CN107673696A - 一种泡沫混凝土自保温墙材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泡沫混凝土自保温墙材及其制备方法，该墙材由以下组分按质量百分比组成：普通硅酸盐水泥30‑50％，II级粉煤灰和/或石英砂粉33‑49％，矿粉和/或石粉15‑21％，聚羧酸盐高效减水剂0.15‑0.18％，综合外加剂0.9‑2.5％,水溶性蛋白质发泡剂0.2‑0.35％。本发明还提供该泡沫混凝土的制备方法。本发明的泡沫混凝土自保温墙材，防火、保温与结构一体化，安全可靠，且具有低成本，绿色环保、还可实现低密度、高强度、高抗渗性、高精度、防空鼓开裂、高效节能一体化，且该制备方法工艺简单易操作，便于大批量生产。

Description

一种泡沫混凝土自保温墙材及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑墙材技术领域，特别涉及一种泡沫混凝土自保温墙材及其制备方法。

背景技术

传统的建筑外墙墙体保温材料一般使用可燃性的有机保温材料，如聚苯乙烯泡沫塑料板、苯乙烯泡沫塑料板、硬质聚氨酯泡沫塑料板等，若建筑发生大火，该有机保温材料不仅加剧火势，还释放有毒气体。

为此，市场上出现了泡沫混凝土保温墙材，泡沫混凝土是一种质轻、保温隔热和隔热效果良好的新型轻质建筑材料。但普通的泡沫混凝土墙材还存在以下缺陷，影响其应用：1)普遍泡沫混凝土墙材使用特种水泥，成本较高；2)凝结时间较长，浆体易泌水离析甚至塌模；3)容易粉化、起毛、分层、掉壳；4)抗压强度偏低，多为屋面保温，地下垫层等低端应用，不适宜单独作为围护材料用于外墙；5)保温性能与强度值成反比，也就是保温性能突出的制品多以牺牲抗压强度为基础，无法真正实现泡沫混凝土的综合优良特性。6)业界有部分厂家开发出发泡水泥自保温砌块(多以双氧水发泡工艺)，为了实现低导热性能，密度多为500kg/m³左右，但抗压强度值偏低，多为3.5兆帕左右，难以满足国家对外墙围护材料的抗压强度不低于5.0兆帕的要求。7)泡沫混凝土密度越低其内部的孔隙率就越高，也就是说密实性就较差，内部结构也就越凌乱、疏松。密度低于700kg/m³的泡沫混凝土制品，普遍存在吸水率高、耐久性、耐候差等问题，难以满足严寒地区的抗冻性能要求，不适合作为外墙围护材料使用。然而，密度高于700kg/m³的传统泡沫混凝土，其导热性能高，将无法实现作为自保温材料应用于外墙。8)体积稳定性较差，由于制品的含水率较高，长时间裸露在空气中容易出现空鼓、开裂。

发明内容

本发明的目的解决现有技术的不足，提供一种安全可靠的防火、保温与结构一体化，且具有生产能耗低、实现了低密度、高强度、高抗渗性、高精度、不开裂、高效节能一体化的功能的自保温墙材及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种泡沫混凝土自保温墙材，该墙材由以下组分按质量百分比组成：

进一步的，该墙材由以下组分按质量百分比组成：

优选的，所述的普通硅酸盐水泥为PO42.5R或PO52.5R的普通硅酸盐水泥。

优选的，所述的矿粉的主要成分包括CaO 40-50％，Al₂O₃ 5-15％，SiO₂ 30-40％，MgO 1-18％，所述矿粉的比表面积为400～450m²/kg，所述矿粉的等级为S95或以上。

优选的，所述的石粉经球磨后使其粒径≤75μm，所述的石英砂粉其粒径≤75μm。

优选的，所述的综合外加剂为易得(iWin)公司的的型号为iWin-Additive-com-123的综合外加剂，具有促凝、激发、抗裂、增稠和早强作用的组分。

优选的，所述的水溶性蛋白质发泡剂为易得(iWin)公司的型号为iWin-FA的发泡剂，一种基于水溶性蛋白质为基础，复合减水、增强、抗裂以及有利于水泥水化效果的组分。

一种泡沫混凝土自保温墙材的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据设计密度，按照上述配方限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量；

(2)先往搅拌容器中普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰和/或石英砂粉、矿粉和/或石粉，再加入聚羧酸盐高效减水剂、综合外加剂以及占普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰和矿粉总量的25-35％的水混合，并搅拌4-5分钟，使其成为均匀的浆体；

(3)将水溶性蛋白质发泡剂按说明书指引稀释，并通过高压发泡机将水溶性蛋白质发泡剂制成泡沫；

(4)将泡沫加入步骤(1)搅拌好的浆体中，并继续搅拌2-3分钟，使泡沫和水泥浆体充分混合均匀；

(5)按照不同需求，将混合好的浆体浇筑进预先准备好的模具；

(6)将浇筑好的模具输送到30-50℃，湿度＞80％的封闭的养护环境中预养12小时；

(7)预养后取出胚体并拆卸模具；

(8)将拆模后的胚体进行自动化切割并码垛，按照不同类型制品用不同方法进行养护；

若为砌块类型，将切割、码垛后的胚体推进蒸压釜以10个大气压温度进行高温高压养护12小时，泄压后出釜后，即为泡沫混凝土自保温墙材成品；

若为墙板或预制构件，拆模后的制品将返回湿度＞80％的环境进行自然浇水养护至28天，即为泡沫混凝土自保温墙材成品。本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、低成本，绿色环保：为降低泡沫混凝土的制作成本，本发明使用普通硅酸盐水泥为基材，通过添加综合外加剂，起到促凝剂的作用，改善浆体的凝结和稠化性能，以缩短浆体凝固时间，同时提高胚体内部的粘结抗折能力。采用的物料均为无机材料，可达到A1级防火的目的。

采用的II级粉煤灰、石英砂粉、矿粉、石粉均为固体废料回收利用的绿色环保材料。

2、防空鼓开裂：通过使用合适的高效的聚羧酸盐减水剂，提高泡沫混凝土浆体流动性，降低水灰比，从而减少胚体内部自由水含量，并复合易得(iWin)公司的综合外加剂提高胚体的抗折与粘接力，以达到控制泡沫混凝土因含水量过高容易导致后期空鼓开裂的问题。

3、成型过程不泌水和离析分层：泡沫混凝土在成型过程中容易出现泌水、离析分层，本发明通过添加易得(iWin)公司综合外加剂增稠，改变浆体稠度、流动性和保水性来解决问题。

4、低密度，高抗压强度：本发明泡沫混凝土自保温墙材与其他传统泡沫混凝土墙材相比，在相同的密度下，其抗压强度更高、导热系数更低(保温效果更好)及干燥收缩值更低。为提高制品的抗压强度，本发明通过添加高效的聚羧酸盐减水剂，降低水料比，增加流动性；使用高性能发泡剂，让泡沫更细小、独立封闭，均匀分布与浆体中，并减少泡沫对水泥水化造成阻碍作用，提高水泥水化深度；加强早期养护与保水，优化养护制度，以实现提高制品抗压强度的目的。此外，本发明通过降低水胶比，使用易得(iWin)公司专用高效发泡剂和易得(iWin)公司综合外加剂，提高制品内部泡孔的封闭、独立、密实性和均匀性，以实现600kg/m³密度(容重)等级的泡沫混凝土均质材料，其导热系数值将不高于0.115W/m·k，抗压强度不低于6.0兆帕；700kg/m³密度(容重)等级的泡沫混凝土均质材料，其导热系数值将不高于0.125W/m·k，同时，抗压强度不低于7.5兆帕；所有等级制品都可实现不低于50次抗冻融循环。以满足严寒地区的抗冻性能要求。本发明透过选料，优化配比，搅拌混合，养护制度等综合手段和工艺提高并实现了泡沫混凝土各项性能的终极平衡。解决了传统泡沫混凝土需要大幅度降低制品容重，损失抗压强度为代价以实现良好的保温、隔热、隔音性能的固有缺陷。

具体实施方式：

为加深本发明的理解，下面将结合实施案例对本发明作进一步详述。本发明可通过如下方式实施：

本发明一种泡沫混凝土自保温墙材，以一立方米体积为单位，根据不同密度和性能进行设计，并严格计量，该墙材由以下组分按质量百分比组成：普通硅酸盐水泥，II级粉煤灰和/或石英砂粉，矿粉和/或石粉，聚羧酸盐高效减水剂，综合外加剂，以及水溶性蛋白质发泡剂。

原料组分说明：

1、普通硅酸盐水泥：水泥是构成混凝土材料的主要胶凝材料，普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氯氧镁水泥、火山灰质复合胶凝材料等均可作为泡沫混凝土的胶凝材料。本发明可选用，PO42.5R、PO52.5R或类似性能的普通硅酸盐水泥作为基础胶凝材料使用，成本较低，且与其他助剂配合使用更好。普通硅酸盐水泥基本性能测试。按照GB/T1346-200 1(I S09597：l989)《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定水泥标准稠度用水量和凝结时间；水泥砂浆试样依照GB/T1 767 卜 1 999(I S0679：1 989)《水泥胶砂强度检验方法》制备、养护，到相应龄期取出试块测定水泥砂浆的抗折强度和抗压强度。

2、II级粉煤灰：粉煤灰是电厂燃烧煤粉后排放的工业废料。将煤粉高速喷入温度为1 000～1 500℃左右的燃烧炉时，煤粉即刻燃烧。燃烧后的剩余物(主要由硅，铝和铁的化合物组成)呈熔融状态，即而将其快速冷却，可形成细小的颗粒物，即煤粉。80％左右的煤粉最终将与烟道气流一起排出，在气流排入大气之前，需将烟灰收集以防止大气污染，收集到的烟灰就是粉煤灰。

本发明使用II级粉煤灰作为掺和料，其相关检测标准参GB/T1596-2005，指标参数如下：

3、石英砂粉：石英砂粉是石英石经破碎加工而成的石英颗粒。石英石是一种非金属矿物质，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO₂。石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状，莫氏硬度7。石英砂粉的化学成份：SiO₂ 99.9-99.95％，Fe₂O₃ 5PPM-25PPM max，Li₂O 1-2PPM max，Al₂O₃ 20-30PPM max，K₂O 20-25PPM max，Na₂O10-20PPM max，(PPM为百万分之一单位)。本发明选用的石英砂粉其粒径≤75μm。

4、矿粉：矿粉又称为“粒化高炉矿渣微粉”，是粒化高炉矿渣经干燥、粉磨达到规定细度的粉体，粉磨过程中也可以添加适量的石膏和助磨剂。矿粉的主要原材料是矿渣，矿渣是钢铁冶炼厂炼生铁时产生的废渣。矿粉的主要成分包括CaO 40-50％，Al₂O₃ 5-15％，SiO₂30-40％，MgO 1-18％，本发明选用的矿粉为S95或以上等级，其比表面积为400～450m²/kg。

5、石粉：石粉是石头粉末的统称，这里的石粉指的是生产石材过程中所排放的固体废料，本发明选用的石粉经球磨后使其粒径≤75μm，并以其作为一种掺和料加以利用。

6、羧酸盐减水剂：高效减水剂比较理想的品种有聚羧酸盐、FDN(萘磺酸盐)、SM(三聚氰胺盐甲醛缩合物)。聚羧酸盐为最新一代高性能减水剂，在各种高效减水剂中，其性能最为优异。它的化学结构含有羧基负离子斥力，以及多个醚侧链与水分子反应生成的强力氢键所形成的亲水性立体保护膜产生的立体效应，使它具有极强的水泥分散效果和分散稳定性。它的减水率高达30％～40％，在保持强度不变时节约水泥25％，在保持水泥用量不减时可提高混凝土强度30％以上，本试验中采用液状聚羧酸盐高效减水剂，固含量50％，减水率可达到40％。

7、iWin综合外加剂：本发明选用的综合外加剂为易得(iWin)公司的型号为iWin-Additive-com-123综合外加剂，该综合外加剂集促凝，激发、抗裂、增稠和早强组分，可加快水泥浆体凝固速度，提高早期强度，并激发掺和料的活性，以提高水泥浆体的整体性能和水化深度，从而提高制品综合性能。

8、水溶性蛋白质发泡剂：发泡剂质量的好坏直接影响到泡沫混凝土的质量，能产生泡沫的物质有很多，但并非所有能产生泡沫的物质都能用于泡沫混凝土的生产。只有发泡倍数够大、在泡沫和料浆混合时薄膜不致破坏具有足够的稳定性、对胶凝材料的凝结和硬化不起有害影响的发泡剂，才适合用来生产泡沫混凝土。本发明所采用水溶性蛋白质发泡剂为易得(iWin)公司的型号为iWin-FA的发泡剂，是一种基于水溶性蛋白质为基础复合减水、增强、抗裂以及有利于水泥水化效果的组分，是一种高性价比的优质发泡剂。

本发明将由特制的高压发泡机制成的泡沫加入到，以普通硅酸盐水泥为主要原料，以工业废料：II级粉煤灰、矿粉、石粉或石英砂粉为掺合料，加水、高效的聚羧酸盐减水剂，通过科学配比制成的浆料中，然后搅拌、浇注、预养、切割，最后再进行蒸压或自然养护而成的泡沫混凝土自保温墙体材料。

本发明一种泡沫混凝土自保温墙材，以下实施案例均以1立方米体积为单位，根据不同密度和性能进行设计，并严格计量，按照配方限定的组分质量百分比计算各组分的质量：其中，兑入占普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰和矿粉总量的25-35％的水，其目的是为了使普通硅酸盐水泥与掺合料混合均匀；水溶性蛋白质发泡剂按说明书稀释制成的泡沫，在本混合浆料体积基础上添加至1立方米。

实施案例1：

本发明实施案例1由以下表1的质量百分比的原料制备而成的：

表1

实施案例1制备方法，包括以下步骤：

(1)根据设计密度，按照表1限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量。

(2)先往搅拌容器中加入普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰、石英砂粉、矿粉，再加入聚羧酸盐高效减水剂、综合外加剂以及水混合，并搅拌5分钟，使其成为均匀的浆体；

(3)将水溶性蛋白质发泡剂按说明书指引稀释，并通过高压发泡机将水溶性蛋白质发泡剂制成泡沫；

(4)将泡沫加入步骤(1)搅拌好的浆体中，在本混合浆体的体积基础上添加至1立方米，并继续搅拌3分钟，使泡沫和水泥浆体充分混合均匀；

(5)按照不同需求，将混合好的浆体浇筑进预先准备好的模具；

(6)将浇筑好的模具输送到温度为30-50℃，湿度＞80％的封闭的养护环境中预养12小时；

(7)预养后取出胚体并拆卸模具；

(8)将拆模后的胚体进行自动化切割并码垛，按照不同类型制品用不同方法进行养护；

若为砌块类型，将切割、码垛后的胚体推进蒸压釜以10个大气压温度进行高温高压养护12小时，泄压后出釜后，即为泡沫混凝土自保温墙材成品；

若为墙板或预制构件，拆模后的制品将返回湿度＞80％的环境进行自然浇水养护至28天，即为泡沫混凝土自保温墙材成品。

将上述成品参照以下表2所标示的标准进行检测，结果如表3所示：

表2

表3

实施案例2

实施案例2由以下表4质量百分比的原料制备而成的：

表4

制备方法：根据设计密度，按照表4限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量，后续工艺参照实施案例1步骤(2)-(8)的工艺流程制备，其成品参照表2所标示的标准进行检测，结果如表5所示：

表5

实施案例3

实施案例3由以下表6质量百分比的原料制备而成的：

表6

制备方法：根据设计密度，按照表6限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量，后续工艺参照实施案例1步骤(2)-(8)的工艺流程制备，其成品参照表2所标示的标准进行检测，结果如表7所示：

表7

实施案例4

实施案例4由以下表8质量百分比的原料制备而成的：

表8

制备方法：根据设计密度，按照表8限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量，后续工艺参照实施案例1步骤(2)-(8)的工艺流程制备，其成品参照表2所标示的标准进行检测，结果如表9所示：

表9

实施案例5

实施案例5由以下表10质量百分比的原料制备而成的：

表10

制备方法：根据设计密度，按照表10限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量，后续工艺参照实施案例1步骤(2)-(8)的工艺流程制备，其成品参照表2所标示的标准进行检测，结果如表11所示：

表11

实施案例6

实施案例6由以下表12质量百分比的原料制备而成的：

表12

制备方法：根据设计密度，按照表12限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量，后续工艺参照实施案例1步骤(2)-(8)的工艺流程制备，其成品参照表2所标示的标准进行检测，结果如表13所示：

表13

实施案例7-9由以下表14质量百分比的原料制备而成的：

表14

制备方法：根据设计密度，按照表14限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量，后续工艺参照实施案例1步骤(2)-(8)的工艺流程制备，其成品参照表2所标示的标准进行检测，结果如表15所示：

表15

本发明可根据不同密度和性能进行设计，适当调整物料配比可制作出不同密度等级的自保温墙材，其性能参考数据如下表16：

表16

本发明泡沫混凝土自保温墙材与传统泡沫混凝土墙材对比，在相同的密度等级下，本发明的导热系数及干燥收缩值更低，其测试数据对比值如表17所示：

表17

本发明泡沫混凝土自保温墙材与传统泡沫混凝土对比，在相同的密度等级下，本发明的抗压强度值更高，其测试数据对比数值如表18所示：

表18

本发明泡沫混凝土自保温墙材与蒸压加气混凝土砌块对比，在相同的密度等级下，本发明的在导热系数更低，及抗压强度值更高，其测试数据对比数值如下表19所示：

表19

本发明的泡沫混凝土自保温墙材具有成本低，可实现了低密度、高强度、高抗渗性、高精度、不开裂、防火、保温、高效节能，结构与保温一体化，使用本发明制品作为外墙围护系统，可实现与框架结构同寿命，在中国多数区域将无需额外再做外墙保温，即可实现节能75％甚至85％的标准。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (8)

1.一种泡沫混凝土自保温墙材，其特征在于，该墙材由以下组分按质量百分比组成：

2.根据权利要求1所述的一种泡沫混凝土自保温墙材，其特征在于，该墙材由以下组分按质量百分比组成：

3.根据权利要求1或2所述的一种泡沫混凝土自保温墙材，其特征在于，所述的普通硅酸盐水泥为PO42.5R或PO52.5R的普通硅酸盐水泥。

4.根据权利要求1或2所述的一种泡沫混凝土自保温墙材，其特征在于，所述的矿粉的主要成分包括CaO 40-50％，Al₂O₃ 5-15％，SiO₂ 30-40％，MgO 1-18％，所述矿粉的比表面积为400～450m²/kg。

5.根据权利要求1或2所述的一种泡沫混凝土自保温墙材，其特征在于，所述的石粉经球磨后使其粒径≤75μm，所述的石英砂粉其粒径≤75μm。

6.根据权利要求1或2所述的一种泡沫混凝土自保温墙材，其特征在于，所述的综合外加剂为易得(iWin)公司的型号为iWin-Additive-com-123的综合外加剂，具有促凝、激发、抗裂、增稠和早强作用的组分。

7.根据权利要求1或2所述的一种泡沫混凝土自保温墙材，其特征在于，所述的水溶性蛋白质发泡剂为易得(iWin)公司的型号为iWin-FA的发泡剂，一种基于水溶性蛋白质为基础，复合减水、增强、抗裂以及有利于水泥水化效果的组分。

8.一种泡沫混凝土自保温墙材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据设计密度，按照权利要求1或2限定的组分质量百分比计算各组分的质量并分别称量；

(2)先往搅拌容器中加入普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰和/或石英砂粉、矿粉和/或石粉，再加入聚羧酸盐高效减水剂、综合外加剂以及占普通硅酸盐水泥、II级粉煤灰和矿粉总量的25-35％的水混合，并搅拌4-5分钟，使其成为均匀的浆体；

(3)将水溶性蛋白质发泡剂按说明书指引稀释，并通过高压发泡机将水溶性蛋白质发泡剂制成泡沫；

(4)将泡沫加入步骤(1)搅拌好的浆体中，并继续搅拌2-3分钟，使泡沫和水泥浆体充分混合均匀；

(5)按照不同需求，将混合好的浆体浇筑进预先准备好的模具；

(6)将浇筑好的模具输送到30-50℃，湿度＞80％的封闭的养护环境中预养12小时；

(7)预养后取出胚体并拆卸模具；

(8)将拆模后的胚体进行自动化切割并码垛，按照不同类型制品用不同方法进行养护；

若为砌块类型，将切割、码垛后的胚体推进蒸压釜以10个大气压温度进行高温高压养护12小时，泄压后出釜后，即为泡沫混凝土自保温墙材成品；

若为墙板或预制构件，拆模后的制品将返回湿度＞80％的环境进行自然浇水养护至28天，即为泡沫混凝土自保温墙材成品。