CN102910880A - 轻质化学发泡水泥材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无机保温材料及其制备工艺，尤其涉及一种用于水泥基轻质保温板的轻质化学发泡水泥材料及其制备方法。本发明通过添加适量调凝剂，控制水泥料浆温度、搅拌速度、搅拌时间，调整双氧水在水泥料浆中的反应与凝结时间相匹配；从而解决了H2O2溶液的反应速度和分解率不易控制，导致制备的发泡水泥材料性能稳定性差的问题；使所制备的轻质化学发泡水泥材料具备气孔尺寸均匀可控、强度高，导热系数小、产品稳定性好的优点；3d抗压强度最好可达0.63MPa；容重最好可达220kg/m，导热系数最好可达0.076w/(m.k）。同时，本发明的制备方法工艺过程操作简单，容易控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机保温材料及其制备方法，尤其涉及一种用于水泥基轻质保温板的轻质化学发泡水泥材料及其制备方法。
背景技术
截至2011年底，我国城镇节能建筑仅占既有建筑总面积的23%。“十二五”期间，将继续降低新建建筑能耗，使其达到建筑节能65%的新标准。外墙外保温是一种主要的保温形式。目前，应用在外墙外保温方面的主要是聚苯板、挤塑板等一些有机保温板，虽然容重低于250kg/m3，导热系数在0.05w/(k.m)以下，但是近年来有机保温材料引发多次火灾，使其推广应用受到了极大限制。为此，无机保温材料的研发受到了人们的重视，其中发泡水泥保温材料以其轻质、保温隔热性好，获得了业内外专家的青睐。
目前发泡水泥保温材料所使用的胶凝材料主要为普通硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥的凝结时间较长，保温材料制备过程中容易“塌模”，产品后期容易出现干缩开裂现象，严重降低材料的保温性能。硫铝酸盐水泥具有早期强度发展快、抗硫酸盐侵蚀性好、抗冻性好等优点，有望克服普通硅酸盐水泥由于凝结时间长而产生的“塌模”问题，且其水化具有微膨胀特性，可补偿水泥产品的后期干缩，易获得性能稳定的保温材料。采用硫铝酸盐水泥制备发泡水泥保温材料引起了人们的关注。
现常用的发泡方法主要有物理发泡和化学发泡两种方法，物理发泡主要依赖于发泡剂的优劣，孔径分布不均匀，搅拌中泡沫损失严重。化学发泡方法原料易得，成本较低，应用最广泛的化学发泡剂是H2O2溶液。但是H2O2溶液的反应速度和分解率不易控制，导致制备的发泡水泥材料性能稳定性差。专利CN201110050706.5提出了一种物理发泡为主，辅以H2O2化学发泡的方法，但是不易操作，容易造成气泡损失，生产成本较高。专利CN2003101144 52.4将化学发泡用在氯氧镁水泥上，但是这种胶凝材料容易吸湿、翘曲，影响材料的强度。
发明内容
为了克服现有发泡水泥材料存在的上述不足，本发明通过添加一定量的调凝剂，控制水泥料浆温度、搅拌速度、搅拌时间，提供了一种气孔尺寸均匀可控、产品稳定性好的轻质化学发泡水泥材料及其制备方法。
一种轻质化学发泡水泥材料，由下述方法制备而成：
（1）按下述重量配比准备材料：
硫铝酸盐水泥 50-70份
聚丙烯纤维 0.1-0.4份
水 20-30份
EVA增粘剂 0.5-1.0份
聚羧酸高效减水剂 0.6-0.8份
调凝剂 0.01-0.05份
质量分数为30-50%过氧化氢水溶液 2.0-4.1份；
（2）调凝剂与水混合形成调凝溶液；硫铝酸盐水泥、EVA增粘剂、聚丙烯纤维混合均匀形成干粉混合物；
（3）将调凝溶液与聚羧酸高效减水剂加入到干粉混合物中，在35-65℃条件下搅拌3-10min，形成水泥料浆；
（4）向水泥料浆中加入过氧化氢水溶液，以800-1200r/min的转速搅拌60s后置入模具中，常温发泡；硬化成型后脱模，既得产品。
所用EVA增粘剂是一种白色粉状乳胶粉，其主要成分为乙烯-醋酸乙烯共聚物；水为普通的自来水；所述调凝剂为一种无机盐，例如硫酸铝、碳酸锂。通过加入适量硫酸铝或碳酸锂作为调凝剂和控制水泥料浆温度，将水泥料浆的初凝时间控制在7-15min；改变搅拌转速、搅拌时间，以调节双氧水在水泥料浆中的反应时间；从而保证了双氧水在水泥料浆中的反应与凝结时间相匹配，进而提高了产品的稳定性。
为了更好的控制水泥料浆的初凝时间，上述轻质化学发泡水泥材料，所用的调凝剂优选为碳酸锂。
为了更好的控制水泥料浆的初凝时间，上述轻质化学发泡水泥材料，在制备过程中，优选将水泥料浆的温度控制为35-40℃。
为了更好的控制双氧水在水泥料浆中的反应，上述轻质化学发泡水泥材料，所用的过氧化氢水溶液的浓度优选为30%。
为了更好的控制双氧水在水泥料浆中的反应，上述轻质化学发泡水泥材料，在制备过程中，加入双氧水后优选将搅拌转速控制为800r/min。
一种上述轻质化学发泡水泥材料的制备方法，
（1）按照比例取原料；
（2）调凝剂与水混合形成调凝溶液；硫铝酸盐水泥、EVA增粘剂、聚丙烯纤维混合均匀形成干粉混合物，
（3）将调凝溶液与聚羧酸高效减水剂加入到干粉混合物中，在35-65℃条件下搅拌3-10min，形成水泥料浆；
（4）向水泥料浆中加入过氧化氢水溶液，以800-1200r/min的转速搅拌60s后置入模具中，常温发泡；硬化成型后脱模，既得产品。
本发明的有益效果：
（1）整个过程中，双氧水在水泥料浆中的反应与凝结时间相匹配，从而使所制备的轻质化学发泡水泥材料气孔尺寸均匀可控、强度高，导热系数小、产品稳定性好；3d抗压强度最好可达0.63MPa；容重最好可达220kg/m，导热系数最好可达0.076w/(m.k）。而相同容重的情况下，采用硫铝酸盐水泥，使用较多的促凝剂，使双氧水在反应前期进行剧烈反应，因此制品在成型时，泡沫极易损失，质量难以控制。并且使用较多的促凝剂，会严重影响制品的强度3d强度只能达到0.40 MPa；
（2）采用了硫铝酸盐水泥，3d抗压强度达到42.5MPa，具有微膨胀性，干缩小，凝结时间短的优点；减轻了制品后期的干缩开裂情况，同时早期强度高，使整个制作周期缩短，降低成本；
（3）本发明制备的轻质化学发泡水泥材料属于无机保温材料，达到国家A1级防火标准，并且干密度也能达到墙体材料的要求，保温隔热效果优良；
（4）整个工艺过程操作简单，容易控制。
具体实施方式
实施例1
按照下述重量配比准备原料：
硫铝酸盐水泥 70份
聚丙烯纤维 0.15份
水 27份
EVA增粘剂 1.0份
聚羧酸高效减水剂 0.7份
碳酸锂 0.02份
质量浓度为30%的 H2O2水溶液 3.3份；
其工艺步骤如下：
碳酸锂与水混合形成调凝溶液，备用；
将硫铝酸盐水泥、EVA增粘剂、聚丙烯纤维混合均匀形成干粉混合物；
将调凝溶液与聚羧酸高效减水剂加入到干粉混合物中，在60℃条件下搅拌4min，形成水泥料浆；
向水泥料浆中加入过氧化氢水溶液，以800r/min的转速搅拌60s后置入模具中，常温发泡；硬化成型后脱模，既得产品。
测试数据如下：3d抗压强度分别为0.63MPa，容重为220kg/m3，导热系数为0.076w/(m.k）。
实施例2
原材料的配合比设计：
硫铝酸盐水泥 60份
聚丙烯纤维 0.2份
水 22.2份
EVA增粘剂 0.7份
聚羧酸高效减水剂 0.6份
硫酸铝 0.03份
质量浓度为30% 的H2O2水溶液 3.1份；
其工艺步骤如下：
硫酸铝与水混合形成调凝溶液，备用；
将硫铝酸盐水泥、EVA增粘剂、聚丙烯纤维混合均匀形成干粉混合物；
将调凝溶液与聚羧酸高效减水剂加入到干粉混合物中，在45℃条件下搅拌6min，形成水泥料浆；
向水泥料浆中加入过氧化氢水溶液，以1000r/min的转速搅拌60s后置入模具中，常温发泡；硬化成型后脱模，既得产品。
测试数据如下：3d抗压强度0.58MPa，容重202kg/m3，导热系数0.071w/(m.k）。
实施例3
材料的配合比设计：
硫铝酸盐水泥 60份
聚丙烯纤维 0.3份
水 25份
EVA增粘剂 0.5份
聚羧酸高效减水剂 0.5份
碳酸锂 0.02份
30% H2O2水溶液 3.5份；
其工艺步骤如下：
碳酸锂与水混合形成调凝溶液，备用；
将硫铝酸盐水泥、EVA增粘剂、聚丙烯纤维混合均匀形成干粉混合物；
将调凝溶液与聚羧酸高效减水剂加入到干粉混合物中，在50℃条件下搅拌5min，形成水泥料浆；
向水泥料浆中加入过氧化氢水溶液，以1200r/min的转速搅拌60s后置入模具中，常温发泡；硬化成型后脱模，既得产品。
测试数据如下：3d抗压强度0.56MPa，容重210kg/m3，导热系数0.073w/(m.k）。
实施例4
按照下述重量配比准备原料：
硫铝酸盐水泥 50份
聚丙烯纤维 0.4份
水 20份
EVA增粘剂 0.8份
聚羧酸高效减水剂 0.8份
碳酸锂 0.05份
50% H2O2水溶液 2.3份；
其工艺步骤如下：
碳酸锂与水混合形成调凝溶液，备用；
将硫铝酸盐水泥、EVA增粘剂、聚丙烯纤维混合均匀形成干粉混合物；
将调凝溶液与聚羧酸高效减水剂加入到干粉混合物中，在35℃条件下搅拌6min，形成水泥料浆；
向水泥料浆中加入过氧化氢水溶液，以800r/min的转速搅拌60s后置入模具中，常温发泡；硬化成型后脱模，既得产品。
测试数据如下：3d抗压强度0.60MPa，容重215kg/m3，导热系数0.068w/(m.k）。
Claims (6)
1.一种轻质化学发泡水泥材料，其特征在于，由下述方法制备而成：
（1）按下述重量配比准备材料：
硫铝酸盐水泥 50-70份
聚丙烯纤维 0.1-0.4份
水 20-30份
EVA增粘剂 0.5-1.0份
聚羧酸高效减水剂 0.6-0.8份
调凝剂 0.01-0.05份
质量分数为30-50%过氧化氢水溶液 2.0-4.1份；
（2）调凝剂与水混合形成调凝溶液；硫铝酸盐水泥、EVA增粘剂、聚丙烯纤维混合均匀形成干粉混合物；
（3）将调凝溶液与聚羧酸高效减水剂加入到干粉混合物中，在35-65℃条件下搅拌3-10min，形成水泥料浆；
（4）向水泥料浆中加入过氧化氢水溶液，以800-1200r/min的转速搅拌60s后置入模具中，常温发泡；硬化成型后脱模，既得产品。
2.根据权利要求1 所述轻质化学发泡水泥材料，其特征在于，所述的调凝剂为碳酸锂。
3.根据权利要求2所述轻质化学发泡水泥材料，其特征在于，所述温度为35-40℃。
4.根据权利要求3所述轻质化学发泡水泥材料，其特征在于，过氧化氢水溶液的浓度为30%。
5.根据权利要求4 述轻质化学发泡水泥材料，其特征在于，加入双氧水后的搅拌转速为800r/min。
6.一种权利要求1-5所述的轻质化学发泡水泥材料的制备方法，其特征在于：
（1）按照比例取原料；
（2）调凝剂与水混合形成调凝溶液；硫铝酸盐水泥、EVA增粘剂、聚丙烯纤维混合均匀形成干粉混合物；
（3）将调凝溶液与聚羧酸高效减水剂加入到干粉混合物中，在35-65℃条件下搅拌3-10min，形成水泥料浆；
（4）向水泥料浆中加入过氧化氢水溶液，以800-1200r/min的转速搅拌60s后置入模具中，常温发泡；硬化成型后脱模，既得产品。
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