CN111962794A - 一种外墙保温装饰一体化复合板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种外墙保温装饰一体化复合板及其制备方法。该复合板包括表面装饰层、中间粘结层和保温隔热层，表面装饰层由碳化胶凝材料、碳化增强剂与水制成；中间粘结层由钢渣粉、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、石英砂与水制成；保温隔热层由碳化胶凝材料、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、水与发泡剂或聚苯乙烯泡沫颗粒制成。该复合板各层主要组成均为碳酸钙，层间物理性能接近，结合牢固，不易产生剥离，一体化程度高；表面装饰层厚度可控程度高、密度低，中间粘接层结构致密性高、吸水率低、不易老化；该复合板通过与CO2在常温下碳化可快速形成强度，生产效率高、能耗低，同时大量使用工业废弃物，具有固碳、环保的优点，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种外墙保温装饰一体化复合板及其制备方法。
背景技术
我国建筑能耗惊人，建筑能耗量占全国总能耗的47％，其中很大一部分能耗用于建筑物取暖上面。其中，降低建筑物使用能耗的有效手段之一为外墙保温技术。外墙保温通过阻隔外面的冷空气进入室内，同时阻止室内的热空气向外扩散，从而最大程度上降低建筑能耗。因此，外墙保温新材料与技术的开发对降低建筑能耗具有重要意义。
外墙保温一体化系统是由保温隔热层、中间粘接层和表面装饰层组成。其一体化主要体现在保温隔热层通过中间粘接层与表面装饰层在工厂预组装为一个整体，现场只需将一体化复合板固定在外墙即可，这种方法工厂化生产效率高、现场快速安装、质量可控性高，已成为外墙保温技术发展的主要方向。但是，目前的外墙保温一体化系统，尤其是表面装饰层材料，仍然存在一些问题，从而限制了其大规模推广应用。
其主要问题可以归结于两点。首先是保温装饰一体化与轻质化的矛盾。现有保温装饰一体化系统通常以天然石材或陶瓷薄板作为表面装饰层，但这些材料比重大，同时超薄化工艺不成熟，厚度一般仍在6mm以上，导致整个一体化系统质量过大，每平方米重量高达42kg。这其中，表面装饰层就占去总重量的50％以上。另外，还存在保温装饰一体化与耐候耐久的矛盾。目前保温装饰一体化中的粘接层主要为有机高分子材料和无机水泥砂浆，有机材料易老化，水泥砂浆吸水性比较高，导致粘接强度损失快，同时由于整体重量过大，进而导致外墙脱落事件时有发生，给社会安全带来极大隐患。最后，由于保温装饰一体化系统中的各组成材料性能差异较大，尤其是在温湿交变作用下体积变形不匹配，带来饰面层开裂、空鼓等质量问题，导致保温系统整体性能下降。因此，轻质高耐久的同时，如何保持材料较高的力学性能是外墙一体化保温系统面临的主要技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种外墙保温装饰一体化复合板及其制备方法，解决现有技术中存在的比重大、耐久性差的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的第一方面提供了一种外墙保温装饰一体化复合板，包括表面装饰层、中间粘结层和保温隔热层，表面装饰层通过中间粘结层与保温隔热层粘合；表面装饰层由碳化胶凝材料、碳化增强剂与水制成；中间粘结层由钢渣粉、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、石英砂与水制成；保温隔热层由碳化胶凝材料、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、水与发泡剂或聚苯乙烯泡沫颗粒制成。
本发明的第二方面提供了一种外墙保温装饰一体化复合板的制备方法，包括以下步骤：
将碳化胶凝材料、碳化增强剂与水混合均匀，经压制成型后得到表面装饰层坯体；
将钢渣粉、水硬性胶凝材料、硅灰、石英砂、减水剂与水搅拌均匀后得到粘结剂；
将碳化胶凝材料、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、水与发泡剂或聚苯乙烯泡沫颗粒搅拌均匀后得到保温隔热层浆体；
在表面装饰层坯体表面用粘结剂涂抹均匀，随后将保温隔热层浆体浇筑于粘结剂上方，经碳化后得到外墙保温装饰一体化复合板。
本发明第二方面提供的外墙保温装饰一体化复合板的制备方法用于制备本发明第一方面提供的外墙保温装饰一体化复合板。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明复合板各层结构主要组成均为碳酸钙，层间物理性能接近，结合牢固，不易产生剥离等现象，一体化程度高；表面装饰层厚度可控程度高、密度低，中间粘接层结构致密性高、吸水率低、不易老化；该复合板通过与CO2在常温下碳化可快速形成强度，生产效率高、能耗低，同时大量使用工业废弃物，具有固碳、环保的优点，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1中所得外墙保温装饰一体化复合板各层间的微观结构图；
图2是本发明提供的外墙保温装饰一体化复合板的制备方法一实施方式的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明的第一方面提供了一种外墙保温装饰一体化复合板，包括表面装饰层、中间粘结层和保温隔热层，表面装饰层通过中间粘结层与保温隔热层粘合。本发明所得外墙保温装饰一体化复合板通过在表面装饰层坯体涂覆粘结剂，随后浇筑保温隔热层浆体，最后经碳化形成。碳化后，表面装饰层坯体、粘结剂和保温隔热层浆体对应形成表面装饰层、中间粘结层和保温隔热层。下面分别对表面装饰层、中间粘结层和保温隔热层进行详述。
本发明的表面装饰层具有高强、高韧、超薄的特性，与现有的以天然石材或陶瓷薄板作为表面装饰层相比，本发明的表面装饰层厚度可控程度高(厚度1～6mm可调)，密度低(<2000kg/m3)。本实施方式中，表面装饰层由以下重量份的原料制成：碳化胶凝材料80～90份、碳化增强剂0.1～1份、水10～15份。在该范围内，一方面更有利于成型，另一方面能够提高表面装饰层的强度。碳化胶凝材料包括γ型硅酸二钙、硅酸一钙、钢渣粉、二硅酸三钙中的一种或多种，其具有低水化活性、高碳化活性的特点。优选地，碳化胶凝材料包括γ型硅酸二钙、硅酸一钙、二硅酸三钙中的一种或多种。与钢渣粉相比，选择上述材料作为表面装饰层用碳化胶凝材料，能够增加表面装饰层美观度。碳化增强剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇、甲壳素、无定形硅质材料中的一种或多种，加入碳化增强剂后，有利于碳化后进一步提高表面装饰层的强度。
中间粘结层由以下重量份的原料制成：钢渣粉5～20份、水硬性胶凝材料0.1～2份、硅灰0.1～1份、减水剂0.1～1份、石英砂1～5份、水1～3份。按上述比例配料后，得到的粘结剂具有较高流动度，易于涂覆，且能使形成的中间粘结层具有较高的强度和粘结能力。本实施方式中，钢渣粉为转炉钢渣粉，比表面积≥300m2/kg。钢渣粉中主要组分含量为：Al2O3：3％～7％；SiO2：14％～27％；CaO：31％～65％；Fe2O3：11％～17％；金属铁：0.1～6％。在其他实施方式中，钢渣粉也可具有其他组分及其对应含量，在此不作限制。本实施方式中，水硬性胶凝材料选用通用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的至少一种。优选地，水硬性胶凝材料为普通硅酸盐水泥，便于在不影响力学性能的前提下降低成本。硅灰为外观为灰色或灰白色粉末；石英砂的粒径为300～1100μm。本实施方式中，减水剂为聚羧酸系高效减水剂与柠檬酸钠缓凝剂混合而成的复合型减水剂；在其他实施方式中，其也可为普通聚羧酸减水剂，减水剂的加入，可提高砂浆流动性，增加强度。
保温隔热层由以下重量份的原料制成：碳化胶凝材料150～250份、水硬性胶凝材料10～20份、硅灰1～10份、减水剂1～10份、水20～60份与发泡剂1～10份或聚苯乙烯泡沫颗粒20～60份。在上述比例范围内，更有利于混合成型。由于保温隔热层内部具有蜂窝状空腔，在具有良好保温性能的同时有利于进一步减轻外墙保温装饰一体化复合板的自身重量。本实施方式中，碳化胶凝材料包括γ型硅酸二钙、硅酸一钙、钢渣粉、二硅酸三钙中的一种或多种，其具有低水化活性、高碳化活性的特点。优选地，碳化胶凝材料为钢渣粉，可达到更大程度利用固体废弃物的目的。本实施方式中，钢渣粉为转炉钢渣粉，比表面积≥300m2/kg。钢渣粉中主要组分含量为：Al2O3：3％～7％；SiO2：14％～27％；CaO：31％～65％；Fe2O3：11％～17％；金属铁：0.1～6％。在其他实施方式中，钢渣粉也可具有其他组分及其对应含量，在此不作限制；水硬性胶凝材料选用通用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的至少一种。本实施方式中，减水剂为聚羧酸系高效减水剂与柠檬酸钠缓凝剂混合而成的复合型减水剂。在其他实施方式中，其也可为普通聚羧酸减水剂。减水剂的加入，可提高砂浆流动性，增加强度。本实施方式中，聚苯乙烯泡沫颗粒为粒径为0.5～7mm的聚苯乙烯泡沫颗粒，发泡剂为蛋白类有机发泡剂。
本实施方式中，表面装饰层占外墙保温装饰一体化复合板厚度2％～12％；中间粘结层占外墙保温装饰一体化复合板厚度0.5％～5％；保温隔热层占外墙保温装饰一体化复合板厚度85％～97％。在该厚度范围内，能够使外墙保温装饰一体化复合板具有优异的保温隔热性能。表面装饰层、中间粘结层和保温隔热层的具体厚度可以根据实际需求调整，只要在三者分别占外墙保温装饰一体化复合板的比例范围内即可。优选地，表面装饰层的厚度范围为1～6mm，中间粘结层的厚度范围为0.2～0.5mm，保温隔热层的厚度为20～60mm。
请参阅图2，本发明的第二方面提供了一种外墙保温装饰一体化复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1：将碳化胶凝材料、碳化增强剂与水混合均匀，经压制成型后得到表面装饰层坯体；
S2：将钢渣粉、水硬性胶凝材料、硅灰、石英砂、减水剂与水搅拌均匀后得到高流态粘结剂；
S3：将碳化胶凝材料、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、水与发泡剂或聚苯乙烯泡沫颗粒搅拌均匀后得到保温隔热层浆体；
S4：在表面装饰层坯体表面用高流态粘结剂涂抹均匀，随后将保温隔热层浆体浇筑于高流态粘结剂上方，经碳化后得到外墙保温装饰一体化复合板。
本发明第二方面提供的外墙保温装饰一体化复合板的制备方法用于制备本发明第一方面提供的外墙保温装饰一体化复合板。
本发明实施方式中，步骤S1中，成型压力为5～50MPa；步骤S4中，碳化温度为5～50℃，相对湿度为50～100％，二氧化碳浓度为10～99.8％，气压为0.1～0.5MPa，碳化时间为2～24h。
为避免赘述，本发明实施例和对比例中各原料均按重量份计。
实施例1
实施例1提供了一种外墙保温装饰一体化复合板的制备方法，包括以下步骤：
将80份γ-C2S、0.4份甲壳素与15份水混合均匀成湿料，取混合后的湿料置于磨具中，以30MPa的成型压力压制成型为表面装饰层坯体；
将10份钢渣粉、0.8份42.5级普通硅酸盐水泥、0.3份硅灰、1.8份石英砂、0.5份减水剂和1.8份水混合均匀，配制成高流态粘结剂备用；
将200份钢渣粉、40份聚苯乙烯泡沫颗粒、15.6份42.5级普通硅酸盐水泥、6.6份硅灰、8.8份减水剂和34份水混合均匀后得到保温隔热层浆体；
在表面装饰层坯体表面用粘结剂涂抹均匀，随后将保温隔热层浆体浇筑于粘结剂上方，待完成后将整体置于碳化环境下碳化；该过程中，碳化温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.3MPa，碳化时间为4h。
实施例1所得外墙保温装饰一体化复合板中，表面装饰层的厚度为1.8mm，中间粘结层的厚度为0.26mm，保温隔热层的厚度为32.1mm。
图1为实施例1所制备的外墙保温装饰一体化复合板各层间的微观结构图，由图1可以看出，中间粘结层很好的与表面装饰层以及保温隔热层相结合，层间无明显界面产生，一体化程度高。
实施例2
实施例2提供了一种外墙保温装饰一体化复合板的制备方法，包括以下步骤：
将80份γ-C2S、0.4份甲壳素与15份水混合均匀成湿料，取混合后的湿料置于磨具中，以30MPa的成型压力压制成型为表面装饰层坯体；
将10份钢渣粉、0.8份42.5级普通硅酸盐水泥、0.3份硅灰、1.8份石英砂、0.5份减水剂和1.8份水混合均匀，配制成高流态粘结剂备用；
将200份钢渣粉、5份蛋白类有机发泡剂、15.6份42.5级普通硅酸盐水泥、6.6份硅灰、8.8份减水剂和34份水混合均匀后得到保温隔热层浆体；
在表面装饰层坯体表面用粘结剂涂抹均匀，随后将保温隔热层浆体浇筑于粘结剂上方，待完成后将整体置于碳化环境下碳化；该过程中，碳化温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.3MPa，碳化时间为4h。
实施例2所得外墙保温装饰一体化复合板中，表面装饰层的厚度为1.7mm，中间粘结层的厚度为0.25mm，保温隔热层的厚度为24mm。
实施例3
实施例3提供了一种外墙保温装饰一体化复合板的制备方法，包括以下步骤：
将180份γ-C2S、1.2份甲壳素与30份水混合均匀成湿料，取混合后的湿料置于磨具中，以35MPa的成型压力压制成型为表面装饰层坯体；
将16份钢渣粉、1.2份42.5级普通硅酸盐水泥、0.5份硅灰、3.0份石英砂、0.8份减水剂和2.8份水混合均匀，配制成高流态粘结剂备用；
将250份钢渣粉、50份聚苯乙烯泡沫颗粒、18份42.5级普通硅酸盐水泥、8份硅灰、9份减水剂和43份水混合均匀后得到保温隔热层浆体
在表面装饰层坯体表面用粘结剂涂抹均匀，随后将保温隔热层浆体浇筑于粘结剂上方，待完成后将整体置于碳化环境下碳化；该过程中，碳化温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.3MPa，碳化时间为4h。
实施例3所得外墙保温装饰一体化复合板中，表面装饰层的厚度为4.2mm，中间粘结层的厚度为0.41mm，保温隔热层的厚度为43.8mm。
实施例4
实施例4提供了一种外墙保温装饰一体化复合板的制备方法，包括以下步骤：
将80份γ-C2S、0.4份甲壳素与15份水混合均匀成湿料，取混合后的湿料置于磨具中，以30MPa的成型压力压制成型为表面装饰层坯体；
将10份钢渣粉、0.8份42.5级普通硅酸盐水泥、0.3份硅灰、1.8份石英砂、0.5份减水剂和1.8份水混合均匀，配制成高流态粘结剂备用；
将200份钢渣粉、40份聚苯乙烯泡沫颗粒、15.6份42.5级普通硅酸盐水泥、6.6份硅灰、8.8份减水剂和34份水混合均匀后得到保温隔热层浆体；
在表面装饰层坯体表面用粘结剂涂抹均匀，随后将保温隔热层浆体浇筑于粘结剂上方，待完成后将整体置于碳化环境下碳化；该过程中，碳化温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化碳浓度为99.8％，气压为0.4MPa，碳化时间为6h。
实施例4所得外墙保温装饰一体化复合板中，表面装饰层的厚度为1.83mm，中间粘结层的厚度为0.28mm，保温隔热层的厚度为36.4mm。
对比例1
将80份γ-C2S、0.4份甲壳素与15份水混合均匀成湿料，取混合后的湿料置于磨具中，以30MPa的成型压力压制成型后，放入碳化环境中碳化得到表面装饰层；
将10份钢渣粉、0.8份42.5级普通硅酸盐水泥、0.3份硅灰、1.8份石英砂、0.5份减水剂和1.8份水混合均匀，配制成高流态粘结剂备用；
将200份钢渣粉、40份聚苯乙烯泡沫颗粒、15.6份42.5级普通硅酸盐水泥、6.6份硅灰、8.8份减水剂和34份水混合均匀后，放入碳化环境中碳化得到保温隔热层；
待表面装饰层和保温隔热层碳化完成后，将中间粘结剂涂覆于表面装饰层和保温隔热层之间，再经碳化后得到外墙保温装饰一体化复合板；
对比例1中所有碳化环境均为：碳化温度为25℃，相对湿度为50％，二氧化碳浓度99.8％，气压为0.3MPa，碳化时间为4h。
对比例1所得外墙保温装饰一体化复合板中，表面装饰层的厚度为1.78mm，中间粘结层的厚度为0.25mm，保温隔热层的厚度为32.8mm。
对上述实施例1～4和对比例1得到的外墙保温装饰一体化复合板进行性能测试，测试结果如下表所示：
表1
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明复合板的表面装饰层厚度可控程度高(1～6mm之间)，密度低(<2000kg/m3)，重量较传统陶瓷或石材装饰板降低40％以上；
(2)本发明复合板的粘接层经碳化后基体结构致密性高、吸水率低、不易老化；
(3)本发明复合板经碳化养护后，形成以碳酸钙为胶结相的基体结构，表面装饰层、中间粘接层和保温隔热层之间的物理性能接近，结合牢固，不易产生剥离等现象，一体化程度高；
(4)本发明复合板通过与CO2在常温下碳化反应快速形成强度，生产效率高、能耗低，同时大量使用工业废弃物钢渣粉，具有固碳、环保的优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种外墙保温装饰一体化复合板，其特征在于，包括表面装饰层、中间粘结层和保温隔热层，所述表面装饰层通过所述中间粘结层与所述保温隔热层粘合；其中，
所述表面装饰层由碳化胶凝材料、碳化增强剂与水制成；
所述中间粘结层由钢渣粉、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、石英砂与水制成；
所述保温隔热层由碳化胶凝材料、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、水与发泡剂或聚苯乙烯泡沫颗粒制成。
2.根据权利要求1所述外墙保温装饰一体化复合板，其特征在于，所述表面装饰层由以下重量份的原料制成：碳化胶凝材料80～90份、碳化增强剂0.1～1份、水10～15份。
3.根据权利要求1所述外墙保温装饰一体化复合板，其特征在于，所述中间粘结层由以下重量份的原料制成：钢渣粉5～20份、水硬性胶凝材料0.1～2份、硅灰0.1～1份、减水剂0.1～1份、石英砂1～5份、水1～3份。
4.根据权利要求1所述外墙保温装饰一体化复合板，其特征在于，所述保温隔热层由以下重量份的原料制成：碳化胶凝材料150～250份、水硬性胶凝材料10～20份、硅灰1～10份、减水剂1～10份、水20～60份与发泡剂1～10份或聚苯乙烯泡沫颗粒20～60份。
5.根据权利要求1所述外墙保温装饰一体化复合板，其特征在于，所述碳化胶凝材料包括γ型硅酸二钙、硅酸一钙、钢渣粉、二硅酸三钙中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述外墙保温装饰一体化复合板，其特征在于，所述碳化增强剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇、甲壳素、无定形硅质材料中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述外墙保温装饰一体化复合板，其特征在于，所述水硬性胶凝材料选用通用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的至少一种。
8.根据权利要求1所述外墙保温装饰一体化复合板，其特征在于，所述表面装饰层占外墙保温装饰一体化复合板厚度2％～12％；中间粘结层占外墙保温装饰一体化复合板厚度0.5％～5％；保温隔热层占外墙保温装饰一体化复合板厚度85％～97％。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述外墙保温装饰一体化复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将碳化胶凝材料、碳化增强剂与水混合均匀，经压制成型后得到表面装饰层坯体；
将钢渣粉、水硬性胶凝材料、硅灰、石英砂、减水剂与水搅拌均匀后得到粘结剂；
将碳化胶凝材料、水硬性胶凝材料、硅灰、减水剂、水与发泡剂或聚苯乙烯泡沫颗粒搅拌均匀后得到保温隔热层浆体；
在所述表面装饰层坯体表面用所述粘结剂涂抹均匀，随后将所述保温隔热层浆体浇筑于所述粘结剂上方，经碳化后得到外墙保温装饰一体化复合板。
10.根据权利要求9所述外墙保温装饰一体化复合板的制备方法，其特征在于，碳化温度为5～50℃，相对湿度为50～100％，二氧化碳浓度为10～99.8％，气压为0.1～0.5MPa，碳化时间为2～24h。
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