CN112694289A - 一种多层结构的无机轻集料保温板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层结构的无机轻集料保温板，该保温板包括表面增强层、保温层和底面增强层；所述保温层组分以重量计，包括20‑30目的膨胀珍珠岩360份‑450份，水泥120‑160份，改性剂20份‑60份；表面增强层和底面增强层组分以重量计，包括50‑70目的膨胀珍珠岩或者炉渣50‑100份，水泥100份，改性剂10份；所述改性剂包括水泥增强剂和乳液。本发明一种多层结构的无机轻集料保温板及其制备方法，生产的保温板表观致密、平滑，能提高抗压、抗折强度和耐水性，增强与水泥砂浆的亲和性；结构与保温一体化，内部干密度低、保温效果好，上下表面强度高，做保护层；多次布料一次成型，保证多层结构保温板的整体性，防止出现界面剥离。

Description

一种多层结构的无机轻集料保温板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多层结构的无机轻集料保温板及其制备方法。

背景技术

目前，无机轻集料保温板的生产工艺与普通混凝土制品有很大的区别，主要为压制成型法，即将混合搅拌均匀的半干物料装填进模具，然后用液压压头一次压制成型。成型后的胚体经过蒸汽养护和干燥之后才制得最终成品。此方法简单快捷，设备操纵容易上手，是目前最合适的生产工艺。但是，这种方法生产出来的无机轻集料保温板还是具有不如人意之处。

首先是表面起砂问题，因为无机轻集料保温板要提高保温性能，就得降低自身的密度，所以水泥用量比较少，再加上是压制成型的工艺，所以保温板表面的骨料粘结强度较低。因此，在蒸汽养护和干燥完成后，成品保温板的表面会有部分颗粒，用手指重搓会有少许颗粒脱落，严重影响了外观。

再者，保温板表面与普通粘结砂浆的亲和性不够，粘结强度不足，需要配置专门的粘结砂浆，无疑会影响保温板在市场上的推广和普及。

由于这两个原因，要对无机轻集料保温板进行进一步的增强和优化，所以提出表面增强型无机轻集料保温板。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种多层结构的无机轻集料保温板及其制备方法，表观致密、平滑，能提高抗压、抗折强度和耐水性，增强与水泥砂浆的亲和性；结构与保温一体化，内部干密度低、保温效果好，上下表面强度高，做保护层；多次布料一次成型，保证多层结构保温板的整体性，防止出现界面剥离。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种多层结构的无机轻集料保温板，该保温板包括表面增强层、保温层和底面增强层；所述保温层组分以重量计，包括20-30目的膨胀珍珠岩360份-450份，水泥120-160份，改性剂20份-60份；表面增强层和底面增强层组分以重量计，包括50-70目的膨胀珍珠岩或者炉渣50-100份，水泥100份，改性剂10份；所述改性剂包括水泥增强剂和乳液。

上述技术方案中，优选地，所述表面增强层和底面增强层为同样组分组成，厚度约为2-5mm；所述保温层厚度为25-60mm。

上述技术方案中，优选地，所述保温层采用的改性剂还包括憎水剂。

上述技术方案中，优选地，所述保温层的压缩系数为1.8至2.2。

一种多层结构的无机轻集料保温板的制备方法，包括：步骤一，物料分级搅拌，保温层和增强层的物料都经过固料润湿—固粉混合—固液混合三级搅拌后，进入不同的临时料仓；步骤二，先将底面增强层物料通过布料系统在模具内摊铺，再将保温层物料通过布料系统摊铺在增强层物料上，最后将表层增强层物料摊铺在最表面；步骤三，液压粉末成型设备将物料双面加压压制成型成保温板坯体，进行静养；步骤四，送入养护窑进行近饱和蒸汽养护；步骤五，出窑后干燥、包装，制得成品。

上述技术方案中，优选地，液压粉末成型设备的设定的压缩比为1.8-2.2；步骤三中，压制成型后的静养时间为1h；步骤四中，养护时间为8h。

上述技术方案中，优选地，步骤四中，蒸汽养护的环境温度为95℃至100℃，湿度为95%。

本发明提供了一种多层结构的无机轻集料保温板及其制备方法，表观致密、平滑，能提高抗压、抗折强度和耐水性，增强与水泥砂浆的亲和性；结构与保温一体化，内部干密度低、保温效果好，上下表面强度高，做保护层；多次布料一次成型，保证多层结构保温板的整体性，防止出现界面剥离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行描述的技术方案仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是本发明保温板试件的导热系数随容重变化趋势图。

图2是本发明保温板试件的抗张强度随容重变化趋势图。

图3是保温板在不同养护条件下养护完成后的抗压强度。

图4是保温板在不同养护条件下养护完成后进入标准养护一段时间后的抗压强度。

图5是不同养护条件下保温板养护完成所需时间。

图6是干燥收缩率对保温板其他性能的影响。

图7是体积吸水率对保温板其他性能的影响。

图8是抗冻强度损失率对保温板其他性能的影响。

图9是抗冻质量损失率对保温板其他性能的影响。

图10是蒸汽养护制度对保温板抗压强度的影响。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的 前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。

本发明的实施例提供一种多层结构的无机轻集料保温板及其制备方法。多层结构的无机轻集料保温板，也可以称作表面增强型无机轻集料保温板，就是在原先保温板的表面附加一层极薄的高密度轻集料层，使保温板表面光滑、与粘结砂浆亲和性增强，还能使保温板的强度有些许升高。其主要原理是高密度的轻集料层中水泥的含量比原先的保温板大幅提高，在高压的作用下能够出浆，牢牢地包覆在保温板的表面，获得与灌浆法制备的普通混凝土制品表面相同的效果。

本发明公开了一种多层结构的无机轻集料保温板的制备方法，包括：步骤一，物料分级搅拌，保温层和增强层的物料都经过固料润湿—固粉混合—固液混合三级搅拌后，进入不同的临时料仓；步骤二，先将底面增强层物料通过布料系统在模具内摊铺，再将保温层物料通过布料系统摊铺在增强层物料上，最后将表层增强层物料摊铺在最表面；步骤三，液压粉末成型设备将物料双面加压压制成型成保温板坯体，进行静养；步骤四，送入养护窑进行近饱和蒸汽养护；步骤五，出窑后干燥、包装，制得成品。其中，液压粉末成型设备的设定的压缩比为1.8-2.2；步骤三中，压制成型后的静养时间为1h；步骤四中，养护时间为8h。其中，蒸汽养护的环境温度为95℃至100℃，湿度为95%。

本发明公开一种多层结构的无机轻集料保温板的技术方案，主要是“表面增强层+保温层+底面增强层”的结构，表面增强层和底面增强层为同样组成，厚度约为1-8mm；保温层厚度随市场需求而定，15-70mm范围内。保温层厚度越大，增强层厚度也随之增加。

此外，更为精准地，采用表面增强层和底面增强层的厚度约为2-5mm，保温层厚度为25-60mm，能够获得更好的技术效果。

所述保温层组分以重量计，包括20-30目的膨胀珍珠岩360份-450份，水泥120-160份，改性剂20份-60份，该处所用的改性剂包括水泥增强剂、乳液和憎水剂。保温层主要是承担保温功能，致密度低，干密度小，导热系数低，力学强度低。所述保温层的压缩系数为1.8至2.2。

表面增强层和底面增强层组分以重量计，包括50-70目的膨胀珍珠岩或者炉渣50-100份，水泥100份，改性剂10份；该处所用的改性剂包括水泥增强剂和乳液。增强层主要起保护和持力作用，致密度高，干密度大，导热系数比保温层高，力学强度好。

膨胀珍珠岩是由珍珠岩膨化而来；炉渣属于固体废弃物，是煤在高温高压容器中燃烧后剩余的残留物，也有叫做漂珠。

在进行大量探索性试验后发现，板材最终的干密度对板材的性能起着决定性的作用，而板材最终的干密度主要取决于压制成型过程中的压缩系数。采用70kg/m³和100 kg/m³两种不同的膨胀珍珠岩珍珠岩在压缩系数为1.75、2、2.25的条件下制作保温板试样，试验结果如下表所示。

由上表可知，两种不同种类的膨胀珍珠岩制作保温板的导热系数与抗张强度随着压缩系数的变化有着相同的趋势。在三个压缩系数1.75、2、2.25中，压缩系数为2时板材试样综合性能最佳。因此，本发明选择压制成型的压缩系数为2。

压缩系数的大小直接决定着保温板容重的大小，二者呈正线性关系。本发明的膨胀珍珠岩试件的导热系数和抗张强度随容重变化的直观趋势如附图1-2所示。由图可知，板材试样的导热系数并不是随着容重的增加而减少，而是存在一个最低导热系数下的容重值。在一定范围内，当容重越大即板材试样越密实时，由于固体物质的导热能力比空气要大得多因而其导热性越好，即导热系数越大。当容重较小时导热系数反而增大，这是因为板材试样中孔隙增多而使对流作用加强，空气对流也会使其导热性提高。板材试样的抗张强度则是随着容重的增加而增大，这是因为保温板板材越密实其强度越高。

本发明公开还一种多层结构的无机轻集料保温板的制备方法，多层结构保温板的采用“三次布料，一次成型”的方法。

首先是物料分级搅拌，保温层和增强层的物料都经过固料润湿—固粉混合—固液混合三级搅拌进入不同的临时料仓，然后先增强层物料通过布料系统在模具内摊铺，然后保温层物料通过布料系统摊铺在增强层物料上，最后再是增强层物料摊铺在最表面。

布料完毕后，液压粉末成型设备按照1.8-2.2的压缩比将物料双面加压压制成型成保温板坯体，静养1h后送入养护窑进行近饱和蒸汽养护8h，出窑后干燥、包装，制得成品。

因为增强层的水灰比正好可以形成水泥浆体，在压头压力作用下会从骨料间隙中挤压到表面，达到“出浆”的效果，这样表面被浆体覆盖，硬化后就显得光滑。由于在布料过程中，增强层和保温层的物料就相互交集、渗透，压制成型后就可以从上到下形成连续整体，在密度曲线上表现出“高密度—次高密度—低密度—次高密度—高密度”的性质，三层之间不存在明显界面，增强了三层的整体性，不会在使用中出现界面剥离的问题。

增强层因为强度好，一方面可以对保温板起保护作用，一方面粘结砂浆结合时更加安全。因为通常的粘结砂浆强度高、弹性低，抗压强度和抗拉强度是保温层的3-5倍，但是抗变形能力低，只有保温层的2/3甚至1/2，这就需要专门配置无机保温板所用的粘结砂浆。而增强层因为强度介于保温层和粘结砂浆之间，形成了力学性能上的过渡和缓冲，所以对粘结砂浆的弹性要求可以降低，在配套材料选择上更广泛，性能要求冗余度更高，可以减少经济成本。

增强层和保温层组成的多层结构，相当于保温结构一体化板，可以直接粘贴在基层墙体上，不需要再粉刷抹面胶浆，提供生产效率，降低施工费用。并且多层结构是在工厂生产、养护的，性能稳定，避免了抹面层现场自然养护带来的收缩、开裂、空鼓等各种问题。

将预先湿润的膨胀珍珠岩和52.5水泥按干料质量比3:1的配比以自落式搅拌混合之后，分别加入40%、2%、10%、5%和2%水泥量的乳液、憎水剂、硅微粉、膨润土和早强剂，混合搅拌均匀，压制成600mm×300mm×50mm的平板试样。静置一定时间后放入恒温恒湿箱中分别在恒定温度和恒定湿度的条件下进行养护。养护完成后所有试样都移入标准养护室，待龄期达到28d、56d、84d后进行测试。

结果如图3所示，在不同恒定温度下，保温板的抗压强度随养护湿度的变化。从总体上看，在温度恒定条件下，养护时湿度越大，养护完成后的抗压强度越高；湿度一定的条件下，养护时温度越高，养护完成后的抗压强度越高。也就是说，养护时温度和湿度越高，养护后的保温板的抗压强度越理想。

部分保温板试样在养护完成之后进入标准养护室进行养护，28d、56d和84d龄期的抗压强度如图4所示。从这张图中可以看到，高温高湿条件下养护得到的保温板试样在后期强度上还是有进一步发展，尽管增长量很小；与之比较，标准养护和自然养护的保温板试样的抗压强度在后期较长时间内有更高的上升幅度，可是最后的强度还是不如高温高湿条件下养护的保温板。所以，无机轻集料保温板经过高温蒸汽养护并不会出现如其他文献中提到的蒸养水泥制品后期强度不足的缺点。

图5显示了不同养护条件下保温板从进入养护至养护完成所需要的时间。随着养护温度和养护湿度的提升，保温板试样所需的养护时间缩短，其中95℃、95%湿度条件下保温板养护完成所需时间要比20℃、95%湿度条件下大幅缩短，前者仅需后者的1/16，这非常有利于缩短生产周期，减少生产占地面积。

高温高湿度条件能提高保温板强度、缩短养护时间的原因，水泥水化的环境条件和保温板本身的结构有很大关联。作为胶凝材料的水泥矿物的水化过程是一个放热反应，且因水泥体系的传热性能较差，因此水泥水化产生的水化热会引起体系内部温度快速上升，从而造成体系内外的温度梯度，产生较大的温度应力并出现温度裂纹。养护温度上升，不仅可以减少水化体系内外的温度差，减少温度裂纹的生成，还会加速水泥水化过程的进行，从而缩短形成强度所需要的时间。至于高温造成的水汽对水泥制品可能带来的变形和破坏，对无机轻集料保温板来说，并无大碍。因为保温板整体是一个松散的结构，轻集料又是内部中空，有充足的空间容纳或者供气体逸出保温板。即使产生一定的应力也很快被释放掉。所以高温养护对无机轻集料保温板来说很有益处。关于湿度的影响，主要是由于水泥水化时需要充足的水分，水灰比的上升能加快水化的进程，加快和加强强度的形成与发展。

结合图3和图5，在温度高于100℃、湿度大于100%（过饱和蒸汽加压养护）的条件下，保温板的抗压强度和养护完成所需时间与温度95℃、湿度95%条件下养护的并无大的区别，可见在养护过程中施加压力是没有必要的，这也意味着没有必要使用压力容器，减少了成本和危险性。

综合以上结论，对于无机轻集料保温板来说，接近100℃的蒸汽养护可以在短时间就获得高的抗压强度。与标准养护相比，利用接近100℃的蒸汽养护可以仅用标准养护的1/16的时间就能获得比标准养护的抗压强度高20%的制品，是一种非常适合用于无机轻集料保温板的养护方法。

在研究养护条件对无机轻集料保温板力学性能影响的同时，不能忽略养护条件对保温板其他性能的影响。图6-9则显示了在不同养护条件下保温板的干燥收缩率、体积吸水率和抗冻性的比较结果。很明显，几种养护条件下获得的保温板的干燥收缩率、体积吸水率和抗冻性几乎没有差距，可以认为，养护条件的变化对无机轻集料保温板的其他性能并无明显的影响。

根据下表对蒸汽养护时的静置时间、升温速率、恒温时间和降温速率四个参数进行了调整，养护完成后的无机轻集料保温板的抗压强度如图10所示。从图中看到养护过程中，静置时间与恒温时间两个参数对保温板的抗压强度影响最为显著，而升温速率与降温速率对保温板的强度影响效果不明显。

试验中无机轻集料保温板压制成型之后的静置相当于蒸养混凝土的预养，是为了让水泥初步形成强度。静置时间不足（Y1），则会在保温板尚不具有足够强度的时候经受蒸汽养护，由于水、汽的热胀作用，将使水泥中的孔隙增加，并引起内部裂纹，保温板内部产生大量缺陷，致使养护完成后的抗压强度出现大幅下降。反之，若静置时间过长（Y3）也会导致最终强度的下降。这是因为静置时间一长，水泥会在常温常湿条件下进入养护阶段。即使之后再进行蒸汽养护，对于在静置阶段水化部分的强度提高没有裨益，使得保温板的整体强度下降。

蒸汽养护的恒温阶段是保温板中水泥的水化和强度形成的主要阶段。对于 普通混凝土制品来讲，恒温时间过长和过短都会导致最终强度的下降。根据图 10所示，这个结论对于无机轻集料保温板也是适用的。可以看到，过少的恒温 养护时间(Y5)和过多的恒温养护时间(Y6)都会使最终的抗压强度降低。究 其原因，前者是因为水泥水化不够充分，而后者是因为经过长时间的蒸汽养护 后，水泥与轻集料结合的部位会有微裂纹生成，这期间延迟钙矾石的生成又会 加剧微裂纹的扩大，所以会造成保温板最终强度的降低。

升温速率的控制主要是调节制品的硬化强度和热胀变形产生的温度应力之间的关系，避免升温过程中混凝土温度应力超过其硬化强度造成混凝土开裂，这对无机轻集料保温板的疏松结构几乎没有影响（Y4）。降温速率的控制则是防止混凝土制品的内外温差出现拉应力，这对无机轻集料保温板的最终强度有一定的影响（Y7）。

因此，蒸汽养护制度中关键的是静置和恒温的时间，只要控制好这两个要素，基本可以获得无机轻集料保温板的预期强度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。本发明的范围由所附权利要求进行限定，而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明提供了一种多层结构的无机轻集料保温板及其制备方法，表观致密、平滑，能提高抗压、抗折强度和耐水性，增强与水泥砂浆的亲和性；结构与保温一体化，内部干密度低、保温效果好，上下表面强度高，做保护层；多次布料一次成型，保证多层结构保温板的整体性，防止出现界面剥离。

Claims (7)

1.一种多层结构的无机轻集料保温板，其特征在于，该保温板包括表面增强层、保温层和底面增强层；所述保温层组分以重量计，包括20-30目的膨胀珍珠岩360份-450份，水泥120-160份，改性剂20份-60份；表面增强层和底面增强层组分以重量计，包括50-70目的膨胀珍珠岩50-100份，水泥100份，改性剂10份；所述改性剂包括水泥增强剂和乳液。

2.根据权利要求1所述的多层结构的无机轻集料保温板，其特征在于，所述表面增强层和底面增强层为同样组分组成，厚度约为2-5mm；所述保温层厚度为25-60mm。

3.根据权利要求2所述的多层结构的无机轻集料保温板，其特征在于，所述保温层采用的改性剂还包括憎水剂。

4.根据权利要求2所述的多层结构的无机轻集料保温板，其特征在于，所述保温层的压缩系数为1.8至2.2。

5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的一种多层结构的无机轻集料保温板的制备方法，其特征在于，包括：步骤一，物料分级搅拌，保温层和增强层的物料都经过固料润湿—固粉混合—固液混合三级搅拌后，进入不同的临时料仓；步骤二，先将底面增强层物料通过布料系统在模具内摊铺，再将保温层物料通过布料系统摊铺在增强层物料上，最后将表层增强层物料摊铺在最表面；步骤三，液压粉末成型设备将物料双面加压压制成型成保温板坯体，进行静养；步骤四，送入养护窑进行近饱和蒸汽养护；步骤五，出窑后干燥、包装，制得成品。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，液压粉末成型设备的设定的压缩比为1.8-2.2；步骤三中，压制成型后的静养时间为1h；步骤四中，养护时间为8h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，蒸汽养护的环境温度为95℃至100℃，湿度为95%。

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