CN102503277B

CN102503277B - 一种建筑材料及其制备方法

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Publication number: CN102503277B
Application number: CN201110350150.1A
Authority: CN
Inventors: 陈智勇; 王文明
Original assignee: BEIJING TIANJI NEW MATERIALS Co Ltd
Current assignee: Hebei Tianji new materials Co., Ltd.
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2031-11-08
Also published as: CN102503277A

Abstract

本发明提供了一种建筑材料，制备原料包括水泥、粉煤灰、保温材料骨料、成石剂和水；所述水泥与粉煤灰的质量比为2.0～3.5∶1.0；水与水泥加粉煤灰的质量比为1.0～1.2∶1.0；水泥加粉煤灰与所述保温材料骨料的质量比为2.0～3.0∶1.0；所述成石剂为聚合物，组分包括烷基磺酸盐、十二醇、淀粉、纤维素钠、石膏、硫酸钠，水泥加粉煤灰与成石剂的质量比为1.0∶0.03～0.05。该建筑材料具有良好的承重能力，泄爆性能良好，还具有加工性好、可锯、可钉、可刨、可钻、可涂、可贴、无污染、零排放等特性，涂于建筑物或设备表面可保温、隔热、防火、隔声、抗渗、防腐，能够满足较高的建筑要求。

Description

一种建筑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种建筑材料及其制备方法。

背景技术

随着各种保温隔热、节能的要求日益提高，无机绝热材料、有机绝热材料和复合型绝热材料等各种新型材料应运而生，其中水泥膨胀珍珠岩为一种理想材料，其适用于各类工业建筑、民用建筑的屋顶、墙体及地下室的保温，隔热；各类保冷工程的防水、隔热、保温；各种工业设备、管道绝热层。

水泥膨胀珍珠岩完全采用混凝土的制作工艺，由水泥与膨胀珍珠岩按一定比例加水后搅拌生成均匀的浆体，可用于墙面、屋面、管道等处，起保温、隔热、吸音等作用，也可将浆体注入到定制的钢框内，经过初凝、终凝、养护、硬化等阶段制成所需的板材。

水泥是优良的胶凝性材料，由硅酸钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙、石膏组成，与水混合后，经过物理化学反应过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散状粒状材料胶结成整体，它不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并发展强度，属水硬性胶凝材料。膨胀珍珠岩以珍珠岩矿石为原料，珍珠岩是一种酸性岩浆喷出而成的玻璃质熔岩，主要矿物组成是火山玻璃，同时含有少量透长石、石英等结晶质矿物，珍珠岩经过破碎、分级、预热、高温熔烧瞬时急剧加热膨胀而形成轻质、多功能的膨胀珍珠岩，其具有优良的保温性能，属轻骨料。

膨胀珍珠岩与水泥混合后可提高膨胀珍珠岩的承重能力，但会影响保温性能，对于水泥膨胀珍珠岩材料，承重与保温之间存在一定的对立性，承重力高，材料的保温性能就低；保温性能高，承重力就低，材料强度也会降低，平衡点难以掌握。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种建筑材料及其制备方法，该建筑材料同时具有良好的承重能力和保温性能，能满足较高的建筑要求。本发明还提供了这种建筑材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种建筑材料，制备原料包括水泥、粉煤灰、保温材料骨料、成石剂和水；

所述水泥与粉煤灰的质量比为2.0～3.5∶1.0；水与水泥加粉煤灰的质量比为1.0～1.2∶1.0；水泥加粉煤灰与所述保温材料骨料的质量比为2.0～3.0∶1.0；所述成石剂为聚合物，组分包括烷基磺酸盐、十二醇、淀粉、纤维素钠、石膏、硫酸钠，水泥加粉煤灰与成石剂的质量比为1.0∶0.03～0.05。

作为优选，所述水与水泥加粉煤灰的质量比为1.1∶1.0。

作为优选，所述保温材料骨料为膨胀珍珠岩、玻化微珠、泡沫玻璃、酚醛泡沫中的一种或多种材料混合物。

作为优选，所述保温材料骨料为膨胀珍珠岩，粒径为1mm～3mm，所述水泥加粉煤灰与所述膨胀珍珠岩的质量比为2.2∶1.0。

作为优选，所述水泥为42.5号水泥。

作为优选，所述42.5号水泥为质量比为2∶8的42.5号硫铝酸盐水泥和42.5号普通硅酸盐水泥混合而成。

作为优选，所述粉煤灰为II级粉煤灰。

一种建筑材料的制备方法，包括以下步骤：

将水泥、粉煤灰、成石剂和水混合搅拌，然后投入膨胀珍珠岩搅拌均匀；

作为优选，所述水泥为42.5号水泥。

作为优选，所述粉煤灰为II级粉煤灰。

作为优选，所述膨胀珍珠岩的粒径为1mm～3mm。

本发明提供的一种建筑材料为水泥、粉煤灰、成石剂、水和保温材料骨料如膨胀珍珠岩混合而成，制成的板材具有良好的承重能力，泄爆性能良好，还具有加工性好、可锯、可钉、可刨、可钻、可涂、可贴、无污染、零排放等特性，涂于建筑物表面或制成板材可保温、隔热、防火、隔声、抗渗、防腐，能够满足较高的建筑要求。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供一种建筑材料，申请人称其为“膨石复合材料”，为水泥基产品，涂于建筑物表面或成型后制成预制板材，制备原料包括水泥、粉煤灰、保温材料骨料、成石剂和水。

保温材料骨料可以为膨胀珍珠岩、玻化微珠、泡沫玻璃、酚醛泡沫中的一种或多种材料混合物，更优选为膨胀珍珠岩。膨胀珍珠岩呈颗粒状堆积，具有微孔，比表面积大，密度为70kg/m³、导热系数0.04w/(m·k)、化学性能稳定、吸湿性小、无毒、无味、不腐、不燃、吸音，在-40℃～100℃范围内是最为理想的绝热材料。

传统的水泥膨胀珍珠岩材料的主要原材料为水泥和膨胀珍珠岩。本发明在此基础上采用“等量取代法”即用等量的粉煤灰取代等量的水泥。由于粉煤灰和水泥的比重分别为2200kg/m³和3100kg/m³，这种“等量”将产生体积上的变化，使密度降低，而承重力保持不变。

粉煤灰是工业废弃料，颗粒直径一般为0.001～0.05mm，呈实心或空心的球状颗粒，表面致密性较好，主要成分是活性氧化硅和活性氧化铝，能产生二次水化作用。粉煤灰等量取代水泥，能够提高材料的强度和降低密度，减小干缩度，降低水化热膨胀，改善和易性，抑制碱集料，抗硫酸腐蚀性能等。

试验和实践表明水泥、粉煤灰、保温材料骨料是相容的，是生产“膨石复合材料”的理想材料。本发明中水泥与粉煤灰的质量比为2.0～3.5∶1.0；水灰比即水与(水泥+粉煤灰)的质量比为1.0～1.2∶1.0，优选为1.1∶1.0；(水泥+粉煤灰)与保温材料骨料的质量比为2.0～3.0∶1.0，保温材料骨料选用膨胀珍珠岩时，(水泥+粉煤灰)与膨胀珍珠岩的质量比为2.2∶1.0。

为了控制“膨石复合材料”的强度和保温性，本发明水泥优选为42.5号水泥，为使混合浆体凝结时间缩短，更优选将质量比为2∶8的42.5号硫铝酸盐水泥和42.5号普通硅酸盐水泥混合作为原料；粉煤灰优选为II级粉煤灰；使用优级膨胀珍珠岩，粒径优选为1mm～3mm。

在“膨石复合材料”的配制过程中，成石剂起着关键性的作用。本发明的成石剂为一种聚合物，其组分包括烷基磺酸盐、十二醇(R12)、淀粉、纤维素钠、石膏、硫酸钠等。

成石剂能使浆体均匀吸附在膨胀珍珠岩表面不断变厚，逐渐形成密实整体，同时促使“膨石复合材料”二次膨胀，在“膨石复合材料”中产生均匀分布孔径小于1.0mm的闭合微孔，形成孔壁厚度约为5～10mm的壁壳，利于保温，但对强度不会有影响。同时成石剂进入后会提高膨胀珍珠岩的憎水性，憎水会使保温更好，经实验也充分证明了这一点。

成石剂为白色粉末，是由有机高分子材料和无机活性激发材料经科学工艺聚合而成，具有良好的粘结性、持水性、膨润性、抗裂性、增强性、在溶液中形成微气孔和对水化活性材料产生激发效应等技术特性。

成石剂为两亲性物质，属低表面张力的阴离子表面活性剂，尤其在水泥粉煤灰水溶液中功效显著。在水气界面上，憎水基向空气一方面定向吸附，在水泥粉煤灰水界面上，水泥粉煤灰水化离子与亲水基相吸附，憎水基背离水泥粉煤灰及其水化离子，形成憎水基吸附层，并力图靠近空气表面。由于这种离子向空气表面靠近和成石剂分子在空气水界面上的吸附作用，将显著降低水的表面张力，使水泥粉煤灰在搅拌过程中产生大量微细气孔，这些气孔有带相同电荷的定向吸附层，所以相互排斥并能均匀分布。另一方向受极性基团水化能力及其断面的影响，极性基在水中与周围的水偶极子作用发生水化，吸引水分子到气孔表面形成水层，使气孔稳定，不破裂。另外还能吸引水泥粉煤灰颗粒在其水层中水化，增加硬化后薄壳的强度。

具有较好稳定性的气孔在水泥粉煤灰料浆中进行紊流造穴，可获得理想的孔形和孔径，从而提高发孔率和降低材料的导热系数，由于环境压力气孔形态为多面体。气孔直径大多在200μm以下，使水泥粉煤灰浆体密度降低，不停地搅动，气孔的直径将会发生变化，向毫米级扩张，这种变化将使水泥粉煤灰浆体膨胀且不疏松实现浆体轻质。

另外成石剂的激发效应对水泥的基本性能和对粉煤灰潜在的水化活性有较大影响。成石剂组分中含有一定量的石膏，因此水泥粉煤灰加水后，水泥熟料中的C₃A与石膏反应生成钙矾石，而C₃S则水化成C-S-H和Ca(OH)₂进入水泥粉煤灰水化反应体系，即粉煤灰-CaO-H₂O系统。

随着水化龄期的延长，Ca(OH)₂溶解、激发分子、C-S-H对粉煤灰粒子发生侵蚀，在粉煤灰颗粒周围形成碱性包裹层、此时浆体的pH值将变高。浆体内存在有大量Ca(OH)₂胶体和少量细小晶核，其中硅酸根负离子团和Ca²⁺开始结合，在表层生成C-S-H胶体。粉煤灰颗粒表面的玻璃相在Ca(OH)₂、C-S-H和激发分子的共同侵蚀下，发生Si-O和M-O键断裂玻璃网络解体，产生的C/S水化产物提高了硬化体的强度。

因此成石剂的激发效应加快了胶凝料水化和硬化速度，缩短了胶凝料的初凝和终凝时间，降低了水泥胶凝料的用水量，提高了胶凝料的抗压和抗折强度。

本发明提供的建筑材料的制备方法包括以下步骤：

将成比例的水泥、粉煤灰、成石剂和水投入搅拌罐中，当出现大量悬浮微泡式的均匀浆体时，然后投入保温材料骨料，搅拌均匀；

其中各成分比例关系为：水泥与粉煤灰的质量比为2.0～3.5∶1.0；水与水泥加粉煤灰的质量比为1.0～1.2∶1.0；水泥加粉煤灰与保温材料骨料的质量比为2.0～3.0∶1.0；水泥加粉煤灰与成石剂的质量比为1.0∶0.03～0.05。

本发明采用的方法为二次投料法，比将水泥、粉煤灰、保温材料骨料、成石剂和水同时放入搅拌罐进行搅拌的方法要好。因为水泥的比重是水比重的3.1倍，粉煤灰的比重是水比重的2.2倍，保温材料骨料优选使用膨胀珍珠岩，膨胀珍珠岩的比重是水比重的0.16～0.18倍，所有材料同时搅拌会产生膨胀珍珠岩的漂浮现象使浆料产生一定程度上的不均匀。而本发明的方法克服了水泥浆难以把膨胀珍珠岩均匀包裹的缺陷，混合均匀，水泥和膨胀珍珠岩的接触面积增大，增加了制备后建筑材料的强度并节约水泥。

实施例：

按照二次投料法先将水泥、粉煤灰、成石剂和水投入搅拌罐中，搅拌2～3分钟后，浆体出现大量悬浮微泡，投入膨胀珍珠岩，搅拌均匀，得到的浆体可涂抹于建筑物屋面、墙面等处，或用于制备预制板。

其中水泥75kg、II级粉煤灰25kg、粒径为1mm～3mm的优级膨胀珍珠岩45.5kg、水110kg，水泥为15kg的42.5号硫铝酸盐水泥和60kg的42.5号普通硅酸盐水泥混合而成。

用本发明制备的建筑材料制成板进行性能测试，与传统的水泥膨胀珍珠岩板进行比较，数据见表1：

表1水泥膨胀珍珠岩板与本发明的建筑材料制成的板的技术特性

项目	水泥膨胀珍珠岩	本发明的建筑材料
			容重(kg/m³)	350～400	420
立方体抗压强度(Mpa)	0.4～0.6	1.5～2.0
			导热系数(w/(m·k))	0.1	0.08
耐火极限(h)	2	4

可以看到本发明制备的建筑材料与传统的水泥膨胀珍珠岩相比抗压强度更大，导热系数更小，同时具有较高的承重能力和较好的保温性能。

以上对本发明所提供的一种建筑材料及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种建筑材料，其特征在于，制备原料包括水泥、粉煤灰、保温材料骨料、成石剂和水；

所述水泥与粉煤灰的质量比为2.0～3.5：1.0；水与水泥加粉煤灰的质量比为1.1：1.0；水泥加粉煤灰与所述保温材料骨料的质量比为2.2：1.0；所述成石剂为聚合物，组分包括烷基磺酸盐、十二醇、淀粉、纤维素钠、石膏、硫酸钠，水泥加粉煤灰与成石剂的质量比为1.0：0.03～0.05；所述保温材料骨料为膨胀珍珠岩，粒径为1mm～3mm；所述水泥为42.5号水泥；所述42.5号水泥为质量比为2：8的42.5号硫铝酸盐水泥和42.5号普通硅酸盐水泥混合而成；所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。

2.一种建筑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将水泥、粉煤灰、成石剂和水混合搅拌，然后投入保温材料骨料搅拌均匀；

所述水泥与粉煤灰的质量比为2.0～3.5：1.0；水与水泥加粉煤灰的质量比为1.1：1.0；水泥加粉煤灰与所述保温材料骨料的质量比为2.2：1.0；所述成石剂为聚合物，组分包括烷基磺酸盐、十二醇、淀粉、纤维素钠、石膏、硫酸钠，水泥加粉煤灰与成石剂的质量比为1.0：0.03～0.05；所述水泥为42.5号水泥；所述42.5号水泥为质量比为2：8的42.5号硫铝酸盐水泥和42.5号普通硅酸盐水泥混合而成；所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；所述保温材料骨料为膨胀珍珠岩，粒径为1mm～3mm。