一种含有磷渣的泡沫混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及建筑材料领域，更具体地说，它涉及一种含有磷渣的泡沫混凝土及其制备方法。
背景技术
泡沫混凝土，又叫发泡混凝土或轻质混凝土，发泡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。因泡沫混凝土具有良好的保温隔热性能、隔音耐火性能以及防水性能，泡沫混凝土已经被广泛应用于建筑施工中。
磷渣是电炉法生产黄磷时，在炉内定期排出的一种低熔点炉渣，每生产1吨黄磷会大约排出8-10吨磷渣，随着磷渣的大量排出，对环境的污染也在不断加剧。因此，为了更有效地利用磷渣，通常会将磷渣作为骨料加入至泡沫混凝土中。
针对上述中的相关技术，发明人认为，磷渣的主要成分是硅酸盐和铝酸盐玻璃体，玻璃体含量在85％-90％，另外还含有少量细小晶体，结晶相中有假硅灰石、石英、方解石、氟化钙、硅酸二钙和硅酸三钙的存在，因此，磷渣具有较高的矿物活性，而不具备水硬活性，不具备水硬活性的物质在掺入混凝土后，必须被水泥熟料的水化产物氢氧化钙碱性激发才能产生水化反应，生成胶凝性水化产物，从而使得泡沫混凝土的早期强度容易下降。因此，仍有改进的空间。
发明内容
为了减少磷渣对泡沫混凝土的强度性能的影响，本申请提供一种含有磷渣的泡沫混凝土及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种含有磷渣的泡沫混凝土，采用如下的技术方案：
一种含有磷渣的泡沫混凝土，由混凝土拌和料制成，所述混凝土拌和料包括以下质量份数的组分：
水泥400-410份；
磷渣100-105份；
石粉40-50份；
发泡剂1-3份；
水120-130份；
生石灰3-5份；
硼酸钙1-2份；
硫酸铁0.3-0.7份。
通过采用上述技术方案，加入生石灰，有利于更好地激发磷渣的水化反应，有利于加快水化产物的生成速度，从而有利于更好地提高泡沫混凝土的早期强度。
通过加入硼酸钙与硫酸铁互相协同复配，有利于更好地缓解生石灰对发泡剂的影响，使得泡沫混凝土的发泡更加不容易受到影响，从而有利于泡沫混凝土更好地同时保持较佳的保温性能以及早期强度性能；同时，硼酸钙与硫酸铁的协同复配还在一定程度上有利于更好地减小生石灰对泡沫混凝土的后期强度的影响，有利于泡沫混凝土更好地保持其强度性能。
综上可得，通过采用生石灰、硼酸钙以及硫酸铁互相协同复配，使得磷渣加入至泡沫混凝土中更加不容易对泡沫混凝土的强度性能产生影响，有利于扩大磷渣的重复利用的范围，有利于更好地节约能源；同时，使得制备所得的泡沫混凝土能更好地同时保持较佳的保温性能以及强度性能，使得泡沫混凝土内的孔隙更加不容易对泡沫混凝土的强度性能造成影响。
优选的，所述混凝土拌和料还包括以下质量份数的组分：
聚乙二醇0.1-0.5份。
通过采用上述技术方案，加入聚乙二醇，有利于各组分更好地均匀分散于泡沫混凝土中，从而有利于更好地促进生石灰、硼酸钙与硫酸铁的互相协同复配，使得制备所得的泡沫混凝土能更好地同时保持较佳的保温性能以及强度性能，使得泡沫混凝土的强度性能更加不容易受到磷渣的加入的影响以及更加不容易受到内部孔隙的影响。
优选的，所述混凝土拌和料还包括以下质量份数的组分：
氧化铟锡13-16份；
二氧化锆8-13份。
通过采用上述技术方案，加入氧化铟锡与二氧化锆互相协同复配，有利于更好地减少生石灰对泡沫混凝土的后期强度的影响，有利于泡沫混凝土更好地同时保持较佳的保温性能以及后期强度性能。
优选的，所述发泡剂包括碳酸钙、碳酸镁、碳化硅、铝粉、碳黑中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，上述中的一种或多种物质作为发泡剂，有利于更好地减少磷渣对泡沫混凝土发泡的影响，使得泡沫混凝土的早期强度更加不容易受到磷渣的影响的同时有利于泡沫混凝土更好地保持较佳的保温性能。
优选的，所述发泡剂由碳酸钙与铝粉以1：2-3的质量比混合而成。
通过采用上述技术方案，采用特定比例的碳酸钙以及铝粉协同复配作为发泡剂，有利于发泡剂更好地与生石灰配合，使得泡沫混凝土的发泡更加不容易受到生石灰的影响，从而有利于泡沫混凝土更好地同时保持较佳的保温性能、早期强度以及后期强度。
优选的，所述磷渣的粒度为150-200目；所述石粉的粒径为300-400目。
通过采用上述技术方案，控制磷渣以及石粉的粒径范围，有利于泡沫混凝土中的骨料更好地均匀分散于泡沫混凝土中，同时，还有利于泡沫混凝土中的骨料堆积更加密集，使得制备所得的泡沫混凝土的密实度提高，进而有利于更好地提高泡沫混凝土的后期强度。
优选的，所述磷渣的粒度为150-170目；所述石粉的粒径为300-325目；
所述发泡剂由碳酸钙与铝粉以1：2-3的质量比混合而成；
所述混凝土拌和料还包括以下质量份数的组分：
聚乙二醇0.1-0.5份；
氧化铟锡13-16份；
二氧化锆8-13份。
通过采用上述技术方案，有利于更好地缓解磷渣以及生石灰对泡沫混凝土的性能的影响，有利于泡沫混凝土更好地同时保持较佳的保温性能、早期强度性能以及晚期强度性能。
第二方面，本申请提供一种含有磷渣的泡沫混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：
一种含有磷渣的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，混合水泥、磷渣、石粉、生石灰以及一半质量的水，搅拌均匀，形成胶凝料；
步骤2，往胶凝料中加入发泡剂、硼酸钙以及硫酸铁，搅拌均匀，形成中间拌和料；
步骤3，往中间拌和料中加入剩余一半质量的水，搅拌均匀，即得混凝土拌和料；
步骤4，将混凝土拌和料按要求浇筑并养护成型，即得含有磷渣的泡沫混凝土。
优选的，所述步骤2中还加入有质量份数为0.1-0.5份的聚乙二醇。
优选的，所述步骤2中还加入有质量份数为13-16份的氧化铟锡以及质量份数为8-13份的二氧化锆。
通过采用上述技术方案，通过常规混合方法即可制得混凝土，操作简单方便，有利于泡沫混凝土更好地实现工业化生产。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请通过加入生石灰，有利于更好地减少磷渣对泡沫混凝土的早期强度的影响，通过加入硼酸钙以及硫酸铁协同复配，还有利于更好地减少生石灰对泡沫混凝土的发泡以及后期强度的影响，有利于混凝土更好地同时保持较佳的保温性能、早期强度性能以及晚期强度性能。
2、本申请中优选采用聚乙二醇与生石灰、硼酸钙以及硫酸铁协同复配，有利于更好地促进生石灰、硼酸钙以及硫酸铁的协同配合，使得混凝土更好地同时保持较佳的保温性能、早期强度性能以及晚期强度性能。
3、本申请中优选采用氧化铟锡以及二氧化锆协同复配，有利于更好地减少生石灰对泡沫混凝土的发泡以及后期强度的影响，有利于更好地提高泡沫混凝土的保温性能以及晚期强度性能。
4、本申请通过常规的方法即可实现混凝土的制备，操作简单方便，有利于实现工业化的生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例以及对比例的原料来源见表1。
表1
原料
来源厂家
型号
水泥
福建吉材信息技术有限公司
732159
磷渣
云南腾龙科技发展有限公司
-
石粉
上海谐康新材料科技有限公司
-
聚乙二醇
江苏省海安石油化工厂
PEG-4000
氧化铟锡
上海杳田新材料科技有限公司
991611
二氧化锆
山东开普勒生物科技有限公司
kpl-88551
实施例1
本实施例公开一种混凝土拌和料，混凝土拌和料包括以下质量的组分：
水泥400kg；磷渣105kg；石粉45kg；发泡剂1kg；水130kg；生石灰3kg；硼酸钙1kg；硫酸铁0.3kg；
在本实施例中，发泡剂为碳酸钠；磷渣的粒径为140目，石粉的粒径为270目。
本实施例还公开一种含有磷渣的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在搅拌釜中加入水泥、磷渣、石粉、生石灰以及一半质量的水，以50r/min的转速进行搅拌，搅拌均匀，形成胶凝料。
步骤2，边搅拌边往胶凝料中加入发泡剂、硼酸钙以及硫酸铁，搅拌均匀，形成中间拌和料。
步骤3，边搅拌边往中间拌和料中加入剩余一半质量的水，搅拌均匀，即得混凝土拌和料。
步骤4，根据实际需要将混凝土拌和料浇筑至成型模板中，静置养护，并控制养护温度为32℃，湿度为85％，养护30天，即得含有磷渣的泡沫混凝土。
实施例2
与实施例1的区别在于：
含有磷渣的泡沫混凝土的组分用量如下：
水泥405kg；磷渣100kg；石粉50kg；发泡剂3kg；水120kg；生石灰5kg；硼酸钙2kg；硫酸铁0.7kg。
其中，磷渣的粒径为180目，石粉的粒径为400目
实施例3
与实施例1的区别在于：
含有磷渣的泡沫混凝土的组分用量如下：
水泥410kg；磷渣103kg；石粉40kg；发泡剂2kg；水125kg；生石灰4kg；硼酸钙1.5kg；硫酸铁0.5kg。
其中，磷渣的粒径为140目，石粉的粒径为400目
实施例4
与实施例3的区别在于：步骤2中还加入有0.1kg聚乙二醇。
实施例5
与实施例3的区别在于：步骤2中还加入有0.5kg聚乙二醇。
实施例6
与实施例3的区别在于：步骤2中还加入有13kg氧化铟锡以及13kg二氧化锆。
实施例7
与实施例3的区别在于：步骤2中还加入有16kg氧化铟锡以及8kg二氧化锆。
实施例8
与实施例3的区别在于：步骤2中还加入有24kg二氧化锆。
实施例9
与实施例3的区别在于：步骤2中还加入有24kg氧化铟锡。
实施例10
与实施例3的区别在于：发泡剂为碳酸镁。
实施例11
与实施例3的区别在于：发泡剂由碳酸钙与铝粉以1:2的质量比均匀混合而成。
实施例12
与实施例3的区别在于：发泡剂由碳酸钙与铝粉以1:3的质量比均匀混合而成。
实施例13
与实施例3的区别在于：发泡剂由碳酸镁与铝粉以1:3的质量比均匀混合而成。
实施例14
与实施例3的区别在于：发泡剂由碳酸钙与碳酸镁以1:3的质量比均匀混合而成。
实施例15
与实施例3的区别在于：磷渣的粒径为150目，石粉的粒径为400目。
实施例16
与实施例3的区别在于：磷渣的粒径为200目，石粉的粒径为300目。
实施例17
与实施例3的区别在于：
步骤2中还加入有0.1kg聚乙二醇、13kg氧化铟锡以及13kg二氧化锆。
磷渣的粒径为150目，石粉的粒径为325目；
发泡剂由碳酸钙与铝粉以1:2的质量比均匀混合而成。
实施例18
与实施例3的区别在于：
步骤2中还加入有0.5kg聚乙二醇、16kg氧化铟锡以及8kg二氧化锆。
磷渣的粒径为170目，石粉的粒径为300目；
发泡剂由碳酸钙与铝粉以1:3的质量比均匀混合而成。
对比例1
与实施例3的区别在于：以等量的石粉替代磷渣、生石灰、硼酸钙以及硫酸铁。
对比例2
与实施例3的区别在于：以等量的石粉替代生石灰、硼酸钙以及硫酸铁。
对比例3
与实施例3的区别在于：以等量的石粉替代硼酸钙以及硫酸铁。
对比例4
与实施例3的区别在于：以等量的石粉替代硼酸钙。
对比例5
与实施例3的区别在于：以等量的石粉替代硫酸铁。
实验1
将以上实施例以及对比例制得的混凝土拌和料浇筑成3cm*3cm*3cm的立方块试件，并根据GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中的5抗压强度试验检测以上实施例以及对比例制得的试件的3d、7d、28d、90d抗压强度(MPa)。
实验2
将以上实施例以及对比例制得的混凝土拌和料浇筑成3cm*3cm*3cm的立方块试件，并根据JG/T266-2011《泡沫混凝土》中的7.3.2导热系数检测以上实施例以及对比例制得的试件的导热系数(W/(m·k))。
以上实验的检测数据见表2。
表2
根据表2中对比例1与对比例2的数据对比可得，对比例2比对比例1新加入了磷渣，对比例2的后期强度比对比例1的高，但早期强度相对有所下降，说明通过在泡沫混凝土中加入磷渣，有利于提高泡沫混凝土的后期强度，但容易影响泡沫混凝土的前期强度。
根据表2中对比例2与对比例3的数据对比可得，对比例3比对比例2新加入了生石灰，对比例3的早期强度高于对比例2的，但同时对比例2的晚期强度在一定程度上低于对比例3的，且对比例2的导热系数在一定程度上高于对比例3的，即对比例2的保温性能比对比例3的差，说明通过加入生石灰，有利于缓解磷渣对泡沫混凝土的早期强度的影响，但同时生石灰也容易对泡沫混凝土的后期强度以及发泡造成影响。
根据表2中对比例3-5与实施例3的数据对比可得，对比例4以及对比例5分别比对比例3新加入了硫酸铁以及硼酸钙，实施例3比对比例3新加入了硫酸铁以及硼酸钙，而对比例4以及对比例5的后期强度以及导热系数与对比例3的相近，实施例3的后期强度性能以及保温性能均优于对比例4以及对比例5，说明只有同时加入硫酸铁与硼酸钙协同复配，才能更好地缓解生石灰对泡沫混凝土的后期强度以及发泡的影响，使得泡沫混凝土更好地同时保持较佳的保温性能、早期强度性能以及后期强度性能。
根据表2中实施例3-5的数据对比可得，实施例4-5比实施例3新加入聚乙二醇，实施例4-5的早期强度性能、晚期强度性能以及保温性能均在一定程度上优于实施例3的，说明加入聚乙二醇，有利于更好地促进生石灰、硫酸铁以及硼酸钙的协同复配，使得泡沫混凝土的强度性能以及发泡更加不容易受到磷渣以及生石灰的影响。
根据表2中实施例3与实施例6-9的数据对比可得，实施例6-7均比实施例3新加入了氧化铟锡以及二氧化锆，实施例8比实施例3新加入了氧化铟锡，实施例9比实施例3新加入了二氧化锆，而实施例6-7的后期强度性能以及保温性能均优于实施例3的，实施例8-9的后期强度性能以及保温性能均与实施例3的相近，说明只有同时加入氧化铟锡以及二氧化锆互相协同复配，才能更好缓解生石灰对泡沫混凝土的影响，单独加入任一物质都无法起到作用。
根据表2中实施例3与实施例10-14的数据对比可得，通过采用特定的发泡剂，有利于更好地减少磷渣对泡沫混凝土的早期强度以及发泡的影响，使得泡沫混凝土的后期强度性能以及保温性能更好。
根据表2中实施例3与实施例15-16的数据对比可得，通过控制磷渣以及石粉的粒径，有利于泡沫混凝土中的骨料更好地分散均匀，同时，还有利于泡沫混凝土中的骨料更好地堆积密集，使得泡沫混凝土的密实度更高，从而有利于更好地提高泡沫混凝土的后期强度。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
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