CN105036666B - 轻质疏水低收缩水泥基复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可用于制备具有低密度、低收缩和疏水特性的水泥基复合材料的配方或组合物。本发明还涉及一种具有低密度、低收缩和疏水特性的水泥基复合材料，以及其制备方法。利用所述配方或组合物制成的本发明中的水泥基复合材料具有轻质、疏水(或厌水)和低收缩的特征，其可以在建筑和建造工业中用于制备具有防水、隔热及隔声特性的非结构墙(或非承重墙)。

Description

轻质疏水低收缩水泥基复合材料

与相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年11月29日提出的美国临时专利申请系列号61/963,282的优先权，而所述临时申请的公开内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于制备具有低密度、低收缩和疏水特性的水泥基复合材料的配方或组合物，一种具有低密度、低收缩和疏水特性的水泥基复合材料，以及其制备方法。由所述配方或组合物制成的本发明水泥基复合材料具有轻质、疏水(或者厌水)和低收缩的特征，其可以用于制备具有隔热、隔声及防水特性的非结构(或非承重)墙体或板材或块材。

背景技术

现如今大部分建筑物的墙体均由钢筋混凝土制成。虽然混凝土可被视为一种隔热材料，大量的热还是可以通过混凝土墙体在建筑物内外部之间进行交换，而且该热交换总量甚至与通过窗户和门进行的热交换的量相当。一般来讲，在住宅和商业建筑中，其所需能量的一大部分被用于调节建筑物内部的环境温度，而其中相当一部分能量又被通过墙体的热交换消耗掉。在满足现有结构及耐久性设计要求的情况下，如果不对建筑物墙体进行加厚，普通混凝土墙体的隔热性能满足不了当前绿色建筑标准对建筑物隔热性能的要求。通过增加墙体的厚度可以用来增强普通混凝土建筑物的隔热性能，但此方法非常不经济，这是由于增加墙体的厚度不但增加了建筑成本而且加重了建筑物地基及承重构件的负重。一种切实可行的替换方法是提供一种具有良好隔热性能的轻质(低密度)材料用于建造建筑物的墙体。

发泡聚苯乙烯(EPS)具有较低的密度，较高的强度及良好的隔热性能。然而，由于其强易燃性，EPS很容易被烧着，而且火焰很容易在其表面快速扩展。此外，其在热分解时也会释放出有毒气体。因此，EPS在很多国家和地区被禁止在建筑物上使用。

一般来说，水泥基无机材料具有良好的耐久性和极佳的耐火性，但普通水泥基材料的隔热性能并不理想，如普通混凝土。为了改善水泥基材料的隔热性能，可通过向水泥基材料内掺入轻骨料或者引入气孔以降低其密度及导热系数。一些常用的轻骨料包括膨胀粘土、蛭石、膨胀珍珠岩、空心玻璃珠等，它们可以显著降低水泥基材料的密度并因此增强水泥基材料的隔热性能。例如，美国专利US 5,641,584公开了一种具有优良隔热性能的水泥基复合材料，其中一种或多种轻骨料被添加到水泥基材料里面以降低密度及增强隔热性能。然而，利用轻骨料制备具有较好隔热性能的轻质水泥基复合材料往往导致材料成本上升。

制备轻质水泥基复合材料的另一种方法是向水泥基材料内引入气孔。由此方法制成的水泥基复合材料常被称作泡沫混凝土、加气混凝土或蜂窝混凝土。用于向水泥基材料内引入气孔的方法主要有两种，一种是化学发泡方法，另一种是物理发泡方法。就化学发泡方法来说，它主要是通过在水泥基材料中加入可以在碱性环境中反应并释放气体的化学物质，然后通过该化学物质反应生成气体来形成水泥基材料内的气孔体系。所述化学物质的实例包括铝粉、锌粉、碳化钙、过氧化氢、过氧化镁和亚锰酸钾等。根据气孔形成之后泡沫混凝土的养护固化方式，用化学发泡方法制成的泡沫混凝土可被分为蒸压泡沫混凝土和非蒸压泡沫混凝土。就蒸压泡沫混凝土来说，其通常含有0.05-0.08体积％的铝粉，铝粉可与水泥基材料中的氢氧化钙反应形成氢气；待泡沫混凝土固化后，其被切割成块并于约190℃，8-12巴压力的蒸汽环境下进行蒸压处理，以使其在短期内(即10-12小时内)完成其强度发展(养护)过程。用此方法生产的泡沫混凝土构件的大小往往受到蒸压室容积的限制。对于非蒸压泡沫混凝土来说，其一般是通过向水泥基材料内加入可在碱性环境下反应并释放氧气的过氧化氢来制备，而且与蒸压泡沫混凝土不同的是，此类泡沫混凝土的强度发展(养护)过程一般是在在标准大气压和室温下进行。此种泡沫混凝土的生产和养护方法可用来实现大尺寸泡沫混凝土构件的生产。然而，利用化学发泡方法制备泡沫混凝土存在一个关键问题，即所加化学物质在水泥基材料内反应的程度和速度(释放气体的总量及速率)高度取决于水泥基材料的温度和pH值。由于水泥材料体系本身的多变性及复杂性，利用化学发泡方法制备的泡沫混凝土的密度往往难以得到有效控制。

为了避免化学发泡方法中因所用化学物质在反应时对温度和pH值高度敏感而引起的控制问题，可以转用物理发泡方法来制备泡沫混凝土。此方法可以通过在发泡机中将发泡剂(表面活性剂)、高压水和压缩空气混合制备干泡沫，然后将制得的干泡沫混合搅拌进水泥基材料的湿浆体中来实现。由于使用此发泡方法制得的干泡沫的密度可以测量得到，因此所制泡沫混凝土的密度可以通过控制干泡沫的添加量而得到有效控制。物理发泡方法还可以通过向水泥基材料的湿浆体内直接混合搅拌入气体或者表面活性剂类(合成类)发泡剂或者蛋白质类发泡剂来实现，然而，采用此种发泡方式制成的泡沫混凝土的密度也面临着不易控制的问题，因为采用此方式在水泥基材料湿浆体中形成的气孔的体积高度取决于湿浆体的流变性能及搅拌方式。

顾名思义，泡沫混凝土中均匀分布有大量开口式或者连通式或者闭合式的气孔。因此，其往往具有较好的隔热及隔声性能，但是另一方面，湿气和/或水因此也能够比较容易地渗入到其内部，尤其是在气孔含量高和/或开口式及连通式气孔含量高时。当水渗入到泡沫混凝土内部，并在泡沫混凝土的气孔内积累增多时，泡沫混凝土的隔热及隔声性能会逐渐降低。为了减少泡沫混凝土对水的吸收，可以通过某些方式使通常为亲水性的泡沫混凝土的水泥基基体变为疏水(厌水)性的。

混凝土收缩通常是指混凝土在恒温无外部荷载情况下体积的减少。由于严重收缩往往导致混凝土构件出现开裂，因此混凝土收缩是一个对混凝土结构长期性能具有显著影响的重要材料性能。混凝土收缩一般可以分为自收缩、干燥收缩和碳化收缩。自收缩是指因水泥水化导致的体积改变。干燥收缩源于混凝土表面及内部自由水的蒸发损失。碳化收缩通常由混凝土中水泥的水化产物与空气中的CO₂反应而引起。由于泡沫混凝土中通常含有较少的骨料，较多的反应性胶凝材料(如普通波特兰水泥)及较多的气孔(有利于干燥及碳化过程的进行)，其往往呈现出比普通混凝土高得多(1-2倍或更高)的收缩量。此严重收缩往往导致泡沫混凝土构件出现严重开裂，特别是当构件中埋有钢筋时，而引起此类构件的隔热性能、隔声性能及耐久性能变差。

Lecomte等人的美国专利8,445,560公开了一种赋予水泥基材料疏水特性的颗粒类疏水添加剂，其中所述疏水添加剂包含沉积在微粒载体上以形成膜的有机硅成分和粘合剂聚合物。他们还公开了一种包含水泥干粉和所述颗粒类疏水添加剂的干粉形式水泥基材料，以及一种用于赋予水泥基材料疏水特性的方法。然而，他们并没有提供所述水泥基材料的详细成分和所述方法的细节。

Shi等人的美国专利申请US 2002/0117086A1公开了一种低收缩、高强度轻质泡沫混凝土。然而，在此申请中，一种独特的化学添加剂-减缩剂，被用于减少泡沫混凝土的收缩。

考虑到现有轻质水泥基复合材料具有的问题，有必要开发出一种与普通水泥基复合材料成本相若且具有疏水和低收缩两种特性的轻质水泥基复合材料。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种用于制备本发明的轻质水泥基复合材料的配方或组合物，其包含胶凝材料、惰性填料、疏水调节剂、减水剂、粘度调节剂、凝结时间调节剂、水、发泡剂(或气泡)和泡沫稳定剂。经过严格颗粒尺寸选择的胶凝材料、惰性填料和疏水调节剂共同组成本发明中的粉状原材料。具体来说，胶凝材料包括普通波特兰水泥、硫铝酸钙水泥、磨碎的粒状高炉矿渣、硅粉、石膏(半水合物和二水合物)、煅烧氧化镁和粉煤灰中的一种或更多种；惰性填料包括包括平均粒度为20到80微米的石灰石粉末、精细碎石和硅砂；减水剂包括磺酸盐基和聚羧酸盐基减水剂；粘度调节剂包括甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素；凝结时间调节剂包括柠檬酸、酒石酸、硼酸、纯化的木质素磺酸盐、甲酸钙、碳酸锂和氯化钙等。疏水调节剂用于增强水泥基复合材料的疏水性和防水性能。采用包含有疏水调节剂的所述配方或组合物制成的水泥基复合材料具有疏水(厌水)特性，水滴在其任一表面上的接触角都不小于90度。本发明中使用的疏水调节剂包括经过表面处理的粘土类材料、硬脂酸钙和硬脂酸锌。由于疏水类调节剂能够降低水的表面张力，因此本发明中使用的疏水类调节剂还可以被用作泡沫稳定剂，或者泡沫稳定剂可以是任何能降低水的表面张力的表面活性剂或者化学物质，例如羧甲基纤维素、聚乙烯醇、预胶凝淀粉、纤维素醚、硅表面活性剂和经过疏水处理的无机颗粒等。本发明中使用的具有该相同特性的发泡剂也可以用作本发明的泡沫稳定剂。

本发明的第二方面涉及一种使用本发明的配方或组合物来制备轻质水泥基复合材料的方法。为了形成所述轻质水泥基复合材料的基体材料，首先将本文所述的胶凝材料的不同成分、惰性填料和疏水调节剂以干粉的形式混合搅拌直至均匀形成粉状原材料的混合物。同时，将减水剂、粘度调节剂和凝结时间调节剂加入到水中并搅拌均匀形成外加剂溶液。然后，将外加剂溶液加入到所述粉状原材料混合物中并混合搅拌直至均匀形成水泥基复合材料的湿浆体(即基体材料)。关于除本发明所述疏水调节剂和发泡剂以外的泡沫稳定剂，如果所述泡沫稳定剂与水不相容(例如经过疏水处理的无机颗粒)，那么它们将以干粉形式与粉状原材料一起混合搅拌，如果所述泡沫稳定剂与水相容(例如纤维素醚、羧甲基纤维素和预胶凝淀粉)，那么它们将与其他化学外加剂一起被加入到水中。

为了降低水泥基复合材料的密度，可采用(i)物理发泡方法或者(ii)化学发泡方法将气孔引入到水泥基复合材料的湿浆体中。就物理发泡方法来说，可以通过加入表面活性剂类(合成类)发泡剂或者蛋白质类发泡剂，或者通过引入气体，或者通过加入使用发泡机(通过把表面活性剂类(合成类)发泡剂或者蛋白质类发泡剂在发泡机内与压缩空气和加压水混合而制成干泡沫)制备的干泡沫到水泥基复合材料的湿浆体内来引入气孔。就化学发泡方法来说，可通过向水泥基复合材料的湿浆体中加入可以在碱性环境中反应并释放气体的发泡剂并由此通过该发泡剂反应生成气体来引入气孔。可用于化学发泡方法的发泡剂包括过氧化氢、亚锰酸钾、碳化钙和过氧化镁。

值得注意的是，本发明所述用于制备轻质水泥基复合材料的配方或组合物是经过精心设计的，以实现所述水泥基复合材料同时具有低密度(轻质)、疏水和低收缩的特性。首先，通过选用合适的疏水调节剂，在不增加水泥基复合材料制备难度及不明显降低水泥基复合材料性能的情况下，使得水泥基复合材料呈现出疏水(厌水)特性。由于水泥基材料的碳化反应需要水而一种材料的疏水性会抑制水渗入到该材料内部，因此所述水泥基复合材料变得疏水有益于减少其碳化收缩。为了进一步减少所述水泥基复合材料的收缩，硫铝酸钙水泥、石膏(半水合物和二水合物)和煅烧氧化镁在本发明中被选用做所述胶凝材料中的部分组分，这是因为它们的水化反应可生成膨胀性的产物；磨碎的粒状高炉矿渣、硅粉和粉煤灰也被选用做所述胶凝材料中的部分组分，这是因为添加此类材料可以减少水泥基材料体系中水的用量进而减少水泥基复合材料的干收缩，以及可以通过在水化反应中消耗部分因水泥水化产生的氢氧化钙而减少水泥基复合材料的碳化收缩；另外，所述配方或组合物中还包括有惰性填料用以减少配方或组合物中胶凝材料的用量并因此减少水泥基复合材料的自收缩；因为减水剂可以在不影响浆体工作性能的情况下减少水泥基材料体系中水的用量，所述配方或组合物中包含的减水剂因此也有益于减少水泥基复合材料的干收缩。气泡大小、气泡分布和气泡稳定性是采用发泡方法制备高质量轻质水泥基复合材料的三个关键因素。本发明通过添加粘度调节剂调节所述水泥基复合材料湿浆体的流变性能来控制气泡的大小并增强气泡的分布均匀性和稳定性；通过添加凝结时间调节剂调节水泥基复合材料湿浆体的凝结时间来控制浆体中气泡的产生量并减少气泡破裂的机会；并通过添加泡沫稳定剂进一步增强气泡的稳定性。另一方面，不管使用哪种发泡方法，所述粉状原材料(包含胶凝材料、惰性填料和疏水调节剂)的粒度分布对于本发明所述水泥基复合材料中气泡的大小和稳定性都具有关键影响。为了使所述水泥基复合材料中的气泡具有足够小的尺寸及足够高的稳定性，所述粉状原材料的粒度应小于150μm，如果所述粒度大小在20至100μm范围内则更为理想。粒度大小在上述范围内的粉状原材料的使用有助于在水泥基复合材料中形成具有足够小尺寸和足够高稳定性的气泡。轻质水泥基复合材料中的气孔比较小有益于减少水泥基复合材料的收缩。为了保证所述水泥基复合材料的粉状原材料具有合适的粒度分布，本发明对所述粉状原材料的粒度分布进行了精心设计并对粉状原材料本身的粒度进行了仔细选择。

附图说明

图1为一张传统(普通)混凝土块的照片。

图2为一张根据本发明一实施方案制备出的低密度水泥基复合材料的照片。

图3为一张根据本发明一实施方案制备出的超低密度水泥基复合材料的照片。

图4为一张根据本发明一实施方案制备出的可漂浮在水上的轻质水泥基复合材料的照片。

图5为(A)普通泡沫混凝土和(B)根据本发明一实施方案制备出的轻质水泥基复合材料的收缩(微应变)随时间变化的图；(C)是传统(普通)混凝土的最大收缩量。

图6为在(A)普通混凝土块和(B)根据本发明一实施方案制备出的轻质水泥基复合材料表面上滴水的照片。

图7为根据本发明一实施方案利用发泡机制成的干泡沫的照片。

图8为依据本发明所述配方或组合物制备本发明所述轻质水泥基复合材料的方法流程图。

具体实施方式

现通过详细阐述本发明目前优选的几个实施方案解释本发明的原理，并通过充分详细地描述这些实施方案或者实施例以使本领域技术人员能够成功实施本发明。在不脱离本发明精神的情况下，本领域技术人员也可通过采用其他实施方案或通过对本发明所述实施方案做出修改来成功实施本发明。

实施例

用于形成轻质、疏水及低收缩水泥基复合材料的配方或组合物

通过本发明所述配方或组合物及制备方法制成的水泥基复合材料呈现出低密度、低收缩和疏水的特性。一般来讲，用于制备本发明轻质水泥基复合材料的配方或组合物包括：1至95体积百分比的胶凝材料，而该胶凝材料通常包含0至80体积百分比的普通波特兰水泥、1至80体积百分比的硫铝酸钙水泥、0至75体积百分比的磨碎的粒状高炉矿渣、0至15体积百分比的硅粉、0至10体积百分比的煅烧氧化镁(所述煅烧氧化镁是通过把氧化镁在800至950℃温度下煅烧0.5至3小时而制成)、0至10体积百分比的石膏(半水合物和二水合物)和0至50体积百分比的粉煤灰；0至20体积百分比的惰性填料，包括平均粒度为20到80微米的石灰石粉末、精细碎石和硅砂；重量为粉状原材料总重量的0.001至1.5％的减水剂，例如聚羧酸盐和磺酸盐；重量为粉状原材料总重量的0.001至0.1％的粘度调节剂，例如羟丙基甲基纤维素；重量为粉状原材料总重量的0.01至2％的凝结时间调节剂，例如硼酸和酒石酸；重量为粉状原材料总重量的10至50％的水；和重量为粉状原材料总重量的0.001至10％的发泡剂，诸如过氧化氢、高锰酸钾、过氧化镁、合成类发泡剂或者蛋白质类发泡剂，或者体积为引入气孔之前浆体体积的1至900％的干泡沫或气体。为了改善所述轻质水泥基复合材料的疏水性，所述配方或组合物中还包括占粉状原材料总重量1至20重量％的疏水调节剂，诸如经过表面处理的粘土类材料、硬脂酸钙和硬脂酸锌。

为了制备所述轻质水泥基复合材料，首先将胶凝材料、疏水调节剂和惰性填料以干粉形式混合搅拌直至均匀形成粉状原材料的混合物。同时，将减水剂、粘度调节剂和凝结时间调节剂加入到水中并搅拌均匀形成外加剂溶液。然后，将外加剂溶液加入到所述粉状原材料混合物中并混合搅拌直至均匀形成水泥基复合材料的湿浆体。关于除本发明所述疏水调节剂和发泡剂以外的泡沫稳定剂，如果所述泡沫稳定剂与水不相容(例如经过疏水处理的无机颗粒)，那么它们将以干粉形式与粉状原材料一起混合搅拌，如果所述泡沫稳定剂与水相容(例如纤维素醚、羧甲基纤维素和预胶凝淀粉)，那么它们将与其他化学外加剂一起被加入到水中。

传统(普通)混凝土块的比重为约2.3-2.4(图1)。采用本发明所述配方或组合物及制备方法制备出的水泥基复合材料的比重可以降低至约1.4(图2)，但同时仍具有约25MPa的抗压强度和约0.4W/m.K的导热率。本发明水泥基复合材料的比重可以进一步降低至0.4(图3)，而变得可漂浮在水上(图4)，但同时仍具有约0.5MPa的抗压强度和约0.08W/m.K的导热率。所述水泥基复合材料比重的降低主要源于气孔的引入。比重为约1.64的本发明的水泥基复合材料(图5B)在第28天时的收缩量(微应变量)比比重为约1.6的普通泡沫混凝土28天时的收缩量小得多，并且与传统(普通)混凝土的最大收缩量(即800微应变)(图5C)相若。为了改善其疏水性，本发明的轻质水泥基复合材料中添加有疏水调节剂，使得水在其表面上的接触角大于90度(图6)。在图6所示的水泥基复合材料中，经过表面处理的粘土类材料被用作疏水调节剂。

图8概括了用以制备本发明的配方或组合物及轻质水泥基复合材料的方法。

为了制备本发明的轻质水泥基复合材料，如本文所述首先将胶凝材料的不同组分、惰性填料和疏水调节剂以干粉形式混合搅拌直至均匀形成粉状原材料的混合物(801)。同时，将减水剂、粘度调节剂和凝结时间调节剂加入到水中并搅拌均匀形成外加剂溶液(802)。然后，将外加剂溶液加入到所述粉状原材料混合物中并混合搅拌直至均匀形成水泥基复合材料的湿浆体(803)。关于除本发明所述疏水调节剂和发泡剂以外的泡沫稳定剂，如果所述泡沫稳定剂与水不相容(例如经过疏水处理的无机颗粒)，那么它们将以干粉形式与粉状原材料一起混合搅拌(801)，如果所述泡沫稳定剂与水相容(例如纤维素醚、羧甲基纤维素和预胶凝淀粉)，那么它们将与其他化学外加剂一起被加入到水中(802)。

为了降低所得水泥基复合材料湿浆体的密度，本发明将通过物理发泡方法(804)或化学发泡方法(805)在所述湿浆体中引入气孔。

关于物理发泡方法(804)，一种方式是通过把发泡剂、压缩空气(1-3.5巴)和加压水(1-3.5巴)在发泡机内混合产生微小气泡，即干泡沫，其中发泡剂与水的质量比范围为0.001至0.1，而所得干泡沫(图7)是水和空气的混合物。然后，将干泡沫以机械搅拌方式混到水泥基复合材料的湿浆体中。在本发明一个优选实施方案中，通过将体积为湿浆体体积的17-567％的干泡沫混入到本发明水泥基复合材料的湿浆体中，制得了比重为0.4-1.8、抗压强度为0.5-60MPa和导热率为0.08-0.7W/m.K的轻质水泥基复合材料。另一种方式是向水泥基复合材料的湿浆体中加入气体或者表面活性剂(合成类)类发泡剂或者蛋白质类发泡剂并搅拌，然后通过在搅拌过程中产生的摩擦而在浆体中形成气泡(气孔)。

关于化学发泡方法(805)，主要是通过把发泡剂(过氧化氢、过氧化镁、亚锰酸钾、碳化钙)加入到水泥基复合材料的湿浆体中并轻微搅拌，然后通过发泡剂在碱性环境下发生化学反应并释放气体到湿浆体中而形成气孔。

为了使所述水泥基复合材料中的气泡(气孔)具有足够小的尺寸及足够高的稳定性，所述粉状原材料的粒度应小于150μm，如果其粒度大小在20至100μm范围内则更为理想。粒度大小在所述范围内的粉状原材料的使用有助于在水泥基复合材料中形成具有足够小尺寸和足够高稳定性的气泡。

在混入干泡沫、气体或发泡剂后，把湿浆体灌注到具有要求大小和形状的模中并在室温和标准大气压下养护固化至少2小时(806)直到所述湿浆体固化变硬。

实施例1–用于制备疏水、低收缩及低密度的水泥基复合材料的配方或组合物和方法

为了制备比重为约1.4的轻质水泥基复合材料，首先将290g硫铝酸钙水泥、146g普通波特兰水泥、450g磨碎的粒状高炉矿渣、125g石灰石粉末和253g经过表面处理的粘土类材料以干粉形式混合搅拌均匀形成粉状原材料的混合物。同时，将3.17g聚羧酸盐基减水剂、0.127g羟丙基甲基纤维素和3.28g硼酸加入到365g水中并混合搅拌均匀形成外加剂溶液。然后将外加剂溶液加入到制得的粉状原材料混合物中中并混合搅拌直到均匀形成湿浆体。为了降低所得水泥基复合材料湿浆体的密度，称取2.3g蛋白质类发泡剂加入到所述湿浆体内，然后继续搅拌并由此通过如本文所述的物理发泡(摩擦)将气孔引入到浆体内。随后，把发泡过的湿浆体灌注到具有要求大小和形状的模中并在室温和标准大气压下充分养护固化以制成所述疏水、低收缩及低密度的水泥基复合材料。

实施例2–用于制备疏水、低收缩及低密度的水泥基复合材料的配方或组合物和方法

为了制备比重为约0.9的轻质水泥基复合材料，首先将862g普通波特兰水泥、52g石膏(半水合物)、1136g磨碎的粒状高炉矿渣、375g石灰石粉末和125g经过表面处理的粘土类材料以干粉形式混合搅拌均匀形成粉状原材料的混合物。同时，将17.3g聚羧酸盐基减水剂、0.25g羟丙基甲基纤维素和12.9g甲酸钙加入到752g水中并混合搅拌均匀形成外加剂溶液。然后将外加剂溶液加入到制得的粉状原材料混合物中中并混合搅拌直到均匀形成湿浆体。为了降低所得水泥基复合材料湿浆体的密度，首先通过把蛋白质类发泡剂与压缩空气(2巴)和加压水(2巴)在发泡机中混合制出比重为约0.05的干泡沫，然后称取137g干泡沫混入到所述的湿浆体中并继续搅拌直至气泡均匀分布在浆体中。

随后，把发泡过的湿浆体灌注到具有要求大小和形状的模中并在室温和标准大气压下充分养护固化以制成所述疏水、低收缩及低密度的水泥基复合材料

实施例3–用于制备疏水、低收缩及超低密度的水泥基复合材料的配方或组合物和方法

为了制备比重为约0.4的超低密度水泥基复合材料，首先将54g硫铝酸钙水泥、54g普通波特兰水泥、112g磨碎的粒状高炉矿渣、31g石灰石粉末和63g经过表面处理的粘土类材料以干粉形式混合搅拌均匀形成粉状原材料的混合物。同时，将2.13g聚羧酸盐基减水剂、0.031g羟丙基甲基纤维素、0.427g酒石酸和0.3g硬脂酸钙加入到113g水中并混合搅拌均匀形成外加剂溶液。然后将外加剂溶液加入到制得的粉状原材料混合物中中并混合搅拌直到均匀形成湿浆体。为了降低所得水泥基复合材料湿浆体的密度，称取30g过氧化氢加入到所述湿浆体内，然后继续快速搅拌一段较短时间直至过氧化氢均匀分布在湿浆体内。随后，把湿浆体灌注到具有要求大小和形状的模中并在室温和标准大气压下充分固化以制成所述疏水、低收缩及超低密度的水泥基复合材料。在此实施例中，气孔是通过如本文所述的化学发泡(化学反应)原理在湿浆体逐渐内形成的。

工业适用性

具有低密度、低收缩和疏水(或厌水)特性的本发明的水泥基复合材料可以在建筑和建造工业中用于制作具有隔热、隔声及防水特性的非结构(或非承重)墙体或板材或块材。

以上所述虽然展示和描述了本发明的较佳实施方式，但这些实施方式并非展示和描述了本发明所有可能的形式，相反，说明书中使用的词语只是描述性的词语，而并非限制性的。应理解凡在本发明的精神和范围之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本文所引用的所有文献的全文通过引用以其整体纳入本文。

Claims (17)

1.一种用于制备具有低密度、低收缩和疏水特性的水泥基复合材料的组合物，所述组合物包括胶凝材料、惰性填料、疏水调节剂、减水剂、粘度调节剂、凝结时间调节剂、水、发泡剂或气泡、和泡沫稳定剂，所述胶凝材料、惰性填料和疏水调节剂共同组成粉状原材料；其中所述粉状原材料具有小于150 μm的粒度。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述胶凝材料占所述粉状原材料总体积的体积百分比是1%至95%，所述胶凝材料包含普通波特兰水泥、硫铝酸钙水泥、磨碎的粒状高炉矿渣、硅粉、煅烧氧化镁、石膏和粉煤灰中的一种或多种；所述石膏为半水合物或二水合物。

3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述惰性填料占所述粉状原材料总体积的体积百分比是0%至20%，所述惰性填料包括石灰石粉末、精细碎石和硅砂。

4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述减水剂的重量与所述粉状原材料的总重量的百分比是0.001%至1.5%，所述减水剂包括聚羧酸盐基减水剂和磺酸盐基减水剂。

5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述粘度调节剂的重量与所述粉状原材料的总重量的百分比是0.001%至0.1%，所述粘度调节剂包括甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素。

6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述凝结时间调节剂的重量与所述粉状原材料的总重量的百分比是0.001%至2%，所述凝结时间调节剂包括柠檬酸、酒石酸、硼酸、纯化的木质素磺酸盐、甲酸钙、氯化钙和碳酸锂。

7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述疏水调节剂占所述粉状原材料的总重量的重量百分比是1%至20%，所述疏水调节剂包含经过表面处理的粘土类材料、硬脂酸钙和硬脂酸锌。

8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述发泡剂的重量与所述粉状原材料的总重量的百分比是0.001%至10%，所述发泡剂包括合成类的表面活性剂类发泡剂、蛋白质类发泡剂、过氧化氢、亚锰酸钾、碳化钙和过氧化镁。

9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述气泡的体积与所述原料组成中包括气泡在内的所有组分的总体积的百分比是 1-90%。

10.根据权利要求1所述的组合物，其中所述水的重量与所述粉状原材料的总重量的百分比是10%至50%。

11.根据权利要求2所述的组合物，其中所述胶凝材料包含0至80 体积百分比的波特兰水泥、1至80体积百分比的硫铝酸钙水泥、0至75 体积百分比的磨碎的粒状高炉矿渣、0至15体积百分比的硅粉、0至10体积百分比的煅烧氧化镁、0至10体积百分比的石膏和0至50体积百分比的粉煤灰，所述石膏为半水合物或二水合物。

12.根据权利要求1所述的组合物，其中所述泡沫稳定剂是能够降低水表面张力的任何化学物质。

13.根据权利要求1所述的组合物，其中所述粉状原材料具有20至100 μm的优选粒度。

14.一种通过采用权利要求1 所述的组合物制成的水泥基复合材料。

15.一种制备水泥基复合材料的方法，包括下列步骤：

(a)通过将1-95体积%胶凝材料与0-20体积%惰性填料和1-20重量%疏水调节剂以干粉形式混合搅拌直至均匀制成粉状原材料的混合物，所述胶凝材料包含0-80体积%普通波特兰水泥、1-80体积%硫铝酸钙水泥、0-75体积%磨碎的粒状高炉矿渣、0-15体积%硅粉、0-10体积%煅烧氧化镁、0-50体积%粉煤灰和0-10体积%石膏中的一种或更多种，所述煅烧氧化镁是通过把氧化镁在800至950℃温度下煅烧0.5至3小时而制成，所述惰性填料包括石灰石粉末、精细碎石和硅砂，所述疏水调节剂包含经过表面处理的粘土类材料、硬脂酸钙和硬脂酸锌；

(b)通过向重量为所述粉状原材料总重量10-50%的水中加入重量为所述粉状原材料总重量0.001-1.5%的减水剂、重量为所述粉状原材料总重量0.001-0.1%的粘度调节剂和重量为所述粉状原材料总重量0.001-2%的凝结时间调节剂并充分混合搅拌均匀制成外加剂溶液，所述减水剂包括聚羧酸盐基或磺酸盐基减水剂，所述粘度调节剂剂包括甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素，所述凝结时间调节剂包括柠檬酸、酒石酸、硼酸、纯化的木质素磺酸盐、甲酸钙、氯化钙和碳酸锂；

(c)将(b)中制备的外加剂溶液加入到(a)中制备的粉状原材料混合物中并充分混合搅拌直至均匀形成湿浆体；

(d)通过物理发泡方法或者化学发泡方法向在(c)中制备的湿浆体中引入体积为所述湿浆体总体积1-900%的气孔，所述物理发泡可通过在发泡机中将发泡剂、压缩空气和加压水混合以产生干泡沫来实现，或者可通过将气体或合成类的表面活性剂类发泡剂或者蛋白质类发泡剂与所述湿浆体直接混合搅拌并由此通过搅拌过程中产生的摩擦形成小的气泡来实现；所述化学发泡通过将发泡剂搅拌加入到所述湿浆体中并由此通过发泡剂在碱性环境下反应释放气体到所述湿浆体内形成气孔来实现；在所述化学发泡方法中使用的发泡剂包括过氧化氢、过氧化镁、亚锰酸钾和碳化钙；

(e)在混入干泡沫、气体或发泡剂后，把湿浆体灌注到具有要求大小和形状的模中并在室温和标准大气压下养护固化至少2小时直到所述湿浆体固化变硬；

其中，制备步骤(a)包括选择颗粒粒度小于150 μm的所述粉状原材料。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述粉状原材料的优选颗粒粒度为20至100 μm。

17.一种通过采用权利要求15所述的方法制备的水泥基复合材料。