CN116120091A - 一种低导热系数轻质泡沫材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水泥、混凝土节能技术领域，具体涉及一种低导热系数轻质泡沫材料；包括水泥浆以及与所述水泥浆混合的发泡组分，所述水泥浆和所述发泡组分经混合得到内部形成交联体的泡沫混凝土，所述泡沫混凝土的密度为200～500kg/m3；本发明通过在聚合物基底中通过原位插层有二维层状纳米片得到一种新的凝胶电解质，利用二维层状纳米片原位扩孔，以及层状双氢氧化物、层状双氧化物的层间离子交换性，通过对凝胶电解质的改进提高凝胶电解质的离子电导率。同时，二维层状纳米片原位插层改性的凝胶电解质能有效的改善电解质与负极的界面相容性，避免由于锂离子沉积形成的枝晶刺穿钝化膜，直接提高凝胶电解质的热力学和电化学稳定性，扩宽电池的工作电压及温度范围。

Description

一种低导热系数轻质泡沫材料
技术领域
本发明属于水泥、混凝土节能技术领域，具体涉及一种低导热系数轻质泡沫材料。
背景技术
建筑能耗在社会总能耗中占比较大，已超过1/3且将达到40％左右，这不仅给能源供应带来巨大负担，还会严重危害生态环境，推进建筑节能工作已刻不容缓。在此背景下，提高建筑围护结构的隔热保温性能，有助于减少室内外温差造成的热损失，利于房间环境稳定。泡沫混凝土作为一种新型建筑外墙隔热保温材料，其内部含有大量闭孔，闭孔中滞留的空气是一种优良的隔热媒介，能有效阻止热量传递，被应用于外墙隔热系统。随着建筑节能诉求的提高，建筑领域对泡沫混凝土隔热性能的要求也在逐渐提级，低密度、低导热、高抗渗等成为优化的主要指标。面对这一新要求，常规外加剂已显得力不从心，亟需寻求其他高性能的外加剂和掺和料。
尤其是针对低导热这一种重要指标，在现有技术中泡沫混凝土与岩棉等其它A剂防火保温材料相比，由于其导热系数偏高，在做成预制保温板或现浇保温结构时，热工及节能效率低。加之抗压强度偏低，如使用加厚板材，会带来施工和易开裂、破损及耐久性等问题，影响了这种材料的广泛应用。
发明内容
本申请实施例提供一种低导热系数轻质泡沫材料，通过使用可聚合交联组分，经双组分氧化还原建立交联体系，与凝胶纳米二氧化硅协同作用，形成稳定、密实封闭空间，降低泡沫混凝土导热系数。
为了达到上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
一种低导热系数轻质泡沫材料，包括水泥浆以及与所述水泥浆混合的发泡组分，所述水泥浆和所述发泡组分经混合得到内部形成交联体的泡沫混凝土，所述泡沫混凝土的密度为200～500kg/m3。
进一步的，所述水泥浆包括主体组分和混合体；所述混合体包括聚合交联组分体系以及与所述聚合交联组分体系反应的氧化还原体系第一组分，通过所述聚合交联组分体系和所述氧化还原体系在所述主体组分内建立交联体系。
进一步的，所述水泥浆包括主体组分和混合体；所述混合体包括聚合交联组分体系以及聚合交联组分体系反应的氧化还原体系，所述氧化还原体系包括按照重量比为3:1的氧化还原体系第一组分和氧化还原体系第二组份。
进一步的，所述发泡组分包括以发泡剂、水和氧化还原体系的第二组分以1:20-40：06-1.0比例混合得到。
进一步的，所述水泥浆还包括减水剂、合成纤维；所述主体组分包括含量为100-350kg/m3的硅酸盐42.5水泥，含量为100-200kg/m3的水，以所述水泥重量占比为0.1-5％的胶态纳米二氧化硅；所述减水剂为以所述水泥重量占比为0.1-1.5％的聚羧酸减水剂，所述合成纤维为含量为0.5-3kg/m3的聚丙烯纤维。
进一步的，所述胶态纳米二氧化硅的固含量为30％，所述聚羧酸减水剂的固含量为30％。
进一步的，所述聚合交联组分体系包括烯烃单体和交联剂单体。
进一步的，所述烯烃单体包括乙烯单体。
进一步的，所述氧化还原反应第一组分包括以水泥含量为0.02％-1.00％的硫酸钾。
进一步的，所述氧化还原反应第二组份包括以水泥含量为0.01％-0.80％的亚硫酸氢盐。
本申请实施例提供的技术方案中，通过在聚合物基底中通过原位插层有二维层状纳米片得到一种新的凝胶电解质，利用二维层状纳米片原位扩孔，以及层状双氢氧化物、层状双氧化物的层间离子交换性，通过对凝胶电解质的改进提高凝胶电解质的离子电导率，使凝胶电解质的的电导率达到10-3S/m的使用要求。同时，二维层状纳米片原位插层改性的凝胶电解质能有效的改善电解质与负极的界面相容性，避免由于锂离子沉积形成的枝晶刺穿钝化膜，直接提高凝胶电解质的热力学和电化学稳定性，扩宽电池的工作电压及温度范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的低导热系数轻质泡沫材料制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本实施例提供一种低导热系数轻质泡沫材料，包括水泥浆以及与所述水泥浆混合的发泡组分，所述水泥浆和所述发泡组分经混合得到内部形成交联体的泡沫混凝土，所述泡沫混凝土的密度为200～500kg/m3。
其中，水泥浆包括主体组分和混合体；所述混合体包括聚合交联组分体系以及与所述聚合交联组分体系反应的氧化还原体系第一组分，通过所述聚合交联组分体系和所述氧化还原体系在所述主体组分内建立交联体系。在本实施例中，主体组分为基础组分，即材料的主体成分，具体包括含量为100-350kg/m3的硅酸盐42.5水泥，含量为100-200kg/m3的水，以及以水泥重量占比为0.1-5％的胶态纳米二氧化硅，其中水泥为主体材料部分，水为混合必要介质，胶态纳米二氧化硅为黏土颗粒。具体为，在本实施例中，针对于胶态二氧化硅使用无定形纳米胶态二氧化硅，其中结构为5-13纳米，胶态二氧化硅通过早期的成核效应提供孔壁稳定性。在本实施例中，胶态纳米二氧化硅的“二次反应”对孔壁起到密实作用，降低导热系数，增加长期强度。早期的成核作用与后期的火山灰作用，使得胶态纳米二氧化硅与水泥水化产生的Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，改变了水泥泡壁的孔结构的大小，导致大孔减少，小孔增加，结晶细化。另外，通过纳米级颗粒的填充作用，造成基体也更密实。
在本实施例中，混合体用于进行聚合交联效应以及氧化还原效应，从而使水泥进行改性，由原本的混合态转变为浆质，为泡沫材料的基础处理过程。其中，针对于混合体在本实施例中包括两种可实现方式，第一种可实现方式中的混合体包括聚合交联组分体系以及与聚合交联组分体系反应的氧化还原体系第一组分，通过聚合交联组分体系和氧化还原体系在主体组分即主体材料中建立交联体系。第二种可实现方式中的混合体包括聚合交联组分体系以及与聚合交联组分体系反应的氧化还原体系，其中氧化还原体系包括按照重量比为3:1构成的氧化还原体系第一组分和氧化还原体系第二组份。第一种可实现方式与第二种可实现方式不同在于氧化还原体系中的组分的比例设置，其中第一种可实现方式以氧化还原体系第一组分作为反应主要氧化还原组分，第二种可实现方式以氧化还原体系第一组分和第二组份作为反应主要氧化还原组分。
在本实施例中，发泡组分包括以发泡剂、水和氧化还原体系的第二组分以1:20-40：06-1.0比例混合得到。
具体地，在本实施例中氧化还原反应第一组分包括以水泥含量为0.02％-1.00％的硫酸钾，氧化还原第二组分包括以水泥含量为0.01％-0.80％的亚硫酸氢钠。其中，本实施例中的氧化还原反应也可以称为“引发剂”，或者为氧化剂以及还原剂。其中，氧化剂与还原剂的组合称为氧化还原对。在本实施例中，氧化还原反应导致自由基的生成，使水溶性单体丙烯酰胺聚合，从而在泡沫水泥内建立交联体系。过硫酸盐、亚硫酸氢盐由于其低成本、有效性和长期的工业经验而被广泛应用。也可以使用其它对，这在系统中是最有效的。在其他实施例中，氧化剂还包括过过氧化氢、过氧化叔丁基、铁(III)、钴(III)、铜(II)。还原剂还包括亚硫酸氢盐、四亚甲基二胺、双[2-(N，N-二甲基氨基)-乙基]醚甲醛磺酸亚砜钠、蔗糖或其他糖、铁(II)、钴(II)、铜等。其中，针对于丙烯酰胺作为交联剂进行使用。
在现有技术中，为了解决泡沫混凝土材料中的塌陷缺陷，通过速凝剂、早强剂减少工艺过程中的塌泡效果。但由于早期水化产物生成速率太快，使得水泥凝胶基体结构不够密实，对后期密实度和强度带来不利影响，也会降低导热系数。本实施例，通过在泡沫水泥/混凝土土浆体内建立交联体，交联体系的凝胶结构将能够支持负载或承受其自身重量，抵抗由于重力或压力引起的泡壁的变形，为泡沫水泥、混凝土塑性阶段提供孔壁稳定支持，可用来代替早强剂，使得水泥基浆体产生较好的非水化韧性，增强气泡稳定性。
以下通过具体实施过程对以上配比以及过程进行详细说明：
实施例1
硅酸盐52.5水泥280kg/m3、水126kg/m3，以水泥含量30％比例添加的胶态纳米二氧化硅4kg/m3,以水泥含量30％比例添加的聚羧酸减水剂0.5升/100公斤水泥重量，按照质量比为7:3添加的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸单体与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂单体0.5公斤/100公斤水泥重量，以相对水泥重量的过硫酸钾0.12kg/100kg，以相对水泥重量的亚硫酸氢钠0.04kg/100kg，聚丙烯纤维1.0kg/m3；发泡剂按与水、亚硫酸氢钠1：40：0.20预先混合，经发泡机制备出30-50kg/m3气泡，混入预先搅好的水泥浆,制作湿密度在430kg/m3的泡沫水泥/混凝土。
实施例2
硅酸盐52.5水泥280kg/m3、水126kg/m3，以水泥含量30％比例添加的胶态纳米二氧化硅4kg/m3,以水泥含量30％比例添加的聚羧酸减水剂0.5升/100公斤水泥重量，按照质量比为7:3添加的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸单体与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂单体1.0公斤/100公斤水泥重量，以相对水泥重量的过硫酸钾0.12kg/100kg，以相对水泥重量的亚硫酸氢钠0.04kg/100kg，聚丙烯纤维1.0kg/m3；发泡剂按与水、亚硫酸氢钠1：40：0.20预先混合，经发泡机制备出30-50kg/m3气泡，混入预先搅好的水泥浆,制作湿密度在430kg/m3的泡沫水泥/混凝土。
实施例3
硅酸盐52.5水泥280kg/m3、水126kg/m3，以水泥含量30％比例添加的胶态纳米二氧化硅4kg/m3,以水泥含量30％比例添加的聚羧酸减水剂1.0升/100公斤水泥重量，按照质量比为7:3添加的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸单体与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂单体2.0公斤/100公斤水泥重量，以相对水泥重量的过硫酸钾0.12kg/100kg，以相对水泥重量的亚硫酸氢钠0.04kg/100kg，聚丙烯纤维1.0kg/m3；发泡剂按与水、亚硫酸氢钠1：40：0.20预先混合，经发泡机制备出30-50kg/m3气泡，混入预先搅好的水泥浆,制作湿密度在430kg/m3的泡沫水泥/混凝土。
实施例4
硅酸盐52.5水泥280kg/m3、水126kg/m3，以水泥含量30％比例添加的胶态纳米二氧化硅42kg/m3,以水泥含量30％比例添加的聚羧酸减水剂0,5升/100公斤水泥重量，按照质量比为7:3添加的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸单体与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂单体1.0公斤/100公斤水泥重量，以相对水泥重量的过硫酸钾0.12kg/100kg，以相对水泥重量的亚硫酸氢钠0.04kg/100kg，聚丙烯纤维1.0kg/m3；发泡剂按与水、亚硫酸氢钠1：40：0.20预先混合，经发泡机制备出30-50kg/m3气泡，混入预先搅好的水泥浆,制作湿密度在430kg/m3的泡沫水泥/混凝土。
实施例5
硅酸盐52.5水泥280kg/m3、水126kg/m3，以水泥含量30％比例添加的胶态纳米二氧化硅8kg/m3,以水泥含量30％比例添加的聚羧酸减水剂0,5升/100公斤水泥重量，按照质量比为7:3添加的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸单体与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂单体1.0公斤/100公斤水泥重量，以相对水泥重量的过硫酸钾0.12kg/100kg，以相对水泥重量的亚硫酸氢钠0.04kg/100kg，聚丙烯纤维1.0kg/m3；发泡剂按与水、亚硫酸氢钠1：40：0.20预先混合，经发泡机制备出30-50kg/m3气泡，混入预先搅好的水泥浆,制作湿密度在430kg/m3的泡沫水泥/混凝土。
实施例6
参阅图1，本实施例提供针对于实施例1～-实施例5中的工艺过程，具体为：
步骤S610.将砂、水、聚羧酸高效减水剂、胶态纳米二氧化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸单体、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺交联剂单体、过硫酸钾加入搅拌机搅拌进行搅拌3分钟，得到第一混合物。
步骤S620.在第一混合物中加入水泥，搅拌3分钟，得到第二混合物。
步骤S630.在第二混合物中加入聚丙烯纤维，搅拌3分钟，得到第三混合物。
步骤S640.在第三混合物中加入部分亚硫酸氢钠，搅拌1分钟，制成预混水泥浆。
步骤S650.将发泡剂按与水、另外一部分亚硫酸氢钠预先混合，经发泡机制备出30-50kg/m3泡沫。
步骤S660.将步骤S650中得到的泡沫加入步骤S640中的预混水泥浆中进行搅拌，混合均匀得到轻质泡沫材料即泡沫混凝土，并养护成型。
实验例
将实施例1～实施例5通过实施例6中的工艺过程进行制备得到五组泡沫混凝土，并针对五组泡沫混凝土在相同的试验条件下进行密度、抗压强度和导热系数的实验，并将实施例1～实施例5中得到的泡沫混凝土材料与现有工艺、配比得到的泡沫混凝土材料进行比对，以下针对五组混凝土对应实施例数据进行说明：
Figure BDA0003926765040000081
表1.实验对照表
通过表1中可得，针对于实施例1～实施例5相对于现有技术中发泡混凝土在抗压强度和导热系数指标较优，并且针对于实施例5中的导热系数、抗压强度和密度为最优实施例，即实施例5为最优实施例。
本实施例提供的低导热系数轻质泡沫材料为低导热轻质泡沫混凝土，通过使用可聚合交联组分，经双组分氧化还原建立交联体系，与胶态纳米二氧化硅协同作用，形成稳定、密实封闭空间，降低泡沫水泥/混凝土导热系数,提高抗压强度。通过在混凝土土浆体内建立交联体，交联体系的凝胶结构将能够支持负载或承受其自身重量，抵抗由于重力或压力引起的泡壁的变形，为泡沫水泥/混凝土塑性阶段提供孔壁稳定支持，可用来代替早强剂，使得水泥基浆体产生较好的非水化韧性，增强气泡稳定性。
本实施例中的胶态纳米二氧化硅的“二次反应”对孔壁起到密实作用，降低导热系数，增加长期强度。早期的成核作用与后期的火山灰作用，使得凝胶纳米二氧化硅与水泥水化产生的Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，改变了水泥泡壁的孔结构的大小，导致大孔减少，小孔增加，结晶细化。另外，纳米级颗粒的填充作用，造成水泥凝胶基体也更密实。
通过交联体系协同胶态纳米二氧化硅形成稳定、密实封闭空间，使得导热系数比相同密度未经交联协同纳米处理的泡沫水泥/混凝土降低5-28％，提高节能效率，是防火等级A的绿色节能材料。并且通过交联体系协同胶态纳米二氧化硅形成稳定、密实封闭空间，也将抗压强度提高7％-38％，减少破损。
以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，包括水泥浆以及与所述水泥浆混合的发泡组分，所述水泥浆和所述发泡组分经混合得到内部形成交联体的泡沫混凝土，所述泡沫混凝土的密度为200～500kg/m3。
2.根据权利要求1所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述水泥浆包括主体组分和混合体；所述混合体包括聚合交联组分体系以及与所述聚合交联组分体系反应的氧化还原体系第一组分，通过所述聚合交联组分体系和所述氧化还原体系在所述主体组分内建立交联体系。
3.根据权利要求1所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述水泥浆包括主体组分和混合体；所述混合体包括聚合交联组分体系以及聚合交联组分体系反应的氧化还原体系，所述氧化还原体系包括按照重量比为3:1的氧化还原体系第一组分和氧化还原体系第二组份。
4.根据权利要求2或3所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述发泡组分包括以发泡剂、水和氧化还原体系的第二组分以1:20-40：06-1.0比例混合得到。
5.根据权利要求4所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述水泥浆还包括减水剂、合成纤维；所述主体组分包括含量为100-350kg/m3的硅酸盐42.5水泥，含量为100-200kg/m3的水，以所述水泥重量占比为0.1-5％的胶态纳米二氧化硅；所述减水剂为以所述水泥重量占比为0.1-1.5％的聚羧酸减水剂，所述合成纤维为含量为0.5-3kg/m3的聚丙烯纤维。
6.根据权利要求5所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述胶态纳米二氧化硅的固含量为30％，所述聚羧酸减水剂的固含量为30％。
7.根据权利要求2或3所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述聚合交联组分体系包括烯烃单体和交联剂单体。
8.根据权利要求7所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述烯烃单体包括乙烯单体。
9.根据权利要求2或3所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述氧化还原反应第一组分包括以水泥含量为0.02％-1.00％的硫酸钾。
10.根据权利要求2或3所述的低导热系数轻质泡沫材料，其特征在于，所述氧化还原反应第二组份包括以水泥含量为0.01％-0.80％的亚硫酸氢钠。
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