CN107963850B - 一种抗裂高导热砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

一种抗裂高导热砂浆及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗裂高导热砂浆及其制备方法和应用，属于建筑材料技术领域。该抗裂高导热砂浆包括以下组分：水泥、填充骨料、导热材料、碳纤维、外加剂；其中，所述水泥、填充骨料、导热材料的重量比为1：(0.7～1.0)：(0.5～0.8)，所述碳纤维重量为所述水泥、填充骨料、导热材料总重量的0.05～0.5％，所述外加剂重量为所述水泥、填充骨料、导热材料总重量的0.8～1.5％。该抗裂高导热砂浆韧性好、抗冲击能力强，导热快；其制备方法简便，成本低；用于地暖中时，热传导快速、热量分布均匀，并且耐腐蚀使用寿命长。并且该抗裂高导热砂浆采用尾矿砂和石英砂共同作为填充骨料，并采用铁屑、铝屑或钢渣粉和石墨粉作为导热材料，实现了废物利用，降低了生产成本，提高效益。

Description

一种抗裂高导热砂浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是指一种抗裂高导热砂浆及其制备方法和应用。
背景技术
目前地暖工程中，传统工艺所采用的均热膜为铝膜，虽然铝膜导热快，但是，首先，由于覆盖在铝膜上面的混凝土或砂浆中含有活性离子Cl-1，并且Cl-1会腐蚀铝膜，实际使用3～5个月的时间，铝膜就会被腐蚀殆尽，失去导热能力，起不到传热均热的作用；其次，由于目前先进地暖板，尤其是薄型地暖板，都带有铺管的沟槽，铝膜很难装入沟槽内，过于薄的铝膜导热性能差，过于厚的铝膜更难嵌入沟槽内，从而导致铺装效果差；再次，铝膜的价格昂贵，大大增加了地暖系统成本，市场上常常采用反射膜代替铝膜作为均热膜使用，但是反射膜是在塑料上镀反射涂层，即使开始有反射作用，使用一段时间后也会被活性离子腐蚀殆尽，到时地暖不再具有舒适度的优势。
因此，亟需研究一种能够耐腐蚀并且导热快的材料用于地暖工程。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种抗裂高导热砂浆及其制备方法和应用，该抗裂高导热砂浆韧性好、抗冲击能力强，导热快；其制备方法简便，成本低；用于地暖中时，热传导快速、热量分布均匀，并且耐腐蚀使用寿命长。
基于上述目的本发明提供的一种抗裂高导热砂浆，包括以下组分：水泥、填充骨料、导热材料、碳纤维、外加剂；其中，所述水泥、填充骨料、导热材料的重量比为1：(0.7～1.0)：(0.5～0.8)，所述碳纤维重量为所述水泥、填充骨料、导热材料总重量的0.05～0.5％，所述外加剂重量为所述水泥、填充骨料、导热材料总重量的0.8～1.5％。
优选地，包括以下组分：水泥、填充骨料、导热材料、碳纤维、外加剂；其中，所述水泥、填充骨料、导热材料的重量比为1:0.9:0.6，所述碳纤维重量为所述水泥、填充骨料、导热材料总重量的0.2％，所述外加剂重量为所述水泥、填充骨料、导热材料总重量的1.2％。
优选地，所述水泥为硅酸盐水泥。
优选地，所述填充骨料为石英砂和尾矿砂，所述石英砂、尾矿砂的重量比为1：(0.8～1.2)，所述石英砂的粒径为0.01～1mm。
优选地，所述导热材料为重量比为3：(1～1.5)的石墨粉和铁屑、重量比为3：(1～1.5)的石墨粉和铝屑或重量比为3：(1～1.5)的石墨粉和钢渣粉。
优选地，所述外加剂包括减水剂、保水剂和粘结剂，所述减水剂、保水剂、粘结剂的重量比为1：(1～2)：(8～10)，所述减水剂为聚羧酸，所述保水剂为羟丙基纤维素，所述粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
基于相同的发明构思，本发明还提供了一种抗裂高导热砂浆的制备方法，制备方法为：称取如权利要求1所述的各组分，将水泥、导热材料、外加剂混合均匀，然后加入填充骨料混合均匀，最后边搅拌边加入碳纤维，搅拌均匀即得成品。
基于相同的发明构思，本发明还提供了一种抗裂高导热砂浆的应用，所述抗裂高导热砂浆在具有导热或散热要求区域的应用。
优选地，所述抗裂高导热砂浆在电线盒周边区域、太阳能板与塑料板间的粘结层、水泥散热管或板和水泥加热管或板中的应用。
优选地，将所述抗裂高导热砂浆嵌入地暖中的加热管与沟槽之间的缝隙中或/和覆盖在加热管上。
本发明中水泥选用的是强度等级为42.5的硅酸盐水泥，为基础胶凝材料，起到基础凝结作用，抗裂高导热砂浆水化固化后，硅酸盐水泥能够将自身及其他填充骨料、导热材料、碳纤维等牢牢的固定在一起，并提供足够的抗压、抗折强度和一定的粘结强度。
本发明中采用石英砂和尾矿砂作为填充骨料，相当于人体的骨架，起到基本的框架作用。石英砂和尾矿砂的总重量与水泥重量的比例为(0.7～1.0)：1，既能提供抗裂高导热砂浆的基本强度，又能为导热材料的添加留出一定的比例空间。石英砂的硬度和强度均大大高于尾矿砂，如果用尾矿砂完全取代石英砂将影响成型后的抗裂高导热砂浆的最终强度，把石英砂和尾矿砂以重量比为1：(0.8～1.2)配合使用，依靠石英砂的高强硬度和尾矿砂的低强度高韧性，实现两者的优势互补；并且尾矿砂为废物利用，能够减少环境压力；如果再增大尾矿砂的用量将影响成型后的抗裂高导热砂浆的最终强度，如果减少尾矿砂的用量，则达不到石英砂和尾矿砂的优势互补。选择粒径范围为0.01～1mm的石英砂，既能便于施工时将抗裂高导热砂浆嵌入缝隙或沟槽中，又能够起到基本骨架的作用。
本发明中采用重量比为3：(1～1.5)的石墨粉和铁屑或者重量比为3：(1～1.5)的石墨粉和铝屑或者重量比为3：(1～1.5)的石墨粉和钢渣粉作为导热材料，并且导热材料与水泥的重量比为(0.5～0.8)：1，石墨粉、铁屑、铝屑和钢渣粉的导热系数分别为129W/(m·K)、50W/(m·K)、160W/(m·K)和50W/(m·K)，均为高导热材料；石墨粉是惰性材料，能够保持稳定的性能，作为本发明中抗裂高导热砂浆的主导导热材料；其他三种只能作为辅助导热材料，铁屑、铝屑、钢屑稳定性较差，均容易被氧化，或者被砂浆中的活性离子腐蚀，当铁屑、铝屑被氧化变成氧化铁或氧化铝时，其导热系数分别达到5-10W/(m·K)和10-30W/(m·K)；当将石墨粉作为主导导热材料及将铁屑、铝屑、钢屑作为辅助导热材料共用时，且石墨粉用量为铁屑、铝屑或钢屑用量的2倍至3倍时，稳定的石墨粉维持抗裂高导热砂浆的高导热性，铁屑、铝屑、钢屑即使被氧化，导热材料总体的导热性能下降不大，维持抗裂高导热砂浆的稳定导热性能。导热材料与水泥的用量比为(0.5～0.8)：1，当导热材料占水泥的配比高出该范围时，抗裂高导热砂浆的强度将降低；当导热材料占水泥的配比低于该范围时，抗裂高导热砂浆的导热性能将下降。
本发明中采用的碳纤维具有与石墨基本同等的导热功能，碳纤维的重量为水泥、填充骨料、导热材料总重量的0.05～0.5％，既能保证抗裂高导热砂浆固化后能够布满网状导热结构，又能够在制备抗裂高导热砂浆时将各组分原料搅拌分散均匀。
从上面所述可以看出，本发明的优点和有益效果为：
(1)本发明提供的抗裂高导热砂浆，采用尾矿砂和石英砂共同作为填充骨料，并采用铁屑、铝屑、钢渣粉和石墨粉作为导热材料，实现了废物利用，降低了生产成本，提高效益。
(2)本发明提供的抗裂高导热砂浆，导热系数高、韧性好、抗冲击能力强，耐腐蚀性好。
(3)本发明提供的抗裂高导热砂浆，制备工艺简单、成本低，适宜工业化生产。
(4)本发明提供的抗裂高导热砂浆，用于地暖中时，将抗裂高导热砂浆嵌入加热管与沟槽之间的缝隙中，或/和覆盖在加热管上，热量传递快速、热量分布均匀，而且由于抗裂高导热砂浆高流态的特性使得其施工更加便捷，并且使用寿命长。
(5)本发明提供的抗裂高导热砂浆，与金属和塑料具有很强的粘接力，完全不用担心使用后与管及基层脱落问题。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的抗裂高导热砂浆应用于地暖时的红外测试结果图；
图2为普通铺装地暖的红外测试结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
一、实施例
实施例1
一种抗裂高导热砂浆，包括以下组分：水泥100份、填充骨料90份、导热材料60份、碳纤维0.5份、外加剂3份。
其中，水泥为强度等级为42.5的硅盐酸水泥；填充骨料为重量比为1:1的石英砂和尾矿石，石英砂的粒径为1mm；导热材料为重量比为3:1.5的石墨粉和铁屑；外加剂包括重量比为1:1.5:10的减水剂、保水剂、粘结剂，减水剂聚羧酸、保水剂为羟丙基纤维素、粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
制备时，将硅酸盐水泥、石墨粉、铁屑、聚羧酸、羟丙基纤维素、乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合，搅拌均匀，然后加入石英砂和尾矿石搅拌均匀，最后边搅拌边加入碳纤维，搅拌混合均匀即得抗裂高导热砂浆。
实施例2
一种抗裂高导热砂浆，包括以下组分：水泥100份、填充骨料70份、导热材料80份、碳纤维1.25份、外加剂2份。
其中，水泥为强度等级为42.5的硅盐酸水泥；填充骨料为重量比为1:0.8的石英砂和尾矿石，石英砂的粒径为0.5mm；导热材料为重量比为3:1的石墨粉和铝屑；外加剂包括重量比为1:2:8的减水剂、保水剂、粘结剂，减水剂聚羧酸、保水剂为羟丙基纤维素、粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
制备时，将硅酸盐水泥、石墨粉、铝屑、聚羧酸、羟丙基纤维素、乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合，搅拌均匀，然后加入石英砂和尾矿石搅拌均匀，最后边搅拌边加入碳纤维，搅拌混合均匀即得抗裂高导热砂浆。
实施例3
一种抗裂高导热砂浆，包括以下组分：水泥100份、填充骨料100份、导热材料50份、碳纤维0.125份、外加剂3.75份。
其中，水泥为强度等级为42.5的硅盐酸水泥；填充骨料为重量比为1:1.2的石英砂和尾矿石，石英砂的粒径为0.1mm；导热材料为重量比为3:1.2的石墨粉和钢渣粉；外加剂包括重量比为1:1:9的减水剂、保水剂、粘结剂，减水剂聚羧酸、保水剂为羟丙基纤维素、粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
制备时，将硅酸盐水泥、石墨粉、钢渣粉、聚羧酸、羟丙基纤维素、乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合，搅拌均匀，然后加入石英砂和尾矿石搅拌均匀，最后边搅拌边加入碳纤维，搅拌混合均匀即得抗裂高导热砂浆。
实施例4
一种抗裂高导热砂浆，包括以下组分：水泥100份、填充骨料80份、导热材料70份、碳纤维0.75份、外加剂2.5份。
其中，水泥为强度等级为42.5的硅盐酸水泥；填充骨料为重量比为1:0.9的石英砂和尾矿石，石英砂的粒径为0.05mm；导热材料为重量比为3:1.3的石墨粉和铁屑；外加剂包括重量比为1:1.2:9.5的减水剂、保水剂、粘结剂，减水剂聚羧酸、保水剂为羟丙基纤维素、粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
制备时，将硅酸盐水泥、石墨粉、铁屑、聚羧酸、羟丙基纤维素、乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合，搅拌均匀，然后加入石英砂和尾矿石搅拌均匀，最后边搅拌边加入碳纤维，搅拌混合均匀即得抗裂高导热砂浆。
实施例5
一种抗裂高导热砂浆，包括以下组分：水泥100份、填充骨料85份、导热材料75份、碳纤维0.26份、外加剂2.34份。
其中，水泥为强度等级为42.5的硅盐酸水泥；填充骨料为重量比为1:1.1的石英砂和尾矿石，石英砂的粒径为0.01mm；导热材料为重量比为3:1的石墨粉和钢渣粉；外加剂包括重量比为1:1.7:8.5的减水剂、保水剂、粘结剂，减水剂聚羧酸、保水剂为羟丙基纤维素、粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
制备时，将硅酸盐水泥、石墨粉、钢渣粉、聚羧酸、羟丙基纤维素、乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合，搅拌均匀，然后加入石英砂和尾矿石搅拌均匀，最后边搅拌边加入碳纤维，搅拌混合均匀即得抗裂高导热砂浆。
实施例6
一种抗裂高导热砂浆，包括以下组分：水泥100份、填充骨料95份、导热材料65份、碳纤维1.04份、外加剂3.64份。
其中，水泥为强度等级为42.5的硅盐酸水泥；填充骨料为重量比为1:1的石英砂和尾矿石，石英砂的粒径为0.7mm；导热材料为重量比为3:1.5的石墨粉和铝粉；外加剂包括重量比为1:1:10的减水剂、保水剂、粘结剂，减水剂聚羧酸、保水剂为羟丙基纤维素、粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
制备时，将硅酸盐水泥、石墨粉、铝粉、聚羧酸、羟丙基纤维素、乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合，搅拌均匀，然后加入石英砂和尾矿石搅拌均匀，最后边搅拌边加入碳纤维，搅拌混合均匀即得抗裂高导热砂浆。
对比例1
以水泥、砂子、水采用常规工艺制备普通砂浆，其中水泥、砂子、水的重量比为3:7:0.16。
二、试验例
将对比例1中的普通砂浆和实施例1中制备的抗裂高导热砂浆依据JC/T 985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》、JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》、JG 149-2003《膨胀聚苯板薄抹平外墙外保温系统》及DBJ01-63-2002《外墙外保温用聚合物砂浆质量检验标准》4.0.2或JG 158-2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》5.6进行性能测定。结果如表1所示。
Figure BDA0001407215050000071
表1。
由表1中数据可以看出，实施例1中制备的抗裂高导热砂浆的粉水比为1:0.4，而普通砂浆的粉水比为1:0.16，因此抗裂高导热砂浆的含水量高于普通砂浆的含水量，抗裂高导热砂浆具有较高的流动性，具有高流态属性，使其施工更加便捷。实施例1中制备的抗裂高导热砂浆的表观密度低于普通砂浆的表观密度，达到轻质高强的目的。实施例1中制备的抗裂高导热砂浆的28d抗压强度为5.6，28d抗折强度为3.5，普通砂浆的28d抗压强度为26.7，28d抗折强度,3.7，虽然抗裂高导热砂浆的28d抗压强度低于普通砂浆28d抗压强度，但是将抗裂高导热砂浆应用于地暖工程中时，抗压能力主要依靠基层承载，而不是依靠抗裂高导热砂浆，因此抗裂高导热砂浆28d抗压强度的高低不影响其在地暖工程中的使用。实施例1中制备的抗裂高导热砂浆的压折比为1.6，普通砂浆的压折比为7.2，因此抗裂高导热砂浆的韧性比普通砂浆的韧性高4-5倍。普通砂浆出现了开裂现象，而实施例1中制备的抗裂高导热砂浆无裂纹，进一步证明抗裂高导热砂浆的韧性比普通砂浆的韧性好。实施例1中制备的抗裂高导热砂浆的导热系数为5～8w/(m.K)，而普通砂浆的导热系数为0.8～1.0w/(m.K)，导热系数越高，传热越快，因此抗裂高导热砂浆的导热性能远远优于普通砂浆的导热性能，而普通砂浆的导热性能不佳。
三、应用例
将实施例1中制备的抗裂高导热砂浆用于地暖工程中，抗裂高导热砂浆嵌入加热管与铺管沟槽之间的缝隙中，然后对地暖进行红外测试，测试结果如图1所示。对普通铺装地暖同样进行红外测试，测试结果如图2所示。
由图1和图2可以看出，普通铺装地暖的红外测试图为线状发热红外图，发热管中心与周围温差高于3℃，甚至达到6℃，由于地暖采用的为低温采暖系统，因此对于仅有40～50℃的热源温度而言，发热管中心与周围的温度相对来说已经比较悬殊。而采用了抗裂高导热砂浆的地暖的红外测试图为平面发热红外图，发热管中心与周围的温度差小于1℃，对于采用低温采暖系统的地暖而言，采用抗裂高导热砂浆铺装的地暖相对于普通铺装地暖而言，其舒适度明显提高。并且采用抗裂高导热砂浆铺装的地暖热传导快，热损失少，能够有效节能30％以上，大大提高了地暖的热效率。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (2)

1.一种抗裂高导热砂浆的应用，其特征在于，将所述抗裂高导热砂浆嵌入地暖中的加热管与沟槽之间的缝隙中；
其中，所述抗裂高导热砂浆包括以下组分：水泥、填充骨料、导热材料、碳纤维、外加剂；其中，所述水泥、填充骨料、导热材料的重量比为1:0.9:0.6，所述碳纤维重量为所述水泥、填充骨料、导热材料总重量的0.2％，所述外加剂重量为所述水泥、填充骨料、导热材料总重量的1.2％；
其中，所述填充骨料为石英砂和尾矿砂，所述石英砂、尾矿砂的重量比为1：(0.8～1.2)，所述石英砂的粒径为0.01～1mm；
所述导热材料为重量比为3：(1～1.5)的石墨粉和铁屑；
所述水泥为硅酸盐水泥，所述硅酸盐水泥的强度等级为42.5；所述外加剂包括减水剂、保水剂和粘结剂，所述减水剂、保水剂、粘结剂的重量比为1：(1～2)：(8～10)；所述减水剂为聚羧酸，所述保水剂为羟丙基纤维素，所述粘结剂为乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
2.根据权利要求1所述的抗裂高导热砂浆的应用，其特征在于，所述抗裂高导热砂浆的制备方法为：称取如权利要求1所述的各组分，将水泥、导热材料、外加剂混合均匀，然后加入填充骨料混合均匀，最后边搅拌边加入碳纤维，搅拌均匀即得成品。
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