[0001] 本发明涉及泡沫混凝土以及用于制备泡沫混凝土的泡沫组合物。

[0002] 存在很多类型的旨在以砌块形式用于构架工程的建筑材料。这样的材料包括基于TM粘土的材料（例如中空或蜂窝砖如Monomur ）、水泥材料（例如固体混凝土块或中空混凝土TM
块）或者有机材料（例如大麻纤维如Chanvribloc ）。

[0003] 在这些块中，轻质混凝土块凭借例如它们的热绝缘性能对于很多应用而言是有利的。轻质混凝土是这样的混凝土，该混凝土由于例如其包含孔或空白空间而比常规混凝土更轻。这样的孔或空白空间是由于在混凝土中存在形成气泡的空气。有可能由1立方米的原材料制备大约5立方米的混凝土成品，其为由20%固体材料和80%空气构成的块（对于密度为400千克/立方米的块）。

[0004] 制备轻质混凝土块的一个困难是同时确保块的轻质及机械强度。制备轻质水泥材料以形成泡沫块的最普遍的方式是：

[0005] a）在混凝土凝固的过程中，在包含砂子与水泥的混合物中，通过铝粉末与富含石灰的反应物之间的化学反应而生成气体；

[0006] b）制备含水泡沫（通过将空气引入水与起泡剂的混合物中）并将泡沫注入水泥糊剂中；或者

[0007] c）在混合器中对水泥糊剂直接充气。

[0008] 然而，这样的方法并不总是令人满意的。第一种方法由于其复杂性并不提供对密度的足够控制。第二种方法要求向水泥糊剂中加入水作为泡沫的一部分，其自然使得糊剂流体化，但是损害了最终机械性能。第三种方法不提供足够强的泡沫。在最后两种情况中，所需要的低流动性通过已知的方式获得，所述已知的方式涉及使用流化剂和/或减水剂，有时通过优化粉末混合物的颗粒测量法。尽管使用流化剂（例如超增塑剂）不带来改进的流动性，但是这通常与颗粒的高分离以及产生结块的增加趋势有关，由此损害制备的固体材料的机械强度。

[0009] 本发明尝试解决的问题是简化泡沫混凝土的制备，有利于制备具有低的水/水泥比率和水/固体比率的流体水泥糊剂，和/或确保泡沫混凝土良好的热和机械性能。

[0010] 出人意料地，发明人已经发现以特定比率联合使用特定已知的促进剂和起泡剂产生协同效果，增加水泥糊剂的流动性。流动性的增加有利于例如在高剪切速率混合器中泵送糊剂并且有利于起泡。

[0100] 应该理解，除非另外指出，在包括所附权利要求书的该说明书中：

[0101] 1、百分比以质量计。

[0102] 2、压缩强度在其制备后28天，在10厘米x10厘米x10厘米（1升）的块上测量。在28天的过程中，块用塑料片材覆盖。在测试前，将块在45°C和10%相对湿度的干燥炉TM
中保持24小时。然后在Zwick （PRES-018）压机中以1000牛顿/秒的速率升高压力挤压它们直至块破裂。

[0103] 3、热导率在其制备后28天，在10厘米x10厘米x10厘米（1升）的块上测量。在28天过程中，块用塑料片材覆盖。在测试前，将块在85°C的干燥炉中保持48小时。热导率使用热导率测量装置（CT计）测量。将1升的块切成两半。将校准的测量单元置于切割块的两个平面侧之间并进行固定。热量通过单元周围的材料从源向着热电偶传送。在热电偶水平中温度的升高以及由热源传送的能量（测量作为时间的函数），允许计算测量单位周围的块材料的热导率。

[0104] 4、使用Malvern MS2000激光粒度仪测量粒径和尺寸分布（在0.02微米和2毫米之间）。测量在乙醇中进行。光源为红色He-Ne激光（632纳米）和蓝色二极管（466纳米）。光学模型为Mie模型，计算矩阵为多分散型。

[0105] 在每个工作进程前利用对于粒径分布已知的标准样品（Sibelco France（之前称为Sifraco）C10二氧化硅）检查装置。

[0106] 使用如下参数进行测量：泵速2300rpm和搅拌速度800rpm。引入样品从而确立10和20%之间的不透光度。在不透光度稳定后进行测量。在80%下首先施加超音波1分钟从而保证样品的解聚集。在约30秒之后（清除可能的空气泡），进行测量15秒（15000分析图像）。不清空单元，重复测量至少两次从而核实结果的稳定性和可能的气泡的消除。

[0107] 说明书中给出的所有值和指定的范围对应于用超声波获得的平均值。

[0108] 根据本发明，表述“水硬性组合物”应被理解为水硬性粘合剂与水，任选聚集体，任选根据EN 934-2标准的掺合物，以及任选添加物的混合物。根据本发明，表述“水硬性组合物”表示新鲜、凝固或硬化状态的组合物。更优选地，根据本发明的水硬性组合物为水泥浆料。水硬性组合物可以例如为混凝土如自配售混凝土、自流平混凝土、自密实混凝土、纤维化混凝土、预拌混凝土、现场混凝土、轻质混凝土、预浇注混凝土或者着色混凝土。根据本发明，表述“预拌混凝土”应该理解为这样的混凝土，其具有足够开放的可加工性时间以允许将混凝土传送至对其进行浇注的施工现场。根据本发明，术语“混凝土”表示新鲜混合的混凝土、凝固混凝土或硬化混凝土。

[0109] 根据本发明，术语“添加物”应理解为尺寸为0.1至300微米的无机颗粒。根据本发明，术语“凝固”应理解为通过水合反应使水硬性粘合剂转变成固体状态。凝固之后通常接着硬化期。

[0110] 根据本发明，术语“硬化”应理解为使水硬性粘合剂获得机械强度。硬化通常发生在凝固结束之后。

[0111] 根据本发明，表述“用于建筑领域的元件”应理解为任何建筑元件，例如地板、整平板、地基、地下室、墙壁、隔墙、墙衬、天花板、横梁、台面、柱子、混凝土块、轻质混凝土块、杆、檐板、模具、涂层、胶结剂、绝缘元件（隔音和/或隔热）。

[0112] 术语熔渣指的是这样的熔渣，该熔渣优选包含至少2/3质量的玻璃熔渣；优选当以已知方式活化时具有水硬性；优选包含至少2/3质量的氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）和二氧化硅（SiO2）的总和，剩余物优选包含氧化铝（Al2O3）；（CaO+MgO）/（SiO2）的质量比优选为1以上。

[0113] 本发明的组合物鉴于其机械性能以及在该技术领域通常所用的命名法而称为“泡沫混凝土”。但是，它们确实不同于不包含粗集料的常规混凝土。

[0114] 以下实施例说明本发明，但是并不限制其范围。

[0115] 实施例1

[0116] 材料：

[0117] Millifoam H：由Huntsman公司提供的阴离子起泡剂（烷基醚硫酸钠）。氯化钙（%）：获自Verre Labo Mula的纯无水CaCl2。

[0118] 波特兰水泥为获自Lafarge Port La Nouvelle水泥厂的CEM I 52.5R水泥（批号LHY-3830或LHY-3867）。

[0119] 无机颗粒为由OMYA公司以商标名Betocarb HP Entrains提供的碳酸钙，其中D50为7.8微米，D10为1.7微米，D90为93微米且最大粒径为200微米（批号ADD-0239）。

[0120] 增塑剂为由Chryso公司提供的包含聚羧酸酯多氧化物（PCP）的产品：其基于Premia 180，但是不包含消泡剂。

[0121] 粉煤灰获自北美（Lafarge，威尔郡，伊思诺利州）：粒径D50=6.8微米。

[0122] Superpozz获自South Africa：粒径D50=3.4微米。

[0123] 火山灰获自希腊（Yali）：粒径D50=10.6微米。

[0124] 水：自来水。

[0125] 水泥浆料

[0126] 对于每种制剂，在天平上一起称重水泥、无机固体和钙盐。然后分别称重混合水TM和增塑剂（Chrysolab）。分别称重Millifoam。将所有称重的粉末置于混合器（Rayneri MALX-104，Rayneri VMI，PH602型，序列号121025）中，并使用混合器的旋转叶片通过行星式运动（17转/分钟）搅拌一至二分钟。将包含流化剂的混合水加入混合器的盘中的粉末中（33转/分钟，进行一至二分钟，取决于体积）。由此获得水泥浆料，其在混合器中再搅拌两分钟。停止混合器。拆除（scraped）混合器的盘并将Millifoam浇注在水泥浆料的表面上。重新开始混合以将Millifoam引入浆料（速度从17至25转/分钟变化，进行大约两分钟）。获得水泥浆料并准备起泡。以下表1呈现了不同水泥浆料的化学组成。

[0127] 表1

[0128]

[0129]

[0130] 表1中的量以相对于制剂总质量的质量%计。(1）

[0131] Millifoam的量为包含27%活性材料的市售产品的量。表中给出的Millifoam与氯化钙的比率为活性材料与氯化钙的比率。

[0132] 图1显示了根据以上表1中制剂1所记载的水泥浆料制剂的粘度与剪切速率之间的关系。测试如下表中所列的六个这样的制剂（表中给出的数字与在图1本身中列出的那些相同）。第六制剂与第五制剂相同，并表示以确认方式进行的再运行：可见的是结果非常类似。第五和第六制剂的两个图彼此紧密跟随，表明粘度显著下降。

[0133] 表2

[0134](1）

[0135] 粘合剂的量为水泥与碳酸钙结合的量。（2）

[0136] Chrysolab(3）

[0137] Millifoam H:百分比为活性成分自身的百分比。

[0138] 所有组合物包含超增塑剂（Chrysolab）。相对于仅使用超增塑剂而言：

[0139] 使用低剂量的氯化钙（1%）不显著降低粘度；

[0140] 使用较高剂量的氯化钙（1.82%）导致粘度增加；仅Millifoam则降低粘度；

[0141] 然而Millifoam与钙盐的组合产生组合的影响，该影响使得粘度大大降低。在图1中，纵坐标和横坐标均为对数标度：可见的是，粘度可以降低至1/10以下。

[0142] 轻质混凝土

[0143] 连续制备轻质混凝土。将上述获得的水泥浆料浇注至储存罐中，并使用Rayneri Turbotest混合器（MEXP-101，Rayneri VMI，Turbotest33/300型，序列号71815）搅拌，所述Rayneri Turbotest混合器包括抗絮凝叶片（取决于浆料的体积，叶片的速度从1000TM转/分钟至400转/分钟变化）。使用Moineau类型的容积泵（Seepex MEXP-413偏心螺杆泵，BN-025-12型，序列号243327）以大约1升/分钟的流速泵送浆料。将浆料引入起TM
泡机（Mondomix MALX-160，Minimondo A05，序列号P14018-37115），向所述起泡机中以
2.75升/分钟的流速添加压缩空气（由Brooks空气质量调节器，智能质量流量5850S，序号T55329/028提供）。使得流速适应起泡机出口处所需的泡沫密度，通常为1至4升/分钟。起泡机的旋转速度为400转/分钟：使得旋转速度适应起泡机出口处所需的泡沫密度，且旋转速度可以从250至1500转/分钟变化。在起泡机的出口处存在螺旋静态混合器TM
（Isojet ）。由此获得的泡沫用于制备轻质混凝土。

[0144] 轻质混凝土的块

[0145] -块尺寸：10x10x10厘米（体积为1升）：

[0146] 将如上所述获得的泡沫在环境温度（20-23°C）下浇注至尺寸为10x10x10厘米的聚苯乙烯模具中。将它们存储12至24小时，用塑料膜覆盖块。然后将它们脱模。由此获得块。

[0147] -块尺寸：25x33x50厘米（体积为41.25升）：（用于建造的商用尺寸块）。

[0148] 将之前获得的泡沫在环境温度（20-23°C）下浇注至尺寸为25x33x50厘米的木制模具中。将它们保留待用达12至24小时，用塑料膜覆盖块。然后将它们脱模。由此获得块。

[0149] 机械强度

[0150] 在形成1升块后，测试7天和28天时的机械强度。在测试前，将块在45°C和10%TM相对湿度的干燥炉中保持24小时。然后通过Zwick （PRES-018）压机以1000牛顿/秒的速率升高压力挤压它们直至块破裂。如下表3呈现了使用制剂1形成的块在破裂点时的最大强度。

[0151] 表3

[0152]

[0153] 热导率

[0154] 使用热导率测量装置（CT计）测量块的热导率。在测试前，将块在85°C的干燥炉中保持48小时。将1升的块切成两半。将校准的测量单元置于切割块的两个平面侧之间并进行固定。热量通过单元周围的材料从源向着热电偶传送。在热电偶水平中温度的升高以及由热源传送的能量（测量作为时间的函数），使得有可能计算测量单元周围的块材料的热导率。

[0155] 以下表4呈现了由制剂1以不同密度制得的块的热导率。

[0156] 表4

[0157]块的热导率，以W·m-1·K-1计
制剂1，以0.5的密度 0.225
制剂1，以0.44的密度 0.207
制剂1，以0.38的密度 0.177