CN102336554B - 一种水泥基轻质多孔保温材料及其制备方法 - Google Patents

一种水泥基轻质多孔保温材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水泥基轻质多孔保温材料及其制备方法，该材料由硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、减水剂、稳泡剂、早强剂、纤维、乳胶粉、憎水剂、发泡剂和水，按照一定的比例配合而成。各组分之间的质量比例为，水泥∶减水剂∶稳泡剂∶早强剂∶纤维∶乳胶粉∶憎水剂∶发泡剂＝100∶0.2-2.4∶0.1-3.0∶1.0-4.0∶0.3-1.5∶0.1-5.0∶0.1-6.0∶3.0-8.0，水灰比为0.45-0.55。该LWFC材料干燥密度250-300kg/m3，抗压强度0.5-1.0MPa，导热系数0.05-0.08W/m·K，吸水率4-8％，不变形，不开裂，作为无机不燃性轻质保温材料，可以替代以聚苯泡沫为代表的有机可燃性保温材料，应用于建筑节能工程的外墙外保温施工之中，也可以用于屋面保温工程、地暖工程、或用于制作复合保温板材等场合。

Description

一种水泥基轻质多孔保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥基轻质多孔保温材料(以下简称“LWFC”)及其制备方法，具体涉及一种密度为250-300kg/m3的水泥基不燃性轻质多孔保温材料的配合比设计及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
随着全球性能源、资源短缺和环境污染等日趋深刻化，省能省资源已经成为全球经济发展的必由之路。我国政府也在各种官方场合公开多次表示，要把节能减排，可持续发展作为中国经济发展的基本国策。据报道，房屋建筑工程能源消耗约占我国能源消耗总量的25-40％。因此，做好房屋建筑的节能减排对于贯彻落实中央提出的节能减排、可持续发展的经济发展基本国策有着举足轻重的意义。外墙外保温是房屋建筑节能工程中重要环节之一，而实现外墙外保温的基本保障是轻质保温材料。目前，在外墙外保温工程中使用的轻质保温材料主要是以聚苯泡沫为代表的有机可燃性材料，存在严重的火灾隐患。近年来，由于这类有机可燃性保温材料的使用引起的大型建筑物火灾屡见不鲜，已经造成数以亿计的重大经济损失和多数人身伤亡。建筑节能工程的推进急需一种无机不燃性轻质保温板材来替代目前普遍采用的聚苯泡沫材料。
中国专利CN1887772A提出一种干燥密度300kg/m3以上泡沫混凝土，由硫铝酸盐水泥制备，密度偏高，成本也偏高，而且，存在耐久性问题，应用效果和范围受到严重限制；中国专利CN101973779A提出一种新型泡沫混凝土的制备工艺，密度等级为700-1200kg/m3，密度太高，保温性能差，只能应用于填充工程场合，无法替代聚苯泡沫材料。
发明内容
本发明是为了替代目前普遍采用的聚苯泡沫材料而提供一种水泥基轻质多孔保温材料(LWFC)，本发明的另一目的是提供上述材料的制备方法。
本发明采取的技术方案如下：
一种水泥基轻质多孔保温材料，其特征在于其原料为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、减水剂、稳泡剂、早强剂、纤维、乳胶粉、憎水剂、发泡剂和水，其中原料各组分的质量比为水泥∶减水剂∶稳泡剂∶早强剂∶纤维∶乳胶粉∶憎水剂∶发泡剂＝100∶0.2-2.4∶0.1-3.0∶1.0-4.0∶0.3-1.5∶0.1-5.0∶0.1-6.0∶3.0-8.0，水灰比为0.45-0.55；该保温材料的干燥密度为250-300kg/m3，抗压强度为0.5-1.0MPa，导热系数为0.05-0.08W/m·K，吸水为4-8％。不变形，不开裂，不燃烧；
优选上述的普通硅酸盐水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥；所述的硅酸盐水泥为PII52.5硅酸盐水泥；发泡剂为双氧水溶液，双氧水溶液质量浓度为10-40％；稳泡剂为NJFA物理发泡剂；早强剂为水玻璃、MgCl2、CaCl2、或硫酸铝；减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸系高效减水剂；纤维为木质纤维或化学合成纤维；憎水剂为硬脂酸钙、硬脂酸铝或有机硅。
其中，水泥是形成LWFC材料基体骨架的胶凝材料。制备过程中水泥与适量水和减水剂均匀拌合形成具有足够流动性的水泥浆，借助于发泡剂的作用在静置状态下产生气泡。要控制适宜的水灰比(水和水泥的重量比)和减水剂添加量，如果减水剂和水灰比控制不当，要么浆体流动性不足难以发泡，要么料浆过稀泡沫难以捕捉。在稳泡剂的作用下，水泥浆体内产生的气泡就可以被很好地稳定下来，避免气泡逃逸、破损或过分长大，以便形成具有均匀尺寸分布和空间分布的多孔性浆体。稳泡剂过多时影响泡沫的正常长大。早强剂的作用则是促使水泥浆快速凝结和硬化，从而将先前形成的多孔性水泥浆完全固定下来，而不致坍塌或变形。早强剂的添加量也要适宜，过多会导致浆体过早硬化，进而导致发泡滞后于硬化，严重时导致胀裂而坍塌；添加量过少会导致发泡水泥浆体因长久不能凝结硬化而变形、下沉，严重时也会造成坍塌。纤维和乳胶粉主要起到增韧和增强作用，改善硬化体整体完整性。纤维添加过多时硬化体局部易发生结团、结块现象，纤维过少时硬化体易出现开裂、表面掉分等现象。乳胶粉添加过多时易出现消泡现象，乳胶粉添加过少时增韧作用不明显。憎水剂的主要作用是增强硬化体的防水性，憎水剂添加过少时不能满足防水要求，憎水剂添加过多时也会产生消泡现象。
本发明还提供了上述水泥基轻质多孔保温材料的制备方法，其具体步骤如下：
1)水泥浆制备：将水泥、水、减水剂、稳泡剂、早强剂、纤维、乳胶粉和憎水剂按比例计量后加入搅拌机，中速(搅拌速度为800-1500rpm)搅拌2-4min，制成各种组分分布均匀的水泥浆；
2)发泡剂混合：上述水泥浆中加入计量的化学发泡剂，高速(搅拌速度为2000-2800rpm)搅拌0.5-6min，制成发泡剂分布均匀的含发泡剂的水泥浆；
3)多孔体浇注：将上述制备好的含发泡剂的水泥浆注入预先准备好的模具中；
4)静置发泡：保持模具处于静置状态，使模具中的料浆自然发泡；
5)带模养护：浇注好的发泡料浆在室温下(20-30℃)带模养护12-24小时，使之凝固、硬化；
6)脱模再养护：将上述带模养护12-24小时之后脱模，取出多孔体，在室温(20-30℃)条件下继续充分养护48-72小时，得到水泥基轻质多孔保温材料。
有益效果：
本发明所制备的LWFC轻质保温材料干燥密度为250-300kg/m3，相应的抗压强度可达0.5-1.0MPa，导热系数可达0.05-0.08W/m·K，吸水率4-8％，不变形，不开裂，作为无机不燃性轻质保温材料可以替代以聚苯泡沫为代表性的有机可燃性保温材料应用于建筑节能工程的外墙外保温施工之中，也可以用于屋面保温工程、地暖工程、或用于制作复合保温板材等场合。
具体实施方式
以下按实施例进一步说明本发明的实施与效果。
实施例1
1)水泥浆制备：PO42.5水泥300g、水160g、聚羧酸减水剂(江苏博特新材料有限公司)7.0g、NJFA稳泡剂0.6g、早强剂(CaCl2)3.0g、纤维(木质纤维)1.2g、乳胶粉0.8g、憎水剂(硬脂酸钙)0.5g，依次加入搅拌机，中速(800rpm)搅拌4min，制成各种组分分布均匀的水泥浆；
2)发泡剂混合：上述水泥浆中加入发泡剂(质量浓度为35％的双氧水溶液)9.0g，高速(2200rpm)搅拌1min，制成发泡剂分布均匀的含发泡剂水泥浆；
3)多孔体浇注：将上述制备好的含发泡剂水泥浆注入预先准备好的模具中；
4)静置发泡：保持模具静置状态，模具中的料浆自然发泡；
5)带模养护：浇注好的发泡料浆在室温下(20℃)带模养护12小时、使之凝固、硬化；
6)脱模再养护：带模养护12小时之后脱模，取出多孔体，在室温条件下继续充分养护48小时，得到LWFC材料。
经肉眼观察，LWFC材料外形完整，坚硬，孔隙细小，分布均匀，表面无裂缝，不变形；经仪器测试，干燥密度290kg/m3，抗压强度1.0MPa，导热系数0.08W/m·K，吸水率4.5％。
实施例2
1)水泥浆制备：PII52.5水泥300g、水140g、聚羧酸减水剂(江苏博特新材料有限公司)1.5g、NJFA稳泡剂4.5g、早强剂(水玻璃)7.5g、纤维(化学合成纤维)3.5g、乳胶粉8.0g、憎水剂(硬脂酸铝)8.0g，依次加入搅拌机，中速(1200rpm)搅拌3min，制成各种组分分布均匀的水泥浆；
2)发泡剂混合：上述水泥浆中加入发泡剂(质量浓度为30％的双氧水溶液)18g，高速(2500rpm)搅拌3min，制成发泡剂分布均匀的含发泡剂水泥浆；
3)多孔体浇注：将上述制备好的含发泡剂水泥浆注入预先准备好的模具中；
4)静置发泡：保持模具静置状态，模具中的料浆自然发泡；
5)带模养护：浇注好的发泡料浆在室温下(25℃)带模养护20小时、使之凝固、硬化；
6)脱模再养护：带模养护20小时之后脱模，取出多孔体，在室温条件下继续充分养护60小时，得到LWFC材料。
经肉眼观察，LWFC材料外形完整，坚硬，孔隙细小，分布均匀，表面无裂缝，不变形；经仪器测试，干燥密度250kg/m3，抗压强度0.6MPa，导热系数0.05W/m·K，吸水率6.5％。
实施例3
1)水泥浆制备：PO42.5水泥300g、水135g、萘系减水剂(江苏博特新材料有限公司)3.6g、NJFA稳泡剂9.0g、早强剂(硫酸铝)12g、纤维(化学合成纤维)4.5g、乳胶粉15g、憎水剂(有机硅)18g，依次加入搅拌机，中速(1500rpm)搅拌2min，制成各种组分分布均匀的水泥浆；
2)发泡剂混合：上述水泥浆中加入发泡剂(质量浓度为10％双氧水)24g，高速(2800rpm)搅拌1min，制成发泡剂分布均匀的含发泡剂水泥浆；
3)多孔体浇注：将上述制备好的含发泡剂水泥浆注入预先准备好的模具中；
4)静置发泡：保持模具静置状态，模具中的料浆自然发泡；
5)带模养护：浇注好的发泡料浆在室温下(30℃)带模养护24小时、使之凝固、硬化；
6)脱模再养护：带模养护24小时之后脱模，取出多孔体，在室温条件下继续充分养护72小时，得到LWFC材料。
经肉眼观察，LWFC材料外形完整，坚硬，孔隙细小，分布均匀，表面无裂缝，不变形；经仪器测试，干燥密度270kg/m3，抗压强度0.7MPa，导热系数0.06W/m·K，吸水率5.0％。

Claims (2)

1.一种水泥基轻质多孔保温材料，其特征在于其原料为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、减水剂、稳泡剂、早强剂、纤维、乳胶粉、憎水剂、发泡剂和水，其中原料各组分的质量比为水泥：减水剂：稳泡剂：早强剂：纤维：乳胶粉：憎水剂：发泡剂=100：0.2-2.4：0.1-3.0：1.0-4.0：0.3-1.5：0.1-5.0：0.1-6.0：3.0-8.0，水灰比为0.45-0.55；该保温材料的干燥密度为250-300kg/m3，抗压强度为0.5-1.0MPa，导热系数为0.05-0.08W/m·K，吸水为4-8%；其中所述的普通硅酸盐水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥，硅酸盐水泥为PII52.5硅酸盐水泥；发泡剂为双氧水溶液，双氧水溶液质量浓度为10-40%；稳泡剂为NJFA物理发泡剂；早强剂为水玻璃、MgCl2、CaCl2、或硫酸铝；减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸系高效减水剂；纤维为木质纤维或化学合成纤维；憎水剂为硬脂酸钙、硬脂酸铝或有机硅。
2.一种制备如权利要求1所述材料的制备方法，其具体步骤如下：
1）水泥浆制备：将水泥、水、减水剂、稳泡剂、早强剂、纤维、乳胶粉和憎水剂按比例计量后加入搅拌机，在搅拌速度为800-1500rpm搅拌2-4min，制成水泥浆；
2）发泡剂混合：上述水泥浆中加入计量的化学发泡剂，在搅拌速度为2000-2800rpm搅拌0.5-6min，制成含发泡剂的水泥浆；
3）多孔体浇注：将上述制备好的含发泡剂的水泥浆注入模具中；
4）静置发泡：保持模具处于静置状态，使模具中的料浆自然发泡；
5）带模养护：浇注好的发泡料浆在20-30℃带模养护12-24小时，使之凝固、硬化；
6）脱模再养护：将上述带模养护12-24小时之后脱模，取出多孔体，在20-30℃条件下继续养护48-72小时，得到水泥基轻质多孔保温材料。
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Granted publication date: 20130206

Termination date: 20180625