CN113831091A - 高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料及其制备方法 - Google Patents

高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料及其制备方法，其中，一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，包括水泥400‑550份，硅烷改性纳米硅灰5‑100份，减水剂0.5‑3份，纳米晶核早强剂4‑8份，纤维0.5‑10份，引气剂0.0001‑0.1份，改性剂1‑50份，保温颗粒1‑150份，沙子375‑575份。本发明能够达到A级防火材料的要求，并且通过原料的组合和比配，可以在砂浆密度为1000‑1500g/L时，使导热系数≤0.25(W/m·k)，并显著提高最终成品在28d时的强度，在28d时的强度可以达到20MPa以上。

Description

高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料及其制备方法。
背景技术
建筑能耗是能源消耗的一大部分，钢筋混凝土、门窗和玻璃幕墙等位置在实际工程中的大量应用导致建筑围护结构产生了大量的建筑热桥，增加了建筑的能耗水平。
为降低建筑能耗，一般采用隔热垫块对热桥进行隔热处理，如窗户附框、女儿墙盖板垫块、高强挑檐预制组件等。目前隔热垫块主要采用高强聚氨酯和高强石墨聚苯板，高强聚氨酯和高强石墨聚苯板导热系数低、强度高，但其防火等级为B级，节点位置通常需要做防火处理，并且其成本较高。现有技术中也公开了防火性能能够达到A级的防火隔热垫块，如ACL轻质混凝土，但对该防火隔热垫块研究发现，其抗压强度仅为4MPa，不满足强度要求。
因此，需要研发一种防火性能既能够达到A级，其抗压强度和导热系数也能满足隔热垫块需求的隔热材料。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的隔热材料不能在具有较高防火等级的情况下也具有较高强度、较低导热系数的缺陷，从而提供具有A级防火等级时能够显著提高强度的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，并且本发明的产品价格更加低廉。
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：
水泥400-550份，
硅烷改性纳米硅灰5-100份，
减水剂0.5-3份，
纳米晶核早强剂4-8份，
纤维0.5-10份，
引气剂0.005-0.1份，
改性剂1-50份，
保温颗粒1-150份，
沙子375-575份。
所述沙子包括20-40目沙子200-300份，40-70目沙子100-150份，70-140目沙子75-125份。
所述保温颗粒为聚苯颗粒和/或玻化微珠；其中聚苯颗粒为1-30份，玻化微珠为50-150份。
所述改性剂为石墨或/和二氧化硅气凝胶，改性剂为石墨时，石墨的添加量为1-15份，优选为1-10份。
所述纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、环氧树脂纤维、木质纤维中的至少一种，所述纤维的长度为3-12mm。
所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
所述水泥为强度等级为42.5普通硅酸盐水泥、高贝利特抗裂双快硫铝酸盐水泥。
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料的制备方法，包括：
获取上述的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料的原料；
获得减水剂和硅烷改性纳米硅灰的混合水溶液，将剩余的原料混合均匀形成混合料，将混合水溶液与混合料混合，慢搅1-3min，然后快搅1-3min，使砂浆密度控制在1000-1500g/L即可。
所述慢搅的搅拌速度为140±5r/min，所述快搅的搅拌速度为285±5r/min。
所述硅烷改性纳米硅灰为氨基硅烷改性纳米硅灰；所述混合水溶液的制备过程为：将3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于水中，制备成8×10-5mol/g的硅烷溶液；在硅烷溶液中加入5-100份的硅灰，慢搅10分钟，再加入0.5-3份的减水剂，慢搅2分钟，制备成155-400份的混合水溶液即可。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，其能够达到A级防火材料的要求，并且通过原料的组合和比配，可以在砂浆密度为1000-1500g/L时，使导热系数≤0.25(W/m·k)，并显著提高最终成品在28d时的强度，在28d时的强度可以达到20MPa以上；同时，本发明的产品价格更加低廉。
2.本发明提供的制备方法中，砂浆密度是决定砂浆强度和导热系数的重要因素，容重越低，导热系数就越低，但强度也会越低；本发明通过添加引气剂和保温颗粒调整砂浆的密度，保温颗粒直接降低砂浆密度，引气剂通过引入气体，降低砂浆容重；在制备过程中，搅拌时间会影响砂浆内的引气量，从而影响砂浆的密度。因此，本发明通过引气剂、保温颗粒的含量，以及搅拌速度和时间的控制，可以有效将砂浆密度控制在1000-1500g/L，并且结合本发明中其他原料的配合，可以保证使制备得到的成品在28天砂浆强度≥20MPa，导热系数≤0.25(W/m·k)。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：水泥490份，氨基硅烷改性纳米硅灰10份，减水剂1.2份，纳米晶核早强剂5份，纤维1.5份，引气剂0.02份，改性剂5份，保温颗粒90份，20-40目沙子250份，40-70目沙子150份，70-140目沙子100份。
其中，水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，厂家为曲寨水泥有限公司；减水剂为聚羧酸减水剂，厂家为苏州弗克技术股份有限公司，型号为FOX-C900；纳米晶核早强剂为纳米硅酸钙早强晶核，其厂家为河北三楷深发科技股份有限公司；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm，厂家为上海锴源化工科技有限公司；引气剂的厂家为南通森锋特建材科技有限公司，型号为SFT-900(C)；改性剂为石墨，其纯度为95％以上，粒径为50目；保温颗粒为玻化微珠，厂家为藁城市盛鑫建筑材料有限公司。
该高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料的制备过程如下：
将3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于水中，制备成8×10-5mol/g的硅烷溶液，在硅烷溶液中加入10份的硅灰，慢搅10分钟，再加入1.2份的减水剂，慢搅2分钟，制备成230份的混合水溶液待用。
将其他原料混合均匀形成混合料，将混合水溶液与混合料混合，采用行星式胶砂搅拌器在145r/min转速下慢搅1.5min，然后在285r/min转速下快搅2min，使砂浆密度在1200g/L即可。
对本实施例制备得到的产品进行检测，检测得知，本实施例的产品的导热系数为0.20(W/m·k)，28d强度为23Mpa。
实施例2
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：水泥490份，氨基硅烷改性纳米硅灰10份，减水剂1.2份，纳米晶核早强剂5份，纤维1.5份，引气剂0.02份，改性剂5份，保温颗粒8份，20-40目沙子250份，40-70目沙子150份，70-140目沙子100份。
其中，水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，厂家为曲寨水泥有限公司；减水剂为聚羧酸减水剂，厂家为苏州弗克技术股份有限公司，型号为FOX-C900；纳米晶核早强剂为纳米硅酸钙早强晶核，其厂家为河北三楷深发科技股份有限公司；纤维为聚乙烯醇纤维，长度为12mm，厂家为上海锴源化工科技有限公司；引气剂的厂家为南通森锋特建材科技有限公司，型号为SFT-900(C)；改性剂为石墨，其纯度为95％以上，粒径为50目；保温颗粒为聚苯颗粒，厂家为宁晋县润宏泡沫塑料有限公司。
该高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料的制备过程如下：
将3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于水中，制备成8×10-5mol/g的硅烷溶液，在硅烷溶液中加入10份的硅灰，慢搅10分钟，再加入1.2份的减水剂，慢搅2分钟，制备成230份的混合水溶液待用。
将其他原料混合均匀形成混合料，将混合水溶液与混合料混合，采用行星式胶砂搅拌器在145r/min转速下慢搅1.5min，然后在285r/min转速下快搅2min，使砂浆密度在1200g/L即可。
对本实施例制备得到的产品进行检测，检测得知，本实施例的产品的导热系数为0.197(W/m·k)，28d强度为22Mpa。
实施例3
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：水泥490份，氨基硅烷改性纳米硅灰10份，减水剂1.2份，纳米晶核早强剂5份，纤维1.5份，引气剂0.02份，改性剂20份，保温颗粒90份，20-40目沙子250份，40-70目沙子150份，70-140目沙子100份。
其中，水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，厂家为曲寨水泥有限公司；减水剂为聚羧酸减水剂，厂家为苏州弗克技术股份有限公司，型号为FOX-C900；纳米晶核早强剂为纳米硅酸钙早强晶核，其厂家为河北三楷深发科技股份有限公司；纤维为聚丙烯纤维，长度为3-6mm，厂家为上海锴源化工科技有限公司；引气剂的厂家为南通森锋特建材科技有限公司，型号为SFT-900(C)；改性剂为纳米二氧化硅气凝胶，其厂家为南京天行新材料有限公司，型号为TSP-H10；保温颗粒为玻化微珠，厂家为藁城市盛鑫建筑材料有限公司。
该高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料的制备过程如下：
将3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于水中，制备成8×10-5mol/g的硅烷溶液，在硅烷溶液中加入10份的硅灰，慢搅10分钟，再加入1.2份的减水剂，慢搅2分钟，制备成235份的混合水溶液待用。
将其他原料混合均匀形成混合料，将混合水溶液与混合料混合，采用行星式胶砂搅拌器在145r/min转速下慢搅1.5min，然后在285r/min转速下快搅2min，使砂浆密度在1200g/L即可。
对本实施例制备得到的产品进行检测，检测得知，本实施例的产品的导热系数为0.195(W/m·k)，28d强度为23Mpa。
实施例4
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：水泥490份，氨基硅烷改性纳米硅灰10份，减水剂1.2份，纳米晶核早强剂5份，纤维1.5份，引气剂0.02份，改性剂20份，保温颗粒8份，20-40目沙子250份，40-70目沙子150份，70-140目沙子100份。
其中，水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，厂家为曲寨水泥有限公司；减水剂为聚羧酸减水剂，厂家为苏州弗克技术股份有限公司，型号为FOX-C900；纳米晶核早强剂为纳米硅酸钙早强晶核，其厂家为河北三楷深发科技股份有限公司；纤维为聚丙烯纤维，长度为6mm，厂家为上海锴源化工科技有限公司；引气剂的厂家为南通森锋特建材科技有限公司，型号为SFT-900(C)；改性剂为纳米二氧化硅气凝胶，其厂家为南京天行新材料有限公司，型号为TSP-H10；保温颗粒为聚苯颗粒，厂家为宁晋县润宏泡沫塑料有限公司。
该高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料的制备过程如下：
将3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于水中，制备成8×10-5mol/g的硅烷溶液，在硅烷溶液中加入10份的硅灰，慢搅10分钟，再加入1.2份的减水剂，慢搅2分钟，制备成240份的混合水溶液待用。
将其他原料混合均匀形成混合料，将混合水溶液与混合料混合，采用行星式胶砂搅拌器在145r/min转速下慢搅1.5min，然后在285r/min转速下快搅2min，使砂浆密度在1200g/L即可。
对本实施例制备得到的产品进行检测，检测得知，本实施例的产品的导热系数为0.193(W/m·k)，28d强度为22Mpa。
实施例5
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：水泥480份，氨基硅烷改性纳米硅灰20份，减水剂1.3份，纳米晶核早强剂4份，纤维5份，引气剂0.009份，改性剂3份，保温颗粒40份，20-40目沙子250份，40-70目沙子150份，70-140目沙子100份。其他均与实施例1相同。
本实施例制备得到的产品的容重为1500g/L，对产品进行检测，其导热系数为0.24(W/m·k)，28d强度为30Mpa。
实施例6
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：水泥400份，氨基硅烷改性纳米硅灰5份，减水剂0.5份，纳米晶核早强剂4份，纤维0.5份，引气剂0.0001份，改性剂1份，保温颗粒1份，20-40目沙子275份，40-70目沙子175份，70-140目沙子125份。其他均与实施例1相同。
本实施例制备得到的产品的容重为1500g/L，对产品进行检测，其导热系数为0.25(W/m·k)，28d强度为25Mpa。
实施例7
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：水泥400份，氨基硅烷改性纳米硅灰5份，减水剂0.5份，纳米晶核早强剂4份，纤维0.5份，引气剂0.0001份，改性剂1份，保温颗粒1份，20-40目沙子275份，40-70目沙子175份，70-140目沙子125份。其他均与实施例1相同。
本实施例制备得到的产品的容重为1200g/L，对产品进行检测，其导热系数为0.18(W/m·k)，28d强度为20.1Mpa。
实施例8
一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，原料包括如下重量份的组分：水泥480份，氨基硅烷改性纳米硅灰20份，减水剂13份，纳米晶核早强剂4份，纤维2份，引气剂0.009份，改性剂3份，玻化微珠20份，聚苯颗粒4份，20-40目沙子250份，40-70目沙子150份，70-140目沙子100份。其他均与实施例1相同。
本实施例制备得到的产品的容重为1500g/L，对产品进行检测，其导热系数为0.23(W/m·k)，28d强度为28Mpa。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中采用的改性剂石墨的用量为15份，其他与实施例1均相同。
对本对比例制备得到的产品进行检测，检测得知，本对比例的产品的容重为1200g/L，导热系数为0.25(W/m·k)，28d强度为23Mpa。
对比例1
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中采用的氨基硅烷改性纳米硅灰为硅灰，其他与实施例1均相同。
对本对比例制备得到的产品进行检测，检测得知，本对比例的产品的容重为1200g/L，导热系数为0.20(W/m·k)，28d强度为18Mpa。
对比例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中无改性剂。
对本对比例制备得到的产品进行检测，检测得知，本对比例的产品的容重为1200g/L，导热系数为0.23(W/m·k)，28d强度为10Mpa。
通过上述实施例和对比例的结果可知：SiO2气凝胶SiO2气凝胶具有空间网络状结构，孔隙直径≤50nm，小于空气分子自由程70nm，能够有效阻断气相热传导，因此气凝胶的导热系数为0.02(W/m·k)。加入二氧化硅气凝胶能够有效降低砂浆的导热系数。而石墨本身的导热系数很高，添加量如果过多会提高材料本身的导热系数，而添加量过少会石墨本身特性发挥不完全。本发明通过特定量的石墨与其他组分相互配合，可以有效降低材料的导热系数并使其满足强度要求。降低导热系数的机理为：利用石墨材料具有层片状结构和金属光泽是石墨具有镜面反射效应，可以反射红外线，阻碍或延迟红外线的传出，降低热辐射传递热量；本发明中，通过引气剂在砂浆内部形成封闭的孔，将石墨均匀分布在孔隙内，能够更加有效的增强石墨本身的镜面效应，降低导热系数；因此，能够在提高强度的同时使导热系数满足≤0.25(W/m·k)的需求。同时，本发明中氨基硅烷改性纳米硅灰的加入相比硅灰而言，能更大程度的发挥纳米硅灰的尺寸效应，提高砂浆的强度，保证砂浆强度≥20MPa。本发明中纳米晶核早强剂的加入能减少砂浆的凝结时间，缩短预制件的制备时间，提高模具的利用率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，其特征在于，原料包括如下重量份的组分：
水泥 400-550份，
硅烷改性纳米硅灰 5-100份，
减水剂 0.5-3份，
纳米晶核早强剂 4-8份，
纤维 0.5-10份，
引气剂 0.0001-0.1份，
改性剂 1-50份，
保温颗粒 1-150份，
沙子 375-575份。
2.根据权利要求1所述的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，其特征在于，所述沙子包括20-40目沙子200-300份，40-70目沙子100-150份，70-140目沙子75-125份。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，其特征在于，所述保温颗粒为聚苯颗粒和/或玻化微珠；其中，聚苯颗粒为1-30份，玻化微珠为50-150份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，其特征在于，所述改性剂为石墨或/和二氧化硅气凝胶，改性剂为石墨时，石墨的添加量为1-15份，优选为1-10份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，其特征在于，所述纤维为聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、环氧树脂纤维、木质纤维中的至少一种，所述纤维的长度为3-12mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料，其特征在于，所述水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥、高贝利特抗裂双快硫铝酸盐水泥。
8.一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料的制备方法，其特征在于，包括：
获取权利要求1-7任一项所述的一种高强隔热预制件用纳米改性水泥基隔热材料的原料；
获得减水剂和硅烷改性纳米硅灰的混合水溶液，将剩余的原料混合均匀形成混合料，将混合水溶液与混合料混合，慢搅1-3min，然后快搅1-3min，使砂浆密度控制在1000-1500g/L即可。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述慢搅的搅拌速度为140±5r/min，所述快搅的搅拌速度为285±5r/min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混合水溶液的制备过程为：将3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于水中，制备成8×10-5mol/g的硅烷溶液；在硅烷溶液中加入5-100份的硅灰，慢搅，再加入0.5-3份的减水剂，慢搅，制备成155-400份的混合水溶液即可。
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