CN106747056B - 一种超高应变高强度保温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高应变高强度保温材料及其制备方法，该材料的水灰比为0.20～0.25，纤维的体积含量为1.5～2.5％；其余组分由以下质量百分含量的组分组成：水泥为28％～48％，硅灰为6％～14％，钙粉为5％～23％，粉煤灰为5％～23％，砂子19～25％，氨基硅烷改性剂为0.019～0.039％，减水剂为2.819％～2.861％，发泡剂为0.1％～0.15％。本发明的保温材料具有强度高、延性佳、低收缩、保温隔热效率高、吸水率低、抗渗性和抗冻性优良、阻燃性能达到防火等级A级，可加工性好，既可制成板材，也可用于大规模现场浇筑，环境适应性强，施工简便、可塑性好，适用于任何建筑部位。
Description
技术领域
本发明涉及可承重的建筑保温材料技术领域，尤其涉及一种超高应变高强度保温材料的制备方法。
背景技术
建筑业作为国民经济的支柱产业，建筑能耗在总能耗中约为30％左右。同时也是对自然资源、环境影响较大的产业。为建设资源节约型、环境友好型社会，我们国家实施了节能减排、可持续发展的战略部署，建筑节能环保越来越被人们重视。墙体和屋面保温是一个非常重要的节能措施，为满足不同建筑结构的需要，市场上出现了各种各样的建筑节能保温材料，其中轻质加气混凝土、泡沫混凝土就是很常用的无机保温材料，该材料自重小，保温性能优良，防火等级高，即可预制成板材、砌块，也可现场浇筑，应用范围广。但是该材料也存在着一些弊病，其中最主要的就是强度低、承重能力差和易开裂，大大限制其应用范围，降低其使用寿命。而且目前的外墙外保温***主要是由界面层、保温层、抗裂防护层和饰面层构成，加工复杂，破损率和制备成本均较高。
本发明充分考虑以上问题，成功研制出一种可承重的变形性能优良的超高应变高强度保温材料，以满足不同建筑结构的需要。使用本发明的保温材料，还可取消通常的界面层和抗裂防护层，达到简化结构，缩短工期、降低造价的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高应变高强度保温材料及其制备方法，以解决现有的材料存在的强度低、承重能力差和易开裂的问题。
一种超高应变高强度保温材料，该材料的组成为：拌合水用量用水灰比为0.20～0.25，纤维的体积含量为1.5～2.5％；其余组分由以下质量百分含量的组分组成：：水泥为28％～48％，硅灰为6％～14％，钙粉为5％～23％，粉煤灰为5％～23％，砂子19～25％，氨基硅烷改性剂为0.019～0.039％，减水剂为2.819％～2.861％，发泡剂为0.1％～0.15％。
优选的，所述的水泥为标号为52.5级硅酸盐水泥。
优选的，所述的硅灰为市售普通硅灰，其SiO2含量大于92％。
优选的，所述的钙粉的碳酸钙含量大于95％wt，平均粒径为5～20μm。
优选的，所述的粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，其中游离CaO的质量含量<1％。
优选的，所述的纤维为聚乙烯醇纤维或聚乙烯纤维中的一种或两种的混合物，其中，纤维长度为6mm～12mm，直径为12～39μm，弹性模量不低于25GPa，极限抗拉强度不低于1200MPa。
优选的，所述的氨基硅烷改性剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。
优选的，所述的减水剂为聚羧酸系高效减水剂，其固含量≥40％，减水率≥40％。
优选的，所述的发泡剂为动植物蛋白类发泡剂、松香树脂类发泡剂、合成类发泡剂、复合型发泡剂中的任意一种。
一种制备上述的超高应变高强度保温材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)超高应变高强度水泥基复合材料的制备：将按预定配合比称量好的氨基硅烷改性剂和减水剂与水混合，然后将按预定配比称量好的硅灰与配置好的溶液在水泥砂浆搅拌机中混合，以140r/min的转速慢搅1-2分钟；然后依次加入按预定配比称量好的水泥、钙粉、粉煤灰、砂子，以140r/min的转速慢搅1-2分钟，再以285r/min的转速快搅2-4分钟；然后加入预先称量好的纤维，以140r/min的转速慢搅1-2分钟，再以285r/min的转速快搅4-6分钟；
(2)超高应变高强度保温材料的制备：将按预定配合比称量好的发泡剂与水按1:1质量比稀释，用发泡机将其制成泡沫，然后加入到步骤(1)制备的超高应变高强度水泥基复合材料中，用砂浆搅拌机以140r/min的转速慢搅2-3分钟，取规格尺寸的模具，浇注成型，然后用抹子将其表面抹平，静置12～24h后脱模，20℃标准养护28天或者60℃～90℃蒸汽养护3天，即得超高应变高强度保温材料。
有益效果：本发明的保温材料具有强度高、延性佳、低收缩、保温隔热效率高、吸水率低、抗渗性和抗冻性优良、阻燃性能达到防火等级A级，可加工性好，即可制成板材，也可用于大规模现场浇筑，适应性强，施工简便、可塑性好，适用于任何建筑部位。本发明作为一种可承重的保温材料，不仅可以满足普通建筑的保温需求，更重要的是可用于一般建筑物的墙体与地面承重结构和一些防护结构，适用性广，大大扩大了建筑节能保温材料的应用范围。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
名词解释：
超高应变高强度保温材料：是指平均抗压强度超过30MPa且在单轴拉伸荷载下的极限延伸率不小于3％的保温材料。
抗压、抗折强度测试：参照《高延性纤维增强水泥基复合材料性能试验方法(草案)》中的相关测试方法进行测定。
线性收缩率、吸水率、抗冻性测定：参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》中的相关测试方法进行测定。
变形性能(单轴拉伸测试)：参照日本《高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)设计推荐标准》，单轴拉伸试验试件尺寸为13mm厚的“骨头型”薄板，总长330mm，两端“骨头型”宽度为60mm，中间矩形部分长×宽为：100mm×30mm。利用MTS 810测试***进行单轴拉伸性能测试，加载方式为按位移加载，加载速率为0.3mm/min，获得荷载-位移曲线，通过计算得到应力-应变关系。
导热系数测试：按照国标GB/T 10294-2008中绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法进行检测。
防火性能检测：按照国标GB 8624-2012中建筑材料的燃烧等级分级进行检测可知。
实施例1
一种超高应变高强度保温材料，该材料组成为：，拌合水用量用水灰比表示为0.20，纤维的体积百分含量为1.7％，，其它组份由以下质量百分含量的组分组成：水泥为48％，硅灰为14％，钙粉为5％，粉煤灰为5％，砂子25％，氨基硅烷改性剂为0.039％，减水剂为2.861％，发泡剂为0.1％。
其中，水泥为标号为52.5级硅酸盐水泥；硅灰为市售普通硅灰，其SiO2含量大于92％；钙粉的碳酸钙含量大于95％wt，平均粒径为5～20μm；粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，其中游离CaO的质量含量<1％；纤维为聚乙烯醇(PVA)纤维，纤维长度为6mm～12mm，直径为12～39μm，弹性模量不低于25GPa，极限抗拉强度不低于1200MPa；氨基硅烷改性剂为KH551(3-氨丙基三甲氧基硅烷)；减水剂为聚羧酸系高效减水剂，其固含量≥40％，减水率≥40％；发泡剂为动植物蛋白类发泡剂。
实施例2
一种超高应变高强度保温材料，该材料的组成为：，拌合水用量用水灰比表示为0.24，纤维的体积百分含量为2.3％，其它组份由以下质量百分含量的组分组成：水泥为30％，硅灰为10％，钙粉为17％，粉煤灰为17％，砂子23％，氨基硅烷改性剂为0.026％，减水剂为2.834％，发泡剂为0.14％。
其中，水泥为标号为52.5级硅酸盐水泥；硅灰为市售普通硅灰，其SiO2含量大于92％；钙粉的碳酸钙含量大于95％wt，平均粒径为5～20μm；粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，其中游离CaO的质量含量<1％；纤维为聚乙烯醇(PVA)纤维，纤维长度为6mm～12mm，直径为12～39μm，弹性模量不低于25GPa，极限抗拉强度不低于1200MPa；氨基硅烷改性剂为KH902(3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷)；减水剂为聚羧酸系高效减水剂，其固含量≥40％，减水率≥40％；发泡剂为松香树脂类发泡剂。
实施例3
一种超高应变高强度保温材料，该材料的组成为：，拌合水用量用水灰比表示为0.22，纤维的体积百分含量为2.0％，其它组份由以下质量百分含量的组分组成：水泥为33％，硅灰为6％，钙粉为16％，粉煤灰为23％，砂子19％，氨基硅烷改性剂为0.019％，减水剂为2.851％，发泡剂为0.13％。
其中，水泥为标号为52.5级硅酸盐水泥；硅灰为市售普通硅灰，其SiO2含量大于92％；钙粉的碳酸钙含量大于95％wt，平均粒径为5～20μm；粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，其中游离CaO的质量含量<1％；纤维为聚乙烯(PE)纤维，纤维长度为6mm～12mm，直径为12～39μm，弹性模量不低于25GPa，极限抗拉强度不低于1200MPa；氨基硅烷改性剂为KH792(N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷)；减水剂为聚羧酸系高效减水剂，其固含量≥40％，减水率≥40％；发泡剂为合成类发泡剂。
实施例4
一种超高应变高强度保温材料，该材料的组成为：，拌合水用量用水灰比表示为0.25，纤维的体积百分含量为2.5％，其它组份由以下质量百分含量的组分组成：水泥为28％，硅灰为7％，钙粉为23％，粉煤灰为19％，砂子20％，氨基硅烷改性剂为0.031％，减水剂为2.819％，发泡剂为0.15％。
其中，水泥为标号为52.5级硅酸盐水泥；硅灰为市售普通硅灰，其SiO2含量大于92％；钙粉的碳酸钙含量大于95％wt，平均粒径为5～20μm；粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，其中游离CaO的质量含量<1％；纤维为聚乙烯醇(PVA)纤维或聚乙烯纤维的混合物，纤维长度为6mm～12mm，直径为12～39μm，弹性模量不低于25GPa，极限抗拉强度不低于1200MPa；氨基硅烷改性剂为KH791(N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷)；减水剂为聚羧酸系高效减水剂，其固含量≥40％，减水率≥40％；发泡剂为复合型发泡剂。
实施例5
一种超高应变高强度保温材料，该材料的组成为：成，拌合水用量用水灰比表示为0.22，纤维的体积百分含量为1.5％，其它组份由质量百分含量的组分组成：水泥为35％，硅灰为11％，钙粉为9％，粉煤灰为19％，砂子23％，氨基硅烷改性剂为0.023％，减水剂为2.857％，发泡剂为0.12％。
其中，水泥为标号为52.5级硅酸盐水泥；硅灰为市售普通硅灰，其SiO2含量大于92％；钙粉的碳酸钙含量大于95％wt，平均粒径为5～20μm；粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，其中游离CaO的质量含量<1％；纤维为聚乙烯(PE)纤维的混合物，纤维长度为6mm～12mm，直径为12～39μm，弹性模量不低于25GPa，极限抗拉强度不低于1200MPa；氨基硅烷改性剂为KH602(N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷)；减水剂为聚羧酸系高效减水剂，其固含量≥40％，减水率≥40％；发泡剂为动植物蛋白类发泡剂。
实施例1-实施例5所述的超高应变高强度保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)高强度高应变水泥基复合材料的制备：将按预定配合比称量好的氨基硅烷改性剂和减水剂与水混合，然后将按预定配比称量好的硅灰与配置好的溶液在水泥砂浆搅拌机中混合，以140r/min的转速慢搅1-2分钟；然后依次加入按预定配比称量好的水泥、钙粉、粉煤灰、砂子，以140r/min的转速慢搅1-2分钟，以285r/min的转速快搅2-4分钟；然后加入预先称量好的纤维，以140r/min的转速慢搅1-2分钟，以285r/min的转速快搅4-6分钟。
(2)超高应变高强度保温材料的制备：将按预定配合比称量好的发泡剂与水按1:1质量比稀释，用发泡机将其制成优质泡沫，然后加入到超高应变高强度水泥基复合材料中，用砂浆搅拌机，以140r/min的转速慢搅2-3分钟，取规格尺寸的模具，浇注成型，然后用抹子将其表面抹平，静置12～24h后脱模，分别采用20℃标准养护28天、85℃蒸汽养护3天制得超高应变高强度保温材料。
相关参数测试结果如表1和表2所示：
表1
表2
表1和表2所测的结果显示，本发明制备的超高应变高强度保温材料各项性能优良，本发明作为一种可承重的保温材料，适用性广，大大扩大了建筑节能保温材料的应用范围。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种超高应变高强度保温材料，其特征在于：该材料的组成为：拌合水用量用水灰比为0.20~0.25，纤维的体积含量为1.5~2.5%；其余组分由以下质量百分含量的组分组成：水泥为28%~48%，硅灰为6%~14%，钙粉为5%~23%，粉煤灰为5%~23%，砂子19~25%，氨基硅烷改性剂为0.019~0.039%，减水剂为2.819%~2.861%，发泡剂为0.1%~0.15%；
所述的硅灰的SiO2含量大于92%；
所述的钙粉的碳酸钙含量大于95%wt，平均粒径为5~20μm；
所述的粉煤灰为优质F类I级低钙粉煤灰，其中游离CaO的质量含量<1%；
所述的减水剂为聚羧酸系高效减水剂，其固含量≥40%，减水率≥40%；
所述的氨基硅烷改性剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种；
所述的纤维为聚乙烯醇纤维或聚乙烯纤维中的一种或两种的混合物，其中，纤维长度为6mm~12mm，直径为12~39μm，弹性模量不低于25GPa，极限抗拉强度不低于1200MPa；
所述的水泥为标号为52.5级硅酸盐水泥；
所述的发泡剂为动植物蛋白类发泡剂、松香树脂类发泡剂、合成类发泡剂、复合型发泡剂中的任意一种；
所述的超高应变高强度保温材料的导热系数为0.057~0.074 W/(m·K），抗压强度为34.89~42.4 MPa，吸水率为3.5%~4.2%，抗冻等级≥F800，极限延伸率为3.1%～4.2%；
所述的超高应变高强度保温材料由以下步骤制备得到：
（1）超高应变高强度水泥基复合材料的制备：将按预定配合比称量好的氨基硅烷改性剂和减水剂与水混合，然后将按预定配比称量好的硅灰与配置好的溶液在水泥砂浆搅拌机中混合，以140 r/min的转速慢搅1-2分钟；然后依次加入按预定配比称量好的水泥、钙粉、粉煤灰、砂子，以140 r/min的转速慢搅1-2分钟，再以285 r/min的转速快搅2-4分钟；然后加入预先称量好的纤维，以140 r/min的转速慢搅1-2分钟，再以285 r/min的转速快搅4-6分钟；
（2）超高应变高强度保温材料的制备：将按预定配合比称量好的发泡剂与水按1:1质量比稀释，用发泡机将其制成泡沫，然后加入到步骤（1）制备的超高应变高强度水泥基复合材料中，用砂浆搅拌机以140 r/min的转速慢搅2-3分钟，取规格尺寸的模具，浇注成型，然后用抹子将其表面抹平，静置12~24h后脱模，20℃标准养护28天或者60℃~90℃蒸汽养护3天，即得超高应变高强度保温材料。
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