CN102381858B - 一种含有发泡剂的建筑材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种含有发泡剂的建筑材料及其制备方法，所述建筑材料按重量份数含有如下组分：珍珠岩200～400，水泥100，粉煤灰15-30，水30-80，混凝土发泡剂0.1-0.3，增强纤维2-4，减水剂0.5-2，其中所述混凝土发泡剂由淀粉、表面活性剂、月桂醇和羧甲基纤维的碱金属盐组成，并且淀粉∶表面活性剂∶月桂醇∶羧甲基纤维的碱金属盐的重量比为40-60∶32-47∶3-8∶2-5。该材料中的泡孔直径小且均匀，导致该材料具有质轻、保温隔热、防火、防漏的优点，此外，该材料还具有不易霉变、不易受温度和pH等外部环境影响而变性的优点。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，更具体地涉及一种含有发泡剂的轻质高强保温防火的建筑材料及其制备方法。
背景技术
近几年，我国建筑行业蓬勃发展，对建筑材料的要求也越来越高，尤其是对于一些特殊场所，例如大型体育场馆、地铁、城铁以及仓库顶棚的建筑材料，其不仅要求具有一定的强度，而且要求防漏、保温隔热、防火、质轻。传统的混凝土基材料，其强度较高，且防火性能好，但是，其密度高，即比重大，而且保温隔热性能也不理想，因此，不适用于大型屋顶等场所的引用。而树脂基材料，虽然比重小，质轻，防漏，但是其存在火灾隐患，并且在日光照射温度升高的情况下会挥发出有毒的有机物，因此，也不适用于大型的公共场所屋顶使用。近几年，国内也有人开发出了发泡的混凝土材料，或者发泡的珍珠岩基材料，例如，CN1557767A中公开了一种含有胶凝料、填料、改性剂和发泡剂的建筑材料，CN102080427A中公开了一种高性能轻质混凝土墙体材料，并公开了该材料中按照重量百分比含有水泥20～40％，炉渣20～50％，珍珠岩1～5％，增强纤维10～20，松香皂发泡剂0.08～1％，膨润土稳定剂0.5～2％。但是，这些材料中的泡孔直径偏大，不够均匀，导致所形成的板材强度不够高。
发泡剂又称为起泡剂，是能促进发生泡沫以形成闭孔或联孔结构的物质。将发泡剂引入混凝土，在混凝土内部产生微小密闭的均匀气泡，可形成质轻高强、隔热保温性能良好的泡沫混凝土。和普通混凝土不同，发泡剂引入的微小气泡在泡沫混凝土中类似滚珠轴承，帮助填充集料与胶凝材料之间的空隙，可以很好地提高混凝土的流动性和施工性；而大量泡沫的存在使得混凝土中的固相成分与气相形成相互交织的特殊结构，保证了其具有优良的抗冻隔热性能。泡沫混凝土中的泡沫形成如果细小，均匀的话，其相对于传统加气混凝土可以明显降低因应力集中而造成的开裂现象。
应用于泡沫混凝土中的发泡剂种类很多，目前主要有：表面活性剂类发泡剂，例如松香类发泡剂，动物蛋白类发泡剂和植物蛋白类发泡剂，此外还有，金属铝粉发泡剂、树脂皂类发泡剂和石油磺酸铝发泡剂等。各种发泡剂既有各自的优点，又存在各自的缺陷。松香类发泡剂是使用较早的一类发泡剂，是以松香和氢氧化钠等为主要原料，经过皂化反应制取的一种表面活性剂，其制造工艺简单，材料成本较低，但其发泡能力及泡沫强度较差。植物蛋白发泡剂是以天然高分子材料为原料，经一系列复杂的化学反应生成。这种发泡剂为淡黄色透明液体，溶于水，对硬水不敏感、无毒、无味，具有优异的发泡能力，泡沫丰富、细密。但是，由于原材料的质量不稳定，造成最终产品的发泡性能不稳定，只适用于较少的场合。目前，国内外广泛认可的是动物蛋白发泡剂。动物蛋白发泡剂是以动物角质蛋白为主要原料，加入一定量的氢氧化钠、盐酸、氯化镁等化学原料，加温溶解、稀释、过滤、高温缩水而成。质量合格的动物蛋白发泡量大、泡沫强度高，但是，其同时也具有泡沫不够稳定、容易霉变、易受温度和pH值等外部环境影响而变性的缺点。
发明内容
本发明为了克服现有技术中的上述不足，提供了一种新型的建筑材料，该材料按重量份数含有如下组分：珍珠岩200～400，水泥100，粉煤灰15-30，水30-80，混凝土发泡剂0.1-0.3，增强纤维2-4，减水剂0.5-2，其中所述混凝土发泡剂由淀粉、表面活性剂、月桂醇和羧甲基纤维的碱金属盐组成，并且淀粉∶表面活性剂∶月桂醇∶羧甲基纤维的碱金属盐的重量比为40-60∶32-47∶3-8∶2-5。另外，本发明也提供该建筑材料的制备方法，所述方法包括将各原料组分混合均匀的步骤。该材料中的泡孔直径小且均匀，导致该材料具有质轻、保温隔热、防火、防漏的优点，此外，还具有不易霉变、不易受温度和pH等外部环境影响而变性的优点。
优选地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
优选地，所述淀粉为α-淀粉，更优选为通过氢氧化钠糊化反应制备得到的改性α-木薯淀粉。
优选地，所述发泡剂按重量份数包含：淀粉50-55，十二烷基硫酸钠40-45 月桂醇3-5，羧甲基纤维素的碱金属盐2-3。
优选地，所述羧甲基纤维素的碱金属盐为羧甲基纤维素钠。
优选地，所述纤维为聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维或玻璃纤维等。
优选地，所述减水剂为申请号为2011101204252的中国专利申请中所述的改性三聚氰胺减水剂。该减水剂中，各原料的重量份数为：苯酚35-50、尿素2.5-4、氨基苯磺酸盐10-20、甲醛20-30、三聚氰胺20-30、焦亚硫酸钠20-40、氢氧化钠0.4-1、三乙醇胺0.5-1.5、酸性催化剂0.1-0.5，余量的溶剂。优选地，所述溶剂为水，进一步优选地，所述溶剂的用量为前述原料总重量份数的0.8-1.5倍。该减水剂与上述发泡剂的联合使用能够提高水泥砂浆的流动度，提高硬化后水泥的强度。
进一步优选地，所述改性三聚氰胺减水剂中，苯酚的重量份数为40-45；氨基苯磺酸盐的重量份数为12-15；甲醛的重量份数为22-26；尿素的重量份数为3-3.5；三聚氰胺的重量份数为22-25；焦亚硫酸钠的重量份数为25-30；氢氧化钠的重量份数为0.5-0.7；酸性催化剂的重量份数为0.2-0.4；三乙醇胺的重量份数为0.7-1.0；和/或溶剂的重量份数为85-90。
优选地，所述改性三聚氰胺减水剂的制备方法包括如下步骤：
一)、在室温下，将部分氢氧化钠、苯酚、氨基苯磺酸盐、甲醛、尿素、三聚氰胺和部分溶剂混合，升高温度至80～100℃，待物料由浑浊变清亮后继续保温10～50分钟，得混合物I；
二)、向混合物I中继续加入部分溶剂，焦亚硫酸钠和部分氢氧化钠，混合均匀，将温度升高至90～105℃，保温1～2小时，得混合物II；
三)、向混合物II中加入酸性催化剂和部分溶剂，混合均匀，25℃下恒温3～6小时，得混合物III；
四)、向混合物III中加入剩余氢氧化钠，剩余溶剂，以及三乙醇胺，混合均匀。
优选地，所述改性三聚氰胺减水剂的制备步骤包括：
一)、在室温下，向水溶剂中加入部分氢氧化钠水溶液，然后加入苯酚、氨基苯磺酸盐、甲醛水溶液，混合均匀后加入尿素和三聚氰胺，混合，升高温度至80～100℃，待物料由浑浊变清亮后继续保温10～50分钟，得混合物I；
二)、向混合物I中继续加入部分水溶剂、焦亚硫酸钠和部分氢氧化钠水溶液，混合均匀，将温度升高至90～105℃，保温1～2小时，得混合物II；
三)、向混合物II中加入98重量％的浓硫酸和部分水溶剂，混合均匀，25℃下恒温3～6小时，得混合物III；
四)、向混合物III中加入剩余氢氧化钠水溶液，以及三乙醇胺，混合均匀。
或者，本发明所述的减水剂为中国专利申请2011101204337中所述的苯酚改性脂肪族减水剂，其由下述原料按照下述重量份数制备而成：甲醛200-400，丙酮80-120，亚硫酸钠80-120或亚硫酸氢钠120-180，苯酚10-20，焦亚硫酸钠60-90，氢氧化钠1-2，对氨基苯磺酸钠20-35以及适量的水。该减水剂与上述发泡剂的联合使用能够提高水泥砂浆的流动度，提高硬化后水泥的强度。
优选地，所述苯酚改性脂肪族减水剂中水的用量为400-600重量份，优选，400-500重量份。
优选地，所述苯酚的用量为12-16重量份。
本发明还提供一种上述苯酚改性脂肪族减水剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)A料的制备
使得苯酚、对氨基苯磺酸钠和甲醛在水中反应，得到A料；
(2)B料的制备
由水、丙酮、甲醛、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠和氢氧化钠制备得到B料；
(3)混合反应
将A料缓慢加入到B料中，保温反应，得到所述苯酚改性脂肪族减水剂。
优选地，所述B料的制备包括：
(i)将丙酮、甲醛和焦亚硫酸钠混合均匀，得物料B-1；
(ii)将水、亚硫酸钠、氢氧化钠和焦亚硫酸钠混合均匀，得物料B-2；
(iii)将物料B-2升温至45-55℃后，向其中滴加物料B-1，升高温度进行反应，得到B料。
优选地，所述A料的制备包括：将水、苯酚、对氨基苯磺酸钠混合均匀后，向混合液中滴加甲醛，控制甲醛的加入速度，使得反应体系的温度不超过105℃，滴加完毕后，保持温度在95-105℃反应2-3小时。
优选地，将物料B-1滴加到物料B-2中所用的时间为6-8小时。
优选地所述A料和B料在90-98℃下保温反应。
此外，本发明还提供所述建筑材料用于地铁候车室屋顶或大型仓库屋顶的用途，或作为墙体保温层的用途。
具体实施方式
制备实施例1
将NaOH溶液与α-木薯淀粉按照NaOH干重∶淀粉＝1∶10的比例混合，对所述淀粉进行糊化处理，得到糊化的α-木薯淀粉。
利用上述制得的糊化α-木薯淀粉按照下述配比制备混凝土发泡剂，具体方法为：
将50Kg的糊化α-木薯淀粉、40Kg的十二烷基硫酸钠、4Kg的月桂醇和2.5Kg的羧甲基纤维素钠混合，搅拌均匀，即的所述混凝土发泡剂。
所得混凝土发泡剂按照0.5Kg发泡剂/1立方米水泥的用量用于拉法基水泥中，在75％的湿度条件下，30天未发现有长毛现象发生，同体积质量减轻40％，隔热能力提高大约5倍，而强度未发现有明显下降。
制备实施例2
将50Kg的未糊化α-木薯淀粉、40Kg的十二烷基硫酸钠、4Kg的月桂醇和2.5Kg的羧甲基纤维素钠混合，搅拌均匀，即的所述混凝土发泡剂。
所得混凝土发泡剂按照0.5Kg发泡剂/1立方米水泥的用量用于拉法基水泥中，在75％的湿度条件下，15天未发现有长毛现象，30天发现有少量长毛现象，同体积质量减轻35％，隔热能力提高大约4.5倍，而强度未发现有明显下降。
制备对比例1
将50Kg的实施例1中制备的糊化α-木薯淀粉、40Kg的十二烷基硫酸钠、4Kg的月桂醇和2.5Kg的羟丙基甲基纤维素醚混合，搅拌均匀，即的所述混凝土发泡剂。所得混凝土发泡剂按照0.5Kg发泡剂/1立方米水泥的用量用于拉法基水泥中，在75％的湿度条件下，30天未发现有长毛现象发生，同体积质量减轻25％，隔热能力提高大约3倍，而强度未发现有明显下降。
制备对比例2
将30Kg的实施例1制备的糊化α-木薯淀粉、40Kg的十二烷基硫酸钠、4Kg的月桂醇和2.5Kg的羧甲基纤维素钠混合，搅拌均匀，即的所述混凝土发泡剂。所得混凝土发泡剂按照0.5Kg发泡剂/1立方米水泥的用量用于拉法基水泥中，在75％的湿度条件下，30天未发现有长毛现象发生，同体积质量减轻28％，隔热能力提高大约3倍，而强度未发现有明显下降。
制备实施例3
三聚氰胺减水剂的制备
在室温下，向600Kg水中加入浓度为10重量％的氢氧化钠水溶液14Kg，混合均匀，然后加入280Kg苯酚、860Kg氨基苯磺酸盐、4300Kg浓度为36重量％的甲醛水溶液，继续混合均匀后，加入220Kg尿素和1500Kg三聚氰胺，混合，升高温度至80～100℃，待物料由浑浊变清亮后继续保温10～50分钟，得混合物I；
二)、向混合物I中加入2000Kg水、1800Kg焦亚硫酸钠和90Kg浓度为20重量％的氢氧化钠水溶液，混合均匀，将温度升高至90～105℃，保温1～2小时，得混合物II；
三)、向混合物II中加入98重量％的浓硫酸20Kg，再加入30Kg水，混合均匀，25℃下恒温3小时，得混合物III；
四)、向混合物III中加入浓度为25重量％的80Kg氢氧化钠水溶液，以及50Kg三乙醇胺，混合均匀，冷却后即得到本发明的改性减水剂液体产品。
制备实施例4
苯酚改性脂肪族减水剂的制备：
A料的制备：
将400Kg水、160Kg苯酚、295Kg对氨基苯磺酸钠投入1号反应釜中，混合均匀，升温至50℃，匀速滴加280Kg甲醛，控制滴加速度，使得反应体系温度不超过105℃，然后在98-105℃下反应2.5小时，得到A料备用。
B料的制备：
向容积为5000升的2号反应釜中加入1100Kg丙酮、3200Kg甲醛和440Kg焦亚硫酸钠，混合均匀，得物料B-1。
向容积为10000升3号反应釜中加入4300Kg水，1100Kg亚硫酸钠、13Kg氢氧化钠和390Kg焦亚硫酸钠，混合均匀，得到物料B-2。
将物料B-2的温度升高至50℃，开始滴加物料B-1，控制B-1的滴加速度，使得B-1滴加用时7小时，同时保持反应体系温度在50-55℃，滴加完毕后，升高温度至90-95℃，恒温反应2小时，得到B料。
混合反应
向B料中滴加A料，在90-94℃下，恒温反应2小时，即得苯酚改性脂肪族减水剂。
实施例1
将300Kg珍珠岩砾料浸入水中阴湿，然后捞出，与100KG硅酸盐水泥、20Kg粉煤灰、30Kg水、0.3Kg制备实施例1制备得到的混凝土发泡剂、3KgPVA增强纤维和1Kg的
减水剂(购自德国BASF)拌和均匀，得一种轻质混凝土，然后将该混凝土注入设定的模具中，静置固化，切割成块，喷水养护7天，然后再自然养护一段时间，得所需建筑材料。
所得建筑材料在高湿环境下放置30天，未观测到有霉变发生，容重450Kg/立方米，并且防火等级达到了I级。此外，与CN102080427A中公开的墙体材料相比，泡孔直径更小，达到了0.1mm，强度提高20％以上。
实施例2
将300Kg珍珠岩砾料浸入水中阴湿，然后捞出，与100KG硅酸盐水泥、20Kg粉煤灰、30Kg水、0.3Kg制备实施例2制备得到的混凝土发泡剂、3Kg PVA增强纤维和1Kg的
减水剂(购自德国BASF)混合均匀，得一种轻质混凝土，然后将该混凝土注入设定的模具中，静置固化，切割成块，喷水养护7天，然后再自然养护一段时间，得所需建筑材料。
所得建筑材料在高湿环境下放置30天，未观测到有霉变发生，容重480Kg/立方米，并且防火等级达到了I级。此外，与CN102080427A中公开的墙体材料相比，泡孔直径更小，达到了0.1mm，强度提高20％以上。
实施例3
将300Kg珍珠岩砾料浸入水中阴湿，然后捞出，与100KG硅酸盐水泥、20Kg粉煤灰、30Kg水、0.3Kg制备实施例1制备得到的混凝土发泡剂、3Kg PVA增强纤维和1Kg的制备实施例3得到的减水剂混合均匀，得一种轻质混凝土，然后将该混凝土注入设定的模具中，静置固化，切割成块，喷水养护7天，然后再自然养护一段时间，得所需建筑材料。
所得建筑材料在高湿环境下放置30天，未观测到有霉变发生，容重400Kg/立方米，并且防火等级达到了I级。此外，与CN102080427A中公开的墙体材料相比，泡孔直径更小，达到了0.1mm，强度提高25％以上。
实施例4
将300Kg珍珠岩砾料浸入水中阴湿，然后捞出，与100KG硅酸盐水泥、20Kg粉煤灰、30Kg水、0.3Kg制备实施例1制备得到的混凝土发泡剂、3Kg PVA增强纤维和1Kg的制备实施例4得到的减水剂混合均匀，得一种轻质混凝土，然后将该混凝土注入设定的模具中，静置固化，切割成块，喷水养护7天，然后再自然养护一段时间，得所需建筑材料。
所得建筑材料在高湿环境下放置30天，未观测到有霉变发生，容重400Kg/立方米，并且防火等级达到了I级。此外，与CN102080427A中公开的墙体材料相比，泡孔直径更小，达到了0.1mm，强度提高25％以上。
对比例1
将300Kg珍珠岩砾料浸入水中阴湿，然后捞出，与100KG硅酸盐水泥、20Kg粉煤灰、30Kg水、0.3Kg对比实施例1制备得到的混凝土发泡剂、3Kg PVA增强纤维和1Kg的减水剂(购自德国BASF)拌和均匀，得一种轻质混凝土，然后将该混凝土注入设定的模具中，静置固化，切割成块，喷水养护7天，然后再自然养护一段时间，得所需建筑材料。
所得建筑材料在高湿环境下放置30天，未观测到有霉变发生，容重650Kg/立方米，并且防火等级达到I级。此外，与CN102080427A中公开的墙体材料相比，泡孔直径约0.15mm，强度提高10％以上。
对比例2
将300Kg珍珠岩砾料浸入水中阴湿，然后捞出，与100KG硅酸盐水泥、20Kg粉煤灰、30Kg水、0.3Kg对比实施例2制备得到的混凝土发泡剂、3Kg PVA增强纤维和1Kg的
减水剂(购自德国BASF)拌和均匀，得一种轻质混凝土，然后将该混凝土注入设定的模具中，静置固化，切割成块，喷水养护7天，然后再自然养护一段时间，得所需建筑材料。
所得建筑材料在高湿环境下放置30天，未观测到有霉变发生，容重550Kg/立方米，并且防火等级达到了I级。此外，与CN102080427A中公开的墙体材料相比，泡孔直径约0.16mm，强度提高8％以上。
Claims (9)
1.一种含有发泡剂的建筑材料，该材料按重量份数含有如下组分：珍珠岩200～400，水泥100，粉煤灰15-30，水30-80，混凝土发泡剂0.1-0.3，增强纤维2-4，减水剂0.5-2，其中所述混凝土发泡剂由通过氢氧化钠糊化反应制备得到的改性α-木薯淀粉、表面活性剂、月桂醇和羧甲基纤维的碱金属盐组成，并且所述改性α-木薯淀粉：表面活性剂：月桂醇：羧甲基纤维的碱金属盐的重量比为40-60∶32-47∶3-8∶2-5。
2.权利要求1所述的建筑材料，其中所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
3.权利要求1所述的建筑材料，其中所述改性α-木薯淀粉：表面活性剂：月桂醇：羧甲基纤维的碱金属盐的重量比为50-55∶40-45∶3-5∶2-3。
4.权利要求1-3任一项所述的建筑材料，其中所述羧甲基纤维素的碱金属盐为羧甲基纤维素钠。
5.权利要求1-3任一项所述的建筑材料，其中所述减水剂为改性三聚氰胺减水剂或苯酚改性脂肪族减水剂。
6.权利要求5所述的建筑材料，其中所述改性三聚氰胺减水剂中，各原料的重量份数为：苯酚35-50、尿素2.5-4、氨基苯磺酸盐10-20、甲醛20-30、三聚氰胺20-30、焦亚硫酸钠20-40、氢氧化钠0.4-1、三乙醇胺0.5-1.5、酸性催化剂0.1-0.5，余量的溶剂，且所述溶剂的用量为前述原料总重量份数的0.8-1.5倍。
7.权利要求5所述的建筑材料，其中所述苯酚改性脂肪族减水剂由下述原料按照下述重量份数制备而成：甲醛200-400，丙酮80-120，亚硫酸钠80-120或亚硫酸氢钠120-180，苯酚10-20，焦亚硫酸钠60-90，氢氧化钠1-2，对氨基苯磺酸钠20-35以及适量的水，且所述水的用量为400-600重量份。
8.权利要求1所述的建筑材料的制备方法，其中包括将权利要求1中所述珍珠岩、水泥、粉煤灰、水、混凝土发泡剂0.1-0.3、增强纤维和减水剂0.5-2混合均匀的步骤。
9.权利要求1所述的建筑材料用于地铁候车室屋顶或大型仓库屋顶的用途，或作为墙体保温层的用途。
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