CN101357828B - 轻集料的制备方法及以其产品为主保温源的无机保温材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻集料的制备方法以及以其产品为主保温源的无机保温材料。该轻集料由松脂岩高温熔融通气化材料后急剧冷却后，经两次表面处理制备而成，吸水率低，粘结性好。该无机保温材料以所得性能优异的轻集料为主保温源，以水泥作为胶接材料，并加入轻质粉料、膨胀剂、丙烯酸短纤维、可再分散乳胶粉、纤维素、甲酸钙来调整保温材料的力学和施工性能。本发明制得的无机保温材料具备优异的保温性、防火性和耐久性，使用寿命产，绿色环保，节能省材具有较佳的社会经济价值。

Description

轻集料的制备方法及以其产品为主保温源的无机保温材料

技术领域

本发明涉及一种建筑保温材料，具体是涉及一种无机轻集料的制备方法以及以其产品为主保温源的无机保温材料。

背景技术

目前保温材料主要分为有机保温材料和无机保温材料。

有机保温材料突出的优点就是保温性能非常好。但其在使用过程中防火性差，易失火，存在较大的安全隐患；同时有机保温材料的耐久性差，寿命较短，墙体保温系统需要隔期翻新，不但造成巨大的资源浪费且不利于节能环保。故而聚苯板保温材料已经被很多国家或地区列入了限制使用名单。

无机保温材料具有优异的防火性和耐久性，可以满足保温系统与建筑物同寿命的要求，是保温材料的一个重要的发展方向。但现有的无机保温材料主要是水泥膨胀珍珠岩砂浆、加气混凝土等等，由于这些材料容重较大，导热系数相对较高，保温效果差。再者，这些无机保温材料要么是开孔结构，像珍珠岩类；要么是连通孔结构，如加气混凝土。因此，材料吸水率相对较高，节能效果较差。

如何开发出防火性能和保温性能良好，且与建筑物同寿命的保温材料越来越受到世界各国的关注。有鉴于此，本发明人经过多次研究、试验，针对无机保温材料的吸水率高、保温性能差的问题进行了重点攻关，成功研制出了一种防火性能好、保温性能佳及寿命长的无机保温材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐水性强、与凝胶材料粘结性好的轻集料的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种以制备的轻集料为主保温源，同时具备优异的保温性、防火性和耐久性的无机保温材料。

为达上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种轻集料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)制备粗制轻集料

将二氧化硅含量在70％以上的酸性玻璃质松脂岩粉碎，过0.3mm筛，所得颗粒加入多级碳化硅加热管式玻化炉中，500-800℃下软化熔融，加入与其质量比例为1：1的高温分解发气材料高温分解发气材料发气膨胀，然后迅速出料一次性瞬间冷却至室温，形成的内部为多孔空腔、表面为玻璃质薄壳的球形颗粒，即为粗制轻集料；

(2)粗制轻集料的表面处理

将憎水剂均匀喷洒在步骤(1)中所得粗制轻集料的表面，在100-105℃下烘干至恒重，然后将偶联剂饱和溶液均匀喷洒在经过憎水处理的轻集料表面，晾置一天后，再在100-105℃下烘干至恒重，得无机保温材料的主保温源——轻集料。

所述的轻集料的制备方法，其中所述高温分解发气材料为碳酸钙，所述憎水剂为有机硅饱和溶液，所述偶联剂为铝酸酯饱和溶液。

所述的轻集料的制备方法，其中所述颗粒的粒径范围为0.075mm-0.3mm。

一种以上述轻集料的制备方法中所得轻集料为主保温源的无机保温材料，可以由以下两种方式制得：

(1)由胶粉料和所述轻集料配制而成，其中胶粉料的主要成分按重量份数计为：

水泥               400-800份

轻质粉料           160-550份

膨胀剂             40-60份

聚丙烯短纤维       4-8份

可再分散乳胶粉     20-50份

甲酸钙             0.6-1.6份

纤维素             0.3-0.8份

上述组分均匀混合后按1000分组备用；

使用时，取所述轻集料800-1300份与一组胶粉料混合搅拌均匀，即得无机保温材料。

(2)由下列组分均匀混合配置而成，各组分按重量份数分别为：

轻集料             800-1300份

水泥               400-800份

轻质粉料           160-550份

膨胀剂             40-60份

聚丙烯短纤维       4-8份

可再分散乳胶粉     20-50份

甲酸钙             0.6-1.6份

纤维素             0.3-0.8份

所述的无机保温材料，其中所述轻质粉料为硅藻土、凹凸棒石粘土和硅灰中一种或多种的混合。

所述的无机保温材料，其中所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂。

所述的无机保温材料，其中所述聚丙烯短纤维，其纤维长度小于或等于3mm。

本保温材料既可以直接涂抹于墙体表面，又可以预制成板材使用。

由于采用了上述技术手段，使得本发明具有如下技术效果：

(1)本发明的轻集料的制备方法，是将粉碎的酸性玻璃质松脂岩在高温500℃条件下进行软化熔融，其中所含结晶水迅速汽化，产生膨胀压力，在松脂岩刚变为熔融状时加入与其质量比例为1：1的高温分解发气材料碳酸钙，由于其分解产生大量二氧化碳，从而导致粘稠状的酸性玻璃质体积迅速膨胀，体积膨胀后的玻璃体便可形成多孔空腔结构，并在连续瞬时高温熔融冷却状态下，使表面形成封闭性玻璃质薄壳的轻质球形颗粒——粗制轻集料。其颗粒呈不规则球状，内部为多孔的空腔结构，外表面封闭、光滑。

粗制轻集料的主要性能：

粒度(mm)：         0.075-1.18

容重(kg/m³)：      50-200

导热系数(W/m·k)： 0.0284-0.054

吸水率(真空抽滤法测定的％)：       20％-50％

筒压强度(1Mpa压力的体积损失率％)： 38％-46％

成球率：           80-95％

表面玻化率：       ≥95％

耐火度：           1208-1360℃

由上可知初步制得的超轻矿物微珠导热系数等各种性能均较好，只有吸水率仍然较高在20％以上，由于水的导热系数较高，所以材料吸水受潮后，保温性能会大幅下降，因此为解决矿物空心微珠轻集料的吸水问题。经过大量实验，我们选择了用有机硅憎水材料来对集料进行表面处理，经过憎水化处理后的超轻矿物微珠集料的吸水率降到了5％以内，大大提高了由此制得的保温材料的耐水性。

另外，由于憎水剂吸附在集料表面，硬化后会在集料表面形成聚合物薄膜，这种聚合物薄膜是不亲水的，这样胶凝材料就无法将集料胶结起来，为保证集料与胶凝材料之间具有良好的粘结性能，我们经过实验选择了一种铝酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂的作用机理是分子中易水解的烷氧基与集料表面的自由质子发生化学反应，在集料表面覆盖一层单分子膜，也就是常说的化学键合。而铝酸酯分子另一端有机长分子基团可与高聚物分子链发生化学交联和物理缠绕，从而显著改善产品的加工性能和物理机械性能。用它再对经过憎水处理的轻集料进行表面处理，这样既保证了轻集料有较低的吸水率，另外还能保证轻集料与胶凝材料之间良好的粘结性能。

(2)、本发明的另外一个创新是除了以高性能的轻集料为主要保温源之外，又引入了轻质粉料---保温填料作为第二保温源。保温填料中主要起第二保温源作用的轻质材料，该轻质材料为硅藻土、凹凸棒石粘土和硅灰中一种或几种的混合。

硅藻土是单细胞水生植物硅藻的遗骸沉积所形成。主要化学成份为非晶体二氧化硅(或称无定形蛋白石)，伴有少量蒙脱石、高岭石等粘土杂质和有机质。因具有多孔结构、密度低、比表面大、防火性能好、导热系数小(硅藻土的导热系数为0.076w/m·k)等特性，使它成为内外墙保温砂浆优质原材料之一。

凹凸棒石(Attapulgus)又称坡缕石(Palygouskite)或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。其结构属2：1型粘土矿物。在每个2：1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状。凹凸棒石粘土不仅具有很好的粘结性能，而且其导热系数只有0.06w/m·k，可大大提高材料的保温性能。

硅灰是指用高纯度石英冶炼金属硅和硅铁合金的工厂从烟囱中收集的超细粉末，它是高温硅蒸气在低温区被氧化成二氧化硅并凝结成的无定形的球状玻璃颗粒，成为凝聚硅灰，其平均颗粒粒径0.1μm，有着极大的比表面积，约为2000m²/kg。因此使得它具有极好的火山灰活性、微集料效应，能改善拌合物的粘聚性和保水性，提高强度，改善孔结构，尤其对提高水泥基材料的耐久性有很大的帮助。另外它还是一种轻质材料，其导热系数也非常小，可以有效的降低材料的容重，提高材料的保温效果。

这样由矿物微珠和保温填料组成材料的两种保温来源，这突破了以往保温浆料只靠轻集料来作为单一保温源的做法，大大提高了材料的保温效果。

(3)本发明采用水泥作为胶结材料，而水泥基材料最大的一个缺陷就是线形收缩较大，由于本保温材料的施工方式之一是涂抹于墙体表面，因此当材料涂抹于墙体硬化后，如果收缩较大的话，材料整体就会产生龟裂，这样裂缝处就成为整个保温体系的薄弱环节，最后在水蒸气的渗透和自然环境的作用下，整个保温体系最终被破坏。为解决本材料的收缩问题，我们采用了膨胀剂与聚丙烯短纤维(3mm)双掺的方法来确保材料的线形收缩被限制在标准允许的0.3％以下。膨胀剂水化后会生成多硫型水化硫铝酸钙(钙矾石)，产生体积膨胀会切断和填充毛细孔减少材料的孔隙率，起到补偿材料收缩的作用，从而改善各相之间的微结构，使结构更为密实，大大提高材料的抗裂能力。另外加入的聚丙烯短纤维由于直径小、纤维长度较短。大量的微纤维在砂浆中均匀乱向分布，形成一种乱向网。并和水泥基体紧密结合。乱向网在砂浆中形成内架支撑着整个体系，另外聚丙烯纤维的添加能阻止砂浆中裂缝扩展并细化裂缝。塑性裂缝总是从水泥基材料表面的原生微裂缝处开始扩展的。当微裂缝的长度大于纤维间距时，纤维将跨越裂缝起到传递荷载的桥梁作用，使基体内的应力场更加连续和均匀，使微裂缝尖端的应力集中得以钝化，裂缝的进一步扩展受到约束。当微裂缝的长度小于纤维间距时，原生裂缝在扩展过程中遇到纤维，纤维将迫使其改变延伸方向或跨越纤维生成更微细的裂缝场，显著增大了微裂缝扩展的能量消耗，阻止裂缝的扩展。这样由膨胀剂补偿收缩和纤维限制收缩两种方式，从根本上消除了材料产生线形收缩的缺陷。

(4)本发明采用可再分散乳胶粉、纤维素、甲酸钙作为添加剂来调整材料的力学性能和施工性能，进一步优化了无机保温材料的施工性能和保温性能。

(5)本发明所用原材料均为无机材料，其绿色环保，使用寿命长，节能省材。

总之，本发明以采用适当的工艺手段及表面处理方法制备出的性能优越的轻集料作为主保温源，添加胶粉料制得的无机保温材料具备优异的保温性、防火性和耐久性，使用寿命产，绿色环保，节能省材。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明并不仅限于所述实施例。

以下份数如无特殊说明均为重量份数。

实施例1：(轻集料的制备方法)

轻集料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将二氧化硅含量在70％以上的酸性玻璃质松脂岩粉碎，过0.3mm筛，得粒径范围为0.3mm-0.075mm的颗粒，取所得颗粒1000份加入多级碳化硅加热管式玻化炉中，500℃下软化熔融，然后加入与其质量比例为1：1的高温分解发气材料高温分解发气材料发气膨胀，然后迅速出料一次性瞬间冷却至室温，形成的内部为多孔空腔、表面为玻璃质薄壳的球形颗粒，即为粗制轻集料；

(2)粗制轻集料的表面处理

取液体有机硅饱和溶液500份，均匀喷洒在步骤(1)中所得粗制轻集料的表面，在100℃下烘干至恒重；然后取铝酸酯饱和溶液300份，均匀喷洒在经过憎水处理的轻集料表面，晾置一天后，再在100℃下烘干至恒重，得无机保温材料的主保温源——轻集料。

实施例2(实施例2-5为无机保温材料的一种制备方法)

取依照实施例1中方法制备所得的轻集料1000份，水泥600份，硫铝酸盐膨胀剂60份，聚丙稀短纤维6份，轻质粉料-硅藻土340份，可再分散乳胶粉30份，甲酸钙1份，纤维素0.5份在混料机中均匀混合，所得即为干粉类无机保温材料；

施工时，取干粉类无机保温材料1000份，加水900份在强制搅拌机中搅拌得到的料浆类保温材料即可施工使用。

实施例3：

取依照实施例1中方法制备所得的轻集料800份，水泥400份，硫铝酸盐膨胀剂50份，聚丙稀短纤维4份，硅藻土80份、凹凸棒石粘土80份、硅灰390份，，可再分散乳胶粉50份，甲酸钙1.6份，纤维素0.8份在混料机中均匀混合，所得即为干粉类无机保温材料；

施工时，取干粉类无机保温材料1000份，，加水900份在强制搅拌机中搅拌得到的料浆类保温材料即可施工使用。

实施例4：

取依照实施例1中方法制备所得的轻集料1300份，水泥700份，硫铝酸盐膨胀剂50份，聚丙稀短纤维8份，硅藻土50、硅灰200，可再分散乳胶粉25份，甲酸钙0.8份，纤维素0.4份在混料机中均匀混合，所得即为干粉类无机保温材料；

施工时，取干粉类无机保温材料1000份，，加水900份在强制搅拌机中搅拌得到的料浆类保温材料即可施工使用。

实施例5：

取依照实施例1中方法制备所得的轻集料1100份，水泥800份，硫铝酸盐膨胀剂40份，聚丙稀短纤维6份，凹凸棒石粘土60份、硅灰100份，可再分散乳胶粉20份，甲酸钙0.6份，纤维素0.3份在混料机中均匀混合，所得即为干粉类无机保温材料；

施工时，取干粉类无机保温材料1000份，，加水900份在强制搅拌机中搅拌得到的料浆类保温材料即可施工使用。

实施例6(实施例6-9为无机保温材料的另一种制备方法)：

本例中无机保温材料，由胶粉料和上述制备的轻集料配制而成，其中胶粉料的主要成分为：

水泥800份，硫铝酸盐膨胀剂40份，聚丙稀短纤维6份，硅藻土80份、凹凸棒石粘土80份，可再分散乳胶粉20份，甲酸钙0.6份，纤维素0.3份在混料机中均匀混合，所得即为胶粉料；

施工时，取胶粉料1000份及依据实施例1中方法制备所得的轻集料1000份，加水900份在强制搅拌机中搅拌得到的料浆类保温材料即可施工使用。

实施例7：

本例中无机保温材料，由胶粉料和上述制备的轻集料配制而成，其中胶粉料的主要成分为：

水泥400份，硫铝酸盐膨胀剂50份，聚丙稀短纤维4份，硅藻土80份、凹凸棒石粘土80份、硅灰390份，可再分散乳胶粉50份，甲酸钙1.6份，纤维素0.8份在混料机中均匀混合，所得即为胶粉料；

施工时，取胶粉料1000份及依据实施例1中方法制备所得的轻集料800份，加水900份在强制搅拌机中搅拌得到的料浆类保温材料即可施工使用。

实施例8：

本例中无机保温材料，由胶粉料和上述制备的轻集料配制而成，其中胶粉料的主要成分为：

水泥600份，硫铝酸盐膨胀剂60份，聚丙稀短纤维6份，硅藻土170份、凹凸棒石粘土170份可再分散乳胶粉30份，甲酸钙1份，纤维素0.5份在混料机中均匀混合，所得即为胶粉料；

施工时，取胶粉料1000份及依据实施例1中方法制备所得的轻集料1200份，加水1100份在强制搅拌机中搅拌得到的料浆类保温材料即可施工使用。

实施例9：

本例中无机保温材料，由胶粉料和上述制备的轻集料配制而成，其中胶粉料的主要成分为：

水泥700份，硫铝酸盐膨胀剂50份，聚丙稀短纤维6份，凹凸棒石粘土50份、硅灰200份，可再分散乳胶粉25份，甲酸钙0.8份，纤维素0.4份在混料机中均匀混合，所得即为胶粉料；

施工时，取胶粉料1000份及依据实施例1中方法制备所得的轻集料1300份，加水1200份在强制搅拌机中搅拌得到的料浆类保温材料即可施工使用。

Claims (9)

1.一种轻集料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)制备粗制轻集料

将二氧化硅含量在70％以上的酸性玻璃质松脂岩粉碎，过0.3mm筛，所得颗粒加入多级碳化硅加热管式玻化炉中，500-800℃下软化熔融，加入与其质量比例为1∶1的碳酸钙高温分解发气材料发气膨胀，然后迅速出料一次性瞬间冷却至室温，形成的内部为多孔空腔、表面为玻璃质薄壳的球形颗粒，即为粗制轻集料；

(2)粗制轻集料的表面处理

将有机硅饱和溶液均匀喷洒在步骤(1)中所得粗制轻集料的表面，在100-105℃下烘干至恒重，然后将铝酸酯饱和溶液均匀喷洒在经过憎水处理的轻集料表面，晾置一天后，再在100-105℃下烘干至恒重，得无机保温材料的主保温源——轻集料。

2.根据权利要求1所述的轻集料的制备方法，其特征在于：所述酸性玻璃质松脂岩粉碎颗粒的粒径范围为0.075-0.3mm。

3.一种以权利要求1-2中任一所得轻集料为主保温源的无机保温材料，其特征在于：其由胶粉料和所述轻集料配制而成，其中胶粉料的主要成分按重量份数计为：

水泥            400-800份，

轻质粉料        160-550份，

膨胀剂          40-60份，

聚丙烯短纤维    4-8份，

可再分散乳胶粉    20-50份，

甲酸钙            0.6-1.6份，

纤维素            0.3-0.8份，

上述组分均匀混合后按每组1000重量份数分组备用；

使用时，取所述轻集料800-1300份与一组胶粉料混合搅拌均匀，即得无机保温材料。

4.根据权利要求3所述的无机保温材料，其特征在于：所述轻质粉料为硅藻土、凹凸棒石粘土和硅灰中一种或多种的混合。

5.根据权利要求3所述的无机保温材料，其特征在于：所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂。

6.根据权利要求3所述的无机保温材料，其特征在于：所述聚丙烯短纤维，其纤维长度小于或等于3mm。

7.一种以权利要求1-2中任一所得轻集料为主保温源的无机保温材料，其特征在于：其由下列组分均匀混合配置而成，各组分按重量份数分别为：

轻集料          800-1300份，

水泥            400-800份，

轻质粉料        160-550份，

膨胀剂          40-60份，

聚丙烯短纤维    4-8份，

可再分散乳胶粉  20-50份，

甲酸钙          0.6-1.6份，

纤维素          0.3-0.8份。

8.根据权利要求7所述的无机保温材料，其特征在于：所述轻质粉料为硅藻土、凹凸棒石粘土和硅灰中一种或多种的混合。

9.根据权利要求7所述的无机保温材料，其特征在于：所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂；所述聚丙烯短纤维，其纤维长度小于或等于3mm。