CN114180985A - 一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板及其制备方法 - Google Patents
一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板及其制备方法，采用粉煤灰溶胶凝胶法制备水凝胶，采用共沉淀法与蒸压加气混凝土进行复合，制备工艺简单，导热性能降低明显；制备的产品具有超低导热系数，纯无机材质不燃，轻质高强，且原材料来源广泛，解决大宗工业固体废弃物堆存污染环境、占用土地问题，可用于建筑物保温体系，实现高标准建筑节能。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板及其制备方法。
背景技术
建筑外墙保温是建筑节能的重要方法。目前市场上传统B级保温材料如EPS板、XPS板、PU板等防火等级低，而A级保温材料如岩棉板、真空绝热板、发泡水泥板、发泡陶瓷板等无机保温板也存在强度低、密度大、导热系数高，生产能耗高等弊端，实际工程应用中难以找到较理想的防火保温材料。
因此针对这种情况，旨在采用固体废弃物粉煤灰制备的硅基气凝胶，与粉煤灰基蒸压加气混凝土复合共同制备一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板。
发明内容
本发明针对以上问题，提供一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板及其制备方法，制备的产品具有超低导热系数，纯无机材质不燃，轻质高强，且原材料来源广泛，解决大宗工业固体废弃物堆存污染环境、占用土地问题，可用于建筑物保温体系，实现高标准建筑节能。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，由下述质量百分比的原料组成：粉煤灰50~70%、硅灰1~3%、脱硫石膏3~5%、水泥10~25%、生石灰10~20%、稳泡剂0.01~0.03%、发泡剂0.3~0.5%、气凝胶0.1~0.5%、纤维0.3~2%。
优选的，所述的水泥为普通硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥熟料。
优选的，硅灰比表面积≥15m2/g。
优选的，所述纤维为碳纤维。
优选的，所述稳泡剂为阴离子型表面活性剂；所属发泡剂为铝粉或者铝粉膏且粒径要求500~800目。
所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，包括以下步骤：
1）制备水凝胶：首先将粉煤灰、丙酮、无水乙醇、水按照1︰1︰1︰2~6重量比称量，充分混合搅拌均匀，用稀盐酸调节溶液pH值到3~4，在60~80℃温度条件下反应4~6h，然后加入氨水调节溶液pH值到6~7，以上混合，反应均在磁力搅拌器上进行，在室温下静止24h使之形成水凝胶，接着将水凝胶浸泡入无水乙醇中，50℃烘箱中老化24h，然后采用三甲基氯硅烷对已老化的水凝胶进行表面疏水处理，即得到疏水性水凝胶；
2）制备A料浆：将粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、稳泡剂、水按比例称量后混合搅拌均匀得到A料浆；
3）制备B混合料：将水泥、生石灰、纤维按比例称量后混合搅拌均匀；
4）将步骤1）所得疏水性水凝胶和料浆A按比例加入搅拌机中搅拌60s，然后加入混合料B，快速充分搅拌60s，在搅拌过程中控制料浆温度不超过38℃，最后加入按比例称量好的发泡剂，快速搅拌40s，浇注入模具中，放入热室静停，热室温度控制在50~55℃，随着发气膨胀和稠化硬化，形成可供加工的坯体，将制成的坯体按要求进行切割加工，经过高温蒸压养护，水凝胶脱水变成气凝胶，加气混凝土完成水化反应即制备出所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板。
优选的，所述步骤4）中高温蒸压养护条件为：压力1.1MPa~1.2MPa，蒸养时间6~8h。
本发明突破传统复合方法（采用市面上气凝胶成品直接进行复合），在传统蒸压加气混凝土配料浇注过程中加入，创造性的引入自主研发的气凝胶前驱液水凝胶，与蒸压加气混凝土一体成型，充分将水凝胶分散在蒸压加气混凝土中；在蒸压加气混凝土蒸压制备过程中，水凝胶充分分散在蒸压加气混凝土料浆中，料浆中大量钙离子吸附在其表面，随着水化反应进行，表面二氧化硅与钙离子反应生成水化硅酸钙包覆在水凝胶表面，随着蒸压反应进行，制品水化不断进行，蒸压加气混凝土含水率逐渐降低，被水化产物包覆的水凝胶不断脱水转变成气凝胶，最终形成了由水化产物作为壳包裹在外气凝胶为核在内的核壳结构组成的气孔壁和大量气孔组成的气凝胶复合蒸压加气混凝土，复合程度高，极大程度提高了气凝胶利用效率，降低了蒸压加气混凝土的导热系数，解决了传统无机保温材料导热系数高，保温性能差的弊端，同时也降低了气凝胶掺入量，提高了制品性能。
本发明产生的有益效果是：1、本发明采用的气凝胶可采用固体废弃物粉煤灰制备，原料来源广泛，成本低廉，性能优良；2、本发明中的超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，采用粉煤灰溶胶凝胶法制备水凝胶，采用共沉淀法与蒸压加气混凝土进行复合，制备工艺简单，导热性能降低明显；3、本发明中的蒸压加气混凝土采用粉煤灰为主要原材料，采用硅灰为增强剂，制品强度等性能优异；4、本发明中的发泡剂为铝粉或者铝粉膏且粒径要求500~800目，保证制品能够形成大量封闭微小气孔的同时还能提高制品强度。
本发明采用低温浇注，高温养护，可以保证制品气孔形态完好，闭孔率高，降低导热系数，提高制品强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。以下实施例中所用水泥为普通硅酸盐42.5水泥，硅灰比表面积≥15m2/g，以下对比例中所使用的市购气凝胶导热系数为0.021W/(m·K)。
实施例1
一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，由下述质量百分比的原料组成：硅灰3%、脱硫石膏5%、水泥20%、生石灰20%、稳泡剂0.02%、发泡剂0.35%、气凝胶0.5%、纤维0.3%，余量为粉煤灰。
所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，包括以下步骤：
1）制备水凝胶：首先将粉煤灰、丙酮、无水乙醇、水按照（1︰1︰1︰2）重量比例称量充分混合搅拌均匀，用稀盐酸调节溶液pH值到3，在80℃温度条件下反应6h，然后加入氨水调节溶液pH值到7，以上混合，反应均在磁力搅拌器上进行，在室温下静止24h使之形成水凝胶，接着将水凝胶浸泡入无水乙醇中，50℃烘箱中老化24h，然后采用三甲基氯硅烷对已老化的水凝胶进行表面疏水处理，即得到疏水性水凝胶；
2）制备A料浆：将粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、稳泡剂、水按比例称量后混合搅拌均匀得到A料浆；
3）制备B混合料：将水泥、生石灰、纤维按比例称量后混合搅拌均匀；
4）将疏水性水凝胶和料浆A按比例加入搅拌机中搅拌60s，然后加入混合料B，快速充分搅拌60s，在搅拌过程中控制料浆温度不超过38℃，最后加入按比例称量好的发泡剂，快速搅拌40s，浇注入模具中，放入热室静停，热室温度控制在50~55℃，随着发气膨胀和稠化硬化，形成可供加工的坯体，将制成的坯体按要求进行切割加工，经过高温蒸压养护，水凝胶脱水变成气凝胶，加气混凝土完成水化反应即制备出所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板。
所述步骤4）中高温蒸压养护条件为：压力1.2MPa，蒸养时间6h。
本实施例中所用稳泡剂为阴离子型表面活性剂油脂酸；所述纤维为碳纤维；所述发泡剂为铝粉且粒径要求500目。
对比例1
对比例1与对实施例1的不同之处在于：不使用气凝胶。
对比例2：
对比例2与实施例1的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.1%。
对比例3
对比例3与实施例1的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.3%。
对比例4
对比例3与实施例1的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.6%。
对比例5
对比例5与实施例1的不同之处在于：省略步骤1），步骤4）直接采用市购气凝胶成品替换疏水性水凝胶，气凝胶掺入量为0.5%。
本实施例及对比例1-5所超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的性能参数如下表1：
实施例2
一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，由下述质量百分比的原料组成：硅灰3%、脱硫石膏5%、水泥20%、生石灰20%、稳泡剂0.02%、发泡剂0.4%、气凝胶0.5%、纤维0.3%，余量为粉煤灰。
所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，包括以下步骤：
1）制备水凝胶：首先将粉煤灰、丙酮、无水乙醇、水按照（1︰1︰1︰2）的重量比例称量充分混合搅拌均匀，用稀盐酸调节溶液pH值到3，在60℃温度条件下反应6h，然后加入氨水调节溶液pH值到7，以上混合，反应均在磁力搅拌器上进行，在室温下静止24h使之形成水凝胶，接着将水凝胶浸泡入无水乙醇中，50℃烘箱中老化24h，然后采用三甲基氯硅烷对已老化的水凝胶进行表面疏水处理，即得到疏水性水凝胶；
2）制备A料浆：将粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、稳泡剂、水按比例称量后混合搅拌均匀得到A料浆；
3）制备B混合料：将水泥、生石灰、纤维按比例称量后混合搅拌均匀；
4）将疏水性水凝胶和料浆A按比例加入搅拌机中搅拌60s，然后加入混合料B，快速充分搅拌60s，在搅拌过程中控制料浆温度不超过38℃，最后加入按比例称量好的发泡剂，快速搅拌40s，浇注入模具中，放入热室静停，热室温度控制在50~55℃，随着发气膨胀和稠化硬化，形成可供加工的坯体，将制成的坯体按要求进行切割加工，经过高温蒸压养护，水凝胶脱水变成气凝胶，加气混凝土完成水化反应即制备出所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板。
所述步骤4）中高温蒸压养护条件为：压力1.2MPa，蒸养时间6h。
所述稳泡剂为阴离子型表面活性剂油脂酸；所述纤维为碳纤维；所述发泡剂为铝粉且粒径要求500目。
对比例6
对比例6与对实施例2的不同之处在于：不使用气凝胶。
对比例7
对比例7与实施例2的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.1%。
对比例8
对比例8与实施例2的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.3%。
对比例9
对比例9与实施例2的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.6%。
对比例10
对比例10与实施例2的不同之处在于：省略步骤1），步骤4）直接采用市购气凝胶成品替换疏水性水凝胶，气凝胶掺入量为0.5%。
本实施例及对比例6-10所超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的性能参数如下表2：
实施例3
一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，由下述质量百分比的原料组成：硅灰3%、脱硫石膏5%、水泥20%、生石灰20%、稳泡剂0.02%、发泡剂0.45%、气凝胶0.5%、纤维0.3%，余量为粉煤灰。
所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，包括以下步骤：
1）制备水凝胶：首先将粉煤灰、丙酮、无水乙醇、水按照（1︰1︰1︰2）重量比例称量充分混合搅拌均匀，用稀盐酸调节溶液pH值到3，在80℃温度条件下反应6h，然后加入氨水调节溶液pH值到7，以上混合，反应均在磁力搅拌器上进行，在室温下静止24h使之形成水凝胶，接着将水凝胶浸泡入无水乙醇中，50℃烘箱中老化24h，然后采用三甲基氯硅烷对已老化的水凝胶进行表面疏水处理，即得到疏水性水凝胶；
2）制备A料浆：将粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、稳泡剂、水按比例称量后混合搅拌均匀得到A料浆；
3）制备B混合料：将水泥、生石灰、纤维按比例称量后混合搅拌均匀；
4）将疏水性水凝胶和料浆A按比例加入搅拌机中搅拌60s，然后加入混合料B，快速充分搅拌60s，在搅拌过程中控制料浆温度不超过38℃，最后加入按比例称量好的发泡剂，快速搅拌40s，浇注入模具中，放入热室静停，热室温度控制在50~55℃，随着发气膨胀和稠化硬化，形成可供加工的坯体，将制成的坯体按要求进行切割加工，经过高温蒸压养护，水凝胶脱水变成气凝胶，加气混凝土完成水化反应即制备出所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板。
所述步骤4）中高温蒸压养护条件为：压力1.2MPa，蒸养时间6h。
所述稳泡剂为阴阳离子型表面活性剂油脂酸；所述纤维为碳纤维；所述发泡剂为铝粉且粒径要求500目。
对比例11
对比例11与对实施例3的不同之处在于：不使用气凝胶。
对比例12
对比例12与实施例3的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.1%。
对比例13
对比例13与实施例3的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.3%。
对比例14
对比例14与实施例3的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.6%。
对比例15
对比例15与实施例3的不同之处在于：省略步骤1），步骤4）直接采用市购气凝胶成品替换疏水性水凝胶，气凝胶掺入量为0.5%。
本实施例及对比例11-15所超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的性能参数如下表3：
实施例4
一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，由下述质量百分比的原料组成：硅灰3%、脱硫石膏5%、水泥20%、生石灰20%、稳泡剂0.02%、发泡剂0.5%、气凝胶0.5%、纤维0.3%，余量为粉煤灰。
所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，包括以下步骤：
1）制备水凝胶：首先将粉煤灰、丙酮、无水乙醇、水按照（1︰1︰1︰2）重量比例称量充分混合搅拌均匀，用稀盐酸调节溶液pH值到3，在80℃温度条件下反应6h，然后加入氨水调节溶液pH值到7，以上混合，反应均在磁力搅拌器上进行，在室温下静止24h使之形成水凝胶，接着将水凝胶浸泡入无水乙醇中，50℃烘箱中老化24h，然后采用三甲基氯硅烷对已老化的水凝胶进行表面疏水处理，即得到疏水性水凝胶；
2）制备A料浆：将粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、稳泡剂、水按比例称量后混合搅拌均匀得到A料浆；
3）制备B混合料：将水泥、生石灰、纤维按比例称量后混合搅拌均匀；
4）将疏水性水凝胶和料浆A按比例加入搅拌机中搅拌60s，然后加入混合料B，快速充分搅拌60s，在搅拌过程中控制料浆温度不超过38℃，最后加入按比例称量好的发泡剂，快速搅拌40s，浇注入模具中，放入热室静停，热室温度控制在50~55℃，随着发气膨胀和稠化硬化，形成可供加工的坯体，将制成的坯体按要求进行切割加工，经过高温蒸压养护，水凝胶脱水变成气凝胶，加气混凝土完成水化反应即制备出所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板。
所述步骤4）中高温蒸压养护条件为：压力1.2MPa，蒸养时间6h。
所述稳泡剂为阴离子型表面活性剂油脂酸；所述纤维为碳纤维；所述发泡剂为铝粉且粒径要求500目。
对比例16
对比例16与对实施例4的不同之处在于：不使用气凝胶。
对比例17
对比例17与实施例4的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.1%。
对比例18
对比例18与实施例4的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.3%。
对比例19
对比例19与实施例4的不同之处在于：复合保温板中气凝胶的含量为0.6%。
对比例20
对比例20与实施例4的不同之处在于：省略步骤1），步骤4）直接采用市购气凝胶成品替换疏水性水凝胶，气凝胶掺入量为0.5%。
本实施例及对比例16-20所超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的性能参数如下表4：
Claims (9)
1.一种超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，其特征在于由下述质量百分比的原料组成：其特征在于由下述质量百分比的原料组成：硅灰1~3%、脱硫石膏3~5%、水泥10~25%、生石灰10~20%、稳泡剂0.01~0.03%、发泡剂0.3~0.5%、气凝胶0.1~0.5%、纤维0.3~2%，余量为粉煤灰。
2.如权利要求1所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，其特征在于：所述的水泥为普通硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥熟料。
3.如权利要求1所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，其特征在于：硅灰比表面积≥15m2/g。
4.如权利要求1所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，其特征在于：所述纤维为碳纤维。
5.如权利要求1所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板，其特征在于：所述稳泡剂为阴离子型表面活性剂；所属发泡剂为铝粉或者铝粉膏且粒径要求500~800目。
6.如权利要求1所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）制备水凝胶；
2）制备A料浆：将粉煤灰、硅灰、脱硫石膏、稳泡剂、水按比例称量后混合搅拌均匀得到A料浆；
3）制备B混合料：将水泥、生石灰、纤维按比例称量后混合搅拌均匀；
4）将水凝胶和料浆A按比例加入搅拌机中搅拌60s，然后加入混合料B，快速充分搅拌60s，在搅拌过程中控制料浆温度不超过38℃，最后加入按比例称量好的发泡剂，快速搅拌40s，浇注入模具中，放入热室静停，热室温度控制在50~55℃，随着发气膨胀和稠化硬化，形成可供加工的坯体，将制成的坯体按要求进行切割加工，经过高温蒸压养护，水凝胶脱水变成气凝胶，加气混凝土完成水化反应即制备出所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板。
7.如权利要求6所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，其特征在于所述步骤1）的具体步骤如下：首先将粉煤灰、丙酮、无水乙醇、水按照1︰1︰1︰2~6重量比称量，充分混合搅拌均匀，用稀盐酸调节溶液pH值到3~4，在60~80℃温度条件下反应4~6h，然后加入氨水调节溶液pH值到6~7，在室温下静止使之形成水凝胶，接着将水凝胶浸泡入无水乙醇中，烘箱中老化，然后采用三甲基氯硅烷对已老化的水凝胶进行表面疏水处理，即得到疏水性水凝胶。
8.如权利要求6所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，其特征在于所述步骤4）中高温蒸压养护条件为：压力1.1MPa~1.2MPa，蒸养时间6~8h。
9.如权利要求7所述超低导热蒸压加气混凝土气凝胶复合保温板的制备方法，其特征在于所述步骤1）水凝胶烘箱中老化的条件为：50℃烘箱中老化24h。
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2021
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