行发泡，调节微型智能发泡机控制旋钮，使产生的泡沫密度达到50g/l左右。微型智能发泡机工作原理与工程上使用的大型发泡机工作原理相同，都是采用压缩空气。
26.浆体制备：将上述预处理的磷石膏浆体加入偏高岭土35份，复合增强剂7份、加水（总水固比为0.65）搅拌3min，制成偏高岭土与磷石膏浆体。
27.泡沫混凝土制备：将上述制备好的浆体与泡沫按比例进行混合，搅拌3min，即可制得混合均匀的新型泡沫混凝土。泡沫混凝土的养护制度与普通混凝土相同。泡沫混凝土湿密度608kg/m3，28d抗压强度2.3mpa。
28.实施实例二 更为优选的技术方案为，包括重量份原料：偏高岭土30份，生石灰8份、磷石膏55份、复合增强剂7份、发泡剂0.2份、水65份。制备的泡沫混凝土适合用于一般公路路基填充
材料。
29.具体的，所述所述偏高岭土为天然高岭土经650~850
˚
c煅烧后，粉磨至比表面积500m2/kg以上的微粉。生石灰为块状，有效cao含量≥80%。磷石膏为原状，含水12~15%，比表面积80~100m2/kg。复合增强剂为自制，粉剂，比表面积400~450m2/kg，主要成分含氯盐与铝酸盐矿物。发泡剂为即混型复合增强型，是一种醚醇类复合发泡剂。
30.上述一种偏高岭土
‑‑
磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法，其实际制备按以下步骤进行：磷石膏预处理：由于原状磷石膏含有少量有害杂质、且含有一定的水分，颗粒较粗，使用前必须进行预处理。按上述比例加入磷石膏55份、块状生石灰8份和适量水，倒入湿法球磨机中，粉磨15~20min至磷石膏浆体的细度小于10%（0.08mm方孔筛），浆体固含量控制在50%左右。制备好的磷石膏浆体放置24h备用，期间每间隔1h搅拌一次，一次1min。
31.泡沫制备：将一定数量发泡剂原液用100倍的水进行稀释，采用微型智能发泡机进行发泡，调节微型智能发泡机控制旋钮，使产生的泡沫密度达到50g/l左右。微型智能发泡机工作原理与工程上使用的大型发泡机工作原理相同，都是采用压缩空气。
32.浆体制备：将上述预处理的磷石膏浆体加入偏高岭土30份，复合增强剂7份、加水（总水固比为0.65）搅拌3min，制成偏高岭土与磷石膏浆体。
33.泡沫混凝土制备：将上述制备好的浆体与泡沫按比例进行混合，搅拌3min，即可制得混合均匀的新型泡沫混凝土。泡沫混凝土的养护制度与普通混凝土相同。泡沫混凝土湿密度595kg/m3，28d抗压强度1.6mpa。
34.实施实例三 更为优选的技术方案为，包括重量份原料：偏高岭土45份，生石灰10份、磷石膏40份、复合增强剂5份、发泡剂0.1份、水65份。制备的泡沫混凝土适合用于制备轻质隔墙板。
35.具体的，所述所述偏高岭土为天然高岭土经650~850
˚
c煅烧后，粉磨至比表面积500m2/kg以上的微粉。生石灰为块状，有效cao含量≥80%。磷石膏为原状，含水12~15%，比表面积80~100m2/kg。复合增强剂为自制，粉剂，比表面积400~450m2/kg，主要成分含氯盐与铝酸盐矿物。发泡剂为即混型复合增强型，是一种醚醇类复合发泡剂。
36.上述一种偏高岭土
‑‑
磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法，其实际制备按以下步骤进行：磷石膏预处理：由于原状磷石膏含有少量有害杂质、且含有一定的水分，颗粒较粗，使用前必须进行预处理。按上述比例加入磷石膏40份、块状生石灰10份和适量水，倒入湿法球磨机中，粉磨15~20min至磷石膏浆体的细度小于10%（0.08mm方孔筛），浆体固含量控制在50%左右。制备好的磷石膏浆体放置24h备用，期间每间隔1h搅拌一次，一次1min。
37.泡沫制备：将一定数量发泡剂原液用100倍的水进行稀释，采用微型智能发泡机进行发泡，调节微型智能发泡机控制旋钮，使产生的泡沫密度达到50g/l左右。微型智能发泡机工作原理与工程上使用的大型发泡机工作原理相同，都是采用压缩空气。
38.浆体制备：将上述预处理的磷石膏浆体加入偏高岭土45份，复合增强剂5份、加水（总水固比为0.65）搅拌3min，制成偏高岭土与磷石膏浆体。
39.泡沫混凝土制备：将上述制备好的浆体与泡沫按比例进行混合，搅拌3min，即可制得混合均匀的新型泡沫混凝土。泡沫混凝土的养护制度与普通混凝土相同。泡沫混凝土湿
密度910kg/m3，干密度752kg/m3，28d抗压强度3.8mpa，导热系数0.18w/m.k。
40.实例实施四 更为优选的技术方案为，包括重量份原料：偏高岭土40份，生石灰8份、磷石膏45份、复合增强剂7份、发泡剂0.1份、水65份。制备的泡沫混凝土适合用于制备轻质隔墙板。
41.具体的，所述所述偏高岭土为天然高岭土经650~850
˚
c煅烧后，粉磨至比表面积500m2/kg以上的微粉。生石灰为块状，有效cao含量≥80%。磷石膏为原状，含水12~15%，比表面积80~100m2/kg。复合增强剂为自制，粉剂，比表面积400~450m2/kg，主要成分含氯盐与铝酸盐矿物。发泡剂为即混型复合增强型，是一种醚醇类复合发泡剂。
42.上述一种偏高岭土
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磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法，其实际制备按以下步骤进行：磷石膏预处理：由于原状磷石膏含有少量有害杂质、且含有一定的水分，颗粒较粗，使用前必须进行预处理。按上述比例加入磷石膏45份、块状生石灰8份和适量水，倒入湿法球磨机中，粉磨15~20min至磷石膏浆体的细度小于10%（0.08mm方孔筛），浆体固含量控制在50%左右。制备好的磷石膏浆体放置24h备用，期间每间隔1h搅拌一次，一次1min。
43.泡沫制备：将一定数量发泡剂原液用100倍的水进行稀释，采用微型智能发泡机进行发泡，调节微型智能发泡机控制旋钮，使产生的泡沫密度达到50g/l左右。微型智能发泡机工作原理与工程上使用的大型发泡机工作原理相同，都是采用压缩空气。
44.浆体制备：将上述预处理的磷石膏浆体加入偏高岭土40份，复合增强剂7份、加水（总水固比为0.65）搅拌3min，制成偏高岭土与磷石膏浆体。
45.泡沫混凝土制备：将上述制备好的浆体与泡沫按比例进行混合，搅拌3min，即可制得混合均匀的新型泡沫混凝土。泡沫混凝土的养护制度与普通混凝土相同。泡沫混凝土湿密度895kg/m3，干密度738kg/m3，28d抗压强度3.2mpa，导热系数0.18w/m.k。
46.实施实例五 更为优选的技术方案为，包括重量份原料：偏高岭土25份，生石灰6份、磷石膏60份、复合增强剂9份、发泡剂0.3份、水60份。制备的泡沫混凝土适合用于屋面保温隔热材料。
47.具体的，所述所述偏高岭土为天然高岭土经650~850
˚
c煅烧后，粉磨至比表面积500m2/kg以上的微粉。生石灰为块状，有效cao含量≥80%。磷石膏为原状，含水12~15%，比表面积80~100m2/kg。复合增强剂为自制，粉剂，比表面积400~450m2/kg，主要成分含氯盐与铝酸盐矿物。发泡剂为即混型复合增强型，是一种醚醇类复合发泡剂。
48.上述一种偏高岭土
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磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法，其实际制备按以下步骤进行：磷石膏预处理：由于原状磷石膏含有少量有害杂质、且含有一定的水分，颗粒较粗，使用前必须进行预处理。按上述比例加入磷石膏60份、块状生石灰6份和适量水，倒入湿法球磨机中，粉磨15~20min至磷石膏浆体的细度小于10%（0.08mm方孔筛），浆体固含量控制在50%左右。制备好的磷石膏浆体放置24h备用，期间每间隔1h搅拌一次，一次1min。
49.泡沫制备：将一定数量发泡剂原液用100倍的水进行稀释，采用微型智能发泡机进行发泡，调节微型智能发泡机控制旋钮，使产生的泡沫密度达到50g/l左右。微型智能发泡机工作原理与工程上使用的大型发泡机工作原理相同，都是采用压缩空气。
50.浆体制备：将上述预处理的磷石膏浆体加入偏高岭土25份，复合增强剂9份、加水
（总水固比为0.60）搅拌3min，制成偏高岭土与磷石膏浆体。
51.泡沫混凝土制备：将上述制备好的浆体与泡沫按比例进行混合，搅拌3min，即可制得混合均匀的新型泡沫混凝土。泡沫混凝土的养护制度与普通混凝土相同。泡沫混凝土湿密度455kg/m3，干密度348kg/m3，28d抗压强度大于0.8mpa，导热系数0.09w/m.k。
52.实施实例六 更为优选的技术方案为，包括重量份原料：偏高岭土20份，生石灰6份、磷石膏65份、复合增强剂9份、发泡剂0.3份、水60份。制备的泡沫混凝土适合用于屋面保温隔热材料。
53.具体的，所述所述偏高岭土为天然高岭土经650~850
˚
c煅烧后，粉磨至比表面积500m2/kg以上的微粉。生石灰为块状，有效cao含量≥80%。磷石膏为原状，含水12~15%，比表面积80~100m2/kg。复合增强剂为自制，粉剂，比表面积400~450m2/kg，主要成分含氯盐与铝酸盐矿物。发泡剂为即混型复合增强型，是一种醚醇类复合发泡剂。
54.上述一种偏高岭土
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磷石膏基新型泡沫混凝土及制备方法，其实际制备按以下步骤进行：磷石膏预处理：由于原状磷石膏含有少量有害杂质、且含有一定的水分，颗粒较粗，使用前必须进行预处理。按上述比例加入磷石膏65份、块状生石灰6份和适量水，倒入湿法球磨机中，粉磨15~20min至磷石膏浆体的细度小于10%（0.08mm方孔筛），浆体固含量控制在50%左右。制备好的磷石膏浆体放置24h备用，期间每间隔1h搅拌一次，一次1min。
55.泡沫制备：将一定数量发泡剂原液用100倍的水进行稀释，采用微型智能发泡机进行发泡，调节微型智能发泡机控制旋钮，使产生的泡沫密度达到50g/l左右。微型智能发泡机工作原理与工程上使用的大型发泡机工作原理相同，都是采用压缩空气。
56.浆体制备：将上述预处理的磷石膏浆体加入偏高岭土20份，复合增强剂9份、加水（总水固比为0.60）搅拌3min，制成偏高岭土与磷石膏浆体。
57.泡沫混凝土制备：将上述制备好的浆体与泡沫按比例进行混合，搅拌3min，即可制得混合均匀的新型泡沫混凝土。泡沫混凝土的养护制度与普通混凝土相同。泡沫混凝土湿密度438kg/m3，干密度335kg/m3，28d抗压强度大于0.5mpa，导热系数0.09w/m.k。
58.上述六种实例方案，泡沫混凝土的有关性能如下表1所示。泡沫混凝土的物理性能：流值、湿密度、抗压强度等性能试验方法参照jg/t266-2011《泡沫混凝土》。
59.通过比较上述六种方案，偏高岭土
‑‑
磷石膏基新型泡沫混凝土材料，可根据使用用途，调整组成材料比例及泡沫比例，制备出满足湿密度、抗压强度要求的泡沫混凝土。
60.上述的实例仅仅是对本技术的进一步解释，并不是对本技术配比参数、工艺流程的限制，与之相关的材料组成、制备方法都应在本技术的权利保护范围内。