CN102503293A - 微发泡改性玻化微珠保温砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属建筑材料领域，涉及一种依据引气剂和高效减水剂的协同效应，以微发泡方式制成的微发泡玻化微珠保温砂浆。该微发泡玻化微珠保温砂浆由无机胶凝材料、粉煤灰、灰钙粉、可分散胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、引气剂、减水剂、木纤维、聚丙烯纤维、玻化微珠制备而成。本发明的微发泡玻化微珠保温砂浆有效地降低了砂浆的导热系数，并一定程度提高了砂浆的机械性能；本发明的产品可获得更大的施工体积得率，也可提高砂浆的分散性与和易性，更便于施工。本发明还公开了该微发泡玻化微珠保温砂浆的制备方法，该制备方法能有效降低保温砂浆制备过程中玻化微珠的破损率，从而提高了玻化微珠保温砂浆的使用效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及建筑墙体节能用保温砂浆，特别涉及一种用多孔无机物-玻化微珠为隔热保温介质，以期获得具有良好节能效果的微发泡改性玻化微珠保温砂浆及其制备方法。
背景技术
国内曾广泛使用的有机类墙体隔热保温材料(除硬质泡沫酚醛板材外)的致命性能缺失是易燃阻燃等级低，且实施阻燃困难、阻燃成本高。尤其是该类材料燃烧时烟雾密度大，产生大量有毒有害气体，造成人员伤害。自有机类墙体隔热保温材料在国内大规模应用以来，已先后发生“央视大火”、“上海大火”、“沈阳大火”等特大火灾事故，造成重大人员伤亡、经济损失和恶劣社会影响，据此，公安部明令建筑墙体隔热保温材料必须使用防火A级材料。
当前所使用的有机类墙体隔热保温材料中，只有硬质泡沫酚醛板材可达到防火A级材料的要求，其他可达到防火A级材料要求的墙体隔热保温材料均为无机类材料，如无机类保温砂浆、岩棉、泡沫玻璃等材料。
长江流域及其以南的广大夏热冬冷或夏热冬暖地区，与冬季寒冷或严寒地区相比，室内外的绝对温差要小很多，因此，具有一定节能保温效果且价格低廉的无机保温砂浆是长江流域及以南地区的首选。
无机保温砂浆是由经处理的天然矿物为隔热保温介质，配以无机凝胶材料、填料及添加剂而构成的复合物。应用于墙体隔热保温的无机类保温砂浆主要有三大品种：玻化微珠保温砂浆(水泥基或石膏基)、膨胀珍珠岩保温砂浆和膨胀蛭石保温砂浆。
传统的膨胀珍珠岩和膨胀蛭石为开孔结构，容易吸水，所以不宜应用于墙体外保温工程。玻化微珠为闭孔结构，因而很大程度上克服了传统无机保温砂浆吸水率高、强度低等缺陷，抗压强度高；以玻化微珠为矿物轻骨料，与水泥、石膏等无机凝胶材料具有良好的相容性，故易于粘结；它还具有优异的耐候性和A级防火特性，施工也很简捷，所以是一种综合性能较好的环保型建筑隔热保温材料。
近年来，玻化微珠保温砂浆在长江流域及其以南区域获得了广泛应用，各种改进的玻化微珠保温砂浆也不断问世，然而在工程应用实践中，玻化微珠保温砂浆的最大缺陷是导热系数偏大，导热系数是节能热工性能计算的最重要的参数，它直接关系到节能效果。若因材料的导热系数偏大而增加保温层厚度，必然带来加大墙体外挂载荷、增加施工工作量和增加材料成本等一系列问题。
在大规模工程现场采样检测的玻化微珠保温砂浆的导热系数大多在0.08(W/m·k)以上，直至0.09(W/m·k)及以上，与企业自报的导热系数有着较大的差别，其原因主要为：一，玻化微珠的容重差别大，低的为80kg/m3，高的为160kg/m3，或更高，而玻化微珠的导热系数与容重有着线性关系，使用低容重的玻化微珠就可获得低导热系数的保温砂浆，但在玻化微珠实际工业生产中，容重为80kg/m3的玻化微珠所占比例很低，其量仅可供实验室测试或制备样品所需，绝大部分玻化微珠的容重大多为110～120kg/m3或更高，其砂浆制品的导热系数也必然增大。二，玻化微珠由产地到应用现场通常要经过长途运输，运输会造成玻化微珠的破损，此外，玻化微珠保温砂浆的生产过程和工地现场的加水拌合过程也可造成玻化微珠的进一步破损，玻化微珠破损将导致容重增大，最终导致玻化微珠保温砂浆应用于施工墙体时的导热系数有较大幅度提升，从而降低了它的节能效果。有效降低工业产品的玻化微珠保温砂浆的导热系数，是改善玻化微珠保温砂浆的性能、因而推动玻化微珠保温砂浆更广泛应用的关键技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对目前墙体保温用玻化微珠保温砂浆存在的缺陷，运用现代复合材料理论中的“协同效应”机理，通过引气剂和减水剂之间的协同作用，制得了一种既可有效降低导热系数，又可保证早期与终期强度不降反升的微发泡玻化微珠保温砂浆，其综合性能优良，且成本低廉。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案来实现的：
微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，由以下重量百分比的原料制备而成：
无机胶凝材料 35～50％；
粉煤灰 8～15％；
灰钙粉 2.5～10％；
可分散胶粉 1～3％；
羟丙基甲基纤维素醚 0.3～0.9％；
引气剂 0.1～0.5％；
减水剂 0.01～0.1％；
木纤维 0.1～0.5％；
聚丙烯纤维 0.05～0.15％；
玻化微珠 30～50％。
在本发明的一个优选实施例中，所述的无机胶凝材料为42.5R普通硅酸盐水泥。
所述的玻化微珠为出厂堆积密度为110～120kg/m3，粒径为0.5～1.5mm的玻化微珠。
所述的粉煤灰为工业二级品及以上的粉煤灰。
所述的灰钙粉为325目工业一级品灰钙粉。
所述的可分散胶粉为乙烯-醋酸乙烯可分散胶粉。
所述的羟丙基甲基纤维素醚的粘度为150000～200000Pa·S。
所述的木纤维为长度为9mm短切木纤维。
所述的聚丙烯纤维为11mm短切聚丙烯纤维。
在本发明中，引气剂属于表面活性剂，也称为加气剂，在砂浆搅拌过程中加入引气剂后，砂浆中可引入大量微小气泡，使砂浆的含气量增加3～8％，这种气泡分布均匀、稳定，封闭，气泡的直径为0.025～0.25mm。砂浆加入引气剂后分散性改善，表面张力降低；和易性改善，施工性能提高；引气剂可有效降低砂浆的容重，获得更大的体积得率。与此同时，砂浆的抗折强度和压折比也有所增加，提高了砂浆的抗裂性。但另一方面，若使用引气剂不当，则会造成砂浆的强度下降，而使用得当，控制气泡大小均等，分布均匀，则砂浆的强度不会下降或下降很少。
本发明使用的引气剂为阴离子型表面活性剂，如十二烷基苯磺酸钠或烷基酚聚氧乙烷缩合物(OP)。
本发明的减水剂可在不改变和易性的前提下降低水灰比。普通减水剂的减水率为5～15％，本发明的减水剂的减水率为10～25％；此外，本发明的减水剂具有塑化作用，可使砂浆的流动性增强，水化面积增大，水化速度加快；高效减水剂还具有润滑作用，可使砂浆的三维空间网络结构密实，早期和终期强度增加，耐久性提高。
本发明所述的减水剂为三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物(密胺系列高效减水剂)或脂肪族羟基磺酸盐缩合物。
本发明的微发泡玻化微珠保温砂浆制备方法，由以下步骤组成：
1.制备基料
于无重力混合机中，在开启的飞刀下，按配方量加入除玻化微珠外的全部原料，在常温下搅拌均匀后得基料，其搅拌时间为5～8分钟，搅拌速率为80转/分钟。在制备基料的过程中，高速飞刀的作用是使纤维蓬松并均匀分数在基料中，否则纤维容易结团，难以与其他组分分散均匀，导致产品性能下降。
2.制备改性玻化微珠保温砂浆
制备玻化微珠保温砂浆的混合机为卧式低速滚筒混合机，使用滚筒混合机的目的是避免较强的剪切力，减少玻化微珠的破损，仅发生搅拌混合作用即可；将步骤1制备的基料和配方量的玻化微珠一起倒入卧式低速滚筒混合机中，混合时间为2.5～3.0分钟后得到玻化微珠保温砂浆，混合过程中滚筒转速为20～25转/分。
本发明制备的微发泡玻化微珠保温砂浆的施工方法如下：
1、将微发泡玻化微珠保温砂浆与水按质量比为1∶0.85～0.9的比例混合，先搅拌1分钟，静置3～5分钟后，再搅拌2分钟左右即可使用。
微发泡玻化微珠保温砂浆在1.5小时内使用可发挥其最大效能，施工手感好，单次批涂20mm以上不流挂。
综上所述，本发明所制备的微发泡改性玻化微珠保温砂浆可降低导热系数，提高主要机械性能，增大砂浆的施工得率，改善施工性能，具有大规模应用推广的价值。
本发明的微发泡改性玻化微珠保温砂浆的工业品检测结果见表1：
表1微发泡改性玻化微珠保温砂浆的基本性能*
*1.微发泡改性与未改性玻化微珠保温砂浆均为工业制成品性能，而非实验室小样性能
*2.制品干密度是指由工业制成品玻化微珠保温砂浆加水调制的成品经过28天养护期后的容重
表1的结果表明，本发明的微发泡改性玻化微珠保温砂浆中复配的引气剂和减水剂具有明显的“协同效应”，体现在：
制成品的容重有10～15的下降，由于容重与导热系数之间的线性关系，使微发泡改性玻化微珠保温砂浆的导热系数明显降低，也就是说，这个“协同效应”改善了现有玻化微珠保温砂浆导热系数偏高的最主要缺陷，从而提高了它的节能效果。
在砂浆的机械性能方面，改性玻化微珠保温砂浆与未改性玻化微珠保温砂浆的检测数据表明，前者的早强性有明显提高：改性玻化微珠保温砂浆养护三天就达到未改性砂浆完成养护时制品的60～70％的强度，7天达到100％的强度，养护28天后比未改性砂浆的强度提高30～40％。
改性玻化微珠保温砂浆容重的降低使它的施工体积得率增大，并改善了砂浆的分散性、和易性，更便于施工。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步描述本发明，但是下面的具体实施例仅仅是对权利要求所要求保护的技术方案的详细说明，并不构成对权利要求保护范围的限制。
除非另有说明，下面实施例的用量单位均为重量百分数。以下实施例中的水泥为42.5R普通硅酸盐水泥；粉煤灰为工业二级品及以上的粉煤灰；灰钙粉为325目工业一级品灰钙粉；可分散胶粉为乙烯-醋酸乙烯可分散胶粉；羟丙基甲基纤维素醚的粘度为150000～200000Pa·S；木纤维为长度为9mm短切木纤维；聚丙烯纤维为11mm短切聚丙烯纤维；玻化微珠为出厂堆积密度为110～120kg/m3，粒径为0.5～1.5mm的玻化微珠。
实施例1：
一种微发泡改性玻化微珠保温砂浆，由以下原料制备而成。
水泥 35％；
粉煤灰 10％；
灰钙粉 2.5％；
可分散胶粉 2.5％；
羟丙基甲基纤维素醚 0.66％；
引气剂 0.11％；
减水剂 0.01％；
木纤维 0.1％；
聚丙烯纤维 0.12％；
玻化微珠 49％。
其制备方法如下：
1.制备基料
于无重力混合机中，在开启的飞刀下，按配方量加入除玻化微珠外的全部原料，在常温下搅拌均匀后得基料，其搅拌时间为8分钟，搅拌速率为75转/分钟。
2.制备改性玻化微珠保温砂浆
将步骤1制备的基料和配方量的玻化微珠一起倒入卧式低速滚筒混合机中，混合时间为200秒后得到玻化微珠保温砂浆，混合过程中滚筒转速为22转/分。
制备的改性玻化微珠保温砂浆采用GB/T26000-2010标准《膨胀玻化微珠保温隔热砂浆》方法检测，其性能指标参加表2。
表2实施例1制备的改性玻化微珠保温砂浆的基本性能
| 检测项目 | 检测结果 |
| 制品干密度(kg/m3) | ≤320 |
| 导热系数(W/m·k) | ≤0.06 |
| 抗压强度(MPa) | ≥2.0 |
| 抗拉强度(MPa) | ≥0.2 |
实施例1所用的引气剂为十二烷基苯磺酸钠，所用的减水剂为三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物。
该实施例制备的微发泡玻化微珠保温砂浆的施工方法如下：将微发泡玻化微珠保温砂浆与水按质量比为1∶0.9的比例混合，先搅拌1分钟，静置3～5分钟后，再搅拌2分钟左右即可使用。
实施例2：
一种微发泡改性玻化微珠保温砂浆，由以下原料制备而成：
水泥 41％；
粉煤灰 8％；
灰钙粉 3.2％；
可分散胶粉 1.5％；
纤维素醚 0.3％；
引气剂 0.25％；
减水剂 0.05％；
木纤维 0.2％；
聚丙烯纤维 0.05％；
玻化微珠 45.45％。
其制备方法如下：
1.制备基料
于无重力混合机中，在开启的飞刀下，按配方量加入除玻化微珠外的全部原料，在常温下搅拌均匀后得基料，其搅拌时间为8分钟，搅拌速率为80转/分钟。
2.制备改性玻化微珠保温砂浆
将步骤1制备的基料和配方量的玻化微珠一起倒入卧式低速滚筒混合机中，混合时间为220秒后得到玻化微珠保温砂浆，混合过程中滚筒转速为22转/分。
制备的改性玻化微珠保温砂浆采用GB/T26000-2010标准《膨胀玻化微珠保温隔热砂浆》方法检测，其性能指标参加表3。
表3，实施例2制备的改性玻化微珠保温砂浆的基本性能
| 检测项目 | 检测结果 |
| 制品干密度(kg/m3) | ≤350 |
| 导热系数(W/m·k) | ≤0.0625 |
| 抗压强度(MPa) | ≥2.3 |
| 抗拉强度(MPa) | ≥0.25 |
实施例2所用的引气剂为十二烷基苯磺酸钠，所用的减水剂为脂肪族羟基磺酸盐缩合物。
该实施例制备的微发泡玻化微珠保温砂浆的施工方法如下：将微发泡玻化微珠保温砂浆与水按质量比为1∶1的比例混合，先搅拌1分钟，静置3～5分钟后，再搅拌2分钟左右即可使用。
实施例3：
一种微发泡改性玻化微珠保温砂浆，由以下原料制备而成：
水泥 45.5％；
粉煤灰 10％；
灰钙粉 3.15％；
可分散胶粉 2.25％；
纤维素醚 0.75％；
引气剂 0.38％；
减水剂 0.07％；
木纤维 0.35％；
聚丙烯纤维 0.10％；
玻化微珠 37.45％。
其制备方法如下：
1.制备基料
于无重力混合机中，在开启的飞刀下，按配方量加入除玻化微珠外的全部原料，在常温下搅拌均匀后得基料，其搅拌时间为8分钟，搅拌速率为80转/分钟。
2.制备改性玻化微珠保温砂浆
将步骤1制备的基料和配方量的玻化微珠一起倒入卧式低速滚筒混合机中，混合时间为230秒后得到玻化微珠保温砂浆，混合过程中滚筒转速为24转/分。
制备的改性玻化微珠保温砂浆采用GB/T26000-2010标准《膨胀玻化微珠保温隔热砂浆》方法检测，其性能指标参加表4。
表4实施例3制备的改性玻化微珠保温砂浆的基本性能
| 检测项目 | 检测结果 |
| 制品干密度(kg/m3) | 380 |
| 导热系数(W/m·k) | 0.065 |
| 抗压强度(MPa) | 2.5 |
| 抗拉强度(MPa) | 0.27 |
实施例3所用的引气剂为烷基酚聚氧乙烷缩合物(OP)，所用的减水剂为三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物。
该实施例制备的微发泡玻化微珠保温砂浆的施工方法如下：将微发泡玻化微珠保温砂浆与水按质量比为1∶1的比例混合，先搅拌1分钟，静置3～5分钟后，再搅拌2分钟左右即可使用。
实施例4
一种微发泡改性玻化微珠保温砂浆，由以下原料制备而成：
水泥 50％；
粉煤灰 12％；
灰钙粉 4.0％；
可分散胶粉 2.85％；
纤维素醚 0.9％；
引气剂 0.5％；
减水剂 0.1％；
木纤维 0.5％；
聚丙烯纤维 0.15％；
玻化微珠 29.0％。
其制备方法如下：
1.制备基料
于无重力混合机中，在开启的飞刀下，按配方量加入除玻化微珠外的全部原料，在常温下搅拌均匀后得基料，其搅拌时间为8分钟，搅拌速率为75转/分钟。
2.制备改性玻化微珠保温砂浆
将步骤1制备的基料和配方量的玻化微珠一起倒入卧式低速滚筒混合机中，混合时间为210秒后得到玻化微珠保温砂浆，混合过程中滚筒转速为24转/分。制备的改性玻化微珠保温砂浆采用GB/T26000-2010标准《膨胀玻化微珠保温隔热砂浆》方法检测，其性能指标参加表5。
表5实施例3制备的改性玻化微珠保温砂浆的基本性能
| 检测项目 | 检测结果 |
| 制品干密度(kg/m3) | ≤400 |
| 导热系数(W/m·k) | ≤0.07 |
| 抗压强度(MPa) | ≥2.5 |
| 抗拉强度(MPa) | ≥0.3 |
实施例4所用的引气剂为烷基酚聚氧乙烷缩合物(OP)，所用的减水剂为脂肪族羟基磺酸盐缩合物。
该实施例制备的微发泡玻化微珠保温砂浆的施工方法如下：将微发泡玻化微珠保温砂浆与水按质量比为1∶0.95的比例混合，先搅拌1分钟，静置3～5分钟后，再搅拌2分钟左右即可使用。
由以上实施例可以看出，在引气剂和减水剂的协同作用下，微发泡改性玻化微珠保温砂浆的工业产品能有效低降低导热系数，并提高砂浆的机械性能，根据此改性原理，可以制备多种综合性能优良的玻化微珠保温砂浆，从而作为具有较高性能的无机类保温材料推广应用。
本发明的范围不受所述具体实施方案的限制，所述实施方案只欲作为阐明本发明各个方面的单个例子，本发明范围内还包括功能等同的方法和组分。实际上，除了本文所述的内容外，本领域技术人员参照上文的描述和附图可以容易地掌握对本发明的多种改进。所述改进也落入所附权利要求书的范围之内。
Claims (13)
1.微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，由以下重量百分比的原料制备而成：
无机胶凝材料 35～50％；
粉煤灰 8～15％；
灰钙粉 2.5～10％；
可分散胶粉 1～3％；
羟丙基甲基纤维素醚 0.3～0.9％；
引气剂 0.1～0.5％；
减水剂 0.01～0.1％；
木纤维 0.1～0.5％；
聚丙烯纤维 0.05～0.15％；
玻化微珠 30～50％。
2.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的无机胶凝材料为42.5R普通硅酸盐水泥。
3.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的玻化微珠为出厂堆积密度为110～120kg/m3，粒径为0.5～1.5mm的玻化微珠。
4.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的粉煤灰为工业二级品及以上的粉煤灰。
5.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的灰钙粉为325目工业一级品灰钙粉。
6.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的可分散胶粉为乙烯-醋酸乙烯可分散胶粉。
7.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的羟丙基甲基纤维素醚的粘度为150000～200000Pa·S。
8.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的木纤维为长度为9mm短切木纤维。
9.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的聚丙烯纤维为11mm短切聚丙烯纤维。
10.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的引气剂为阴离子型表面活性剂。
11.如权利要求10所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的阴离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或烷基酚聚氧乙烷缩合物。
12.如权利要求1所述的微发泡玻化微珠保温砂浆，其特征在于，所述的减水剂为三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物或脂肪族羟基磺酸盐缩合物。
13.一种如权利要求1至12任一项权利要求所述的微发泡玻化微珠保温砂浆的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
1).制备基料
于无重力混合机中，在开启的飞刀下，按配方量加入除玻化微珠外的全部原料，在常温下搅拌均匀后得基料，其搅拌时间为5～8分钟，搅拌速率为80转/分钟；
2).制备改性玻化微珠保温砂浆
将步骤1)制备的基料和配方量的玻化微珠一起倒入卧式低速滚筒混合机中，混合时间为2.5～3.0分钟后得到玻化微珠保温砂浆，混合过程中滚筒转速为20～25转/分。
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