CN108706933A - 一种复合泡沫混凝土及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合泡沫混凝土及其制备方法与应用,属于建筑材料领域,按重量份包括如下原料:水泥40‑70份、替代水泥的填充料10‑30份、超临界CO2发泡剂1‑10份、聚合物乳液2‑12份、一维纳米材料0.2‑1.5份、减水剂1‑5份、增稠剂1‑5份、分散剂0‑5份、激发剂3‑9份、阻燃剂0‑7份。本发明以超临界CO2为发泡剂、聚合物乳液为改性剂、一维纳米材料为诱导增强剂制备聚合物/纳米复合泡沫混凝土,其有机地整合了超临界流体发泡技术、纳米技术和聚合物乳液改性技术,突破了超临界流体发泡技术仅拘泥于塑料行业应用的限制,巧妙地运用到泡沫混凝土这一保温节能建材领域,降低了泡沫混凝土的生产成本,提高了其成品性能,适于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域,特别是涉及一种复合泡沫混凝土及其制备方法与应用。
背景技术
泡沫混凝土,又称为发泡水泥、轻质混凝土,常规做法是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡,并将泡沫与水泥浆均匀混合。然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型,经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。
目前泡沫混凝土中常用的发泡剂为化学类的蛋白发泡剂,具有来源广泛、发泡倍数大等优点,但其也有自身的缺点,如易受温度、pH值等外部环境影响而变性,容易污染环境,价格较高。
而对于泡沫混凝土,选择合适的发泡剂及与发泡剂相互配合的其它添加助剂,以使得泡沫混凝土原材料易得、生产成本低廉、成品性能提升,一直是本领域技术人员的研究热点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种原材料易得、生产成本低廉、成品性能提成的复合泡沫混凝土及其制备方法与应用。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一方面,本发明提供了一种复合泡沫混凝土,按重量份包括如下原料:
水泥:40-70份
替代水泥的填充料:10-30份
超临界CO2发泡剂:1-10份
聚合物乳液:2-12份
一维纳米材料:0.2-1.5份
减水剂:1-5份
增稠剂:1-5份
分散剂:0-5份
激发剂:3-9份
阻燃剂:0-7份。
本发明的复合泡沫混凝土,选取易于工业化生产、成本低廉、对聚合物溶解性能良好、环境友好的超临界CO2作为发泡剂。超临界CO2,其具有不可燃、无毒、稳定性好、易回收、成本低廉、易于工业化等优点,并且对含F和Si的聚合物具有优良的溶解性,因此常用作聚合物发泡技术的发泡剂。超临界CO2的主要发泡产品有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及聚酰亚胺等基体的发泡材料。自90年代后期,超临界技术在微孔聚合物发泡材料的制备领域上得到了广泛应用。与传统的化学发泡相比,超临界流体物理发泡技术由于其发泡剂(如CO2、N2等)环保无污染,制得的发泡材料孔径尺寸更小更细密,在提高冲击强度、减重以及隔音隔热等性能方面更具优势,因此以超临界流体作为发泡剂制备微孔聚合物发泡材料成为塑料行业研究的焦点和热点之一。但目前超临界流体发泡技术仅限于制备塑料的研究上,尚未有将超临界流体技术应用于泡沫混凝土的报道。该技术目前还存在两大关键技术重点和难点,一是如何增加泡孔成核,二是如何控制泡孔增长,这两个关键点直接决定聚合物发泡材料的孔结构以及制品的性能。聚合物材料由于其分子间作用力弱、熔体强度差,导致发泡成核受阻,泡孔增长过程中破孔现象频繁,限制了其工业化生产和应用。为了解决上述技术难点,本发明在选用超临界CO2作为泡沫混凝土的发泡剂的同时,采用其和聚合物乳液及一维纳米材料的组合。其中,选取超临界CO2作为发泡剂,进行发泡成孔,添加聚合物乳液对混凝土进行孔结构改善,同时辅以一维纳米材料作为诱导增强剂,进行异相成核诱导并控制泡孔增长,并利用一维纳米材料独特的性质提高泡沫混凝土的力学性能,赋予多元化功能,如抗静电、吸音吸波、减震、杀菌等。三者在混凝土成孔过程中相互配合,相互作用,为泡沫混凝土的原料选配提供了一种全新的组合方式。
当然,作为本发明进一步地改进,从各原料的含量范围角度,优选的重量份范围为:
水泥:50-60份
替代水泥的填充料:15-25份
超临界CO2发泡剂:2-8份
聚合物乳液:3-10份
一维纳米材料:0.5-1.2份
减水剂:2-4份
增稠剂:2-4份
分散剂:2-4份
激发剂:4-7份
阻燃剂:3-6份。
进一步地,从各原料的含量范围角度,优选值为:
水泥:55份
替代水泥的填充料:20份
超临界CO2发泡剂:5份
聚合物乳液:7份
一维纳米材料:0.8份
减水剂:3份
增稠剂:3份
分散剂:3份
激发剂:6份
阻燃剂:5份。
另外,从各原料组成角度:
所述水泥优选为标号42.5的普通硅酸盐水泥。当然也可以选择其他种类的硅酸盐水泥等。
所述替代水泥的填充料优选为粉煤灰、硅灰、碳酸钙中的一种或几种混合物。通过采用粉煤灰等工业废料替换水泥,不但减少了环境污染、提高了废物利用率,还降低了泡沫混凝土的生产成本。
所述聚合物乳液优选为纯丙乳液和苯丙乳液中的一种或混合物,上述聚合物乳液在涂料中应用居多,而本发明将其应用于泡沫混凝土中,配合一维纳米材料和超临界CO2发泡剂,降低了泡沫混凝土的生产成本、提高了泡沫混凝土的性能。
所述一维纳米材料优选为硫酸钙晶须、氧化锌晶须中的一种或混合物。上述纳米材料添加剂由于其特殊的尺寸效应和高活性,一方面可在聚合物发泡过程中诱导其异相成核,促进泡孔成核;另一方面还可有效控制泡孔增长,从而改善聚合物发泡材料的热学性能、结晶性和流变性,抑制破孔现象的发生。因此本发明中,添加合适的纳米材料可有效改善聚合物超临界流体的发泡行为,提高发泡材料的泡孔品质和性能,并实现发泡制品功能化(如导电性、导热性、电磁屏蔽等)。
所述减水剂优选为木质素磺酸钠、萘系减水剂和聚羧酸类减水剂中的一种或几种混合物;减水剂使混凝土具有特别良好的抗压强度,尤其是早期抗压强度。
所述增稠剂优选为羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或混合物;
所述分散剂优选为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或几种混合物;
所述激发剂优选为生石灰;通过激发剂的作用可激发替代水泥的填充料的早期活性,保证混凝土的早、中期强度,降低混凝土成本。
所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝中的一种或混合物。
另一方面,本发明还提供了上述复合泡沫混凝土的制备方法,包括如下步骤:
首先将水泥、替代水泥的填充料、外加剂(减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂)在高压釜中进行搅拌混合,加入聚合物乳液和一维纳米材料,然后将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土,进一步经注模成型、脱模、养护等后续工作最终得到保温材料成品。
再一方面,本发明还提供了上述复合泡沫混凝土作为外墙保温材料应用于建筑中。
通过采用上述技术方案,本发明至少具有以下优点:
1、本发明整合了超临界流体发泡技术、纳米技术及聚合物乳液改性技术,突破了超临界流体发泡技术仅拘泥于塑料行业应用的限制,巧妙地运用到泡沫混凝土这一保温节能建材领域。具体说来,就是利用易于工业化生产、成本低廉、对聚合物溶解性能良好、环境友好的超临界CO2作为发泡剂,添加聚合物乳液对混凝土进行孔结构改善,同时辅以一维纳米材料进行异相成核诱导并控制泡孔增长,并利用一维纳米材料独特的性质提高泡沫混凝土的力学性能,赋予多元化功能,如抗静电、吸音吸波、减震、杀菌等。
2、本发明原材料易得、生产成本低廉,制备方法简单。
3、本发明通过超临界CO2发泡制备聚合物/纳米复合泡沫混凝土,其成品性能明显提升。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明不局限于下述实施例,任何在本发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的产品,均在保护范围之内。
实施例1
原料(按重量份):水泥(标号42.5的普通硅酸盐水泥)40份、替代水泥的填充料(粉煤灰)10份、超临界CO2发泡剂1份、聚合物乳液(纯丙乳液)2份、一维纳米材料(硫酸钙晶须)0.2份、减水剂(木质素磺酸钠)1份、增稠剂(羟丙基甲基纤维素)1份、分散剂(六偏磷酸钠)1份、激发剂(生石灰)3份、阻燃剂(氢氧化镁)2份。
制备方法:首先将水泥、替代水泥的填充料、外加剂(减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂)在高压釜中进行搅拌混合,加入聚合物乳液和一维纳米材料,然后将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土,进一步经注模成型、脱模、养护等后续工作最终得到保温材料产品1。
实施例2
原料(按重量份):水泥(标号42.5的普通硅酸盐水泥)70份、替代水泥的填充料(碳酸钙)30份、超临界CO2发泡剂10份、聚合物乳液(苯丙乳液)12份、一维纳米材料(氧化锌晶须)1.5份、减水剂5份(木质素磺酸钠2份、萘系减水剂3份)、增稠剂(羧甲基纤维素)5份、分散剂(三聚磷酸钠)5份、激发剂(生石灰)9份、阻燃剂(氢氧化铝)7份。
制备方法:首先将水泥、替代水泥的填充料、外加剂(减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂)在高压釜中进行搅拌混合,加入聚合物乳液和一维纳米材料,然后将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土,进一步经注模成型、脱模、养护等后续工作最终得到保温材料产品2。
实施例3
原料(按重量份):水泥(标号42.5的普通硅酸盐水泥)50份、替代水泥的填充料15份(粉煤灰10份、硅灰5份)、超临界CO2发泡剂2份、聚合物乳液3份(纯丙乳液2份和苯丙乳液1份)、一维纳米材料0.5份(硫酸钙晶须0.3份、氧化锌晶须0.2份、减水剂(聚羧酸类减水剂)2份、增稠剂2份(羟丙基甲基纤维素1份、羧甲基纤维素1份)、分散剂(焦磷酸钠)2份、激发剂(生石灰)4份、阻燃剂2份(氢氧化镁1份和氢氧化铝1份)。
制备方法:首先将水泥、替代水泥的填充料、外加剂(减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂)在高压釜中进行搅拌混合,加入聚合物乳液和一维纳米材料,然后将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土,进一步经注模成型、脱模、养护等后续工作最终得到保温材料产品3。
实施例4
原料(按重量份):水泥(标号42.5的普通硅酸盐水泥)60份、替代水泥的填充料(硅灰)25份、超临界CO2发泡剂8份、聚合物乳液(纯丙乳液)10份、一维纳米材料(硫酸钙晶须)1.2份、减水剂4份(聚羧酸类减水剂)、增稠剂(羟丙基甲基纤维素)4份、分散剂4份(六偏磷酸钠2份、三聚磷酸钠2份)、激发剂(生石灰)7份、阻燃剂(氢氧化镁)6份。
制备方法:首先将水泥、替代水泥的填充料、外加剂(减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂)在高压釜中进行搅拌混合,加入聚合物乳液和一维纳米材料,然后将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土,进一步经注模成型、脱模、养护等后续工作最终得到保温材料产品4。
实施例5
原料(按重量份):水泥(标号42.5的普通硅酸盐水泥)55份、替代水泥的填充料(粉煤灰)20份、超临界CO2发泡剂5份、聚合物乳液(纯丙乳液)7份、一维纳米材料(氧化锌晶须)0.8份、减水剂(聚羧酸类减水剂)3份、增稠剂(羟丙基甲基纤维素)3份、分散剂(六偏磷酸钠)3份、激发剂(生石灰)6份、阻燃剂(氢氧化镁)5份。
制备方法:首先将水泥、替代水泥的填充料、外加剂(减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂)在高压釜中进行搅拌混合,加入聚合物乳液和一维纳米材料,然后将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土,进一步经注模成型、脱模、养护等后续工作最终得到保温材料产品5。
对比例1
原料(按重量份):水泥(标号42.5的普通硅酸盐水泥)55份、替代水泥的填充料(粉煤灰)20份、超临界CO2发泡剂5份、减水剂(聚羧酸类减水剂)3份、增稠剂(羟丙基甲基纤维素)3份、分散剂(六偏磷酸钠)3份、激发剂(生石灰)6份、阻燃剂(氢氧化镁)5份。
制备方法:首先将水泥、替代水泥的填充料、外加剂(减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂)在高压釜中进行搅拌混合,将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土,进一步经注模成型、脱模、养护等后续工作最终得到保温材料产品6。
对比例2
原料(按重量份):水泥(标号42.5的普通硅酸盐水泥)55份、替代水泥的填充料(粉煤灰)20份、超临界CO2发泡剂5份、一维纳米材料(氧化锌晶须)0.8份、减水剂(聚羧酸类减水剂)3份、增稠剂(羟丙基甲基纤维素)3份、分散剂(六偏磷酸钠)3份、激发剂(生石灰)6份、阻燃剂(氢氧化镁)5份。
制备方法:首先将水泥、替代水泥的填充料、外加剂(减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂)在高压釜中进行搅拌混合,加入一维纳米材料,然后将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土,进一步经注模成型、脱模、养护等后续工作最终得到保温材料产品7。
对上述实施例1-5和对比例1、2所制的泡沫混凝土作为外墙保温材料进行性能试验如下:
表1泡沫混凝土作为外墙保温材料性能表
如上表所示,利用本发明的泡沫混凝土作为外墙保温材料,实施例1-5对应的产品1-5,其导热系数、抗压强度、干密度、燃烧等级及空气隔声性能均能满足或超出标准要求;而且本发明的工业废料(填充料)占有较大比重,可以大大降低产品的成本;实施例6、7对应的产品6、7由于缺少聚合物乳液和/或一维纳米材料,其性能明显下降,均无法达到标准要求,充分说明了本发明各原料配方的配比的合理性和优异性,尤其是采用超临界CO2为发泡剂、聚合物乳液为改性剂、一维纳米材料为诱导增强剂的组合设计,可得到低导热系数、抗压强度高且轻质的泡沫混凝土外墙保温材料。
综上所述,本发明提供一种以超临界CO2为发泡剂、聚合物乳液为改性剂、一维纳米材料为诱导增强剂制备的聚合物/纳米复合泡沫混凝土及其制备方法与应用,其有机地整合了超临界流体发泡技术、纳米技术和聚合物乳液改性技术,突破了超临界流体发泡技术仅拘泥于塑料行业应用的限制,巧妙地运用到泡沫混凝土这一保温节能建材领域,降低了泡沫混凝土的生产成本,提高了其成品性能,适于推广应用。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰,均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合泡沫混凝土,其特征在于,按重量份包括如下原料:
水泥:40-70份
替代水泥的填充料:10-30份
超临界CO2发泡剂:1-10份
聚合物乳液:2-12份
一维纳米材料:0.2-1.5份
减水剂:1-5份
增稠剂:1-5份
分散剂:0-5份
激发剂:3-9份
阻燃剂:0-7份。
2.根据权利要求1所述的复合泡沫混凝土,其特征在于,按重量份包括如下原料:
水泥:50-60份
替代水泥的填充料:15-25份
超临界CO2发泡剂:2-8份
聚合物乳液:3-10份
一维纳米材料:0.5-1.2份
减水剂:2-4份
增稠剂:2-4份
分散剂:2-4份
激发剂:4-7份
阻燃剂:2-6份。
3.根据权利要求1所述的复合泡沫混凝土,其特征在于,按重量份包括如下原料:
水泥:55份
替代水泥的填充料:20份
超临界CO2发泡剂:5份
聚合物乳液:7份
一维纳米材料:0.8份
减水剂:3份
增稠剂:3份
分散剂:3份
激发剂:6份
阻燃剂:5份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合泡沫混凝土,其特征在于,所述水泥为标号42.5的普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1-3任一项所述的复合泡沫混凝土,其特征在于,所述替代水泥的填充料为粉煤灰、硅灰、碳酸钙中的一种或几种混合物。
6.根据权利要求1-3任一项所述的复合泡沫混凝土,其特征在于,所述聚合物乳液为纯丙乳液和苯丙乳液中的一种或混合物。
7.根据权利要求1-3任一项所述的复合泡沫混凝土,其特征在于,所述一维纳米材料为硫酸钙晶须、氧化锌晶须中的一种或混合物。
8.根据权利要求1-3任一项所述的复合泡沫混凝土,其特征在于,所述减水剂为木质素磺酸钠、萘系减水剂和聚羧酸类减水剂中的一种或几种混合物;
所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或混合物;
所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或几种混合物;
所述激发剂为生石灰;
所述阻燃剂为氢氧化镁和氢氧化铝中的一种或混合物。
9.一种权利要求1-8任一项所述的复合泡沫混凝土的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
首先将水泥、替代水泥的填充料、减水剂、增稠剂、分散剂、激发剂、阻燃剂在高压釜中进行搅拌混合,加入聚合物乳液和一维纳米材料,然后将超临界CO2渗透到聚合物水泥基中形成高度饱和的气熔均相体系,控制体系温度和压力,使该体系产生热力学不稳定性,从而形成大量以超临界CO2为泡核的泡沫混凝土。
10.一种权利要求1-8任一项所述的复合泡沫混凝土作为外墙保温材料应用于建筑中。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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