CN107572979B - 一种高强度纳米级建筑材料的制备方法 - Google Patents

一种高强度纳米级建筑材料的制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其质量配方如下：铝酸钡水泥20‑30份、纳米氮化硅20‑40份、碳纤维粉14‑30份、硅酸乙酯溶液30‑45份、乙醇水溶液40‑50份、分散剂3‑10份、纳米高岭石10‑18份、纳米硅溶胶15‑20份，并提供了其制备方法。本发明提供的建筑材料具有较高的粘结效果，抗压强度和抗冲击强度，有效解决传统建筑材料存在的易开裂、易空鼓等问题。

Description

一种高强度纳米级建筑材料的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度纳米级建筑材料的制备方法。
背景技术
保温砂浆是以各种轻质材料为骨料，以水泥为胶凝料，掺和一些改性添加剂，经生产企业搅拌混合而制成的一种预拌干粉砂浆，用于构筑建筑表面保温层的一种建筑材料。随着低碳环保和建筑节能的不断推广以及人们对居住环境舒适性需求的不断提高，保温砂浆越来越受到人们的广泛重视，近年来我国保温砂浆的研究较多，在实际工程中已有很多应用，但与发达国家相比，现有保温砂浆还存在着强度低的缺点，容易发生空鼓、开裂等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，本发明具有较高的粘结效果，抗压强度和抗冲击强度，有效解决传统建筑材料存在的易开裂、易空鼓等问题。
一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其质量配方如下：
铝酸钡水泥20-30份、纳米氮化硅20-40份、碳纤维粉14-30份、硅酸乙酯溶液30-45份、乙醇水溶液40-50份、分散剂3-10份、纳米高岭石10-18份、纳米硅溶胶15-20份。
所述乙醇水溶液采用乙醇浓度为40-70%的水溶液。
所述硅酸乙酯溶液采用硅酸乙酯的质量浓度为35-60%的乙醇溶液。
所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
所述建筑材料的制备方法如下：
步骤1，将纳米氮化硅、碳纤维粉和纳米高岭石放入搅拌釜中，振动碾磨搅拌2-4h，然后烘干，放入马弗炉中进行高温烧结3-5h，自然冷却后得到混合粉体；
步骤2，将纳米硅溶胶加入至粉体中，加入分散剂并搅拌均匀后，进行恒温超声反应2-4h，冷却后得到粘稠粉体；
步骤3，将铝酸钡水泥加入至粘稠粉体中，并加入一半的乙醇水溶液，超声振荡反应3-7h，减压固化反应2-5h，粉刷得到固化材料；
步骤4，将硅酸乙酯喷洒在固体材料表面，固化后将剩余乙醇水溶液喷晒在表面，烘干2-4h，得到高强度纳米级建筑材料。
所述步骤1中的震动搅拌速度为1500-2500r/min，所述烘干温度为100-150℃，所述烧结温度为1000-1500℃；该步骤通过机械搅拌的方式进行混合，同时在震动碾磨的作用下，防止纳米粒子的团聚，保证粒子本身的分散性，通过烘干与烧结来保证混合粉体的结构性能。
所述步骤2中的恒温超声的温度为60-80℃，所述超声频率为10-15kHz，所述恒温超声采用水浴超声的方式，通过低温超声的方式将纳米硅溶胶分散至粉体表面，同时纳米硅溶胶具有低粘度，能够起到良好的渗透性能，分散至粉体内部，在后续水分蒸发时，胶体能够在粒子间形成硅氧结合，起到粘合。
所述步骤3中的超声振荡频率为3.5-10.5kHz，所述超声温度不高于60℃，所述减压固化反应的压力为大气压的50-60%，所述温度为80-100℃，该步骤通过超声振荡的方式将铝酸钡水泥穿插至纳米硅溶胶内，用于各种粉体之间的连接，在乙醇水溶液的作用，形成稳定的悬浊混合液，通过减压固化的方式将悬浊混合液中国的乙醇水溶液去除，形成固化结构，并在最后粉刷过程中进行最后的自然固化；该步骤利用硅溶胶的粘结效果以及铝酸钡水泥快硬、高强度、耐火度高的特点，将粉体形成高强度的粘结效果，同时纳米级别的硅溶胶能够提供稳定的纳米材料，不仅具有良好的粘结效果，同时也提供了纳米材料的高强度性能。
所述步骤4中的硅酸乙酯喷洒为10-15mL/cm2，所述烘干温度为60-80℃，该步骤将硅酸乙酯喷洒在固化材料表面，形成稳定的液膜，将硅酸乙酯液膜包覆固化材料，在乙醇水的喷洒中，硅酸乙酯产生水解反应，形成乙醇和二氧化硅，在烘干过程中，溶剂去除形成致密性结构的二氧化硅薄膜，液膜转化为二氧化硅薄膜中，二氧化硅均能够形成纳米级粒子，耐候性与强度得到稳定提高。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的建筑材料具有较高的粘结效果，抗压强度和抗冲击强度，有效解决传统建筑材料存在的易开裂、易空鼓等问题。
2、本发明具有优秀的耐候性能、耐腐蚀性能和抗老化性能，制备方法环保安全，无三废产生。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其质量配方如下：
铝酸钡水泥20份、纳米氮化硅20份、碳纤维粉14份、硅酸乙酯溶液30份、乙醇水溶液40份、分散剂3份、纳米高岭石10份、纳米硅溶胶15份。
所述乙醇水溶液采用乙醇浓度为40%的水溶液。
所述硅酸乙酯溶液采用硅酸乙酯的质量浓度为35%的乙醇溶液。
所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
所述建筑材料的制备方法如下：
步骤1，将纳米氮化硅、碳纤维粉和纳米高岭石放入搅拌釜中，振动碾磨搅拌2h，然后烘干，放入马弗炉中进行高温烧结3h，自然冷却后得到混合粉体；
步骤2，将纳米硅溶胶加入至粉体中，加入分散剂并搅拌均匀后，进行恒温超声反应2h，冷却后得到粘稠粉体；
步骤3，将铝酸钡水泥加入至粘稠粉体中，并加入一半的乙醇水溶液，超声振荡反应3h，减压固化反应2-5h，粉刷得到固化材料；
步骤4，将硅酸乙酯喷洒在固体材料表面，固化后将剩余乙醇水溶液喷晒在表面，烘干2h，得到高强度纳米级建筑材料。
所述步骤1中的震动搅拌速度为1500r/min，所述烘干温度为100℃，所述烧结温度为1000℃。
所述步骤2中的恒温超声的温度为60℃，所述超声频率为10kHz，所述恒温超声采用水浴超声的方式。
所述步骤3中的超声振荡频率为3.5kHz，所述超声温度为60℃，所述减压固化反应的压力为大气压的50%，所述温度为80℃。
所述步骤4中的硅酸乙酯喷洒为10mL/cm2，所述烘干温度为60℃。
实施例2
一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其质量配方如下：
铝酸钡水泥30份、纳米氮化硅40份、碳纤维粉30份、硅酸乙酯溶液45份、乙醇水溶液50份、分散剂10份、纳米高岭石18份、纳米硅溶胶20份。
所述乙醇水溶液采用乙醇浓度为70%的水溶液。
所述硅酸乙酯溶液采用硅酸乙酯的质量浓度为60%的乙醇溶液。
所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
所述建筑材料的制备方法如下：
步骤1，将纳米氮化硅、碳纤维粉和纳米高岭石放入搅拌釜中，振动碾磨搅拌4h，然后烘干，放入马弗炉中进行高温烧结5h，自然冷却后得到混合粉体；
步骤2，将纳米硅溶胶加入至粉体中，加入分散剂并搅拌均匀后，进行恒温超声反应4h，冷却后得到粘稠粉体；
步骤3，将铝酸钡水泥加入至粘稠粉体中，并加入一半的乙醇水溶液，超声振荡反应7h，减压固化反应5h，粉刷得到固化材料；
步骤4，将硅酸乙酯喷洒在固体材料表面，固化后将剩余乙醇水溶液喷晒在表面，烘干4h，得到高强度纳米级建筑材料。
所述步骤1中的震动搅拌速度为2500r/min，所述烘干温度为150℃，所述烧结温度为1500℃。
所述步骤2中的恒温超声的温度为80℃，所述超声频率为15kHz，所述恒温超声采用水浴超声的方式。
所述步骤3中的超声振荡频率为10.5kHz，所述超声温度为50℃，所述减压固化反应的压力为大气压的60%，所述温度为100℃。
所述步骤4中的硅酸乙酯喷洒为15mL/cm2，所述烘干温度为80℃。
实施例3
一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其质量配方如下：
铝酸钡水泥25份、纳米氮化硅30份、碳纤维粉19份、硅酸乙酯溶液35份、乙醇水溶液45份、分散剂5份、纳米高岭石16份、纳米硅溶胶17份。
所述乙醇水溶液采用乙醇浓度为50%的水溶液。
所述硅酸乙酯溶液采用硅酸乙酯的质量浓度为50%的乙醇溶液。
所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
所述建筑材料的制备方法如下：
步骤1，将纳米氮化硅、碳纤维粉和纳米高岭石放入搅拌釜中，振动碾磨搅拌3h，然后烘干，放入马弗炉中进行高温烧结4h，自然冷却后得到混合粉体；
步骤2，将纳米硅溶胶加入至粉体中，加入分散剂并搅拌均匀后，进行恒温超声反应3h，冷却后得到粘稠粉体；
步骤3，将铝酸钡水泥加入至粘稠粉体中，并加入一半的乙醇水溶液，超声振荡反应5h，减压固化反应4h，粉刷得到固化材料；
步骤4，将硅酸乙酯喷洒在固体材料表面，固化后将剩余乙醇水溶液喷晒在表面，烘干3h，得到高强度纳米级建筑材料。
所述步骤1中的震动搅拌速度为2000r/min，所述烘干温度为130℃，所述烧结温度为1300℃。
所述步骤2中的恒温超声的温度为70℃，所述超声频率为12kHz，所述恒温超声采用水浴超声的方式。
所述步骤3中的超声振荡频率为6.5kHz，所述超声温度为55℃，所述减压固化反应的压力为大气压的55%，所述温度为90℃。
所述步骤4中的硅酸乙酯喷洒为13mL/cm2，所述烘干温度为70℃。
实施例4
一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其质量配方如下：
铝酸钡水泥25份、纳米氮化硅25份、碳纤维粉25份、硅酸乙酯溶液40份、乙醇水溶液45份、分散剂8份、纳米高岭石14份、纳米硅溶胶20份。
所述乙醇水溶液采用乙醇浓度为60%的水溶液。
所述硅酸乙酯溶液采用硅酸乙酯的质量浓度为40%的乙醇溶液。
所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
所述建筑材料的制备方法如下：
步骤1，将纳米氮化硅、碳纤维粉和纳米高岭石放入搅拌釜中，振动碾磨搅拌3h，然后烘干，放入马弗炉中进行高温烧结5h，自然冷却后得到混合粉体；
步骤2，将纳米硅溶胶加入至粉体中，加入分散剂并搅拌均匀后，进行恒温超声反应4h，冷却后得到粘稠粉体；
步骤3，将铝酸钡水泥加入至粘稠粉体中，并加入一半的乙醇水溶液，超声振荡反应4h，减压固化反应5h，粉刷得到固化材料；
步骤4，将硅酸乙酯喷洒在固体材料表面，固化后将剩余乙醇水溶液喷晒在表面，烘干3h，得到高强度纳米级建筑材料。
所述步骤1中的震动搅拌速度为2000r/min，所述烘干温度为120℃，所述烧结温度为1300℃。
所述步骤2中的恒温超声的温度为65℃，所述超声频率为13kHz，所述恒温超声采用水浴超声的方式。
所述步骤3中的超声振荡频率为8.5kHz，所述超声温度为60℃，所述减压固化反应的压力为大气压的60%，所述温度为100℃。
所述步骤4中的硅酸乙酯喷洒为15mL/cm2，所述烘干温度为80℃。
实施例1-4的性能检测效果如下：
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
28d抗压强度 420kpa 418kPa 432kPa 427kPa
线性收缩率 0.24% 0.22% 0.18% 0.18%
抗裂性 无裂纹 无裂纹 无裂纹 无裂纹
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其质量组成如下：
铝酸钡水泥20-30份、纳米氮化硅20-40份、碳纤维粉14-30份、硅酸乙酯溶液30-45份、乙醇水溶液40-50份、分散剂3-10份、纳米高岭石10-18份、纳米硅溶胶15-20份；
所述建筑材料的制备方法如下：
步骤1，将纳米氮化硅、碳纤维粉和纳米高岭石放入搅拌釜中，振动碾磨搅拌2-4h，然后烘干，放入马弗炉中进行高温烧结3-5h，自然冷却后得到混合粉体；
步骤2，将纳米硅溶胶加入至粉体中，加入分散剂并搅拌均匀后，进行恒温超声反应2-4h，冷却后得到粘稠粉体；
步骤3，将铝酸钡水泥加入至粘稠粉体中，并加入一半的乙醇水溶液，超声振荡反应3-7h，减压固化反应2-5h，粉刷得到固化材料；
步骤4，将硅酸乙酯喷洒在固体材料表面，固化后将剩余乙醇水溶液喷晒在表面，烘干2-4h，得到高强度纳米级建筑材料；
所述步骤1中的震动搅拌速度为1500-2500r/min，所述烘干温度为100-150℃，所述烧结温度为1000-1500℃；
所述步骤2中的恒温超声的温度为60-80℃，所述超声频率为10-15kHz，所述恒温超声采用水浴超声的方式；
所述步骤3中的超声振荡频率为3.5-10.5kHz，超声温度不高于60℃，所述减压固化反应的压力为大气压的50-60%，温度为80-100℃；
所述步骤4中的硅酸乙酯喷洒为10-15mL/cm2，所述烘干温度为60-80℃。
2.根据权利要求1所述的一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其特征在于，所述乙醇水溶液采用乙醇浓度为40-70%的水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其特征在于，所述硅酸乙酯溶液采用硅酸乙酯的质量浓度为35-60%的乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述的一种高强度纳米级建筑材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
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