CN107129205B - 一种墙体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种墙体材料及其制备方法，该墙体材料主要由水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、发泡剂、粉煤灰、减缩剂、改性剂按质量比为(20‑30):(10‑20):(5‑15):(3‑8):(30‑40):(1‑5):(3‑8)制成。在制备过程中先制备胶凝材料浆体和泡沫，然后将泡沫与胶凝材料浆体混合制成泡沫浆体后浇筑成型得到墙体材料。本发明制成的墙体材料可有效降低导热系数和干密度，并提高抗压强度，使其能够用于外墙承重墙，扩大其使用范围，同时实现良好的隔热保温节能效果。并且，利用工业废渣粉煤灰作为原材料，实现废物再利用，具有较高的社会和经济效益。

Description

一种墙体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，尤其涉及一种墙体材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
当前，我国应用较多的自保温墙体材料主要包括：轻集料混凝土砌块、多孔砖、发泡混凝土砌块等。轻集料混凝土砌块是含有轻质骨料的混凝土砌块，常用轻质骨料包括膨胀珍珠岩、轻质陶粒、膨胀蛙石等。多孔砖是以煤研石、页岩、粘土等为主要原材料制备的具有一定空隙率的墙体材料。发泡混凝土是在水泥砂浆或水泥浆中引入气泡，搅拌均匀后凝固形成的多孔性混凝土。由于大量密闭气泡的存在，发泡混凝土具有保温隔热性好、轻质、隔音耐火性好等优点，其密度为300～1500kg/m3，导热系数为0.06-0.3w/(m·k)，广泛应用于墙体材料和屋面材料。针对上述三类材料进行的热工性能试验研究结果表明，仅发泡混凝土砌块砌筑的墙体能够满足浙江省《居住建筑节能设计标准》中热惰性系数D≥3.0、传热系数K≤1.5的标准要求。并且发泡混凝土具有质轻、环保、保温隔热和耐火性能好等优点，是最具应用前景的节能墙体材料之一。
尽管发泡混凝土性能优异，但仍存在如下缺陷：(1)抗压强度较低，发泡混凝土的保温隔热性能随着水泥浆体中气泡沫掺入量的增加而显著提高，但其抗压强度降低，如干密度为800kg/m3的发泡混凝土，其抗压强度一般低于2MPa；(2)节能效果差，现有发泡混凝土储热性能低，无法达到储存和释放热量及节能的目的；(3)容易开裂，发泡混凝土基体材料以粉料和细颗粒为主，并且其内部存在大量气泡，导致砌块容易开裂，而且随着气泡含量的增加，试块干密度降低，导致其开裂的可能性增加；(4)收缩率较高，发泡混凝土的孔隙一般大于70％，且孔壁较薄，其凝固过程中内部颗粒的水化反应会导致基体产生收缩现象，进而导致粉化、开裂的加剧，降低成品发泡混凝土的性能。(5)吸水率较高，发泡混凝土的多孔性及其表面产生的裂缝，导致其对水分的吸收能力较强，当其吸水率较高时会导致保温隔热性能下降。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种具有良好的抗压强度、优异的保温隔热性能的墙体材料。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种墙体材料，所述墙体材料主要由水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、发泡剂、粉煤灰、减缩剂、改性剂制成，所述水泥:聚乙二醇相变储热颗粒:多孔氧化硅:发泡剂:粉煤灰:减缩剂:改性剂的质量比为(20-30):(10-20):(5-15):(3-8):(30-40):(1-5):(3-8)。
本发明针对建筑节能要求自保温墙体材料的发展现状，采用水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、高效发泡剂、高效减缩剂和改性剂为制备原材料，通过大比表面积、多孔隙、低密度的多孔氧化硅作为发泡混凝土砌块的外加剂，提高其隔热性能，并通过向发泡混凝土中加入聚乙二醇相变储热颗粒，提高发泡混凝土的储热性能，对温室内温度变化起到了削峰填谷的作用，减缓室温波动，实现节能减排的目标。此外，在本发明中，采用鞣酸为改性剂，增强水泥的润湿性，使水泥颗粒在液相均匀分布，通过调整鞣酸的投加量优化气泡的孔径和孔隙率，提高气泡的稳定性并使气泡均匀分布，进而降低砌块密度并提高其隔热性能。
由于水泥具有价格便宜、耐久性与稳定性好的特点，因此本发明的胶凝材料采用水泥基胶凝材料。同时考虑到现市场上水泥基胶凝材料制备的墙体材料普遍存在强度低(一般小于5.0MPa)、收缩大的缺点，本发明采用水泥与粉煤灰共同形成水泥基胶凝体系，既节省了黏土，保护耕地，又实现了对工业废料的回收利用，防止环境污染，同时，为企业节省排污资金，创造了较高的经济效益。
本发明材料制成的墙体材料可有效降低导热系数和干密度，并提高抗压强度，使其能够用于外墙承重墙，扩大其使用范围，同时实现良好的隔热保温节能效果。并且，利用工业废渣粉煤灰作为原材料，实现废物再利用，具有较高的社会和经济效益。
在上述的一种墙体材料中，所述聚乙二醇相变储热颗粒为利用介孔氧化硅为载体、聚乙二醇为芯材制备的定形相变材料，其粒径为1-30μm，储热量为50-140J/g。通过加入聚乙二醇相变储热颗粒，提高墙体材料的储热性能，对温室内温度变化起到了削峰填谷的作用，减缓室温波动，实现节能减排的目标。
在上述的一种墙体材料中，所述多孔氧化硅的比表面积为300-800m2/g、孔径为3-18nm、孔容为0.5-1.2m3/g。
在上述的一种墙体材料中，所述发泡剂为市售普通混凝土发泡剂，如二亚硝基五次甲基四胺等。发泡剂的性能好坏对泡沫混凝土的性能有着很大的限制作用，所谓发泡剂的性能主要指的是其发泡能力和泡沫的持久稳定性，这两方面影响新拌浆体的流动性和浇注体的体积稳定性，最终影响硬化体的密度和强度。
在上述的一种墙体材料中，所述减缩剂为市售普通混凝土减缩剂，如聚醚、聚醇等。减缩剂作用为改善水泥基材料的塑性收缩抗裂性能，并减小了砂浆的干缩，降低了砂浆的力学性能，能较显著的降低水溶液的表面张力，同时也降低了砂浆表面的塑性抗拉强度，增大了表面水份蒸发率。
在上述的一种墙体材料中，所述改性剂为鞣酸。通过加入改性剂鞣酸，增强水泥的润湿性，使水泥颗粒在液相均匀分布，通过调整鞣酸的投加量优化气泡的孔径和孔隙率，提高气泡的稳定性并使气泡均匀分布，进而降低砌块密度并提高其隔热性能。
本发明另一个目的在于提供上述墙体材料的制备方法，所述制备方法包括：
胶凝材料浆体的制备：由水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂和鞣酸与水混合制得；和
泡沫的制备：将发泡剂与水混合，于发泡机中发泡制得；
然后将泡沫与胶凝材料浆体混合制成泡沫浆体，浇筑成型得到墙体材料。
在上述的一种墙体材料的制备方法中，所述胶凝材料浆体中水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂、鞣酸与水的质量比为1：(1.2-2.5)。
在上述的一种墙体材料的制备方法中，所述发泡剂与水的质量比为1：(20-100)。
本发明墙体材料采用泡沫混凝土的制备方法制备，先制备出胶凝材料浆体和泡沫，然后将两者混合搅拌后制成泡沫浆体，最后送往施工现场直接浇筑或通过模具浇筑成型。其中，泡沫应由高效发泡剂与水混合后置于发泡机中发泡制得，原始高效发泡液不可直接加入发泡机发泡。
与现有技术相比，本发明制成的墙体材料可有效降低导热系数和干密度，并提高抗压强度，使其能够用于外墙承重墙，扩大其使用范围，同时实现良好的隔热保温节能效果。并且，利用工业废渣粉煤灰作为原材料，实现废物再利用，具有较高的社会和经济效益。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
本实施例中墙体材料的原料为：水泥:聚乙二醇相变储热颗粒:多孔氧化硅:发泡剂:粉煤灰:德固赛PSR 100粉体减缩剂:鞣酸的质量比为20:10:5:3:30:1:3。原料中，聚乙二醇相变储热颗粒为利用介孔氧化硅为载体、聚乙二醇为芯材制备的定形相变材料，其粒径为15μm，储热量为100J/g。多孔氧化硅的比表面积为500m2/g、孔径为10nm、孔容为1m3/g。
制备过程中，先将水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂和鞣酸与水按质量比为1：2.2混合制得胶凝材料浆体。同时，将发泡剂与水按质量比为1：80混合，于发泡机中发泡制得泡沫。然后将泡沫与胶凝材料浆体在搅拌机内混合制成泡沫浆体，将泡沫浆体从搅拌机内卸出，送至模具浇筑成主规格尺寸600×240×200mm的砌块，砌块替代红砖作为墙体材料。
实施例2：
本实施例中墙体材料的原料为：水泥:聚乙二醇相变储热颗粒:多孔氧化硅:发泡剂:粉煤灰:德固赛PSR 100粉体减缩剂:鞣酸的质量比为22:13:8:5:33:2:5。原料中，聚乙二醇相变储热颗粒为利用介孔氧化硅为载体、聚乙二醇为芯材制备的定形相变材料，其粒径为15μm，储热量为100J/g。多孔氧化硅的比表面积为500m2/g、孔径为10nm、孔容为1m3/g。
制备过程中，先将水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂和鞣酸与水按质量比为1：2.0混合制得胶凝材料浆体。同时，将发泡剂与水按质量比为1：70混合，于发泡机中发泡制得泡沫。然后将泡沫与胶凝材料浆体在搅拌机内混合制成泡沫浆体，将泡沫浆体从搅拌机内卸出，送至模具浇筑成主规格尺寸600×240×200mm的砌块，砌块替代红砖作为墙体材料。
实施例3：
本实施例中墙体材料的原料为：水泥:聚乙二醇相变储热颗粒:多孔氧化硅:发泡剂:粉煤灰:德固赛PSR 100粉体减缩剂:鞣酸的质量比为25:15:10:6:35:3:6。原料中，聚乙二醇相变储热颗粒为利用介孔氧化硅为载体、聚乙二醇为芯材制备的定形相变材料，其粒径为15μm，储热量为100J/g。多孔氧化硅的比表面积为500m2/g、孔径为10nm、孔容为1m3/g。
制备过程中，先将水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂和鞣酸与水按质量比为1：1.9混合制得胶凝材料浆体。同时，将发泡剂与水按质量比为1：60混合，于发泡机中发泡制得泡沫。然后将泡沫与胶凝材料浆体在搅拌机内混合制成泡沫浆体，将泡沫浆体从搅拌机内卸出，送至模具浇筑成主规格尺寸600×240×200mm的砌块，砌块替代红砖作为墙体材料。
实施例4：
本实施例中墙体材料的原料为：水泥:聚乙二醇相变储热颗粒:多孔氧化硅:发泡剂:粉煤灰:德固赛PSR 100粉体减缩剂:鞣酸的质量比为28:18:12:7:38:4:7。原料中，聚乙二醇相变储热颗粒为利用介孔氧化硅为载体、聚乙二醇为芯材制备的定形相变材料，其粒径为15μm，储热量为100J/g。多孔氧化硅的比表面积为500m2/g、孔径为10nm、孔容为1m3/g。
制备过程中，先将水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂和鞣酸与水按质量比为1：1.8混合制得胶凝材料浆体。同时，将发泡剂与水按质量比为1：50混合，于发泡机中发泡制得泡沫。然后将泡沫与胶凝材料浆体在搅拌机内混合制成泡沫浆体，将泡沫浆体从搅拌机内卸出，送至模具浇筑成主规格尺寸600×240×200mm的砌块，砌块替代红砖作为墙体材料。
实施例5：
本实施例中墙体材料的原料为：水泥:聚乙二醇相变储热颗粒:多孔氧化硅:发泡剂:粉煤灰:德固赛PSR 100粉体减缩剂:鞣酸的质量比为30:20:15:8:40:5:8。原料中，聚乙二醇相变储热颗粒为利用介孔氧化硅为载体、聚乙二醇为芯材制备的定形相变材料，其粒径为15μm，储热量为100J/g。多孔氧化硅的比表面积为500m2/g、孔径为10nm、孔容为1m3/g。
制备过程中，先将水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂和鞣酸与水按质量比为1：1.7混合制得胶凝材料浆体。同时，将发泡剂与水按质量比为1：40混合，于发泡机中发泡制得泡沫。然后将泡沫与胶凝材料浆体在搅拌机内混合制成泡沫浆体，将泡沫浆体从搅拌机内卸出，送至模具浇筑成主规格尺寸600×240×200mm的砌块，砌块替代红砖作为墙体材料。
将实施例1-5制成的砌块进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1
在上述实施例及其替换方案中，聚乙二醇相变储热颗粒的粒径还可以为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm，储热量还可以为50J/g、55J/g、60J/g、65J/g、70J/g、75J/g、80J/g、85J/g、90J/g、95J/g、105J/g、110J/g、115J/g、120J/g、125J/g、130J/g、135J/g、140J/g。
在上述实施例及其替换方案中，多孔氧化硅的比表面积还可以为300m2/g、350m2/g、400m2/g、450m2/g、550m2/g、600m2/g、650m2/g、700m2/g、750m2/g、800m2/g，孔径还可以为3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm，孔容还可以为0.5m3/g、0.6m3/g、0.7m3/g、0.8m3/g、0.9m3/g、1.1m3/g、1.2m3/g。
在上述实施例及其替换方案中，制备过程中胶凝材料浆体中水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂、鞣酸与水的质量比还可以为1：1.2、1：1.3、1：1.4、1：1.5、1：1.6、1：2.1、1：2.2、1：2.3、1：2.4、1：2.5。
在上述实施例及其替换方案中，制备过程中发泡剂与水的质量比还可以为1：20、1：25、1：30、1：35、1：45、1：55、1：65、1：75、1：85、1：90、1：95、1：100。
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近，墙体材料的体积密度在550-750kg/m3范围内，抗压强度达到5.5MPa以上，导热系数小于0.16w/m·k，干燥收缩值小于0.8mm/m(快速法)，其它性能符合相关标准的规定。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-5作为代表说明本发明申请优异之处。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (6)

1.一种墙体材料，其特征在于，所述墙体材料主要由水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、发泡剂、粉煤灰、减缩剂、改性剂制成，其中，所述改性剂为鞣酸，所述水泥:聚乙二醇相变储热颗粒:多孔氧化硅:发泡剂:粉煤灰:减缩剂:改性剂的质量比为(20-30):(10-20):(5-15):(3-8):(30-40):(1-5):(3-8)。
2.根据权利要求1所述的一种墙体材料，其特征在于，所述聚乙二醇相变储热颗粒的粒径为1-30μm，储热量为50-140J/g。
3.根据权利要求1所述的一种墙体材料，其特征在于，所述多孔氧化硅的比表面积为300-800m2/g、孔径为3-18nm、孔容为0.5-1.2m3/g。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的墙体材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
胶凝材料浆体的制备：由水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂和鞣酸与水混合制得；
泡沫的制备：将发泡剂与水混合，于发泡机中发泡制得；
然后将泡沫与胶凝材料浆体混合制成泡沫浆体，浇筑成型得到墙体材料。
5.根据权利要求4所述的一种墙体材料的制备方法，其特征在于，所述胶凝材料浆体中水泥、聚乙二醇相变储热颗粒、多孔氧化硅、粉煤灰、减缩剂、鞣酸与水的质量比为1：(1.2-2.5)。
6.根据权利要求4所述的一种墙体材料的制备方法，其特征在于，所述发泡剂与水的质量比为1：(20-100)。
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