本发明涉及建筑材料技术领域，特别是一种保温抗裂墙体建筑材料及其制备方法。
背景技术：
建筑外墙外保温系统能够带来出色的节能效果和舒适的生活环境，因此人们对于该系统的长期性能给予很高的关注。目前，外墙外保温系统防护层采用的防护砂浆多为脆性的水泥基材料，比重大、导热系数高，蓄热值高；而保温板多为有机保温材料，其密度小质地柔软变形大，在长期冷热、冷湿循环、各种应力反复、太阳辐射、雨水腐蚀等外界侵蚀下，会出现开裂、脱落、粉化、保温隔热效果变差等问题，目前还没有一个工程满足能耐久年限。由于刚完工的外保温系统在高温环境中，突降大雨，保温材料与抹面防护砂浆在近50度的温差下导致应力应变作用，由此产生开裂。众多的研究、生产方对水泥基聚合物进行改性得到了控裂效果，但是应用在保温绝热材料表面还是无法有效解决开裂问题。
技术实现要素：
基于背景技术中存在的问题，本发明提出了一种抗裂保温墙体建筑材料及其制备方法，所述抗裂保温墙体建筑材料，解决了现有外墙保温用材料制成的抹面砂浆易开裂及耐久性差的问题，实现了真正意义上的保温、隔热、抗裂的高性能。
一种抗裂保温墙体建筑材料，其原料按重量份包括：水泥400-600份，硅微粉40-70份，灰钙粉80-220份，膨胀蛭石80-160份，砂石60-100份，空心玻璃微珠60-100份，岩棉丝40-80份，改性粉煤灰30-80份，聚苯颗粒60-120份，木纤维10-20份，聚丙烯纤维5-10份，聚乙烯醇粉末30-60份，可分散乳胶粉末40-80份，纤维素醚10-20份；
其中，制备所述改性粉煤灰的方法包括：将粉煤灰加入浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，超声处，冷却至室温后抽滤，洗涤，烘干得到表面活化的粉煤灰；将所述表面活化的粉煤灰和硅烷偶联剂加入到乙醇中超声处理，抽滤，洗涤，烘干得到接枝化的粉煤灰；将所述接枝化的粉煤灰加入DMF中超声分散，在氮气保护的条件下，加入端异氰酸酯基的预聚体和催化剂二丁基二月桂酸锡，升温后搅拌反应，再加入扩链剂，快速搅拌，抽真空后继续搅拌，过滤，洗涤，在干燥箱中熟化，得到所述改性粉煤灰。
在具体实施方式中，水泥的重量份可以为420、430、450、460、480、500、520、540、560、570、580、590；硅微粉的重量份可以为45、48、50、52、55、57、60、61、64、65、67、69；灰钙粉的重量份可以为85、95、100、105、115、130、145、160、175、190、195、205、215；膨胀蛭石的重量份可以为85、90、95、100、105、110、115、125、130、135、140、145、155；砂石的重量份可以为65、67、70、71、75、78、80、84、85、86、90、92、95、97；岩棉丝的重量份可以为45、47、50、51、55、58、60、64、65、66、70、72、75、77；改性粉煤灰的重量份可以为33、35、38、41、43、47、50、53、56、59、65、69、72、76、78；聚苯颗粒的重量份可以为65、70、76、80、83、88、92、95、102、110、115；木纤维的重量份可以为12、13、14、15、16、17、18、19；聚乙烯醇粉末的重量份可以为33、35、37、38、41、43、45、47、50、53、56、59；可分散乳胶粉末的重量份可以为41、43、47、49、50、53、54、56、59、65、69、72、76、78；纤维素醚的重量份可以为11、12、13、14、15、16、17、18、19。
优选地，制备所述改性粉煤灰的方法包括：将粒径≥20目的粉煤灰加入体积比为1:3-5的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在30-50℃下超声处理0.5-3h，超声波的频率为20-40KHz，声强为0.1-0.3W/cm2，冷却至室温后抽滤，洗涤，烘干得到表面活化的粉煤灰；将所述表面活化的粉煤灰和硅烷偶联剂加入到乙醇中，在80-100℃下超声处理3-6h，超声波的频率为20-40KHz，声强为0.4-0.6W/cm2，抽滤，洗涤，烘干得到接枝化的粉煤灰；将所述接枝化的粉煤灰加入DMF中超声分散0.5-1h，在氮气保护的条件下，加入端异氰酸酯基的预聚体和催化剂二丁基二月桂酸锡，升温至60-80℃后搅拌反应1-3h，再加入扩链剂，在转速为1000-1200rpm的条件下快速搅拌0.01-0.02h，抽真空后继续搅拌0.01-0.02h，用聚四氟乙烯膜过滤，洗涤，在100-120℃的干燥箱中熟化1-3h，得到所述改性粉煤灰；优选地，粉煤灰、硅烷偶联剂、端异氰酸酯基的预聚体、扩链剂的重量配比为1:0.02-0.05:0.4-0.6:0.1-0.2。
优选地，制备所述端异氰酸酯基的预聚体的方法包括：将聚醚二醇升温至90-120℃且抽真空至压力≤-0.09Mpa后脱水3-5h，再冷却至40-60℃，加入异氰酸酯，升温至80-100℃后搅拌反应1-3h，得到端异氰酸酯基的预聚体。
优选地，所述水泥是由质量百分比80-95％的P.O 42.5级硅酸盐水泥和5-20％的CA-60铝酸盐水泥组成。
优选地，所述硅微粉与灰钙粉的粒径都≥200目；所述膨胀蛭石的粒径为1.1-4.7mm，其中粒径为1.1-2.6mm的膨胀蛭石的重量百分含量为60-80％；所述砂石的粒径为0.8-1.6mm，优选地，所述砂石为石英砂、白云石砂、河砂、海砂中的一种或者至少两种的混合物。
优选地，所述空心玻璃微珠的堆积密度为150-200kg/m3，导热系数为0.028-0.048W/m﹒K。
优选地，所述木纤维的长度为0.5-2mm；所述聚丙烯纤维为短切型，其长度为5-8mm，直径为38-40mm；优选地，木纤维与聚丙烯纤维的重量配比为15-17:6-8。
优选地，所述可分散乳胶粉末为乙烯-醋酸乙烯共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物、乙烯-月桂酸乙烯酯-氯乙烯共聚物中的一种或者至少两种的混合物。
优选地，所述纤维素醚的粘度为180000-200000mPa﹒s；优选地，所述纤维素醚为羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或者至少两种的混合物。
一种抗裂保温墙体建筑材料的制备方法，其特征在于，包括：将水泥、硅微粉、灰钙粉、膨胀蛭石、砂石、聚乙烯醇粉末、可分散乳胶粉末和纤维素醚加入混合机中，搅拌20-30min后混合均匀；接着加入木纤维、聚丙烯纤维、空心玻璃微珠和岩棉丝，搅拌3-4min；再加入改性粉煤灰和聚苯颗粒，搅拌5-10min，得到所述抗裂保温墙体建筑材料。
本发明中，所述抗裂保温墙体建筑材料采用特定配比的硅酸盐水泥和铝酸盐水泥作为胶凝材料，并使用特定含量的硅微粉、灰钙粉等活性料进行掺合，由此对水泥作为胶凝材料的耐久性进行有效改善；与此同时，所述建筑材料中还采用膨胀聚苯乙烯颗粒、空心玻璃微珠、改性粉煤灰、膨胀蛭石等作为隔热骨料，其中所述改性粉煤灰通过酸和硅烷偶联剂表面活化后，经聚氨酯接枝插层反应，形成一种全新的无机胶结材料，再利用其和玻化微珠对聚苯颗粒的级配调整作用和包裹封闭作用，可大大提高所述墙体建筑材料的保温性，施工性以及防火性能；与此同时，所述改性工艺还提高了粉煤灰与无机胶凝材料等的界面相容性能，由此可提高整个建筑材料的强度、韧性等性能，并且硅微粉、灰钙粉掺合水泥形成的胶凝材料，其形成的砂浆的压折比降低，脆性可明显降低，由此使得所述墙体建筑材料的抗裂性得到提高。
本发明中，除了选用特定的胶凝材料和骨料以外，还通过加入不同种类的纤维长短搭配，利用其在所述材料中的乱向分布和网络结构，分散所述材料形成的保温层内部应力，增强保温层的柔韧性、抗裂性、耐冻融循环性；尤其是选择加入聚丙烯纤维，其在所述材料形成的砂浆中杂散排列，可以有效消化内部各个方向收缩产生的应力，保温砂浆的韧性和抗裂性由于砂浆中纤维网络的连接作用得到了较大改善；此外，本发明中还通过调整聚乙烯醇粉末、可分散乳胶粉末、纤维素醚、纤维等外加剂的掺量，改善所述建筑材料的粘接性、保水性以及抗裂性，同时使其满足保温性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种抗裂保温墙体建筑材料，其原料按重量份包括：水泥400份，硅微粉70份，灰钙粉80份，膨胀蛭石160份，石英砂60份，空心玻璃微珠100份，岩棉丝40份，改性粉煤灰80份，聚苯颗粒60份，木纤维20份，聚丙烯纤维5份，聚乙烯醇粉末60份，乙烯-醋酸乙烯共聚物40份，羟乙基甲基纤维素20份；
其中，制备所述改性粉煤灰的方法包括：将粒径≥20目的粉煤灰加入体积比为1:3的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在50℃下超声处理0.5h，超声波的频率为40KHz，声强为0.1W/cm2，冷却至室温后抽滤，洗涤，烘干得到表面活化的粉煤灰；将所述表面活化的粉煤灰和硅烷偶联剂加入到乙醇中，在100℃下超声处理3h，超声波的频率为40KHz，声强为0.4W/cm2，抽滤，洗涤，烘干得到接枝化的粉煤灰；将所述接枝化的粉煤灰加入DMF中超声分散1h，在氮气保护的条件下，加入端异氰酸酯基的预聚体和催化剂二丁基二月桂酸锡，升温至60℃后搅拌反应3h，再加入扩链剂，在转速为1000rpm的条件下快速搅拌0.02h，抽真空后继续搅拌0.01h，用聚四氟乙烯膜过滤，洗涤，在120℃的干燥箱中熟化1h，得到所述改性粉煤灰；其中粉煤灰、硅烷偶联剂、端异氰酸酯基的预聚体、扩链剂的重量配比为1:0.02:0.6:0.1；所述端异氰酸酯基的预聚体的方法包括：将聚醚二醇升温至90℃且抽真空至压力≤-0.09Mpa后脱水5h，再冷却至40℃，加入异氰酸酯，升温至100℃后搅拌反应1h，得到端异氰酸酯基的预聚体；
所述水泥是由质量百分比80％的P.O 42.5级硅酸盐水泥和20％的CA-60铝酸盐水泥组成；所述硅微粉与灰钙粉的粒径都≥200目；所述膨胀蛭石的粒径为1.1-4.7mm，其中粒径为1.1-2.6mm的膨胀蛭石的重量百分含量为60％；所述石英砂的粒径为0.8-1.6mm；所述空心玻璃微珠的堆积密度为150kg/m3，导热系数为0.048W/m﹒K；所述木纤维的长度为0.5mm；所述聚丙烯纤维为短切型，其长度为8mm，直径为38mm；所述可分散乳胶粉末为乙烯-醋酸乙烯共聚物；所述羟乙基甲基纤维素的粘度为180000mPa﹒s。
实施例2
一种抗裂保温墙体建筑材料，其原料按重量份包括：水泥600份，硅微粉40份，灰钙粉220份，膨胀蛭石80份，白云石砂100份，空心玻璃微珠60份，岩棉丝80份，改性粉煤灰30份，聚苯颗粒120份，木纤维10份，聚丙烯纤维10份，聚乙烯醇粉末30份，醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物80份，羧甲基纤维素10份；
其中，制备所述改性粉煤灰的方法包括：将粒径≥20目的粉煤灰加入体积比为1:5的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在30℃下超声处理3h，超声波的频率为20KHz，声强为0.3W/cm2，冷却至室温后抽滤，洗涤，烘干得到表面活化的粉煤灰；将所述表面活化的粉煤灰和硅烷偶联剂加入到乙醇中，在80℃下超声处理6h，超声波的频率为20KHz，声强为0.6W/cm2，抽滤，洗涤，烘干得到接枝化的粉煤灰；将所述接枝化的粉煤灰加入DMF中超声分散0.5h，在氮气保护的条件下，加入端异氰酸酯基的预聚体和催化剂二丁基二月桂酸锡，升温至80℃后搅拌反应1h，再加入扩链剂，在转速为1200rpm的条件下快速搅拌0.01h，抽真空后继续搅拌0.02h，用聚四氟乙烯膜过滤，洗涤，在100℃的干燥箱中熟化3h，得到所述改性粉煤灰；其中粉煤灰、硅烷偶联剂、端异氰酸酯基的预聚体、扩链剂的重量配比为1:0.05:0.4:0.2；所述端异氰酸酯基的预聚体的方法包括：将聚醚二醇升温至120℃且抽真空至压力≤-0.09Mpa后脱水3h，再冷却至60℃，加入异氰酸酯，升温至80℃后搅拌反应3h，得到端异氰酸酯基的预聚体；
所述水泥是由质量百分比95％的P.O 42.5级硅酸盐水泥和5％的CA-60铝酸盐水泥组成；所述硅微粉与灰钙粉的粒径都≥200目；所述膨胀蛭石的粒径为1.1-4.7mm，其中粒径为1.1-2.6mm的膨胀蛭石的重量百分含量为80％；所述白云石砂的粒径为0.8-1.6mm；所述空心玻璃微珠的堆积密度为200kg/m3，导热系数为0.028W/m﹒K；所述木纤维的长度为2mm；所述聚丙烯纤维为短切型，其长度为5mm，直径为40mm；所述羧甲基纤维素的粘度为200000mPa﹒s。
实施例3
一种抗裂保温墙体建筑材料，其原料按重量份包括：水泥500份，硅微粉55份，灰钙粉150份，膨胀蛭石120份，海砂80份，空心玻璃微珠80份，岩棉丝60份，改性粉煤灰55份，聚苯颗粒90份，木纤维15份，聚丙烯纤维7份，聚乙烯醇粉末45份，乙烯-月桂酸乙烯酯-氯乙烯共聚物60份，羟乙基纤维素15份；
其中，制备所述改性粉煤灰的方法包括：将粒径≥20目的粉煤灰加入体积比为1:4的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在40℃下超声处理1.5h，超声波的频率为30KHz，声强为0.2W/cm2，冷却至室温后抽滤，洗涤，烘干得到表面活化的粉煤灰；将所述表面活化的粉煤灰和硅烷偶联剂加入到乙醇中，在90℃下超声处理4h，超声波的频率为30KHz，声强为0.5W/cm2，抽滤，洗涤，烘干得到接枝化的粉煤灰；将所述接枝化的粉煤灰加入DMF中超声分散0.7h，在氮气保护的条件下，加入端异氰酸酯基的预聚体和催化剂二丁基二月桂酸锡，升温至70℃后搅拌反应2h，再加入扩链剂，在转速为1100rpm的条件下快速搅拌0.01h，抽真空后继续搅拌0.01h，用聚四氟乙烯膜过滤，洗涤，在110℃的干燥箱中熟化2h，得到所述改性粉煤灰；其中粉煤灰、硅烷偶联剂、端异氰酸酯基的预聚体、扩链剂的重量配比为1:0.03:0.5:0.15；所述端异氰酸酯基的预聚体的方法包括：将聚醚二醇升温至100℃且抽真空至压力≤-0.09Mpa后脱水4h，再冷却至50℃，加入异氰酸酯，升温至90℃后搅拌反应2h，得到端异氰酸酯基的预聚体；
所述水泥是由质量百分比85％的P.O 42.5级硅酸盐水泥和15％的CA-60铝酸盐水泥组成；所述硅微粉与灰钙粉的粒径都≥200目；所述膨胀蛭石的粒径为1.1-4.7mm，其中粒径为1.1-2.6mm的膨胀蛭石的重量百分含量为70％；所述海砂的粒径为0.8-1.6mm；所述空心玻璃微珠的堆积密度为180kg/m3，导热系数为0.038W/m﹒K；所述木纤维的长度为1.5mm；所述聚丙烯纤维为短切型，其长度为7mm，直径为39mm；所述羟乙基纤维素的粘度为190000mPa﹒s。
实施例4
一种抗裂保温墙体建筑材料，其原料按重量份包括：水泥450份，硅微粉60份，灰钙粉100份，膨胀蛭石130份，砂石90份，空心玻璃微珠70份，岩棉丝50份，改性粉煤灰60份，聚苯颗粒80份，木纤维16份，聚丙烯纤维8份，聚乙烯醇粉末35份，可分散乳胶粉末50份，纤维素醚15份；
其中，制备所述改性粉煤灰的方法包括：将粒径≥20目的粉煤灰加入体积比为1:4的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在45℃下超声处理2h，超声波的频率为25KHz，声强为0.2W/cm2，冷却至室温后抽滤，洗涤，烘干得到表面活化的粉煤灰；将所述表面活化的粉煤灰和硅烷偶联剂加入到乙醇中，在85℃下超声处理5h，超声波的频率为35KHz，声强为0.5W/cm2，抽滤，洗涤，烘干得到接枝化的粉煤灰；将所述接枝化的粉煤灰加入DMF中超声分散0.8h，在氮气保护的条件下，加入端异氰酸酯基的预聚体和催化剂二丁基二月桂酸锡，升温至75℃后搅拌反应2h，再加入扩链剂，在转速为1100rpm的条件下快速搅拌0.02h，抽真空后继续搅拌0.02h，用聚四氟乙烯膜过滤，洗涤，在115℃的干燥箱中熟化2h，得到所述改性粉煤灰；其中，粉煤灰、硅烷偶联剂、端异氰酸酯基的预聚体、扩链剂的重量配比为1:0.04:0.5:0.2；所述端异氰酸酯基的预聚体的方法包括：将聚醚二醇升温至110℃且抽真空至压力≤-0.09Mpa后脱水4h，再冷却至55℃，加入异氰酸酯，升温至85℃后搅拌反应2h，得到端异氰酸酯基的预聚体；
所述水泥是由质量百分比90％的P.O 42.5级硅酸盐水泥和10％的CA-60铝酸盐水泥组成；所述硅微粉与灰钙粉的粒径都≥200目；所述膨胀蛭石的粒径为1.1-4.7mm，其中粒径为1.1-2.6mm的膨胀蛭石的重量百分含量为75％；所述砂石的粒径为0.8-1.6mm，且所述砂石为河砂、海砂的混合物；所述空心玻璃微珠的堆积密度为170kg/m3，导热系数为0.038W/m﹒K；所述木纤维的长度为1.6mm；所述聚丙烯纤维为短切型，其长度为6mm，直径为39mm；所述可分散乳胶粉末为乙烯-醋酸乙烯共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚物的混合物；所述纤维素醚的粘度为190000mPa﹒s；所述纤维素醚为羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素的混合物。
上述实施例1-4所述的抗裂保温墙体建筑材料的制备方法，包括：将水泥、硅微粉、灰钙粉、膨胀蛭石、砂石、聚乙烯醇粉末、可分散乳胶粉末和纤维素醚加入混合机中，搅拌20-30min后混合均匀；接着加入木纤维、聚丙烯纤维、空心玻璃微珠和岩棉丝，搅拌3-4min；再加入改性粉煤灰和聚苯颗粒，搅拌5-10min，得到所述抗裂保温墙体建筑材料。
施工过程中，按重量比1:1-1.5将所述抗裂保温墙体建筑材料和水进行配置，得到抗裂保温墙体砂浆。
将上述实施例1-4所述的抗裂保温墙体建筑材料得到的砂浆进行性能测试，结果如下所示：
本发明中，所述抗裂保温墙体建筑材料采用特定配比的硅酸盐水泥和铝酸盐水泥作为胶凝材料，并使用特定含量的硅微粉、灰钙粉等活性料进行掺合，由此对水泥作为胶凝材料的耐久性进行有效改善；与此同时，所述建筑材料中还采用膨胀聚苯乙烯颗粒、空心玻璃微珠、改性粉煤灰、膨胀蛭石等作为隔热骨料，其中所述改性粉煤灰通过酸和硅烷偶联剂表面活化后，经聚氨酯接枝插层反应，形成一种全新的无机胶结材料，再利用其和玻化微珠对聚苯颗粒的级配调整作用和包裹封闭作用，可大大提高所述墙体建筑材料的保温性，施工性以及防火性能；与此同时，所述改性工艺还提高了粉煤灰与无机胶凝材料等的界面相容性能，由此可提高整个建筑材料的强度、韧性等性能，并且硅微粉、灰钙粉掺合水泥形成的胶凝材料，其形成的砂浆的压折比降低，脆性可明显降低，由此使得所述墙体建筑材料的抗裂性得到提高。
本发明中，除了选用特定的胶凝材料和骨料以外，还通过加入不同种类的纤维长短搭配，利用其在所述材料中的乱向分布和网络结构，分散所述材料形成的保温层内部应力，增强保温层的柔韧性、抗裂性、耐冻融循环性；尤其是选择加入聚丙烯纤维，其在所述材料形成的砂浆中杂散排列，可以有效消化内部各个方向收缩产生的应力，保温砂浆的韧性和抗裂性由于砂浆中纤维网络的连接作用得到了较大改善；此外，本发明中还通过调整聚乙烯醇粉末、可分散乳胶粉末、纤维素醚、纤维等外加剂的掺量，改善所述建筑材料的粘接性、保水性以及抗裂性，同时使其满足保温性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。