CN102490247A - 一种自保温混凝土砌块的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自保温混凝土砌块的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。该自保温混凝土砌块的主体为保温混凝土结构框架，框架的外壁及内壁围成多个夹心空腔，腔内填塞或填注有机轻体材料或无机轻体材料或有机-无机复合轻体材料构成保温芯层。本发明方法所制备的自保温混凝土砌块具有优异的自保温性能、较强的抗震性和韧性，本方法所制备的自保温混凝土砌块既是结构材料又是保温材料，使用后具有显著的节能、环保、降低建筑成本的作用。

Description

一种自保温混凝土砌块的制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料制备技术领域，具体涉及一种自保温混凝土砌块的制备方法。

背景技术

实行建筑保温是当前节能减排及今后可持续发展的重大举措，其发展方向是自保温，但是由于目前各种自保温建筑砌块产品所存在缺陷: 或结构性不好，或本身结构复杂造价高，或施工不方便，因而得不到推广应用。自保温砌块的上述状况致使至今多数建筑仍被动地采用二次保温，即在建筑建成后再进行外贴或外挂泡沫塑料板和胶粉聚苯混凝土等轻质保温材料，施工量大，另外耗费保温材料，建筑成本高。在二次保温中，有些保温材料易燃，会造成火灾隐患。因此开发结构性，保温性能都好的建筑自保温砌块是当前急需解决的问题。除具有自保温作用的灰（砂）混凝土加气砌块外，目前多数自保温砌块的一般结构为：在混凝土结构的框架外壁及内壁所围成的多个夹心腔内，填注有机或无机保温轻体材料夹芯层构成自保温砌块。所以它们的基本结构还是集料与胶结料所形成的复合结构。在复合结构中，虽然集料可以选择轻质隔热集料，但水泥等胶凝材料所形成的胶连部分成为了自保温砌块中的热桥，它们的存在降低了隔热效果。若能对此部分的热桥路线进行有效隔断，将会大幅度提高自保温砌块的热学性能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的技术问题，提供一种自保温混凝土砌块的制备方法，本发明提供的自保温混凝土砌块，既是结构材料又是保温材料，使用后具有显著的节能、环保、降低建筑成本的作用。

本发明所提供的一种自保温混凝土砌块的主体为保温混凝土结构框架，框架的外壁及内壁围成多个夹心空腔，该腔内填塞或填注有机轻体材料或无机轻体材料或有机-无机复合轻体材料构成保温芯层。

本发明所提供的一种自保温混凝土砌块的制备方法的具体步骤如下：

（1）主体保温混凝土结构框架的制备：

将集料、胶结材料Ⅰ按照一定配比称取后，先干拌2~5分钟，然后加入水再湿拌2~5分钟，最后进行振动成型或振压成型，成型后在常规混凝土砌块养护的条件下养护24小时，制成具有一定力学强度的主体保温混凝土结构框架。

构成结构框架的保温混凝土材料是次轻混凝土或轻混凝土材料，所述主体保温混凝土结构框架的模数、形状、尺寸大小、空腔分布与普通混凝土小型空心砌块的模数、形状、尺寸大小、空腔分布相同。

所述集料包括粗集料和细集料。

所述粗集料由普通粗集料和粗轻集料所组成，普通粗集料为普通石子，粗轻集料是天然粗轻集料或人造粗轻集料，其中人造粗轻集料优选为污泥陶粒，污泥陶粒中的污泥干基含量为30wt%以上；所述粗轻集料的比例占粗集料体积分数的0~100%。

所述细集料由普通细集料和轻细集料所组成，其中轻细集料的比例占细集料体积分数的0~100%；普通细集料为河沙，轻细集料为天然轻细集料或人造轻细集料，其中人造轻细集料优选为污泥陶砂，污泥陶砂中的污泥干基含量30wt%以上。

所述胶结材料Ⅰ由水泥和粒状硅酸钙纳米纤维所组成，水泥为标号32.5MPa以上的通用硅酸盐水泥、通用硅酸盐水泥即矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥，其中粒状硅酸钙纳米纤维与水泥和粒状硅酸钙纳米纤维之和的质量百分比为0.1~10%。

所述集料和胶结材料Ⅰ的质量比为（2~6）：1，水与所述胶结材料Ⅰ的质量比为0.2~1，所述粗集料与细集料的体积比为（1.5~4）：1，其中粗集料的最大粒径15mm。

（2）保温芯层的制备：

构成保温芯层的轻体材料为无机轻体材料或有机-无机复合轻体材料或有机轻体材料，可将所述轻体材料预先制成插块或浆料，所述插块具有和空气相当的导热系数。

由无机轻体材料或有机-无机复合轻体材料构成的保温芯层是采用胶结材料Ⅱ和超轻集料预搅拌3~10分钟后，再加水搅拌2~5分钟制备而成，水与所述胶结材料Ⅱ的质量比为0.3~1.2，所述超轻集料的堆积体积与水和胶结材料Ⅱ所调成泥浆的体积比为1:(0.1~0.3)。

所述无机轻体材料由泡沫混凝土组成，所述泡沫混凝土由泡沫和水硬性胶凝浆体搅拌制备而成，泡沫采用常规发泡法获得, 水硬性胶凝浆体由胶结材料Ⅱ和水混合2~5分钟获得,水与胶结材料Ⅱ的质量比为0.2~0.6，泡沫混凝土的容重为200~500kg/m³。

所述无机轻体材料，由所述泡沫混凝土和超轻集料组成，在所述泡沫混凝土中加入超轻集料搅拌2~5分钟制成所述无机轻体材料, 所述泡沫混凝土和超轻集料的体积比为（1~3）:5。

所述胶结材料Ⅱ由水泥、活性微粉、粒状硅酸钙纳米纤维所组成，其中所述水泥为通用水泥，水泥在胶结材料Ⅱ中的质量比为20~99.9%，所述活性微粉为矿渣微粉或硅微粉或粉煤灰或生石灰粉，活性微粉在胶结材料Ⅱ中的质量比为0~79.9%，所述粒状硅酸钙纳米纤维在胶结材料Ⅱ中的质量比为0.1~10%，所述超轻集料由膨胀珍珠岩颗粒、玻化微珠、塑料泡沫颗粒组成，其中所述膨胀珍珠岩颗粒占超轻集料的堆积体积比为0~100%,所述玻化微珠占超轻集料的堆积体积比为0~100%,所述塑料泡沫颗粒占超轻集料的堆积体积比为0~100%。

本发明所述的粒状硅酸钙纳米纤维的直径为1~100纳米，纤维团聚后的粒度为1~100微米，采用可大规模获得纳米纤维的水热反应法合成。

本发明所述粒状硅酸钙纳米纤维在预拌入胶凝材料之前，先进行憎水处理，憎水处理方法为常规憎水处理方法。

（3）自保温混凝土砌块的制备：

将步骤（1）制得的主体保温混凝土框架中的腔体内注满或填满步骤（2）获得的保温芯层料浆或保温芯层插块，制成了自保温混凝土砌块。

本发明的优点在于：

（1）自保温砌块中次轻混凝土、轻混凝土或胶粉聚苯混凝土、泡沫混凝土的热桥，即集料胶接部分，被粒状硅酸钙纳米纤维颗粒所阻断。在粒状纳米纤维中，纳米尺寸空隙中的空气运动接近停滞，使空气的导热作用被显著减小。当砌块中的热桥部分被有效阻断后，砌块的自保温性能得到显著提高。

（2）加入粒状纳米纤维颗粒后，混凝土结构的机械强度保持不变，弹性模量显著减小，抗震性和韧性增大。

（3）所加入污泥陶粒中的干污泥含量30%以上，污泥中有机物高温分解、氧化排出后所形成的细小蜂窝状空洞，使污泥陶粒次轻混凝土框架结构的的弹性模量介于普通集料混凝土和轻集料混凝土之间，具有比同强度等级普通混凝土更好的延展性，和比轻集料混凝土更高的强度与抗变形能力。掺入少量污泥陶粒（10%）即可降低砌块导热系数40%以上。

（4）本发明的自保温砌块，采用了污泥陶粒等轻集料和普通集料混合的粗集料体系，因此砌块在机械强度变化不大的情况下，容重在较大范围内可调，因此对建筑层高的适应性很强，即可使用于多层结构，也可以使用在高层结构，和专用保温砂浆配合后，可使墙体的热桥基本消除，所砌筑的墙体可以不使用二次外墙保温。

附图说明

图1  为实施例1，3制备的自保温混凝土砌块结构示意图。

图2  为实施例2，4，5制备的自保温混凝土砌块结构示意图。

图中：1：主体保温混凝土结构框架；2：保温芯层。

具体实施方式

实施例1：

（1）主体保温混凝土框架制作：

    将粗集料、细集料、胶结材料Ⅰ、水等四部分进行搅拌混合，其中粗集料由污泥陶粒、普通石子构成，污泥陶粒制备时的污泥干基含量30%，污泥陶粒与石子的体积比为1：1，粗细集料体积比为2:1，细集料为河沙，胶结材料Ⅰ由水泥和粒状硅酸钙纳米纤维组成，水泥为标号42.5MPa的普通硅酸盐水泥，粒状硅酸钙纳米纤维的含量为胶结材料Ⅰ的0.1wt% ，水与胶结材料Ⅰ的质量比为0.4。在上述混凝土配料搅拌之前，先将粒状硅酸钙纳米纤维经过甲基硅醇钠憎水处理，然后再将水泥和粒状硅酸钙纳米纤维进行充分预搅拌，预搅拌时间3分钟。搅拌混合后的混凝土经过振压成型为主体保温混凝土框架坯体，在常温70%的湿度条件下养护24小时，具有2MPa以上的抗压强度，成为主体保温混凝土框架。

（2）保温芯层的制备：

保温芯层的胶结材料Ⅱ由标号42.5MPa的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、粒状纳米硅酸钙纤维所组成，并混合均匀，混合时间为3分钟，其中水泥为在胶结材料Ⅱ中质量比为49.95%，粉煤灰在胶结材料Ⅱ中质量比为49.95%，粒状硅酸钙纳米纤维在胶结材料Ⅱ中质量比为0.1%，将胶结材料Ⅱ加入水继续混合2分钟，水与胶结材料Ⅱ的质量比为0.4，并加占水泥含量1.2 wt%的减水剂，将混合好的浆体和用常规发泡法制备的泡沫进行搅拌混合，混合时间2分钟，制成保温芯料浆。

（3）保温砌块的制作：

将步骤（1）获得的主体保温混凝土框架中的空腔内饱满注入步骤（2）获得的保温芯料浆，待芯料浆硬化后，在室温和湿度370%的条件下将保温混凝土框架和保温芯料的复合体同步养护1周，然后再在防雨的场地继续放置3周，制成了绝热性能增强的自保温砌块，图1为该自保温砌块的结构示意图，砌块的体积密度为900千克/立方米，导热系数为0.1 W/(㎡·K)，砌块的抗压强度15MPa。

实施例2：

（1）主体保温混凝土框架制作：

    将粗集料、细集料、胶结材料Ⅰ、水等四部分进行搅拌混合，其中粗集料由烧胀陶粒、普通石子构成，烧胀陶粒的筒压强度4.5MPa，堆积密度600Kg/m³，烧胀陶粒与石子的体积比为3：1，粗细集料体积比为2:1，细集料为河沙和陶砂组成，陶砂的粒度为0.5mm~2mm，河沙和陶砂的体积比为1：1，，胶结材料Ⅰ为标号32.5MPa的矿渣硅酸盐水泥和粒状硅酸钙纳米纤维组成，粒状硅酸钙纳米纤维的含量为胶结材料Ⅰ质量的2.5%，水与胶结材料Ⅰ的质量比为0.5。在上述混凝土搅拌之前，先将粒状硅酸钙纳米纤维经过甲基硅醇钠憎水处理，然后再将水泥和粒状硅酸钙纳米纤维进行充分预搅拌，预搅拌时间3分钟，获得混凝土配合比中所需要的胶结材料Ⅰ。搅拌混合后的混凝土经过振压成型为主体保温混凝土框架坯体，在常温湿度370%的条件下养护24小时，具有1.5MPa以上的抗压强度，成为主体保温混凝土框架。

（2）保温芯层的制备：

保温芯层的胶结材料Ⅱ由标号42.5MPa的普通硅酸盐水泥、矿渣微粉、粒状纳米硅酸钙纤维所组成，并混合均匀，混合时间为3分钟，其中水泥在胶结材料Ⅱ中质量比为49.5%，矿渣微粉在胶结材料Ⅱ中质量比为49.5%，粒状硅酸钙纳米纤维在胶结材料Ⅱ中质量比为1%，将胶结材料Ⅱ加入水继续混合5分钟，水与胶结材料Ⅱ的质量比为0.4，加入减水剂的含量占水泥含量的 1wt%，将混合好的浆体和憎水处理过的膨胀珍珠岩进行搅拌混合，浆体与膨胀珍珠岩的容积比为1：4，混合时间2分钟，制成保温芯料浆。

（3）保温砌块的制作：

将步骤（1）获得的主体保温混凝土框架中的腔体内饱满注入步骤（2）获得的保温芯料浆，待芯料浆硬化后，在室温370%的条件将保温混凝土框架和保温芯料的复合体同步养护1周，然后再在防雨的场地继续放置3周，制成了绝热性能增强的自保温砌块，图2为该自保温砌块的结构示意图，砌块的体积密度为800千克/立方米，导热系数为0.14W/(㎡·K)，砌块的抗压强度8.0MPa。

实施例3：

（1）主体保温混凝土框架制作：

    将粗集料、细集料、胶结材料Ⅰ、水等四部分进行搅拌混合，其中粗集料为烧胀陶粒，烧胀陶粒的筒压强度4.5MPa，堆积密度600Kg/m³，粗细集料体积比为2:1，细集料为陶砂，陶砂的粒度为0.5mm~2mm，胶结材料Ⅰ为标号42.5MPa的普通硅酸盐水泥和粒状硅酸钙纳米纤维所组成，粒状硅酸钙纳米纤维的含量为胶结材料Ⅰ质量的5%，水与胶结材料Ⅰ的质量比为0.6。在上述混凝土搅拌之前，先将粒状硅酸钙纳米纤维经过硅油熏蒸憎水处理，再将水泥和粒状硅酸钙纳米纤维进行充分预搅拌，预搅拌时间3分钟，获得混凝土配合比中所需要的胶结材料Ⅰ。搅拌混合后的混凝土经过振压成型为主体保温混凝土框架坯体，在常温湿度370%的条件下养护24小时，具有1.5MPa以上的抗压强度，成为主体保温混凝土框架。

（2）保温芯层的制备：

保温芯料为具有阻燃作用的聚苯泡沫块，尺寸与保温混凝土框架的腔体尺寸一致，容重为20Kg/m³。

（3）保温砌块的制作：

将步骤（1）获得的主体保温混凝土框架中的腔体内填塞入步骤（2）获得的保温芯料，在室温湿度370%的条件将框架和芯料的复合体同步养护1周，然后再在防雨的场地继续放置3周，制成了绝热性能增强的自保温砌块。图1为该自保温砌块的结构示意图，砌块的体积密度为800千克/立方米，导热系数为0.14 W/(m²·K)，砌块的抗压强度5.0MPa。

实施例4：

（1）主体保温混凝土框架制作：

    将粗集料、细集料、胶结材料Ⅰ、水等四部分进行搅拌混合，其中粗集料为页岩烧胀陶粒，页岩烧胀陶粒的筒压强度3.5MPa，堆积密度400Kg/m³，粗细集料体积比为2:1，细集料为陶砂，堆积密度500Kg/m³，陶砂的粒度为0.5mm~2mm，胶结材料Ⅰ为标号42.5MPa的普通硅酸盐水泥和粒状硅酸钙纳米纤维所组成，粒状硅酸钙纳米纤维的含量为胶结材料Ⅰ质量的10%，水与胶结材料Ⅰ的质量比为0.8。在上述混凝土搅拌之前，先将粒状硅酸钙纳米纤维经过甲基硅醇钠憎水处理，然后再将水泥和粒状硅酸钙纳米纤维进行充分预搅拌，预搅拌时间3分钟，获得上述混凝土配料所需要的胶结材料Ⅰ。搅拌混合后的混凝土经过振压成型为保温混凝土框架坯体，在常温湿度370%的条件下养护24小时，具有1.0MPa以上的抗压强度，成为主体保温混凝土框架。

（2）保温芯层的制备：

保温芯层的胶结材料Ⅱ由标号42.5MPa的普通硅酸盐水泥、矿渣微粉、粒状硅酸钙纳米纤维所组成，并混合均匀，混合时间为3分钟，其中水泥在胶结材料Ⅱ中的质量比为43%，矿渣微粉在胶结材料Ⅱ中的质量比43%，粒状硅酸钙纳米纤维在胶结材料Ⅱ中质量比为4%，将胶结材料Ⅱ加入水混合2分钟，水与胶结材料Ⅱ的质量比为0.6，将混合好的浆体和憎水处理过的膨胀珍珠岩进行搅拌混合，浆体与膨胀珍珠岩的容积比为1：4，混合时间2分钟，制成保温芯料浆。

（3）保温砌块的制作：

将步骤（1）获得的主体保温混凝土框架中的腔体内填注入步骤（2）获得的保温芯料浆料，待芯料浆硬化后，在室温70%湿度条件将保温混凝土框架和保温芯料的复合体同步养护1周，然后再在防雨的场地继续放置3周，制成了绝热性能增强的自保温砌块，图2为该自保温砌块的结构示意图，砌块的体积密度为350千克/立方米，导热系数为0.07 W/(m²·K)，砌块的抗压强度3.5MPa。

实施例5：

（1）主体保温混凝土框架制作：

    将粗集料、细集料、胶结材料Ⅰ、水等四部分进行搅拌混合，其中粗集料为污泥陶粒，污泥陶粒制备时的污泥干基含量50%，粗细集料体积比为2:1，细集料为河沙，胶结材料Ⅰ为标号42.5MPa复合硅酸盐水泥和粒状硅酸钙纳米纤维所组成，粒状硅酸钙纳米纤维的含量为胶结材料Ⅰ质量的10%，水与胶结材料Ⅰ的质量比为0.5。在上述混凝土搅拌之前，先将粒状硅酸钙纳米纤维经过甲基硅醇钠憎水处理，然后再将水泥和粒状硅酸钙纳米纤维进行充分预搅拌，预搅拌时间3分钟，获得上述混凝土配料所需要的胶结材料Ⅰ。搅拌混合后的混凝土经过振压成型为保温混凝土框架坯体，在常温70%湿度条件下养护24小时，具有2MPa以上的抗压强度，成为主体保温混凝土框架。

（2）保温芯层的制备：

保温芯层的胶结材料Ⅱ由标号42.5MPa的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、粒状纳米硅酸钙纤维所组成，并混合均匀，混合时间为3分钟，其中水泥在胶结材料Ⅱ中质量比为42.5%，矿渣微粉在胶结材料Ⅱ中质量比为42.5%，粒状硅酸钙纳米纤维在胶结材料Ⅱ中质量比为5%，将胶结材料Ⅱ加入水继续混合2分钟，水与胶结材料Ⅱ的质量比为0.4，将混合好的浆体和将常规发泡法制备的泡沫进行搅拌混合，混合时间2分钟，制成保温芯料浆。

（3）保温砌块的制作：

将步骤（1）获得的主体保温混凝土框架中的腔体内饱满注入步骤（2）获得的保温芯料浆，待芯料浆硬化后，在室温湿度370%的条件将框架和芯料的复合体同步养护1周，然后再在防雨的场地继续放置3周，制成了绝热性能增强的自保温砌块。图2为该自保温砌块的结构示意图，砌块的体积密度为600千克/立方米，导热系数为0.09 W/(㎡·K)， 砌块的抗压强度10.0MPa。

Claims (1)

1.一种自保温混凝土砌块的制备方法，其特征在于该制备方法具体步骤如下：

（1）主体保温混凝土结构框架的制备：

将集料、胶结材料Ⅰ按照一定配比称取后，先干拌2~5分钟，然后加入水再湿拌2~5分钟，最后进行振动成型或振压成型，成型后在常规混凝土砌块养护的条件下养护24小时，制成具有一定力学强度的主体保温混凝土结构框架；

构成所述主体保温混凝土结构框架的保温混凝土材料是次轻混凝土或轻混凝土材料，所述主体保温混凝土结构框架的模数、形状、尺寸大小、空腔分布与普通混凝土小型空心砌块的模数、形状、尺寸大小、空腔分布相同；

    所述集料包括粗集料和细集料；

所述粗集料由普通粗集料和粗轻集料所组成，所述普通粗集料为普通石子，所述粗轻集料是天然粗轻集料或人造粗轻集料，所述人造粗轻集料优选为污泥陶粒，污泥陶粒中的污泥干基含量为30wt%以上；所述粗轻集料的比例占粗集料体积分数的0~100%；

    所述细集料由普通细集料和轻细集料所组成，所述轻细集料的比例占细集料体积分数的0~100%；所述普通细集料为河沙，所述轻细集料为天然轻细集料或人造轻细集料，所述人造轻细集料优选为污泥陶砂，污泥陶砂中的污泥干基含量30wt%以上；

    所述胶结材料Ⅰ由水泥和粒状硅酸钙纳米纤维所组成，水泥为标号32.5MPa以上的通用硅酸盐水泥、通用硅酸盐水泥即矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥，所述粒状硅酸钙纳米纤维与水泥和粒状硅酸钙纳米纤维之和的质量百分比为0.1~10%；

    所述集料和胶结材料Ⅰ的质量比为（2~6）：1，水与所述胶结材料Ⅰ的质量比为0.2~1，所述粗集料与细集料的体积比为（1.5~4）：1，其中粗集料的最大粒径15mm；

（2）保温芯层的制备：

构成保温芯层的轻体材料为无机轻体材料或有机-无机复合轻体材料或有机轻体材料，可将所述轻体材料预先制成插块或浆料，所述插块具有和空气相当的导热系数；

由无机轻体材料或有机-无机复合轻体材料构成的保温芯层是采用胶结材料Ⅱ和超轻集料预搅拌3~10分钟后，再加水搅拌2~5分钟制备而成，水与所述胶结材料Ⅱ的质量比为0.3~1.2，所述超轻集料的堆积体积与水和胶结材料Ⅱ所调成泥浆的体积比为1:(0.1~0.3)；

所述无机轻体材料由泡沫混凝土组成，所述泡沫混凝土由泡沫和水硬性胶凝浆体搅拌制备而成，泡沫采用常规发泡法获得, 水硬性胶凝浆体由胶结材料Ⅱ和水混合2~5分钟获得,水与胶结材料Ⅱ的质量比为0.2~0.6，泡沫混凝土的容重为200~500kg/m³；

所述无机轻体材料，由所述泡沫混凝土和超轻集料组成，在所述泡沫混凝土中加入超轻集料搅拌2~5分钟制成所述无机轻体材料, 所述泡沫混凝土和超轻集料的体积比为（1~3）:5；

所述胶结材料Ⅱ由水泥、活性微粉、粒状硅酸钙纳米纤维所组成，其中所述水泥为通用水泥，水泥在胶结材料Ⅱ中的质量比为20~99.9%，所述活性微粉为矿渣微粉或硅微粉或粉煤灰或生石灰粉，活性微粉在胶结材料Ⅱ中的质量比为0~79.9%，所述粒状硅酸钙纳米纤维在胶结材料Ⅱ中的质量比为0.1~10%，所述超轻集料由膨胀珍珠岩颗粒、玻化微珠、塑料泡沫颗粒组成，其中所述膨胀珍珠岩颗粒占超轻集料的堆积体积比为0~100%,所述玻化微珠占超轻集料的堆积体积比为0~100%,所述塑料泡沫颗粒占超轻集料的堆积体积比为0~100%；

（3）自保温混凝土砌块的制备：

将步骤（1）制得的主体保温混凝土框架中的腔体内注满或填满步骤（2）获得的保温芯层料浆或保温芯层插块，制成了自保温混凝土砌块。

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