CN117567095A - 一种气凝胶改性保温砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气凝胶改性保温砂浆及其制备方法，所述气凝胶改性保温砂浆包括按重量份数计的800～1200份普通硅酸盐水泥、400～800份复合骨料、150～300份粉煤灰、8～15份保湿增稠组分、20～35份增韧增柔组分、憎水剂5～20份，所述复合骨料骨料包括15～30份气凝胶、100～200份丙烯酸乳液、300～700份玻化微珠与750～1500份有机溶剂。本发明制备的保温砂浆导热系数与吸水率低、干密度小，具有可靠的机械强度和耐久性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种气凝胶改性保温砂浆及其制备方法。
背景技术
2019年全国建筑全过程能耗总量占全国能源消费总量的45.8％。其中，建筑运行阶段能耗占全国能源消费总量的21.2％。我国在建筑能耗方面取得了一定成果但建筑节能仍有巨大的潜力空间，IPCC相关研究报告显示，到2030年建筑领域的碳减排潜力可达每年60亿吨CO2。如何提高建筑保温、节能降耗，具有强烈的现实需求。
无机保温砂浆是应用最广的无机保温材料，其中玻化微珠保温砂浆的综合性能较为突出，是目前市场上应用广泛的无机保温砂浆。玻化微珠通常呈不规则球状体颗粒，内部多孔呈空腔结构，质轻、绝热、防火、耐高低温、抗老化性能较强、造价低廉、无毒无害。玻化微珠通常在内外墙保温板、室内装饰材料以及保温砂浆中作为轻骨料使用。利用玻化微珠制备出的保温砂浆不仅保温性能较好，且流动性好，施工方便。但玻化微珠在搅拌过程中筒压强度低、易破损，且吸水率较大、后期易产生空鼓开裂现象，大幅度降低了实际使用效果。气凝胶作为一种具有三维纳米立体结构的物质，它具有极低的导热系数(≤0.02W/(m·K))、高孔隙率(92％～99％)与小于空气自由程的孔径(20～50nm)，且干密度极小，也是一种理想的保温材料。但在实际应用中气凝胶机械强度低，在搅拌时有严重的扬尘现象，且气凝胶疏水性的表面不与砂浆兼容，制备出的气凝胶砂浆中水化产物与气凝胶有较大孔隙，影响砂浆的机械强度与隔热性能。以上大大限制了玻化微珠和气凝胶在保温砂浆中的应用。
因此，本发明提供了一种气凝胶改性保温砂浆及其制备方法，以解决气凝胶与玻化微珠作为保温骨料在保温砂浆搅拌过程中产生的破损导致砂浆导热系数偏大的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种气凝胶改性保温砂浆及其制备方法，以解决气凝胶与玻化微珠作为保温骨料在保温砂浆搅拌过程中产生的破损导致砂浆导热系数偏大的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种气凝胶改性保温砂浆，包括按重量份数计的以下组分：
在部分实施例，本发明提供的一种气凝胶改性保温砂浆，包括按重量份数计的以下组分：
进一步地，所述复合骨料包括按重量份数计的以下组分：
本发明将气凝胶吸附进玻化微珠的孔洞中，再利用丙烯酸乳液包裹玻化微珠并硬化成壳。这种方法不仅能够使玻化微珠的本征强度提高，更能利用气凝胶细化玻化微珠的孔径、降低其约40％的导热系数和约30％的吸水率，也能避免直接使用气凝胶作为保温骨料导致的气凝胶破碎问题。
进一步地，所述有机溶剂为易挥发且低毒性的有机溶剂。
进一步地，所述保湿增稠组分为纤维素醚。
纤维素醚作为保湿增稠组分，纤维素醚具有良好的保湿增稠作用，提高浆体内聚力，避免出现浆料沁水、水料分离的现象，并且在水化过程中能够保持浆体表面水润不开裂。
进一步地，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，其粘度为200000cPs。
进一步地，所述增韧增柔组分为按重量份数计的100～150份可再分散性乳胶粉和5～10份聚丙烯纤维的混合物。
可再分散性乳胶粉能够在水泥石中形成网状聚合物薄膜，提高水泥石结构的稳定性，提高浆料的黏度，提高硬化浆体的粘结强度；在砂浆中掺入聚丙烯纤维均匀搅拌，使其能够连结水泥石、填补水化产物的空隙，达到控制水泥基内部裂缝的生成及发展的目的，从而提高砂浆的抗裂、抗冻性能。
进一步地，所述憎水剂为有机硅憎水剂。
相比一般的防水剂或防水涂料，有机硅防水剂并不通过堵塞建筑物表面的微孔来隔绝水分进入砂浆，而是在拌和的过程中将自身的亲水官能团水解成诸如羟基等活性官能团，这些活性基团再与胶凝材料的水化产物中的活性基团反应生成氢键和共价键，从而使得硅烷能够“钩”在胶凝材料水化物的表面和内部孔隙壁上。硅烷本身又是憎水官能团，所以这层水化物表面和内部孔隙壁上的有机硅相当于一层稳定的憎水膜，使水分难以进入砂浆的孔隙中，从而达到防水效果。并且憎水膜与砂浆孔壁连接依赖的Si-C键与Si-O键为键能较高的共价键，高键能的共价键宝珠了憎水膜的结构紧密、不易被高温、氧化、腐蚀等因素破坏。有机硅憎水剂与胶凝材料形成憎水膜的机理如图1所示。
本发明还提供了一种气凝胶改性保温砂浆的制备方法，包括分别称取各重量份的普通硅酸盐水泥、复合骨料、保湿增稠组分、增韧增柔组分、憎水剂，加入2200～2800份水混合搅拌均匀，即得所述气凝胶改性保温砂浆。
进一步地，所述复合骨料的制备过程包括：步骤a、将15～30份气凝胶溶于300～700份有机溶剂中，均匀搅拌；步骤b、采用步骤a已搅拌均匀且分散有气凝胶的有机溶剂匀量地对750～1500份玻化微珠进行喷涂，并不断搅拌玻化微珠；步骤c、将喷涂的玻化微珠烘干；步骤d、将100～200份丙烯酸乳液稀释为浓度为25％的溶液，采用丙烯酸乳液的稀释溶液对步骤c已烘干的玻化微珠进行再喷涂，并不断搅拌玻化微珠；步骤e、将再喷涂的玻化微珠烘干，即得所述复合骨料。
步骤a中均匀搅拌确保气凝胶全部分散在有机溶剂中；步骤b中搅拌确保玻化微珠均匀的吸入分散有气凝胶的有机溶剂；步骤d中搅拌确保玻化微珠均匀的吸入丙烯酸乳液的稀释溶液。
利用有机溶剂使玻化微珠能够吸附颗粒状的气凝胶，并利用丙烯酸乳液封装玻化微珠，烘干后最终得到筒压强度提高、且吸水率下降的玻化微珠。以改性后的玻化微珠制备保温砂浆，不仅使砂浆导热系数下降，更使其机械强度得到提升。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所制备的复合骨料为气凝胶、丙烯酸乳液、有机溶剂以及玻化微珠通过一定的制备工艺得到的加工玻化微珠。这种复合骨料本质是一种装载有气凝胶并且包裹有硬化丙烯酸乳液的玻化微珠。同未改良的玻化微珠相比，使用同量的复合颗粒所制备出的保温砂浆仅有原本砂浆约60％的导热系数以及约70％的吸水率。
本发明所制备的复合骨料中，气凝胶能够被吸附进入玻化微珠原本的气孔内进行填充，从而细化玻化微珠原本较大的且容易发生热对流的大气孔；另一方面，玻化微珠筒压强度不高，通常在110Kpa左右，而经过丙烯酸乳液喷涂硬化后，其筒压强度上升到约200Kpa，从而能够抵抗搅拌过程而不破损，进一步提升所制备出的保温砂浆的保温性能。
附图说明
图1为有机硅憎水剂与胶凝材料形成憎水膜的机理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中所述复合骨料包括气凝胶、丙烯酸乳液、有机溶剂和玻化微珠制备而成。
本发明实施例中所述复合骨料的制备过程包括：步骤a、将15～30份气凝胶溶于300～700份有机溶剂中，均匀搅拌；步骤b、采用步骤a已搅拌均匀且分散有气凝胶的有机溶剂匀量地对750～1500份玻化微珠进行喷涂，并不断搅拌玻化微珠；步骤c、将喷涂的玻化微珠烘干；步骤d、将100～200份丙烯酸乳液稀释为浓度为25％的溶液，采用丙烯酸乳液的稀释溶液对步骤c已烘干的玻化微珠进行再喷涂，并不断搅拌玻化微珠；步骤e、将再喷涂的玻化微珠烘干，即得所述复合骨料。
作为优选，采用喷雾器盛装分散有气凝胶的有机溶剂和稀释丙烯酸乳液且对玻化微珠进行喷涂。
作为优选，在步骤c中，将玻化微珠置于105℃无风烘箱中烘干24h后取出。
作为优选，在步骤e中，将玻化微珠置于105℃无风烘箱中烘干24h后取出。
本发明实施例中所述有机溶剂为无水乙醇或异丙醇的任意一种。
本发明实施例中所述保湿增稠组分为纤维素醚。
本发明实施例中所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，其粘度为200000cPs。
本发明实施例中所述增韧增柔组分为按重量份数计的100～150份可再分散性乳胶粉和5～10份聚丙烯纤维的混合物
本发明实施例中所述憎水剂为有机硅憎水剂。
本发明实施例中
实施例1
作为本发明一较佳实施例，本实施例公开的一种气凝胶改性保温砂浆的具体组成如表1所示。
表1
| 组分 | 以重量份数计(份) |
| 普通硅酸盐水泥 | 5000 |
| 复合骨料 | 2000 |
| 粉煤灰 | 125 |
| 保湿增稠组分 | 3 |
| 增韧增柔组分 | 130 |
| 憎水剂 | 6 |
在本实施例中，所述普通硅酸盐水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。
在本实施例中，所述复合骨料包括按重量份数计的20份气凝胶、150份丙烯酸乳液、500份有机溶剂以及1125份玻化微珠。
在本实施例中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
在本实施例中，所述保湿增稠组分为3份羟丙基甲基纤维素醚，其粘度为200000cPs。
在本实施例中，所述增韧增柔组分为120份可再分散性乳胶粉和10份聚丙烯纤维的混合物。
在本实施例中，称取本实施例中各重量份的普通硅酸盐水泥、复合骨料、粉煤灰、保湿增稠组分、增韧增柔组分、憎水剂，加入2500份水混合搅拌均匀，即得实施例1的气凝胶改性保温砂浆#1。
实施例2
作为本发明一较佳实施例，本实施例公开的一种气凝胶改性保温砂浆的具体组成如表2所示。
表2
在本实施例中，所述普通硅酸盐水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥。
在本实施例中，所述复合骨料包括按重量份数计的15份气凝胶、200份丙烯酸乳液、600份有机溶剂以及1500份玻化微珠。
在本实施例中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
在本实施例中，所述保湿增稠组分为2份羟丙基甲基纤维素醚，其粘度为200000cPs。
在本实施例中，所述增韧增柔组分为100份可再分散性乳胶粉和5份聚丙烯纤维的混合物。
在本实施例中，称取本实施例中各重量份的普通硅酸盐水泥、复合骨料、粉煤灰、保湿增稠组分、增韧增柔组分、憎水剂，加入2800份水混合搅拌均匀，即得实施例2的气凝胶改性保温砂浆#2。
实施例3
作为本发明一较佳实施例，本实施例公开的一种气凝胶改性保温砂浆的具体组成如表3所示。
表3
| 组分 | 以重量份数计(份) |
| 普通硅酸盐水泥 | 6000 |
| 复合骨料 | 1500 |
| 粉煤灰 | 270 |
| 保湿增稠组分 | 5 |
| 增韧增柔组分 | 160 |
| 憎水剂 | 15 |
在本实施例中，所述普通硅酸盐水泥为PO32.5普通硅酸盐水泥。
在本实施例中，所述复合骨料包括按重量份数计的30份气凝胶、100份丙烯酸乳液、300份有机溶剂以及750份玻化微珠。
在本实施例中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
在本实施例中，所述保湿增稠组分为5份羟丙基甲基纤维素醚，其粘度为200000cPs。
在本实施例中，所述增韧增柔组分为150份可再分散性乳胶粉和10份聚丙烯纤维的混合物。
在本实施例中，称取本实施例中各重量份的普通硅酸盐水泥、复合骨料、粉煤灰、保湿增稠组分、增韧增柔组分、憎水剂，加入2200份水混合搅拌均匀，即得实施例3的气凝胶改性保温砂浆#3。
实施例4
作为本发明一较佳实施例，本实施例公开的一种气凝胶改性保温砂浆的具体组成如表4所示。
表4
| 组分 | 以重量份数计(份) |
| 普通硅酸盐水泥 | 4000 |
| 复合骨料 | 3500 |
| 粉煤灰 | 180 |
| 保湿增稠组分 | 4 |
| 增韧增柔组分 | 120 |
| 憎水剂 | 5 |
在本实施例中，所述普通硅酸盐水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。
在本实施例中，所述复合骨料包括按重量份数计的25份气凝胶、180份丙烯酸乳液、700份有机溶剂以及1325份玻化微珠。
在本实施例中，所述粉煤灰为一级粉煤灰。
在本实施例中，所述保湿增稠组分为4份羟丙基甲基纤维素醚，其粘度为200000cPs。
在本实施例中，所述增韧增柔组分为102份可再分散性乳胶粉和8份聚丙烯纤维的混合物。
在本实施例中，称取本实施例中各重量份的普通硅酸盐水泥、复合骨料、粉煤灰、保湿增稠组分、增韧增柔组分、憎水剂，加入2480份水混合搅拌均匀，即得实施例4的气凝胶改性保温砂浆#4。
对比例1
将实施例1中复合骨料替换为普通玻化微珠，其余条件均不变。
对比例2
将实施例1中复合骨料制备不添加气凝胶，其余条件均不变。
对比例3
将实施例1中增稠保湿组分去除(不添加)，其余条件均不变。
对比例4
将实施例1中憎水剂组分去除(不添加)，其余条件均不变。
依据GB 23440-2009《无机防水堵漏材料》，对实施例1～4、对比例1～4得到的各保温砂浆进行性能测试，结果如表1所示。
表1
从表1的结果可知，对比例1中虽然使用了同样质量的玻化微珠，但是未改性的玻化微珠在搅拌的过程中容易破损，仅有部分的玻化微珠依然保持原有的多孔结构，而大部分受破损的玻珠使得保温砂浆的干密度明显增大、降低保温砂浆的保温性能；对比例2中使用的玻化微珠虽然经过了丙烯酸乳液的包裹、硬化工艺，但同吸附了气凝胶的实施例1相比，对比例2中的玻化微珠的孔径分布依然偏大，降低了砂浆的保温性能，使得导热系数增大；对比例3中没有保湿增稠成分，不仅会使得保温砂浆在高水灰比的情况下骨料上浮，从而形成“麻面”，更会使得砂浆在涂抹上墙的过程中由于失水过快而直接从墙面脱落，无法粘结至墙体；对比例4中不加入憎水剂组分，会影响保温砂浆的吸水率以及软化系数，使保温砂浆的导热系数提高，甚至可能造成保温砂浆在服役过程中由于吸水过多，引发开裂、空鼓甚至空鼓。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种气凝胶改性保温砂浆，其特征在于，包括按重量份数计的以下组分：
2.根据权利要求1所述的一种气凝胶改性保温砂浆，其特征在于，包括按重量份数计的以下组分：
3.根据权利要求1或2所述的一种气凝胶改性保温砂浆，其特征在于，所述复合骨料包括按重量份数计的以下组分：
4.根据权利要求3所述的一种气凝胶改性保温砂浆，其特征在于，所述有机溶剂为易挥发且低毒性的有机溶剂。
5.根据权利要求1或2所述的一种气凝胶改性保温砂浆，其特征在于，所述保湿增稠组分为纤维素醚。
6.根据权利要求5所述的一种气凝胶改性保温砂浆，其特征在于，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，其粘度为200000cPs。
7.根据权利要求1或2所述的一种气凝胶改性保温砂浆，其特征在于，所述增韧增柔组分为按重量份数计的100～150份可再分散性乳胶粉和5～10份聚丙烯纤维的混合物。
8.根据权利要求1或2所述的一种气凝胶改性保温砂浆，其特征在于，所述憎水剂为有机硅憎水剂。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种气凝胶改性保温砂浆的制备方法，其特征在于，包括分别称取各重量份的普通硅酸盐水泥、复合骨料、保湿增稠组分、增韧增柔组分、憎水剂，加入2200～2800份水混合搅拌均匀，即得所述气凝胶改性保温砂浆。
10.根据权利要求9所述的一种气凝胶改性保温砂浆的制备方法，其特征在于，所述复合骨料的制备过程包括：步骤a、将15～30份气凝胶溶于300～700份有机溶剂中，均匀搅拌；步骤b、采用步骤a已搅拌均匀且分散有气凝胶的有机溶剂匀量地对750～1500份玻化微珠进行喷涂，并不断搅拌玻化微珠；步骤c、将喷涂的玻化微珠烘干；步骤d、将100～200份丙烯酸乳液稀释为浓度为25％的溶液，采用丙烯酸乳液的稀释溶液对步骤c已烘干的玻化微珠进行再喷涂，并不断搅拌玻化微珠；步骤e、将再喷涂的玻化微珠烘干，即得所述复合骨料。
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