CN203891320U

CN203891320U - 采用轻质混凝土的多功能防护板

Info

Publication number: CN203891320U
Application number: CN201420141059.8U
Authority: CN
Inventors: 罗健林; 李秋义; 赵铁军; 诸雪青
Original assignee: Qingdao University of Technology
Current assignee: Qingdao University of Technology
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2024-03-26

Abstract

本实用新型属于新型建筑材料及施工技术领域，本实用新型的采用轻质混凝土的多功能防护板，包括混凝土基层（1），其内置钢丝网格栅骨架（2），混凝土基层（1）一面或相对的两面涂刷含纳米TiO₂有机硅防水层（3）；相邻的防护板之间通过钢丝网格栅骨架（2）端部伸出部分或/和含纳米TiO₂的灌缝轻质混凝土（4）相互咬合进行拼缝嵌接。使相应泡沫混凝土或加气混凝土的微孔结构均匀、力学性能得到改善。

Description

采用轻质混凝土的多功能防护板

技术领域

本实用新型属于新型建筑材料及施工技术领域，涉及一种多功能防护板。

背景技术

近几年发展起来的轻质混凝土为节能多功能型墙体材料提供新的选择，如中国专利号为201120305074.8的专利公开了一种可在房屋建筑中的框架之间起填充或分隔作用的轻质高强度发泡水泥建筑墙体。

一些学者尝试在水泥中掺加活性掺合料、微观纤维（玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维等）或/和促凝早强剂来获得更低密度的轻质混凝土墙体。如中国专利号为201010264056.X的专利公开了一种泡沫混凝土及制备方法，其复掺矿石粉、粉煤灰、防水剂、聚丙烯纤维与辅料来获得一种轻质高强的泡沫混凝土块与轻质保温板材。其主要缺陷为：所用材料组分中的纤维为微米级有机纤维材料，一方面，高分子有机纤维材料引入会导致相应轻质墙板的阻燃防火性能不够高；另一方面微米级纤维作为泡沫成核剂能力相比于细度更小的纳米级纤维要低，所围绕的气泡柔韧性也不够高。

中国专利号为201210000305.3的专利公开了一种氮掺杂二氧化钛的泡沫混凝土及其制备方法，其将水泥、粉煤灰、减水剂、泡沫、氮掺杂二氧化钛与水有效混合获得一种能有效降解、去除污染物的泡沫混凝土制品。该专利存在的主要缺陷为：一方面，泡沫混凝土一般吸湿性大，湿度高时会明显降低降解污染物的效率；另一方面，全部泡沫混凝土制品都复掺氮掺杂二氧化钛，成本偏高，事实上，污染物主要吸附于制品表层；与此同时，未充分考虑硬化泡沫混凝土材料必要的抗体积收缩能力、隔热保温能力及阻尼抗震能力。

作为一种天然无机微细矿物纤维，温石棉纤维主要是由硅氧四面体和氢氧化镁石八面体组成的双层型结构硅酸盐矿物。由于温石棉纤维自然成矿条件良好的单纤维结晶体直径极细，仅为200-300nm，且呈中空管状，进而其比表面大、界面吸附性强，可以很好地充当泡沫混凝土中诸多微气泡的成核剂、或加气混凝土中开口微孔的桥联增韧组分。

实用新型内容

为克服上述技术缺陷，本实用新型提供一种采用轻质混凝土的防护板，其可有效改善泡沫混凝土或加气混凝土基体的阻尼耗能性能，将纳米TiO₂或改性TiO₂复掺到渗透型硅烷防水涂层，并涂刷到内掺有温石棉纳米纤维的泡沫混凝土或加气混凝土表面，形成含纳米TiO₂有机硅防水层多功能轻质混凝土制品。

为实现上述目的，本实用新型的多功能防护板，包括混凝土基层，其内置钢丝网格栅骨架，混凝土基层一面或相对的两面涂刷含纳米TiO₂有机硅防水层；相邻的防护板之间通过钢丝网格栅骨架端部伸出部分或/和含纳米TiO₂的灌缝轻质混凝土相互咬合进行拼缝嵌接。

纳米泡沫轻质混凝土或加气轻质混凝土基层采用如下技术方案：包括混凝土基层和防水面层，其中混凝土基层包括如下按重量配比的组分：100份水泥、0.1-10份温石棉纤维、0.01-2份憎水剂、0.1-2份速凝剂、10-30份粉煤灰、0.1-6份减水剂、50-200份水、1-20份发泡剂或加气剂；所述混凝土基层的上下两侧涂刷防水面层，防水面层包括如下按重量配比的组分：100份渗透型有机硅防水剂、0.1-20份纳米TiO₂、0-2份活性增强剂、0.01-5份分散稳定剂、50-200份溶剂。

本实用新型中经发泡剂（或加气剂）与减水剂组合分散于纳米泡沫混凝土或加气混凝土中的温石棉纤维，一方面，具有比表面积大、界面吸附性强、最终将使得该轻质混凝土制品具有均匀、微细的孔结构、良好的力学性能；另一方面，温石棉纤维结合结晶水后带有一定微膨胀性，进而有效地补偿由于轻质混凝土高水胶比条件下硬化后存在的体积收缩，使得泡沫稳定且柔韧性较好。再一方面，本实用新型中的温石棉纤维独特的中空、多层结构将使其还拥有微变形-滑移耗能效应、纤维与基体脱黏滑移以及裂纹偏转耗能的机械力-热耗散效应；再结合制品中弥散的大量封闭微气泡拥有良好的位错变形耗能效应；最终将使该轻质混凝土制品具有优良的阻尼耗能性能。

本实用新型中经溶剂稀释、分散剂组合分散于有机硅防水剂中的纳米TiO₂，一方面，能在轻质混凝土各透气性微孔周围发挥降解、去除吸附表面的污染物；另一方面，有机硅防水剂存在将有效保持轻质混凝土隔热保温与吸声性。

实际使用时，可以只在防护板面向外侧的混凝土基层的一面涂刷含纳米TiO₂有机硅防水层，该含纳米TiO₂有机硅防水层长时间使用很容易脏，这时需要将混凝土基层旋转180°（即将朝外的混凝土基层侧改为朝内，原先朝内的混凝土基层设置在外侧），在新的混凝土基层一侧涂刷上含纳米TiO₂有机硅防水层即可。也可以在防护板相对的两面混凝土基层涂刷含纳米TiO₂有机硅防水层，该朝外一侧混凝土基层含纳米TiO₂有机硅防水层长时间使用很容易脏，这时需要将混凝土基层旋转180°（即将朝外的混凝土基层侧改为朝内，原先朝内的混凝土基层设置在外侧），即可使用。

所述混凝土基层包括如下按重量配比的组分：100份水泥、0.1-10份温石棉纤维、0.01-2份憎水剂、0.1-2份速凝剂、10-30份粉煤灰、0.1-6份减水剂、50-200份水、1-20份发泡剂或加气剂；或所述的混凝土基层采用普通保温防护板，所述的普通保温防护板为膨胀珍珠岩类、玻化微珠类、海泡石类、岩棉类、泡沫混凝土类中的一种。

本实用新型的另一个目的是提供一种多功能防护板的制备方法，包括如下步骤：

（1）按重量配比将0.05-5份减水剂溶于45-150份水中，再加0.1-10份温石棉纤维，并进行0-0.5小时的超声波处理，再加入1-20份发泡剂或加气剂，然后用搅拌机或水泥发泡机高速搅拌1-5分钟预制发泡、并松解纤维，形成温石棉纤维-发泡剂或加气剂-减水剂泡沫分散体系；

（2）将0.01-2份憎水剂、0.05-1份减水剂、5-50份水、10-30份粉煤灰、100份水泥用搅拌机混合形成憎水剂-粉煤灰-水泥浆料体系；

（3）然后将步骤（1）中的温石棉纤维-发泡剂或加气剂-减水剂泡沫分散体系混合到步骤（2）中的防水剂-粉煤灰-水泥浆料体系中，再加入0.1-2份速凝剂慢速搅匀后，迅速摊铺到按实际需求设计的形状和尺寸模具或普通保温防护板中，模具或普通保温防护板中设有钢丝网格栅骨架，静停1-15分钟以实现可能的继续发泡，之后在标准养护条件下养护至预定龄期，成型纳米泡沫或加气混凝土制品；

（4）按重量配比将0.1-20份纳米TiO₂、0-2份活性增强剂、0.01-5份分散稳定剂稀释于50-200份溶剂中，进行0-1小时的超声波处理，再加入100份有机硅防水剂，然后用高速搅拌机搅拌1-10分钟，形成纳米TiO₂-有机硅防水剂涂料体系；

（5）将步骤（3）脱模后的轻质混凝土制品干燥并清洁，在上下表面各涂刷一层步骤（4）中的纳米TiO₂-有机硅防水剂涂料体系，并继续在标准养护条件下养护到28d龄期，即得含纳米TiO₂有机硅防水层轻质混凝土多功能防护板制品。

标准养护条件为温度22±3℃、相对湿度RH≥90%。

上述的含纳米TiO₂有机硅防水层轻质混凝土及Sandwich多功能防护板制品中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述粉煤灰为《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596－2005)中规定的I级粉煤灰。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述水为满足《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T17671－1999）规定的洁净水。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述减水剂为聚羧酸盐系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、蜜胺树脂系高效减水剂、萘系高效减水剂中的一种或几种组合。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述发泡剂为十二烷基苯磺酸钠化学发泡剂、改性茶皂素类发泡剂、动物蛋白类发泡剂中的一种或几种复合。所述加气剂为活性铝粉、双氧水、松脂酸钠、环烷酸皂等中的一种。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述憎水剂为硬脂酸盐类憎水剂、有机硅类憎水剂、聚合物胶乳类憎水剂中的一种。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述的钢丝网格栅骨架的网格为（50-500）mm*（50-500）mm矩形或菱形格栅，布置方式为防护板中间单层式或防护板上下面双层式。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述渗透型有机硅防水剂为的异丁基硅烷、辛基三乙氧基硅氧烷、聚甲基三乙氧基硅氧烷有机硅防水剂中的一种。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述纳米TiO₂为用溶胶-凝胶法、水热法或溶胶-水热法制成的粒径范围为10-100nm的锐钛矿型纳米二氧化钛粉体。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述活性增强剂为硝酸银溶液。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述分散稳定剂为含铝和锆的双金属有机络合物的低聚物、含铝和钡的双金属有机络合物的低聚物与聚羧酸盐减水剂复合中的一种。

上述的轻质混凝土多功能防护板制品中，所述溶剂为蒸馏水、乙醇中的一种。

因此，本实用新型的轻质混凝土多功能防护板制品可用于建筑外墙、路桥边坡、屋面系统等领域，还可应用到交通道路两侧的防护栏，吸收汽车尾气，显示出良好的应用前景。

将纳米TiO₂或改性TiO₂复掺到渗透型硅烷防水涂层，并涂刷到内掺有温石棉纳米纤维的泡沫混凝土或加气混凝土表面，形成含纳米TiO₂有机硅防水层多功能轻质混凝土制品。事实上，仅在轻质混凝土表面涂覆含纳米TiO₂有机硅防水层，一方面，可有效规避湿度大时制品光催化效率降低的问题；一方面，成本可得到有效降低；再一方面，还可在保证轻质混凝土一定呼吸功能的同时，有效保持轻质混凝土良好的隔热保温或吸声性能。相比于微观纤维成核剂，具有更小的直径、更高的比表面积，且具有独特的纳米小尺寸效应的温石棉纤维在很低添加量时便能形成大量成泡核心，进而使相应泡沫混凝土或加气混凝土的微孔结构均匀、力学性能得到改善，与此同时，温石棉纤维还具有中空多层结构，因此可同时可有效改善泡沫混凝土或加气混凝土基体的阻尼耗能性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的多功能防护板断面示意图。

图中：1-混凝土基层；1a-温石棉纤维；1b-封闭微气泡；1c-开口微气孔；2-钢丝网格栅骨架；3-含纳米TiO₂有机硅防水层；4-含纳米TiO₂的灌缝轻质混凝土。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型所述轻质混凝土多功能防护板制品，包括混凝土基层1和含纳米TiO₂有机硅防水层3，其中混凝土基层1包括如下按重量配比的组分：100份水泥、0.1-10份温石棉纤维、0.01-2份憎水剂、0.1-2份速凝剂、10-30份粉煤灰、0.1-6份减水剂、50-200份水、1-20份发泡剂或加气剂；所述混凝土基层1的上下两侧涂刷防水面层3，防水面层3包括如下按重量配比的组分：100份渗透型有机硅防水剂、0.1-20份纳米TiO₂、0-2份活性增强剂、0.01-5份分散稳定剂、50-200份溶剂。轻质混凝土中间内嵌式多功能防护板制品中钢丝网格栅骨架2为在摊铺纳米加气混凝土浆料前，在防护板中间半高处已架立单层式的钢丝网格栅骨架。所述纳米泡沫混凝土层除了包括硬化混凝土，还包括分布其中的温石棉纤维1a和封闭微气泡1b、开口微气孔1c，以及含纳米TiO₂的灌缝轻质混凝土4。

纳米泡沫混凝土制品制备步骤如下：

（1）将0.5份聚羧酸类减水剂MPEG-500溶于60份水中，再加0.05份直径200-300nm、长度6-30μm的温石棉纤维，并进行15分钟的超声波处理（超声功率100W，超声频率40kHz，每超声50s，暂停10s，共15次），然后加入6份发泡剂十二烷基苯磺酸钠NaDDBS，并在胶砂搅拌机中快速搅拌3分钟预制发泡，形成温石棉纤维-发泡剂-减水剂泡沫体系；

（2）与此同时，另外将0.1份硬质酸钠憎水剂、0.3份减水剂MPEG-500、20份水、15份I级粉煤灰、100份525号硫铝酸盐水泥用胶砂搅拌机慢速混合形成憎水剂-粉煤灰-水泥浆料体系；

（3）将步骤（1）温石棉纤维-发泡剂-减水剂泡沫体系混合到步骤（2）憎水剂-粉煤灰-水泥浆料体系中，慢速搅匀后迅速摊铺到长×宽×高为1440mm×580mm×80mm的模具中，静停15分钟继续发泡，之后在标准养护（22±3℃、相对湿度RH≥90%）条件下养护至24h脱模。

（4）含纳米TiO₂有机硅防水层采用如下步骤制备：将5份采用溶胶凝胶法制备的粒径为30-100nm纳米TiO₂、0.05份分散稳定剂（含铝和锆的双金属有机络合物的低聚物：MPEG-500=3:2）稀释于100份蒸馏水中，进行30分钟的超声波处理（超声功率100W，超声频率40kHz，每超声50s，暂停10s，共30次），再加入100份有机硅防水剂，然后用高速搅拌机搅拌5分钟，形成纳米TiO₂-有机硅防水剂涂料体系；

（5）将步骤（3）脱模后的纳米泡沫混凝土制品干燥并清洁，在上下表面各喷涂上一层步骤（4）获得的含纳米TiO₂有机硅防水层，并继续在标准养护条件下养护到28d龄期，即得如图1右侧所示的纳米泡沫混凝土多功能防护板制品。

分别参照GB/T11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》、GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》、JC/T603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》规定的方法测得相应纳米泡沫混凝土及Sandwich多功能防护板制品小样的干密度、体积吸水率、抗压强度、导热系数，干缩率分别为351kg/m³、1.2%、2.53MPa、0.0372W/m.k。参照中国专利ZL200810064119.X中纳米复合材料制品阻尼测试方法测得该制品的结构阻尼比（损耗因子）、衰减幅值分别为0.103、-18.9dB。分别参照GBT-23761-2009《粉体水浸pH值测试方法》、GB/T19591-2004《粉体含水量测试方法》来评价所获得的纳米TiO₂均满足SN2041-2008标准要求，其水浸pH、含水量分别为6.0、0.5%。采用纳米级TiO₂对甲基橙溶液在紫外光源波长λ=284nm处的降解率来表征含纳米TiO₂有机硅防水层的纳米泡沫混凝土样品的光催化活性，在TiO₂浓度为2.0%，光照时间3小时条件下，对甲基橙溶液吸光度降解率为25.6%。

实施例2

如图1所示，所用的轻质混凝土为由添加2%份加气剂获得的加气混凝土，轻质混凝土中间内嵌式多功能防护板制品中钢丝网格栅骨架2为在摊铺纳米加气混凝土浆料前，在防护板中间半高处已架立单层式的钢丝网格栅骨架。所述纳米泡沫混凝土层除了包括硬化混凝土，还包括分布其中的温石棉纤维1a和微气孔1c。轻质混凝土及Sandwich多功能防护板制品制备过程及结构同实施例1。

分别参照GB/T11969-2008、GB/T17671-1999、GB/T10294-2008、JC/T603-2004规定的方法测得相应纳米加气混凝土及Sandwich多功能防护板制品小样的干密度、体积吸水率、抗压强度、导热系数，干缩率分别为415kg/m³、2.4%、5.26MPa、0.0478W/m.k。参照中国专利ZL200810064119.X中纳米复合材料制品阻尼测试方法测得该制品的结构阻尼比、衰减幅值分别为0.115、-12.7dB。采用纳米级TiO₂对甲基橙溶液在紫外光源波长λ=284nm处的降解率来表征含纳米TiO₂有机硅防水层的纳米加气混凝土样品光催化活性：在TiO₂浓度为2.0%，光照时间3小时条件下，对甲基橙溶液吸光度降解率为21.7%。

实施例3

纳米泡沫混凝土及加筋多功能防护板制品制备过程及结构同实施例1。不同的是：所用的发泡剂为动物蛋白类FP-6B，减水剂为萘系高效减水剂FDN，所用憎水剂为有机硅类憎水剂，所用水泥为625型快硬高强铝酸盐水泥。

分别参照GB/T11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》、GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》、JC/T603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》规定的方法测得相应纳米泡沫混凝土及Sandwich多功能防护板制品小样的干密度、体积吸水率、抗压强度、导热系数，干缩率分别为297kg/m³、1.8%、3.11MPa、0.0457W/m.k。参照中国专利ZL200810064119.X中纳米复合材料制品阻尼测试方法测得该制品的结构阻尼比、衰减幅值分别为0.124、-18.5dB。采用纳米级TiO₂对甲基橙溶液在紫外光源波长λ=284nm处的降解率来表征含纳米TiO₂有机硅防水层的纳米泡沫混凝土样品光催化活性：在TiO₂浓度为2.0%，光照时间3小时条件下，对甲基橙溶液吸光度降解率为22.6%。

实施例4

纳米泡沫混凝土及加筋多功能防护板制品制备过程及结构同实施例1。不同的是：纳米TiO₂是采用水热法合成、粒径范围为20-50nm，并引入0.5份的硝酸银溶液。

分别参照GB/T11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》、GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》、JC/T603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》规定的方法测得相应纳米泡沫混凝土及Sandwich多功能防护板制品小样的干密度、体积吸水率、抗压强度、导热系数，干缩率分别为349kg/m³、1.1%、2.84MPa、0.0401W/m.k。参照中国专利ZL200810064119.X中纳米复合材料制品阻尼测试方法测得该制品的结构阻尼比、衰减幅值分别为0.138、-21.7dB。分别参照GBT-23761-2009《粉体水浸pH值测试方法》、GB/T19591-2004《粉体含水量测试方法》来评价所获得的纳米TiO₂均满足SN2041-2008标准要求，其水浸pH、含水量分别为6.1、0.5%。采用纳米级TiO₂对甲基橙溶液在紫外光源波长λ=284nm处的降解率来表征含纳米TiO₂有机硅防水层的纳米泡沫混凝土样品的光催化活性，在TiO₂浓度为2.0%，光照时间3小时条件下，对甲基橙溶液吸光度降解率为35.6%。

实施例5

与实施例1不同的是：含纳米TiO₂有机硅防水层直接喷涂在基材为膨胀珍珠岩类普通保温防护板上形成带含纳米TiO₂有机硅防水面层的多功能防护板。本实用新型所述含纳米TiO₂有机硅防水层及Sandwich多功能防护板制品，主要包括含纳米TiO₂有机硅防水层3及普通保温防护板。

分别参照GB/T11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》、GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》、JC/T603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》规定的方法测得相应纳米泡沫混凝土及Sandwich多功能防护板制品小样的干密度、体积吸水率、抗压强度、导热系数，干缩率分别为287kg/m³、1.3%、3.26MPa、0.0315W/m.k。参照中国专利ZL200810064119.X中纳米复合材料制品阻尼测试方法测得该制品的结构阻尼比、衰减幅值分别为0.118、-23.1dB。采用纳米级TiO₂对甲基橙溶液在紫外光源波长λ=284nm处的降解率来表征含纳米TiO₂有机硅防水层的普通保温防护板样品的光催化活性，在TiO₂浓度为2.0%，光照时间3小时条件下，对甲基橙溶液吸光度降解率为22.9%。

Claims

1.一种采用轻质混凝土的多功能防护板，其特征在于，包括混凝土基层（1），其内置钢丝网格栅骨架（2），混凝土基层（1）一面或相对的两面涂刷含纳米TiO₂有机硅防水层（3）；相邻的防护板之间通过钢丝网格栅骨架（2）端部伸出部分或/和含纳米TiO₂的灌缝轻质混凝土（4）相互咬合进行拼缝嵌接。

2.根据权利要求1所述的多功能防护板，其特征在于，所述混凝土基层（1）包括如下按重量配比的组分：100份水泥、0.1-10份温石棉纤维、0.01-2份憎水剂、0.1-2份速凝剂、10-30份粉煤灰、0.1-6份减水剂、50-200份水、1-20份发泡剂或加气剂。

3.根据权利要求1所述的多功能防护板，其特征在于，所述的混凝土基层（1）采用普通保温防护板，所述的普通保温防护板为膨胀珍珠岩类、玻化微珠类、海泡石类、岩棉类、泡沫混凝土类中的一种。

4.根据权利要求2或3所述的多功能防护板，其特征在于，所述含纳米TiO₂有机硅防水层（3）包括如下按重量配比的组分：100份渗透型有机硅防水剂、0.1-20份纳米TiO₂、0-2份活性增强剂、0.01-5份分散稳定剂、50-200份溶剂。

5.根据权利要求4所述的多功能防护板，其特征在于，钢丝网格栅骨架（2）的网格为50-500mm*50-500mm矩形或菱形格栅；钢丝网格栅骨架（2）的布置方式为设置在防护板中间单层式或设置在防护板的上下面双层式。