CN105297943A - 复合气凝胶的承重保温装饰一体化装配式墙体及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种承重保温装饰一体化装配式墙体及其制备方法，特别涉及以气凝胶材料为保温层，保温层里外分别有承重混凝土和装饰层，同时具备承重、保温和装饰功能的装配式墙体。本发明复合气凝胶的承重保温装饰一体化装配式墙体具有轻质、高强、低导热系数、美观实用的特点，产品在工厂预制成型后可在现场快速组装，对推动我国住宅产业化和绿色建筑的发展有显著的现实意义，可显著提升严寒地区的高效节能保温效果。

Description

复合气凝胶的承重保温装饰一体化装配式墙体及制备方法

技术领域

本发明涉及一种承重保温装饰一体化装配式墙体及其制备方法，特别涉及以气凝胶材料为保温层，保温层里外分别有承重混凝土和装饰层，同时具备承重、保温和装饰功能的装配式墙体。本发明复合气凝胶的承重保温装饰一体化装配式墙体具有轻质、高强、低导热系数、美观实用的特点，产品在工厂预制成型后可在现场快速组装，对推动我国住宅产业化和绿色建筑的发展有显著的现实意义，可显著提升严寒地区的高效节能保温效果。

背景技术

随着住宅产业化和绿色建筑和在国内的迅速发展，对高性能的新型墙体材料提出了新的要求，特别是对同时具备承重能力、良好保温性能和美观饰面的承重保温装饰一体化墙体结构的需求尤为迫切。

气凝胶是一种新型纳米绝热材料，1931年由美国Kistler.S.发明，又被称为“蓝烟”、“冻结的烟”，被成为改变世界的神奇材料，列为20世纪90年代以来10大热门科学技术之一，是具有巨大应用价值的军民两用技术。

气凝胶具有以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，孔隙率高达80～99.8％，密度可低达0.003g/cm3，室温导热系数可低达0.013w/(m·k)，使用温度可达1300℃，使用厚度为传统保温材料的1/3到1/10，是迄今为止最轻的固体材料和绝热性能最好的材料，被称为超级绝热材料，可广泛用于航空航天、石油化工、电力冶金、船舶车辆、精密仪器、冰箱冷库、建筑节能、服装鞋帽等领域的绝热保温。美国宇航局2013年已经确定，在2018年火星探险时，宇航员们将穿上用新型气凝胶制造的宇航服。该宇航服中加入一个18毫米厚的气凝胶层，可以能帮助宇航员扛住1300℃的高温和零下130℃的超低温。

可见，气凝胶材料应用于承重保温装饰一体化墙体结构就可以获得优异的保温效果，并且大大减少墙体的厚度，节省空间。

国家标准GB50368-2005《住宅建筑规范》中明确规定，住宅结构用混凝土的强度等级不应低于C20；住宅结构中承重砌体材料的强度应符合下列规定：烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级不应低于MU10，混凝土砌块的强度等级不应低于MU7.5。另一方面，目前市场已有的墙体保温材料，加气混凝土、泡沫混凝土等强度普遍低于MU7.5，大部分的泡沫混凝土、保温砂浆、岩棉板、珍珠岩板、聚苯乙烯板、聚氨酯泡沫、酚醛树脂板等强度更是普遍低于0.5MPa。气凝胶材料与纤维复合后强度可达1MPa以上，但仍然不具备承重的能力。

承重保温装饰一体化墙体结构最大的难点在于解决承重结构和保温功能之间的突出矛盾。针对这一问题，研究人员采用了以下技术方案。

1）传统混凝土或钢结构包覆或填充保温材料的三明治复合结构。这是目前研究人员采取最多的技术方案。专利CN201210537679.9，公开了一种保温承重复合轻质建筑板材，包括轻钢骨架、轻质泡沫混凝土、连接件，连接件与竖向钢龙骨相连接,轻钢骨架周围整体浇注有轻质发泡混凝土。专利CN02159997.1公开了一种发泡水泥复合板及其生产制造方法，主要由主框架、发泡水泥芯材、钢桁架和面层构成；发泡水泥复合板是以发泡水泥为芯层，其上下设有由抗裂材料增强的面层，板周边或板内设有型钢或混凝土构成的主框架，在发泡水泥芯层内设有与主框架相连的钢桁架。专利CN201320487894.2公开了一种可作承重墙的泡沫陶粒混凝土复合板，包括纤维水泥板结构与泡沫陶粒混凝土层结构，泡沫陶粒混凝土层结构夹于两纤维水泥板之间。专利CN201310480236.5公开了一种混凝土复合自保温砌块，由芯料及将芯料四周进行包覆的轻集料混凝土砌块组成，芯料为保温层，轻集料混凝土砌块为承重层。专利CN200810064769.4公开了一种节能建筑承重墙体复合板，包括模具化成型额保温材料制成模块芯，与对应钢结构装配后按建筑模数积木式组合成直板和角形模块板芯与石棉纤维水泥板等建筑材料组合成复合保温承重墙板。专利CN200820174390.4公开了一种泡沫混凝土复合板包括泡沫混凝土芯材，芯材中间设置有钢或混凝土副筋，芯材的周边为各种型钢或混凝土框架,框架和芯材的顶面为面层。专利CN201310284009.5公开了一种整体承重保温墙板及其生产建筑工艺，两面层为混凝土，混凝土表面有玻璃纤维网，内有钢筋网，中间层为发泡水泥，钢筋穿过发泡水泥把两面层内的钢筋网连接，四周端面有凹槽，有预埋钢筋连接头，上部有两个吊装孔。此外专利CN201120049678.0轻质高强复合自保温隔热砌块、CN201320219267.0多层平行钢丝网架夹芯保温板及承重保温一体化墙体结构、CN200610092167.0一种自保温混凝土房屋结构体系、CN200710171204.1自保温绿色混凝土装配式大板及其制作方法、CN200910099504.2结构自保温混凝土墙板及其制作方法、CN201110215837.4自保温复合混凝土自承重砌块、CN201110364481.0一种混凝土自保温砌块和专利CN201120399380.2一种多排孔无冷热桥承重保温砌块也采取了该类型的技术方案。

2）传统混凝土制备过程中加入轻骨料和保温材料。专利CN200610012726.2公开了一种玻化微珠保温混凝土，其组分为玻化微珠、水泥、砂、石子、水、外掺料。专利CN201210102704.0公开了一种保温承重再生混凝土，采用的组分为复合轻骨掺料、水泥、再生细骨料、砂、再生粗骨料、石子、陶粒、粉煤灰、水、外加剂；所述的复合轻骨掺料为玻化微珠和气凝胶的混合物。专利CN200710300076.6公开了一种混凝土承重保温砖以浮石、水泥以及膨胀剂和石膏为主要原料,经过混合、搅拌、挤压成型的混凝土承重保温砖。专利CN201110270949.X公开了自保温砖、自保温砌块及其生产工艺，涉及一种水泥基胶凝剂为基材，以硅酸钙粉为主要保温隔热材料，还可与蛭石、硅藻土、玻化微珠的一种或者几种的复合制备、生产的自保温砖或者自保温砌块。专利CN201110084478.3公开了一种废弃纤维保温承重混凝土砌块的制作方法，把保温材料与废弃纤维混凝土砌块结合，提供了一种自保温砌块的新型砌块。专利CN201110222693.5公开了一种轻质颗粒和纤维混凝土系列自保温材料，将轻质密闭拒水颗粒和细旦的短纤维引进混凝土，有效解决了加气混凝土和泡沫混凝土等新型建材吸水率高、强度低、开裂等问题。专利CN201310557850.7公开了一种自保温混凝土，其配方组成为活化再生混凝土粉、矿渣、激发剂、细轻集料、，粗轻集料、铝渣。

3）增强型泡沫或加气混凝土。专利CN201110419707.2公开了一种用于墙体自保温的煤矸石泡沫混凝土砌块，由高强度煤矸石泡沫混凝土外壳和超低密度泡沫混凝土芯材组成。专利CN201110354321.8公开了一种泡沫混凝土，主要组分有水泥、细沙、发泡剂、补偿剂，容重为500～1200kg/m3。专利CN201210388664.0公开了一种加砂自保温发泡混凝土，其组成的物质由：石英砂，水泥，硅灰，纤维，外加剂，双氧水，水和胶。专利CN201010620953.X公开了一种制造陶粒自保温加气砌块的方法，所用原料为陶粒、陶粉、水泥、粉煤灰、泡剂发泡膨胀率、水，上述物料混合进入搅拌机机腔内搅拌、振动密实后进行护养、脱模、切割。

4）传统混凝土内部中空结构。专利CN200520001776.1公开了一种多功能承重砌块，呈立方体状，中心有两至三个孔洞,其向外的面层上有竖向分布的燕尾形凹凸槽，燕尾形凹凸槽的槽壁与槽底的夹角是30-90度。

以上专利的公开和应用，有利促进了我国承重保温墙体材料的发展，但是都没有实现装饰一体化，同时自身也还存在一些问题。1）传统混凝土或钢结构包覆或填充保温材料的三明治复合结构。需要把高强度材料和保温材料结合起来，由于传统保温材料导热性系数依然较高，使用厚度往往需要3~10cm才能满足保温要求，导致结合工艺比较复杂，所得成品厚度较大，占用较多的建筑空间。2）传统混凝土制备过程中加入轻骨料和保温材料。可以在一定范围内通过控制轻骨料和保温材料的种类和比例来获得需要强度、密度和导热系数，实际操作中，轻骨料和保温材料与其他物料密度相差较大，不宜形成均匀混合的整体，从而导致产品内部的密度、强度、导热系数可能出现分布不均，产品因内部应力集中出现开裂等质量问题，影响应用过程中承重能力，另外该法的保温效果尽管比普通混凝土有显著提升，依然难以严寒地区的节能要求。3）增强型泡沫或加气混凝土。现有的方法能一定程度上提升原有混凝土强度，但幅度有限，很难得到强度10MPa以上的产品，同时自身也很难达到节能65%的要求。4）传统混凝土内部中空结构。该法一般用于制作承重砌块，保温效果仍然欠佳。

装饰保温一体化相对比较容易，已有研究人员注意到了气凝胶材料的超级隔热性能，并开发了含有气凝胶材料的保温装饰一体化产品，但是都不能满足承重的要求。

专利CN201320623873.9公开了一种建筑装潢装饰板，包括一装饰母板，装饰母板采用一气凝胶隔热保温板制成的装饰母板。专利CN201220273278.2公开了一种外墙保温装饰一体化板结构，包括面板、底板、气凝胶芯材板和面底板连接物，所述的气凝胶芯材板置于所述面板和底板之间，且该面板、气凝胶芯材和底板构成三明治式夹心结构；所述的面底板连接物穿过气凝胶芯材板，且该面底板连接物分别与所述的面板和底板连接。专利CN201320665323.3公开了一种气凝胶复合板，包括面板、底板和位于两者之间相互交错形成若干空腔的骨架，并在空腔内填充二氧化硅气凝胶。专利CN201220017103.5公开了一种保温隔热装饰一体化板，包括保温层、中间防护层及装饰层；所述保温层为双面涂覆表面处理层的纳米气凝胶毡材层或者双面涂覆表面处理层的纳米气凝胶板材层；所述中间防护层为抗裂抹面砂浆层；所述装饰层为涂料层、面漆层、幕墙用玻化砖层、幕墙用花岗岩石材层或非花岗岩石材层。专利CN201220206589.7公开了一种环保型木塑保温板，包括基材层、装饰层，所述基材层为木塑材质；在所述木塑基材层和装饰层之间设置有加强层；所述加强层与所述木塑基材层之间设有二氧化硅气凝胶层；所述加强层与所述装饰层之间设有竹碳层。专利CN201220663866.7公开了一种隔热保温复合板材,包括间隔设置的多个隔热保温材料层、填充在所述多个隔热保温材料层之间的保温砂浆层和设置在所述多个隔热保温材料层两侧的玻璃纤维网格布。

针对上述公开专利要么只解决了承重保温的问题，要么只解决了保温装饰的问题，还是没能实现承重保温装饰一体化，为此研究人员进行了一些探索。

专利CN201210148073.6公开了一种装饰、承重于一体的预制无机夹芯保温墙体及其制作方法，由饰面层、钢筋混凝土外墙板层、无机保温层、钢筋混凝土内墙板层、FRP连接件、窗框等预埋件组成，饰面层和窗框等预埋件与墙体一体成型、FRP连接件使保温层与内外墙板层牢固结合、无机保温层四周未填充的空间采用脱硫石膏无机保温砂浆进行封边。所属墙体施工步骤包括：a.铺设饰面层；b.铺设构造钢筋和预埋件、浇筑外墙板层；c.放置FRP连接件；d.铺设无机保温层；e.浇筑内墙板层；f.无机保温层封边处理；e.蒸汽养护后起吊并养护。专利CN200820076011.8公开了一种预制式承重保温装饰复合墙板，其结构是在带防水保护膜的保温芯板外包有薄壁外壳，在薄壁外壳中设有加强体，将墙体的承重、围护、保温、装饰等性能有效合理地结合在一起。专利CN02224642.8公开了一种保温承重装饰混凝土砌块，含砼空心砌块及其上的孔洞，还含有与在所述的砼空心砌块中的孔洞并行设的隔热保温层，在所述的砼空心砌块外壁还设有装饰面，具有集隔热保温、承重、质轻和装饰于一体的功能性建筑砌块的优点。专利CN201120472107.8公开了一种清水墙砖及清水保温承重墙，包括砖体，在砖体上设有通孔，该通孔有三排且平行分布，其中，靠外两排通孔平行对齐，内排通孔相对外排通孔交错分布。清水保温承重墙所用砖块为上述的清水墙砖，所述墙体采用内外墙连接结构，外层墙体为清水墙砖墙体，内层墙体为普通砖墙体。专利CN201220496538.2公开了一种节能保温外墙板，由内而外依次为承重层、保温层、抗冲击层、装饰层；保温层由粘结石膏和保温材料复合而成；抗冲击层为水泥板，其内部设有砂浆复合涂塑耐碱玻纤网格布；装饰层为在抗冲击层上从上至下依次采用单片装饰板与双片装饰板间隔交错均布配置的结构，且单片装饰板位于外墙板的中间位置处；在外墙板上位于单片装饰板两侧的中间位置处分别设有固定孔。专利CN201120033602.9公开了一种预制装配式外墙外保温结构，其包括:保温隔热材料层、预制钢筋混凝土保护墙板,保温隔热材料层设置在预制钢筋混凝土保护墙板内侧,预制钢筋混凝土保护墙板按建筑立面结构分为多块小单元构件。专利CN00100543.X公开了一种由A型板材构成的A型建筑围护结构，本发明涉及一种建筑结构,特别是指一种新型板材,及与钢结构型钢骨架配合使用的、且集承重、保温、防水、装饰为一身的装配式、可承重建筑围护结构。专利CN00100542.1一种由B1、B2型板材构成的B型建筑围护结构、CN00100541.3一种由C型板材构成的C型建筑围护结构公开了相近的方案。

综上所述，研究人员针对承重保温装饰一体化墙体结构的相关领域进行了大量的研究，但是尚没有把气凝胶这一超级绝热材料应用于承重保温装饰一体化墙体结构中，本发明为此进行了有益的开发，提出了一种复合气凝胶的承重保温装饰一体化装配式墙体结构及制备方法。

发明内容

为发挥气凝胶材料的超级绝热性能，提升承重保温装饰一体化墙体结构的使用效果，解决目前承重保温装饰一体化墙体的不足，本发明提出了一种复合气凝胶的承重保温装饰一体化装配式墙体结构及制备方法，其包括以下步骤。

1)配制承重混凝土。

所述承重混凝土为普通混凝土、轻集料混凝土、触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，优选触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土。

所述轻集料包括玻化微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、膨胀矿渣珠、浮石、火山渣、多孔凝灰岩、中空陶瓷微珠、中空玻璃微珠、泡沫玻璃、泡沫陶瓷、泡沫水泥、气凝胶。

所述触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，其抗压强度为10~50MPa，密度为600~1800kg/m3，导热系数0.1~0.6w/m·k；

所述触变性胶体，包括无机触变性胶体和有机触变性胶体中一种或几种。

所述无机触变性胶体包括氧化铝胶体、氧化钛胶体、氧化锆胶体、氢氧化铁胶体、五氧化二钒胶体、、钙矾石胶体、氧化硅-氧化铝胶体硅酸镁铝、硅酸镁锂、蒙脱石、钠基膨润土、有机膨润土、白土、凹凸棒石粉、气相二氧化硅、气凝胶、预剪切硅凝胶。优选钙矾石胶体、氧化硅-氧化铝胶体、硅酸镁铝、硅酸镁锂、白土、凹凸棒石粉和预剪切硅凝胶。

所述有机触变性胶体包括纤维素衍生物、淀粉、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯胶、黄原胶、大豆蛋白胶、天然橡胶、羊毛脂、琼脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸盐，优选纤维素衍生物、淀粉、黄原胶和聚乙烯醇。

所述钙矾石胶体，由硫酸铝与石灰反应生成或由铝酸钙与石膏反应生成或由钙矾石粉体与水混合而成，优选由硫酸铝与石灰反应生成。

所述氧化硅-氧化铝胶体，由硅溶胶与铝溶胶生产，将硅溶胶和铝溶胶用水稀释，搅拌混合得粘稠状的氧化硅-氧化铝胶体。

所述预剪切硅凝胶，是在硅溶胶变稠即将转变为凝胶时，或在已经变成凝胶后，对硅凝胶进行搅拌等剪切处理制成硅凝胶浆料。

所述纤维素衍生物包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素纤维素。

2)在承重混凝土上铺设气凝胶材料。

所述气凝胶材料包括气凝胶毡和气凝胶板；

所述气凝胶包含氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶、氧化钛气凝胶、碳气凝胶的一种或几种。优选氧化硅气凝胶。

所述气凝胶材料其厚度为5~50mm，导热系数为0.01~0.025w/m·k，疏水角大于100度，隔声量大于30db。

所述在承重混凝土上铺设气凝胶材料，气凝胶材料与承重保温混凝土通过预埋于承重混凝土内的钢筋连接或通过锚固钉连接。

所述在承重混凝土上铺设气凝胶材料，承重混凝土与气凝胶材料的接触面应平整，或者通过覆盖砂浆找平。

3)在气凝胶材料上铺设增强层。

所述增强层为含有玻璃纤维网格布的增强砂浆。

所述增强层为含有纤维增强的水泥板或石膏板。

所述在气凝胶材料上铺设增强层，气凝胶材料增强层的连接为锚固钉连接。

4)在承重混凝土和增强层外表面做装饰层。

所述装饰层为墙纸、涂料、乳胶漆、氟碳漆、瓷砖、花岗岩、大理石、铝塑板、PVC板、氟碳板、图码板。

普通混凝土、普通轻集料混凝土都能达到承重墙体的要求，本发明优选的以触变性胶体为模板剂制备纳米多孔混凝土同时还兼有低密度高强度低导热系数的优点，是一种性能优异的承重保温混凝土。

在此，介绍触变性胶体为模板剂制备纳米多孔混凝土的机理。

模板剂又叫结构导向剂，在微孔化合物生成过程中起着结构模板作用，诱导特殊结构的生成，在沸石分子筛的制备过程中广泛采用有机胺类和季铵离子作为模板剂。

触变性胶体，一类具有触变结构的胶体，其具有以下特点：(1)从有结构到无结构，或从结构的拆散作用到结构的恢复作用是一个等温可逆转换过程；(2)体系结构的这种反复转换与时间有关，即结构的破坏和结构的恢复过程是时间的函数。同时结构的机械强度变化也与时间有关。实际上，触变性是体系在恒温下“凝胶-溶胶”之间的相互转换过程的表现，对于触变性胶体，只用机械力(振摇等)，不需加热就可使凝胶变为溶胶；不需冷却，只需静置一定时间，又由溶胶变为凝胶。

实际上也可以理解为触变性胶体是介于溶胶和凝胶之间粘稠状胶体。胶体的基本粒子为1~100nm，基本粒子之间相互结合形成具有三维网络结构的纳米多孔骨架，故而，简单的来说，触变性胶体就是在剪切力下仍然具有纳米多孔结构的粘稠性物质。

当结合剂和其他物质与触变性胶体混合时，由于胶体粘稠性和可剪切性，结合剂和其他物质可以均匀地分散在胶体中，直到逐步硬化从而具备了触变性胶体原有的纳米多孔结构。这就是本发明中触变性胶体发挥的模板剂作用。

无机胶体触变剂一般具有棒状或片状的结构，比表面积较大、表面带有电荷，具较好的悬浮性，吸水后会膨胀胶化从而具有胶黏性和触变性。其中氧化铝胶体还具有易分散性、水溶可逆性、稳定性等特性。钙矾石胶体和氧化硅-氧化铝胶体目前研究较少，这里稍作介绍。

钙矾石胶体，可通过以下反应获得：

Al₂(SO₄)·18H₂O+6Ca(OH)₂ 3CaO·Al2O₃·3CaSO₄·32H₂O

CaO·Al₂O₃+2CaO+3CaSO₄·2H₂O+30H₂O3C₃A·3CaSO₄·32H₂O

氧化硅-氧化铝胶体，由硅溶胶与铝溶胶反应生成，其反应原理如下：

SiO₂·nH₂O+Al₂O₃·mH₂OAl₂O₃·SiO₂·(m+n)H₂O

在搅拌条件下，上述反应生成的钙矾石胶体和氧化硅-氧化铝胶体不能长大，成为微小颗粒物，由于水溶液中的钙矾石胶体和氧化硅-氧化铝胶体具有众多水合羟基，从而使得生成的胶体微小颗粒均匀悬浮于水相中而成为一种粘稠胶体物质。如果视钙矾石胶体和氧化硅-氧化铝胶体为观察主体，则可以认为钙矾石胶体和氧化硅-氧化铝胶体颗粒团聚堆积成松散的网络结构，结构内部填充着水分。试验表明，钙矾石胶体和氧化硅-氧化铝胶体具有较好的稳定性，可以长达数月不沉积于底部，也不会发生重结晶或交联而成为凝胶，同时还有较好的触变性，静置的钙矾石胶体和氧化硅-氧化铝胶体经搅拌后粘度会恢复到初始的水平。

硅凝胶是一种刚性凝胶，本来不具备触变性，即硅溶胶转化为硅凝胶后不能通过搅拌的方式再由硅凝胶转变成硅溶胶。不过硅凝胶性脆，在高剪切力下可以破碎成颗粒细小的硅凝胶，这些硅凝胶表面有高活性的羟基和并带有电荷，加上硅凝胶内部90%以上体积都是水，故而可以悬殊于水中，在与结合剂和其他物质混合时，也能起到增稠防沉降的作用，并起到了一定的纳米多孔模板剂的作用。

总体而言，无机触变性胶体有以下非常独特的优异性质。

1）具有良好的胶体纳米多孔结构，可以形成稳定的具有触变性的粘稠水相胶体物质。

2）与各类结合剂有很高的相容性。

3）相比有机类模板剂无毒无害，且不需要后期去除。

4）可以耐800℃的高温。

有机触变性胶体中纤维素类的触变性机理是疏水主链与周围水分子通过氢键缔合，提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度。也可以通过分子链的缠绕实现黏度的提高，表现为在静态和低剪切有高黏度，在高剪切下为低黏度。这是因为静态或低剪切速度时，纤维素分子链处于无序状态而使体系呈现高粘性；而在高剪切速度时，分子平行于流动方向作有序排列，易于相互滑动，所以体系黏度下降。

聚丙烯酸类触变性胶体其触变机理是触变剂溶于水中，通过羧酸根离子的同性静电斥力，分子链由螺旋状伸展为棒状，从而提高了水相的黏度。

有机触变性胶体虽然不耐高温，但用量少，价格便宜，还可以与无机触变性胶体配合使用，增强模板剂的作用，而在高温使用中自行分解不影响产品质量。

正是基于以上特性，触变性胶体被选为本发明的纳米多孔混凝土的模板剂。

水泥、石灰、石膏等胶凝材料的粒径大部分分布在3~45μm，而要形成胶体一般需要100nm以下，这就是为什么当水泥的水灰比较高时，大部分水泥颗粒并不能悬浮于水中，而是直接沉入底部。换句话说，我们不能通过多加水来获得较低密度的混凝土产品。不能实现低密度，就无法实现让混凝土具备良好的隔热性能。

触变性胶体中加入水泥等胶凝材料时，不论水泥的比例多少，都不会出现水泥沉底或团聚的现象，同时水泥和其他加入的物料可以均匀地分散在整个触变性胶体中，并通过在触变性胶体中发生的水化反应形成大量具有类似触变性胶体纳米多孔结构的混凝土材料。触变性胶体内部的水相不仅可以促进水泥类结合剂的水化，同时还能达到水泥浸水养护的效果，触变性胶体因含有纳米粒子反应活性高、微孔分别均匀可以提高水泥水化强度，缩短脱模时间。

因此，触变性胶体为模板剂的混凝土因内部的大量类似气凝胶材料的纳米多孔结构而具有优异的隔热性能，并具有高强度、轻质的特点，实现承重保温一体化。

面对日趋严重的能源危机，国家对建筑节能提出了更好的要求，从早期的节能50%，提升到节能65%，再到75%乃至85%，一些低碳建筑、被动式建筑不断涌现。气凝胶材料作为目前导热系数最低的超级绝热材料，与承重混凝土复合可以显著提升装配式墙体的保温性能，显著降低的墙体的厚度、体积和重量，特别是与触变性胶体纳米多孔结构的混凝土复合后可显著提升严寒地区的高效节能保温效果。

考虑到气凝胶材料性脆，强度较低，当气凝胶铺设在承重混凝土上时，外层再加一个加强层是必要的。

在承重混凝土和增强层外表面做装饰层，可以提升墙体的美观度和舒适度，改善视觉体验和居住体验。

有益效果。

1)本发明的实施，利用气凝胶材料的超级绝热性能，显著提升现有承重保温装饰一体化的节能效果，减少墙体的厚度和占用空间，在工厂预制完成后，可在现场装配，特别适合住宅产业化项目和绿色建筑项目。

2)本发明以触变性胶体为模板剂的纳米多孔承重混凝土，强度可达10~50MPa，导热系数为0.1~0.4w/m·k，干密度<2000kg/m3，不开裂，不粉化，现实了承重混凝土轻质高强高保温性能的一体化。

3)本发明气凝胶承重保温装饰一体化墙体结构，以气凝胶作为关键绝热材料，以自身具备保温性能的触变性胶体为模板剂的纳米多孔承重混凝土为承重结构，两者强强联合，可显著提升严寒地区的保温效果和节能水平。

4)工厂化预制生产，避免了气凝胶材料按传统保温工程施工过程中容易逸出粉尘对施工现场和工人健康的影响，并有利于减少气凝胶材料在使用过程中破损，最大限度地发挥气凝胶材料的超级绝热性能。

5)发明可应用于预制装配式混凝土（PC）构体系住宅，包括钢混框架结构装配住宅体系和重钢结构装配住宅体系。

具体实施方式

下面提供了复合气凝胶的承重保温装饰一体化装配式墙体结构的具体实施方式，作为对本发明进一步详细说明。

实施例1。

1）配置承重混凝土。依据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)，配置C30普通混凝土：水175kg、水泥461kg、砂512kg、石子1252kg，混合搅拌后注入磨具，磨具内置钢筋，钢筋直径16mm间距200mm，表面找平，自然养护28d。

2）在承重混凝土上铺设10mm厚度的气凝胶毡。通过锚固钉将气凝胶毡与混凝土连接。

3）在气凝胶材料上铺设增强层。增强层为含有玻璃纤维网格布的增强砂浆。通过锚固钉固定增强层。

4）在承重混凝土和增强层外表面做装饰层。承重混凝土和增强层外表面装饰层均为涂料。

实施例2。

1）配置承重混凝土。依据《轻集料混凝土技术规程》(GJ51-90)，配置C25轻集料混凝土：水150kg、水泥300kg、砂680kg、陶粒680kg，混合搅拌后注入磨具，磨具内置钢筋，钢筋直径16mm间距200mm，表面找平，自然养护28d。

2）在承重混凝土上铺设15mm厚度的气凝胶板。通过锚固钉将气凝胶毡与混凝土连接。

3）在气凝胶材料上铺设增强层。增强层为含纤维增强的水泥板。通过锚固钉固定增强层。

4）在承重混凝土和增强层外表面做装饰层。承重混凝土外表面做装饰层为氟碳漆，增强层外表面装饰层均为墙纸。

实施例3。

1）配置承重混凝土。取65kg硫酸铝溶于200kg水，配制硫酸铝溶液，取23kg生石灰溶于200kg水，配制石灰水。将石灰水置于容器内，在300r/min搅拌的情况下缓慢加入硫酸铝溶液，直到pH值为7.2，得到半透明钙矾石胶体。预混干料按如下配制并混合：硅酸盐水泥400kg，细沙500kg，玻化微珠80kg，卵石400kg，页岩陶粒200kg，硅微粉12kg。将玻璃纤维10kg和防水剂1kg加入制好的钙矾石胶体，搅拌15min后制得预混湿料，再加入预混干料，继续搅拌18min。将所得混凝土浆料倒入模具，磨具内置钢筋，钢筋直径16mm间距200mm，表面找平，自然养护28d，得钙矾石胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，抗压强度25Mpa，导热系数0.20w/m·k。

2）在承重混凝土上铺设15mm厚度的气凝胶板。气凝胶板通过预置于混凝土中钢筋连接。

3）在气凝胶材料上铺设增强层。增强层为含纤维增强的石膏板。通过锚固钉固定增强层。

4）在承重混凝土和增强层外表面做装饰层。承重混凝土外表面做装饰层为氟碳板，增强层外表面装饰层均为乳胶漆。

实施例4。

1）取100kg硅酸镁铝和甲基纤维素1kg加水500kg，浸泡24h，然后以1400r/mim的速度剪切分散6h，制得粘稠硅酸镁铝-甲基纤维素触变性胶体。预混干料按如下配比混合搅拌：硅酸盐水泥450kg，石膏10kg，漂珠200kg，粉煤灰80kg，硅藻土10kg。预混湿料按如下配比混合搅拌：硅酸镁铝-甲基纤维素触变性胶体540kg，水镁石纤维15kg，防水剂1kg。将预混干料与预混湿料混合搅拌，所得浆料倒入模具，磨具内置钢筋，钢筋直径16mm间距200mm，表面找平，薄膜养护28d后，得硅酸镁铝-甲基纤维素胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，抗压强度20MPa，导热系数0.19w/m·k。

2）在承重混凝土上铺设15mm厚度的气凝胶板。气凝胶板通过预置于混凝土中钢筋连接。

3）在气凝胶材料上铺设增强层。增强层为含纤维增强的水泥板。通过锚固钉固定增强层。

4）在承重混凝土和增强层外表面做装饰层。承重混凝土外表面做装饰层为瓷砖，增强层外表面装饰层均为氟碳漆。

以上实例中气凝胶材料、装饰层均为目前市场上销售产品。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制。凡是依据本发明的技术和方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术和方法方案的范围内。

Claims (9)

1.一种复合气凝胶的承重保温装饰一体化装配式墙体结构及制备方法，其包括以下步骤：

（1）配制承重混凝土；

所述承重混凝土为普通混凝土、轻集料混凝土、触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，优选触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土；

所述轻集料包括玻化微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、膨胀矿渣珠、浮石、火山渣、多孔凝灰岩、中空陶瓷微珠、中空玻璃微珠、泡沫玻璃、泡沫陶瓷、泡沫水泥、气凝胶；

所述触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，其抗压强度为10~50MPa，密度为600~1800kg/m3，导热系数0.1~0.6w/m·k；

所述触变性胶体，包括无机触变性胶体和有机触变性胶体中一种或几种；

所述无机触变性胶体包括氧化铝胶体、氧化钛胶体、氧化锆胶体、氢氧化铁胶体、五氧化二钒胶体、钙矾石胶体、氧化硅-氧化铝胶体、硅酸镁铝、硅酸镁锂、蒙脱石、钠基膨润土、有机膨润土、白土、凹凸棒石粉、气相二氧化硅、气凝胶、预剪切硅凝胶；

优选钙矾石胶体、氧化硅-氧化铝胶体、硅酸镁铝、硅酸镁锂、白土、凹凸棒石粉和预剪切硅凝胶；

所述有机触变性胶体包括纤维素衍生物、淀粉、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯胶、黄原胶、大豆蛋白胶、天然橡胶、羊毛脂、琼脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸盐，优选纤维素衍生物、淀粉、黄原胶和聚乙烯醇；

（2）在承重混凝土上铺设气凝胶材料；

所述气凝胶材料包括气凝胶毡和气凝胶板；

所述气凝胶包含氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、氧化锆气凝胶、氧化钛气凝胶、碳气凝胶的一种或几种；

所述在承重混凝土上铺设气凝胶材料，气凝胶材料与承重保温混凝土通过预埋于承重混凝土内的钢筋连接或通过锚固钉连接；

（3）在气凝胶材料上铺设增强层；

所述增强层为含有玻璃纤维网格布的增强砂浆；

所述增强层为含有纤维增强的水泥板或石膏板；

所述在气凝胶材料上铺设增强层，气凝胶材料增强层的连接为锚固钉连接；

（4）在承重混凝土和增强层外表面做装饰层；

所述装饰层为墙纸、涂料、乳胶漆、氟碳漆、瓷砖、花岗岩、大理石、铝塑板、PVC板、氟碳板、图码板。

2.根据权利要求1所述的以触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，其特征是步骤（1）所述无机触变性胶体优选钙矾石胶体、氧化硅-氧化铝胶体、硅酸镁铝、硅酸镁锂、白土、凹凸棒石粉和预剪切硅凝胶。

3.据权利要求1所述的以触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，其特征是步骤（1）所述钙矾石胶体，由硫酸铝与石灰反应生成或由铝酸钙与石膏反应生成或由钙矾石粉体与水混合而成，优选由硫酸铝与石灰反应生成。

4.根据权利要求1所述的以触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，其特征是步骤（1）所述氧化硅-氧化铝胶体，由硅溶胶与铝溶胶生产，将硅溶胶和铝溶胶用水稀释，搅拌混合得粘稠状的氧化硅-氧化铝胶体。

5.根据权利要求1所述的以触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，其特征是步骤（1）所述预剪切硅凝胶，是在硅溶胶变稠即将转变为凝胶时，或在已经变成凝胶后，对硅凝胶进行搅拌等剪切处理制成硅凝胶浆料。

6.根据权利要求1所述的以触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土，其特征是步骤（1）所述机触变性胶体优选纤维素衍生物、淀粉、黄原胶和聚乙烯醇。

7.根据权利要求1所述的以触变性胶体为模板剂的纳米多孔混凝土及其制备方法，其特征是步骤（1）所述纤维素衍生物包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素纤维素。

8.根据权利要求1所述气凝胶材料其厚度为5~50mm，导热系数为0.01~0.025w/m·k，疏水角大于100度，隔声量大于30db。

9.根据权利要求1所述气凝胶材料优选氧化硅气凝胶。