CN115286427A - 一种热反射轻质混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

一种热反射轻质混凝土及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，提供了一种热反射轻质混凝土及其制备方法和应用。本发明提供的热反射轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：将轻质混凝土置于TiO2悬浮液中进行真空吸附，得到热反射轻质混凝土，所述TiO2悬浮液包括TiO2、十二烷基硫酸钠和水。本发明配制分散性好、稳定性高的TiO2悬浮液，利用真空吸附将TiO2负载于轻质混凝土表面。采用本发明提供的制备方法，既能够提高TiO2的利用率，又能够提高TiO2与轻质混凝土的粘结性能，不易脱落，从而增强热反射轻质混凝土的耐久性能。

Description

一种热反射轻质混凝土及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种热反射轻质混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
目前常用的外墙材料为轻质混凝土，轻质混凝土的干密度仅为普通混凝土的1/2，但保温性能是其3～4倍，隔音性能是粘土砖的2倍，抗渗性能是粘土砖的1倍以上，耐火性能是钢筋混凝土的6～8倍，但是轻质混凝土本身热反射性能差，尤其在夏季，强烈的太阳辐射使轻质混凝土温度迅速升高，从而导致室内温度的剧增，影响了居住的舒适度。为了降低室内温度，通常采用空调等设备进行降温，这样不可避免的增加了建筑制冷能耗，从而增加了碳排放量。纳米TiO2是一种宽禁带的无机半导体材料，在可见-近红外波段有很高的光谱反射率，在轻质混凝土中加入适量的TiO2能够提升混凝土自身的热反射性能，从而有效降低室内温度。
目前，赋予混凝土预制件多功能化的主要方式有内掺法和喷涂法。内掺法是将TiO2功能材料直接与混凝土原材料混合，TiO2使用量大，且混入混凝土内部的TiO2没有充分发挥其功能，导致TiO2有效利用率降低。喷涂法是将TiO2功能材料配制成溶液，再将溶液喷涂于混凝土表面。该方法虽然提高了TiO2的有效利用率较高，但TiO2与混凝土的粘结性能差，表面功能层易脱落、磨损，导致材料的耐久性差。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种热反射轻质混凝土及其制备方法和应用，本发明提供的热反射轻质混凝土制备方法简单易行，TiO2利用率高，TiO2与混凝土的粘结性能优异，不易脱落。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种热反射轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将轻质混凝土置于TiO2悬浮液中进行真空吸附，得到热反射轻质混凝土，所述TiO2悬浮液包括TiO2、十二烷基硫酸钠和水。
优选的，所述TiO2的粒径为25～200nm；所述TiO2、十二烷基硫酸钠和水的质量比为2～5:0.3～0.7:100。
优选的，所述真空吸附的真空度为8～12pis，时间为1～2min。
优选的，所述轻质混凝土包括以下质量份数的组分：
胶凝材料320～420份、页岩陶粒250～320份、页岩陶砂130～170份、水90～110份、聚羧酸减水剂0.6～1.2份；
所述胶凝材料包括以下质量份数的组分：
水泥140～180份、粉煤灰80～140份、矿渣粉60～80份、硅灰32～48份、空心玻璃微珠8～20份。
优选的，所述水泥包括P·O42.5水泥、P·I42.5水泥或P·II42.5水泥中的一种或几种；
所述粉煤灰和矿渣粉的比表面积独立地不小于420m2/kg；
所述硅灰的比表面积不小于15000m2/kg；
所述空心玻璃微的粒径为10～12μm。
优选的，所述页岩陶粒的粒径为5～20mm；所述页岩陶砂的粒径为0.3～4.75mm。
优选的，所述聚羧酸减水剂包括聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂及酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂中的一种或几种，所述聚羧酸减水剂的减水率≥30％。
优选的，所述轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰、矿渣粉、硅灰和空心玻璃微珠进行第一混合，得到胶凝材料；
将所述胶凝材料、页岩陶粒、页岩陶砂、水和聚羧酸减水剂进行第二混合，得到混凝土拌合物；
将所述混凝土拌合物进行养护，得到轻质混凝土。
本发明还提供了上述技术方案制备得到的热反射轻质混凝土，包括轻质混凝土和吸附在所述轻质混凝土表面的二氧化钛颗粒。
本发明还提供了上述技术方案所述的热反射轻质混凝土作为建筑材料的应用。
本发明提供了一种热反射轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：将轻质混凝土置于TiO2悬浮液中进行真空吸附，得到热反射轻质混凝土，所述TiO2悬浮液包括TiO2、十二烷基硫酸钠和水。本发明提供的TiO2悬浮液分散性好，稳定性高，不发生团聚，通过真空吸附的方法使TiO2被均匀且牢固地吸附到轻质混凝土表层，由此既能够提高TiO2的利用率，又能够提高TiO2与轻质混凝土的粘结性能，不易脱落，从而增强热反射轻质混凝土的耐久性能。同时本发明将轻质混凝土直接接触TiO2悬浮液，在其表面进行吸附TiO2，无需进行其他复杂的处理，并且本发明中TiO2悬浮液的制备工艺简单，操作与实施方便，能循环使用。实施例结果表明，本发明制备的热反射轻质混凝土热反射性能高达85％，和市售普通轻质混凝土相比，热反射性能提高了60％，隔热温差提高了1.6℃。
采用本发明制备的热反射轻质混凝土，可直接应用于建筑外墙、屋面板等外围护结构，既利用了轻质混凝土的保温隔热功能，又利用了表层吸附的TiO2热反射功能，有效降低建筑外围护结构的内、表面温度，达到建筑能耗低、节能效率高、经济性好的优异效果。
具体实施方式
本发明提供了一种热反射轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将轻质混凝土置于TiO2悬浮液中进行真空吸附，得到热反射轻质混凝土，所述TiO2悬浮液包括TiO2、十二烷基硫酸钠和水。
若无特别说明，本发明所采用的原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将轻质混凝土置于TiO2悬浮液中进行真空吸附，得到热反射轻质混凝土，所述TiO2悬浮液包括TiO2、十二烷基硫酸钠和水。在本发明中，所述TiO2的粒径优选为25～200nm，更优选为100nm，晶型优选为金红石型；所述十二烷基硫酸钠的纯度优选为≥97％，更优选为≥98％，十二烷基硫酸钠在水中溶解度为100mg/ml；所述TiO2、十二烷基硫酸钠和水的质量比优选为2～5:0.3～0.7:100，更优选为3:0.5:100；所述TiO2悬浮液包括TiO2、十二烷基硫酸钠和水，在本发明具体的实施例中，所述TiO2悬浮液优选由以下方式得到：将TiO2、十二烷基硫酸钠和水进行第一磁力搅拌，得到一级混合液，将所述一级混合液进行超声，得到二级混合液，将所得二级混合液进行第二磁力搅拌，得到TiO2悬浮液；所述第一磁力搅拌的转速优选为300～400r/min，更优选为350r/min，第一磁力搅拌的时间优选为15～25min，更优选为20min；所述超声的频率优选为50～60Hz，更优选为55Hz，超声的时间优选为10～15min，更优选为15min；所述第二磁力搅拌的转速优选为300～400r/min，更优选为350r/min，第二磁力搅拌的时间优选为15～25min，更优选为20min。十二烷基硫酸钠的分子链带有大量的SO4-基团，SO4-基团与TiO2团聚体接触，使TiO2团聚体表面电荷总量升高而产生了极大的空间位阻，由此增强了TiO2悬浮液的稳定性。同时，十二烷基硫酸钠拥有较长的侧链，空间位阻大，能够使TiO2悬浮液保持长期稳定。
在本发明中，所述轻质混凝土优选包括以下质量份数的组分：胶凝材料320～420份、页岩陶粒250～320份、页岩陶砂130～170份、水90～110份、聚羧酸减水剂0.6～1.2份，更优选为：胶凝材料394份、页岩陶粒280份、页岩陶砂150份、水100份、聚羧酸减水剂0.8份。
在本发明中，所述胶凝材料优选包括以下质量份数的组分：水泥140～180份、粉煤灰80～140份、矿渣粉60～80份、硅灰32～48份、空心玻璃微珠8～20份，更优选为：水泥160份、粉煤灰110份、矿渣粉70份、硅灰40份、空心玻璃微珠14份，其中所述胶凝材料的单位1与所述轻质混凝土的单位1一致；所述水泥优选包括P·O42.5水泥、P·I42.5水泥或P·II42.5水泥中的一种或几种，更优选为P·O42.5水泥；所述粉煤灰优选包括Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰中的一种或两种，更优选为Ⅰ级粉煤灰，所述粉煤灰的比表面积优选为不小于420m2/kg，更优选为不小于450m2/kg；所述矿渣粉优选包括S105、S95级矿渣粉，更优选为S95级矿渣粉，所述矿渣粉的比表面积优选为不小于420m2/kg，更优选为不小于480m2/kg；所述硅灰优选为SiO2含量≥92％，所述硅灰的比表面积优选为不小于15000m2/kg，更优选为不小于18000m2/kg；所述空心玻璃微珠的密度优选为0.23g/cm3，粒径优选为10～120μm，更优选为10～50μm。
在本发明中，所述页岩陶粒的粒径优选为5～20mm，更优选为10～15μm，堆积密度优选为650kg/m3，筒压强度优选为5.3MPa；所述页岩陶砂的粒径优选为0.3～4.75mm，更优选为0.3～2.36mm，堆积密度优选为600kg/m3，筒压强度优选为5.0MPa；所述聚羧酸减水剂优选包括聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂及酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂中的一种或几种，更优选为酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂的减水率≥30％，更优选为≥35％。市售普通轻质混凝土的密度在1600～1900kg/m3，在相同强度等级条件下，本发明提供的轻质混凝土的密度为1300～1400kg/m3，与市售普通轻质混凝土相比，本发明的轻质混凝土比强度更高，其原因在于：胶凝材料中高活性硅灰、矿渣的复合使用有利于强度的提高；空心玻璃微珠有利于降低胶材的比重；页岩陶粒、页岩陶砂的使用更利用获得比强度高的轻质混凝土。
在本发明中，所述轻质混凝土的制备方法包括以下步骤：将水泥、粉煤灰、矿渣粉、硅灰和空心玻璃微珠进行第一混合，得到胶凝材料；将所述胶凝材料、页岩陶粒、页岩陶砂、水和聚羧酸减水剂进行第二混合，得到混凝土拌合物；将所述混凝土拌合物进行养护，得到轻质混凝土。
本发明将水泥、粉煤灰、矿渣粉、硅灰和空心玻璃微珠进行第一混合，得到胶凝材料。本发明对所述第一混合的方式无特殊要求，混合均匀即可；在本发明的具体实施例中，所述第一混合的时间优选为5～10min，更优选为8min；所述第一混合的设备优选为搅拌机，所述搅拌机的转速优选为300～400r/min，更优选为380r/min。
得到胶凝材料后，本发明将所述胶凝材料、页岩陶粒、页岩陶砂、水和聚羧酸减水剂进行第二混合，得到混凝土拌合物。本发明对所述第二混合的方式无特殊要求，混合均匀即可；在本发明的具体实施例中，所述第二混合的时间优选为3～5min，更优选为4min；所述第二混合的设备优选为搅拌机，所述搅拌机的转速优选为300～400r/min，更优选为380r/min。
得到混凝土拌合物后，本发明将所述混凝土拌合物进行养护，得到轻质混凝土。在本发明中，所述养护前，优选包括将混凝土拌合物进行浇筑；所述浇筑的模具无特殊要求，根据实际需要选择即可；所述浇筑的温度优选为10～30℃，更优选为20℃；所述养护的方式具体优选为依次进行带模养护和蒸压养护，所述带模养护的温度优选为15～25℃，更优选为20℃，所述带模养护的时间优选为24～48h，更优选为24h；所述蒸压养护的温度优选为160～200℃，更优选为180℃，所述蒸压养护的时间优选为10～15h，更优选为12h；所述蒸压养护后，本发明还优选包括将得到的轻质混凝土进行自然降温；所述自然降温的时间优选为1.5～2.5h，更优选为2h。
得到轻质混凝土后，本发明将所述轻质混凝土置于所述TiO2悬浮液中进行真空吸附，在本发明的具体实施例中，所述将轻质混凝土无需完全浸没于TiO2悬浮液中，将轻质混凝土的一面浸没在悬浮液的液面以下即可，在本发明的具体实施例中，所述轻质混凝土试件尺寸优选为150mm×150mm×150mm，所述TiO2悬浮液的体积优选为225cm3，所述轻质混凝土浸没高度优选为10mm。在本发明中，所述真空吸附的真空度优选为8～12pis，更优选为12pis，时间优选为1～2min，更优选为1min；本发明对真空吸附的设备无特殊要求，在本发明具体的实施例中优选为消泡桶。
所述真空吸附后，本发明还优选包括将得到的热反射轻质混凝土进行干燥；所述干燥的温度优选为25℃，干燥的时间优选为6～24h，更优选为12h；本发明对所述干燥的方式无特殊要求，采用本领域技术人员熟知的干燥方式即可。
本发明还提供了上述技术方案制备得到的热反射轻质混凝土，包括轻质混凝土和吸附在所述轻质混凝土表面的二氧化钛颗粒，所述热反射轻质混凝土的干密度优选为1250～1400kg/m3，强度优选为32～43MPa，太阳光反射比优选为75％～85％。
本发明还提供了上述技术方案所述的热反射轻质混凝土作为建筑材料的应用。本发明对所述热反射轻质混凝土的具体用法没有特殊限定，采用常规的热反射轻质混凝土的用法即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种热反射轻质混凝土及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例中使用的水泥为P·O42.5水泥，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的比表面积为450m2/kg，矿渣粉为S95级矿渣粉，矿渣粉的比表面积优选为480m2/kg，硅灰中SiO2含量为92％，硅灰的比表面积为18000m2/kg，空心玻璃微珠的密度为0.23g/cm3，粒径为10μm，页岩陶粒的粒径为5mm，堆积密度为650kg/m3，筒压强度为5.3MPa，页岩陶砂的粒径为0.3mm，堆积密度为600kg/m3，筒压强度为5.0MPa，聚羧酸减水剂为酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂的减水率≥30％，TiO2的粒径为25nm，晶型为金红石型，十二烷基硫酸钠的纯度为98％，十二烷基硫酸钠在水中溶解度为100mg/ml。
实施例1
制备轻质混凝土：
将160份水泥、110份粉煤灰、70份矿渣粉、40份硅灰、14份空心玻璃微珠放入转速为380r/min的搅拌机内搅拌8min，得到胶凝材料；
将所述胶凝材料和280份页岩陶粒、150份陶砂、100份水、0.8份酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂(减水率≥30％)加入到转速为380r/min搅拌机内搅拌4min，得到混凝土拌合物；将所述混凝土拌合物浇筑到150mm×150mm×150mm的模具中，浇筑的温度为20℃，带模养护24h，带模养护的温度为20℃，带模养护后拆模得到成型的混凝土拌合物，将成型的混凝土拌合物进行蒸压养护，2h升温至180℃，在180℃下恒温养护12h，自然降温2h，得到轻质混凝土。
采用上述制备的轻质混凝土制备热反射轻质混凝土：
以质量份数计，将100份水、0.5份十二烷基硫酸钠、3份TiO2加入到转速为350r/min磁力搅拌机内搅拌20min，得到一级混合液；将所述一级混合液加入到频率为55Hz的超声仪中超声15min，得到二级混合液，将所述二级混合液加入到转速为350r/min的磁力搅拌器中搅拌20min，得到TiO2悬浮液。
将所述轻质混凝土置于装有225cm3TiO2悬浮液的消泡桶内进行真空吸附，轻质混凝土浸没高度为10mm，通过真空泵对消泡桶抽真空，直至真空度为10pis，吸附1min，吸附完毕后，将吸附后的轻质混凝土置于25℃的自然环境下，干燥12h，得到热反射轻质混凝土。
实施例2
参照实施例1的步骤制备轻质混凝土和热反射轻质混凝土，不同之处为：
0.5份十二烷基硫酸钠改为0.3份十二烷基硫酸钠；
3份TiO2改为2份TiO2。
实施例3
参照实施例1的步骤制备轻质混凝土和热反射轻质混凝土，不同之处为：
0.5份十二烷基硫酸钠改为0.7份十二烷基硫酸钠；
3份TiO2改为5份TiO2。
对比例1
参照实施例1的步骤制备轻质混凝土。
对比例2
市售普通轻质混凝土。
性能测试：
参照《建筑反射隔热涂料》JG/T235～2014和《建筑反射隔热涂料》JG/T235-2008，对实施例1～3、对比例1的轻质混凝土和对比例2的市售普通轻质混凝土的太阳光反射比和隔热温差进行测试，其结果如表1所示。
表1实施例1～3制备的热反射轻质混凝土、对比例1的轻质混凝土和对比例2的市售普通轻质混凝土的太阳光反射比和隔热温差测试结果
案例 太阳光反射比/％ 隔热温差/℃
实施例1 85 3.4
实施例2 75 2.9
实施例3 81 3.0
对比例1 35 1.5
对比例2 32 1.2
由表1可知，本发明实施例1～3提供的热反射轻质混凝土的太阳光反射比为75％～85％，满足JG/T235～2014标准，隔热温差为2.9～3.4℃，满足JG/T235-2008。对比例1使用的轻质混凝土的太阳光反射比仅为35％，隔热温差为1.5℃，对比例2使用的市售普通轻质混凝土的太阳光反射比仅为32％，隔热温差为1.2℃，对比例1～2的太阳光反射比和隔热温差均远远低于实施例1～3。由此可见，本发明提供的热反射轻质混凝土的太阳光反射比和隔热温差均有显著增加，明显提高了轻质混凝土的热反射性能和保温隔热性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热反射轻质混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将轻质混凝土置于TiO2悬浮液中进行真空吸附，得到热反射轻质混凝土，所述TiO2悬浮液包括TiO2、十二烷基硫酸钠和水。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述TiO2的粒径为25～200nm；所述TiO2、十二烷基硫酸钠和水的质量比为2～5:0.3～0.7:100。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空吸附的真空度为8～12pis，时间为1～2min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述轻质混凝土包括以下质量份数的组分：
胶凝材料320～420份、页岩陶粒250～320份、页岩陶砂130～170份、水90～110份、聚羧酸减水剂0.6～1.2份；
所述胶凝材料包括以下质量份数的组分：
水泥140～180份、粉煤灰80～140份、矿渣粉60～80份、硅灰32～48份、空心玻璃微珠8～20份。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述水泥包括P·O42.5水泥、P·I42.5水泥或P·II42.5水泥中的一种或几种；
所述粉煤灰和矿渣粉的比表面积独立地不小于420m2/kg；
所述硅灰的比表面积不小于15000m2/kg；
所述空心玻璃微的粒径为10～12μm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述页岩陶粒的粒径为5～20mm；所述页岩陶砂的粒径为0.3～4.75mm。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚羧酸减水剂包括聚酯型聚羧酸减水剂、聚醚型聚羧酸减水剂及酰胺/亚酰胺型聚羧酸减水剂中的一种或几种，所述聚羧酸减水剂的减水率≥30％。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述轻质混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将水泥、粉煤灰、矿渣粉、硅灰和空心玻璃微珠进行第一混合，得到胶凝材料；
将所述胶凝材料、页岩陶粒、页岩陶砂、水和聚羧酸减水剂进行第二混合，得到混凝土拌合物；
将所述混凝土拌合物进行养护，得到轻质混凝土。
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的热反射轻质混凝土，其特征在于，包括轻质混凝土和吸附在所述轻质混凝土表面的二氧化钛颗粒。
10.权利要求9所述的热反射轻质混凝土作为建筑材料的应用。
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