CN109133984A - 一种发泡水泥材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发泡水泥材料及其制备方法，属于建筑材料领域。本发明以甲醛、尿素为原料，先经加成反应再经缩聚反应得到树脂类活性物，水泥发泡材料的致密度提高，整体力学性能也得到提升；以十八醇、硬脂酸等为原料，形成三元醇酸作为相变材料，相变材料稳定存在，不易泄漏，提高了材料的调温调湿性能；以猪蹄甲、牛角粉等为动物蛋白质，得到发泡活性剂，使得发泡水泥具有材料轻质隔热的效果，特殊的蜂窝状结构具有较好的力学性能；胶凝产物形成了发泡轻质材料的气孔壁，增韧改性，提高材料的抗压强度和韧性，同时可以提高材料的隔热性能、导热性、整体发泡材料的性能。本发明解决了目前保温调湿性能差，脆性大抗压强度低的问题。

Description

一种发泡水泥材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发泡水泥材料及其制备方法，属于建筑材料领域。
背景技术
用发泡水泥材料制作的外墙保温板集保温、防火、防水、装饰、节能等功能于一体，是满足房屋建筑节能需求、提高工业与民用建筑外墙保温水平的优选材料，也是对既有建筑节能改造的首选材料。但随着社会的发展，国家对外墙保温板的要求越来越高。由于现有的发泡水泥制作的保温芯板的强度较低，因此要制作外墙保温板必须要在保温芯板四周包裹一层防水外壳，由于防水外壳为水泥材料，因此无形中增加了外墙保温板的密度。目前水泥发泡材料产品的容重在280 kg/m3以上，而相关标准对轻质要求是在200 kg/m3以下，而且需要有一定的强度指标要求。只有这样才能满足外墙保温板的轻质要求，而且也方便上墙施工。但是，目前的水泥发泡技术达到了容重指标、则牺牲了强度指标。两者成为了不可克服的矛盾且保温调湿性能差，不能满足人们的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前保温调湿性能差，脆性大抗压强度低的问题，提供一种发泡水泥材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种发泡水泥材料，包括发泡活性剂、树脂添加剂、多孔添加剂、促凝剂；
所述发泡活性剂的制备方法，包括如下步骤：
按质量份数计，取20~30份猪蹄甲、30~40份牛角粉、10~20份豆饼、10~15份酒糟、200~300份水搅拌混合，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比200~300：10~15加入氢氧化钠，于65~75℃保温，过滤，取滤液浓缩即得发泡活性剂。
所述搅拌混合物的搅拌混合条件为：升温至60~70℃搅拌混合30~50min，。
所述树脂添加剂：（1）取甲醛按质量比1~4：8~12加入水，于25~30℃搅拌混合20~30min，调节pH至7~7.4，加入甲醛质量1~3倍的尿素和甲醛质量10~20%的三聚氰胺，升温至90~95℃搅拌混合，得混合物，取混合物按质量比90~100：2~5加入聚乙烯醇搅拌混合，再加入混合物质量80~90%的尿素，于90~95℃保温，得混合液；
（2）取混合液按质量比10~15：3~6加入氯化铵溶液，于90~95℃搅拌混合，调节pH至6.8~7，冷却至65~70℃，得冷却物，取冷却物按质量比20~30：5~7加入尿素，于65~70℃保温，得基体物，取基体物按质量比10~20：3~5：5~10加入石蜡、硅丙乳液，于50~70℃搅拌混合，即得树脂添加剂。
所述多孔添加剂：取十八醇按质量比1~3：2~5加入硬脂酸搅拌混合，加入十八醇质量2~5倍的月桂酸，升温至75~80℃、1500r/min搅拌混合，得混合物a，取膨胀珍珠岩按质量比1~3：3~7加入混合物a，于-0.09MPa真空保持40~60min，重复真空保持过程2~4次，干燥，即得多孔添加剂。
所述促凝剂为：聚羧酸酯按质量比10~20：1~4加入三乙醇胺混合，即得。
一种发泡水泥材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量份数计，取200~300份42.5R普通硅酸盐水泥、20~30份多孔添加剂、8~10份赤泥、5~8份氧化石墨烯、5~10份白泥纤维、8~15份硅藻土、0.5~1.8份氟硅酸钠、2~4份促凝剂、1~3份硬脂酸钙搅拌混合，得混合物b，取混合物b按质量比5~10：3~7加入水搅拌混合3~5min，得材料基体物；
S2.按质量份数计，取20~40份树脂添加剂、1~5份羟丙基甲基纤维素醚、2~4份十二烷基醇醚硫酸钠、3~6份十二烷基硫酸钠、8~10份发泡活性剂、80~100份水混合，得搅拌混合物a，取材料基体物按质量比30~50：12~15加入搅拌混合物a，静置12~15h，注入模具发泡，静置1~3天，拆模具，于养护箱中养护25~30天，即得到发泡水泥材料。
所述步骤S1中混合物b的搅拌混合条件为：于5000r/min搅拌混合5~10min。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以甲醛、尿素为原料，先经加成反应再经缩聚反应得到树脂类活性物，分三次加入尿素，捕捉游离的甲醛，减小材料对环境和人体的影响，并加入三聚氰胺和聚乙烯醇对形成的树脂类物质进行修饰，三聚氰胺含有活泼官能团H能够与吸水性官能团-CH2OH发生发应，同时在结构中引入三嗪环，在提高交联度的同时还可以封闭吸水性官能团-CH2OH，降低吸水性，分子结构中含有较多的柔性链段的聚乙烯醇可以对树脂类活性物的脆性改性，将得到的树脂添加剂加入发泡材料中，形成低吸水性、低脆性的材料辅助添加剂，树脂添加剂形成的三维网状结构，有利于形成水泥发泡材料的框架结构，固定发泡活性剂对水泥的发泡，使得发泡凝胶对网状结构进行填充，水泥发泡材料的致密度提高，整体力学性能也得到提升；
（2）本发明以十八醇、硬脂酸等为原料，形成三元醇酸作为相变材料，加入膨胀珍珠岩，形成吸附嵌合，得到多孔添加剂，其具有相变潜热的调节作用，温度升高，会由液向固的相变化，吸收热量，在相变温度范围内，环境提供的热量促使相变过程发生，水泥发泡材料内部温度发生变化，所以在宏观上出现温度变化不大，使得本发明的水泥发泡材料具有调温作用，吸附相变材料后膨胀珍珠岩的表面光滑，多孔结构明显，这些未被填充的孔，可以吸附水蒸汽分子，使得多孔相变材料也具有调湿性能，相变材料填充在膨胀珍珠岩的孔隙中，由于表面张力和毛细管力双重作用，使得相变材料稳定存在，不易泄漏，提高了材料的调温调湿性能；
（3）本发明以猪蹄甲、牛角粉等为动物蛋白质，豆饼、酒糟为植物蛋白形成复配，加入碱水解，得到发泡活性剂，其具有泡沫发泡倍数大、稳定性高，泡沫均匀细腻等优点，加入稳泡剂羟丙基甲基纤维素醚和复合助发泡剂十二烷基醇醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠，形成稳定的泡沫和促进发泡效果，在水泥内部形成大量封闭的泡孔，使得发泡水泥具有材料轻质隔热的效果，同时其特殊的蜂窝状结构又使其具有较好的力学性能；
（4）本发明加入聚羧酸酯、三乙醇胺作为促凝剂，氟硅酸钠作为促硬化剂，硬脂酸钙作为憎水剂，赤泥中的活性Si、Al与Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等胶凝产物，形成了赤泥发泡轻质材料的气孔壁，氧化石墨烯提高材料的隔热性能，提高导热性，白泥纤维、硅藻土加入作为填料，增韧改性，提高材料的抗压强度和韧性，同时可以提高材料的隔热性能，提高导热性，硅藻土有利于材料的环保性能提高，提高了整体发泡材料的性能。
具体实施方式
树脂添加剂：
（1）取甲醛按质量比1~4：8~12加入水，于25~30℃搅拌混合20~30min，调节pH至7~7.4，加入甲醛质量1~3倍的尿素和甲醛质量10~20%的三聚氰胺，升温至90~95℃搅拌混合30~50min，得混合物，取混合物按质量比90~100：2~5加入聚乙烯醇，搅拌混合20~30min，再加入混合物质量80~90%的尿素，于90~95℃保温30~40min，得混合液；
（2）取混合液按质量比10~15：3~6加入质量分数为25%的氯化铵溶液，于90~95℃搅拌混合1~3h，调节pH至6.8~7，冷却至65~70℃，得冷却物，取冷却物按质量比20~30：5~7加入尿素，于65~70℃保温20~30min，得基体物，取基体物按质量比10~20：3~5：5~10加入石蜡、硅丙乳液，于50~70℃搅拌混合40~50min，即得树脂添加剂。
多孔添加剂：取十八醇按质量比1~3：2~5加入硬脂酸，搅拌混合20~30min，加入十八醇质量2~5倍的月桂酸，升温至75~80℃、1500r/min搅拌混合5~7h，得混合物a，取膨胀珍珠岩按质量比1~3：3~7加入混合物a，于-0.09MPa真空保持40~60min，重复真空保持过程2~4次，干燥，即得多孔添加剂。
发泡活性剂：按质量份数计，取20~30份猪蹄甲、30~40份牛角粉、10~20份豆饼、10~15份酒糟、200~300份水混合，升温至60~70℃搅拌混合30~50min，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比200~300：10~15加入氢氧化钠，于65~75℃保温4~7h，过滤，取滤液浓缩即得发泡活性剂。
促凝剂：聚羧酸酯按质量比10~20：1~4加入三乙醇胺混合，即得。
一种发泡水泥材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量份数计，取200~300份42.5R普通硅酸盐水泥、20~30份多孔添加剂、8~10份赤泥、5~8份氧化石墨烯、5~10份白泥纤维、8~15份硅藻土、0.5~1.8份氟硅酸钠、2~4份促凝剂、1~3份硬脂酸钙，于5000r/min搅拌混合5~10min，得混合物b，取混合物b按质量比5~10：3~7加入水搅拌混合3~5min，得材料基体物；
S2.按质量份数计，取20~40份树脂添加剂、1~5份羟丙基甲基纤维素醚、2~4份十二烷基醇醚硫酸钠、3~6份十二烷基硫酸钠、8~10份发泡活性剂、80~100份水，于40~45℃搅拌混合30~50min，得搅拌混合物a，取材料基体物按质量比30~50：12~15加入搅拌混合物a，静置12~15h，注入模具发泡，静置1~3天，拆模具，于养护箱中养护25~30天，即得到发泡水泥材料。
树脂添加剂：
（1）取甲醛按质量比1：8加入水，于25℃搅拌混合20min，调节pH至7，加入甲醛质量1倍的尿素和甲醛质量10%的三聚氰胺，升温至90℃搅拌混合30min，得混合物，取混合物按质量比90：2加入聚乙烯醇，搅拌混合20min，再加入混合物质量80%的尿素，于90℃保温30min，得混合液；
（2）取混合液按质量比10：3加入质量分数为25%的氯化铵溶液，于90℃搅拌混合1h，调节pH至6.8，冷却至65℃，得冷却物，取冷却物按质量比20：5加入尿素，于65℃保温20min，得基体物，取基体物按质量比10：3：5加入石蜡、硅丙乳液，于50℃搅拌混合40min，即得树脂添加剂。
多孔添加剂：取十八醇按质量比1：2加入硬脂酸，搅拌混合20min，加入十八醇质量2倍的月桂酸，升温至75℃、1500r/min搅拌混合5h，得混合物a，取膨胀珍珠岩按质量比1：3加入混合物a，于-0.09MPa真空保持40min，重复真空保持过程2次，干燥，即得多孔添加剂。
发泡活性剂：按质量份数计，取20份猪蹄甲、30份牛角粉、10份豆饼、10份酒糟、200份水混合，升温至60℃搅拌混合30min，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比200：10加入氢氧化钠，于65℃保温4h，过滤，取滤液浓缩即得发泡活性剂。
促凝剂：聚羧酸酯按质量比10：1加入三乙醇胺混合，即得。
一种发泡水泥材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量份数计，取200份42.5R普通硅酸盐水泥、20份多孔添加剂、8份赤泥、5份氧化石墨烯、5份白泥纤维、8份硅藻土、0.5份氟硅酸钠、2份促凝剂、1份硬脂酸钙，于5000r/min搅拌混合5min，得混合物b，取混合物b按质量比5：3加入水搅拌混合3min，得材料基体物；
S2.按质量份数计，取20份树脂添加剂、1份羟丙基甲基纤维素醚、2份十二烷基醇醚硫酸钠、3份十二烷基硫酸钠、8份发泡活性剂、80份水，于40℃搅拌混合30min，得搅拌混合物a，取材料基体物按质量比30：12加入搅拌混合物a，静置12h，注入模具发泡，静置1天，拆模具，于养护箱中养护25天，即得到发泡水泥材料。
树脂添加剂：
（1）取甲醛按质量比4：12加入水，于30℃搅拌混合30min，调节pH至7.4，加入甲醛质量3倍的尿素和甲醛质量20%的三聚氰胺，升温至95℃搅拌混合50min，得混合物，取混合物按质量比100：5加入聚乙烯醇，搅拌混合30min，再加入混合物质量90%的尿素，于95℃保温40min，得混合液；
（2）取混合液按质量比15：6加入质量分数为25%的氯化铵溶液，于95℃搅拌混合3h，调节pH至7，冷却至70℃，得冷却物，取冷却物按质量比30：7加入尿素，于70℃保温30min，得基体物，取基体物按质量比20：5：10加入石蜡、硅丙乳液，于70℃搅拌混合50min，即得树脂添加剂。
多孔添加剂：取十八醇按质量比3：5加入硬脂酸，搅拌混合30min，加入十八醇质量5倍的月桂酸，升温至80℃、1500r/min搅拌混合7h，得混合物a，取膨胀珍珠岩按质量比3：7加入混合物a，于-0.09MPa真空保持60min，重复真空保持过程4次，干燥，即得多孔添加剂。
发泡活性剂：按质量份数计，取30份猪蹄甲、40份牛角粉、20份豆饼、15份酒糟、300份水混合，升温至70℃搅拌混合50min，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比300：15加入氢氧化钠，于75℃保温7h，过滤，取滤液浓缩即得发泡活性剂。
促凝剂：聚羧酸酯按质量比20：4加入三乙醇胺混合，即得。
一种发泡水泥材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量份数计，取300份42.5R普通硅酸盐水泥、30份多孔添加剂、10份赤泥、8份氧化石墨烯、10份白泥纤维、15份硅藻土、1.8份氟硅酸钠、4份促凝剂、3份硬脂酸钙，于5000r/min搅拌混合10min，得混合物b，取混合物b按质量比10：7加入水搅拌混合5min，得材料基体物；
S2.按质量份数计，取40份树脂添加剂、5份羟丙基甲基纤维素醚、4份十二烷基醇醚硫酸钠、6份十二烷基硫酸钠、10份发泡活性剂、100份水，于45℃搅拌混合50min，得搅拌混合物a，取材料基体物按质量比50：15加入搅拌混合物a，静置15h，注入模具发泡，静置3天，拆模具，于养护箱中养护30天，即得到发泡水泥材料。
树脂添加剂：
（1）取甲醛按质量比3：11加入水，于27℃搅拌混合25min，调节pH至7.3，加入甲醛质量2倍的尿素和甲醛质量15%的三聚氰胺，升温至92℃搅拌混合40min，得混合物，取混合物按质量比95：3加入聚乙烯醇，搅拌混合25min，再加入混合物质量85%的尿素，于93℃保温35min，得混合液；
（2）取混合液按质量比13：4加入质量分数为25%的氯化铵溶液，于93℃搅拌混合2h，调节pH至6.9，冷却至67℃，得冷却物，取冷却物按质量比25：6加入尿素，于67℃保温25min，得基体物，取基体物按质量比15：4：7加入石蜡、硅丙乳液，于60℃搅拌混合45min，即得树脂添加剂。
多孔添加剂：取十八醇按质量比2：3加入硬脂酸，搅拌混合25min，加入十八醇质量3倍的月桂酸，升温至78℃、1500r/min搅拌混合6h，得混合物a，取膨胀珍珠岩按质量比2：5加入混合物a，于-0.09MPa真空保持50min，重复真空保持过程3次，干燥，即得多孔添加剂。
发泡活性剂：按质量份数计，取25份猪蹄甲、35份牛角粉、15份豆饼、13份酒糟、250份水混合，升温至65℃搅拌混合35min，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比250：13加入氢氧化钠，于67℃保温6h，过滤，取滤液浓缩即得发泡活性剂。
促凝剂：聚羧酸酯按质量比15：2加入三乙醇胺混合，即得。
一种发泡水泥材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按质量份数计，取250份42.5R普通硅酸盐水泥、25份多孔添加剂、9份赤泥、7份氧化石墨烯、7份白泥纤维、11份硅藻土、0.9份氟硅酸钠、3份促凝剂、2份硬脂酸钙，于5000r/min搅拌混合7min，得混合物b，取混合物b按质量比8：5加入水搅拌混合4min，得材料基体物；
S2.按质量份数计，取30份树脂添加剂、2份羟丙基甲基纤维素醚、3份十二烷基醇醚硫酸钠、4份十二烷基硫酸钠、9份发泡活性剂、90份水，于43℃搅拌混合40min，得搅拌混合物a，取材料基体物按质量比40：13加入搅拌混合物a，静置13h，注入模具发泡，静置2天，拆模具，于养护箱中养护27天，即得到发泡水泥材料。
对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少发泡活性剂。
对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少树脂添加剂。
对比例3：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少多孔添加剂。
对比例4：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少促凝剂。
对比例5：青岛市某公司生产的发泡水泥材料。
将上述实施例所得发泡水泥材料与对照例的发泡水泥材料进行检测，具体检测如下：1、抗折强度：按照JC/T 626-2008的试验方法进行测定；2、抗压强度：采用TONINORM2000试验机进行测定；3、弹性模量：按照GB/T24312-2009试验方法进行测定；4、24h吸水厚度膨胀率：按照JC/T411-2007的试验方法进行测定。5、导热系数检测：将各试样同时置于恒温箱内，在378士5K温度下烘干至恒重后移至干燥器冷却到室温；打开导热测试仪的加热炉盖，将各试样分别放在加热炉内测试元件上下部位，尽量各试样的表面保持较紧密的接触，关上加热炉盖后即可测试；接通总电源，将控制加热炉自动控温开关盘拨向预定的控炉温度；打开测试***开关，待各项测试条件进入正常状态；打开自动校准按钮，校正完毕，将校准钮转向测试档，经微机对数据进行自动处理后，液晶显示表开始显示被测试样的平均温度和该温度下的导热系数，得到的结果如表1所示。
表1：
综合上述，本发明的发泡水泥材料保温调湿性能好，脆性大抗压强度高，值得推广使用。

Claims (7)

1.一种发泡水泥材料，其特征在于，包括发泡活性剂、树脂添加剂、多孔添加剂、促凝剂；
所述发泡活性剂的制备方法，包括如下步骤：
按质量份数计，取20~30份猪蹄甲、30~40份牛角粉、10~20份豆饼、10~15份酒糟、200~300份水搅拌混合，得搅拌混合物，取搅拌混合物按质量比200~300：10~15加入氢氧化钠，于65~75℃保温，过滤，取滤液浓缩即得发泡活性剂。
2.根据权利要求1所述的发泡水泥材料，其特征在于，所述搅拌混合物的搅拌混合条件为：升温至60~70℃搅拌混合30~50min，。
3.根据权利要求1所述的发泡水泥材料，其特征在于，所述树脂添加剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）取甲醛按质量比1~4：8~12加入水，于25~30℃搅拌混合20~30min，调节pH至7~7.4，加入甲醛质量1~3倍的尿素和甲醛质量10~20%的三聚氰胺，升温至90~95℃搅拌混合，得混合物，取混合物按质量比90~100：2~5加入聚乙烯醇搅拌混合，再加入混合物质量80~90%的尿素，于90~95℃保温，得混合液；
（2）取混合液按质量比10~15：3~6加入氯化铵溶液，于90~95℃搅拌混合，调节pH至6.8~7，冷却至65~70℃，得冷却物，取冷却物按质量比20~30：5~7加入尿素，于65~70℃保温，得基体物，取基体物按质量比10~20：3~5：5~10加入石蜡、硅丙乳液，于50~70℃搅拌混合，即得树脂添加剂。
4.根据权利要求1所述的发泡水泥材料，其特征在于，所述多孔添加剂的制备方法，包括如下步骤：
取十八醇按质量比1~3：2~5加入硬脂酸搅拌混合，加入十八醇质量2~5倍的月桂酸，升温至75~80℃、1500r/min搅拌混合，得混合物a，取膨胀珍珠岩按质量比1~3：3~7加入混合物a，于-0.09MPa真空保持40~60min，重复真空保持过程2~4次，干燥，即得多孔添加剂。
5.根据权利要求1所述的发泡水泥材料，其特征在于，所述促凝剂为：取聚羧酸酯按质量比10~20：1~4加入三乙醇胺混合，即得。
6.一种如权利要求1~5任意一项所述的发泡水泥材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
S1.按质量份数计，取200~300份42.5R普通硅酸盐水泥、20~30份多孔添加剂、8~10份赤泥、5~8份氧化石墨烯、5~10份白泥纤维、8~15份硅藻土、0.5~1.8份氟硅酸钠、2~4份促凝剂、1~3份硬脂酸钙搅拌混合，得混合物b，取混合物b按质量比5~10：3~7加入水搅拌混合3~5min，得材料基体物；
S2.按质量份数计，取20~40份树脂添加剂、1~5份羟丙基甲基纤维素醚、2~4份十二烷基醇醚硫酸钠、3~6份十二烷基硫酸钠、8~10份发泡活性剂、80~100份水混合，得搅拌混合物a，取材料基体物按质量比30~50：12~15加入搅拌混合物a，静置12~15h，注入模具发泡，静置1~3天，拆模具，于养护箱中养护25~30天，即得到发泡水泥材料。
7.根据权利要求6所述的发泡水泥材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混合物b的搅拌混合条件为：于5000r/min搅拌混合5~10min。
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