本发明属于建筑涂料技术领域，具体地，涉及一种防火阻燃型保温砂浆及其制备方法。
背景技术：
为了有效防止火灾，明确建筑外保温材料采用燃烧性能为a级的材料。大多数的有机类保温材料如发泡聚苯板、挤塑聚苯板、发泡酚醛板等在不作防火处理下均不能达到a级燃烧性能。无机类保温材料燃烧性能达到a级(不燃)，无机保温材料，应用于外墙保温是一种新型的节能环保材料。这种无机保温材料隔音、防火、保温、耐酸、耐碱、耐冲击、呼吸性好、轻体绿色材料，其优异的性能，是其他保温材料难于比拟的，优势明显，因此，保温砂浆在建筑上发挥了及其重要的作用。
专利号为cn201510282800.1的中国发明专利公开了一种用于建筑外墙的防火阻燃保温砂浆及其制备方法，该砂浆由下列重量份的原料制备制成：废橡胶粉2-4、玻化微珠35-40、微孔硅酸钙3-5、硼酸锌1-2、普通水泥33-38、硫铝酸钙0.4-0.6、聚丙烯酸钠0.5-1、明矾0.2-0.4、十二烷醇1-2、偏硅酸钠1-1.2、增效剂8-10；所述增效剂由以下重量份的原料制备而成：农作物秸秆45-50、水性聚氨酯20-24、碳化硅3-5、聚丙烯纤维2-3、丙烯酸甲酯7-9、油酸丁酯4-6、氢氧化铝4-5、200目莫来粉7-9、聚乙二醇3-5、环氧大豆油2-3、羟丙基甲基纤维素醚1-2、水20-25；得到的砂浆具有较高的抗裂防火阻燃性。该方法用到大量的玻化微珠，存在重量大、易破碎、吸水率高的缺点，导致砂浆的防水和保温性能降低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种防火阻燃型保温砂浆及其制备方法，通过采用自熄型聚苯乙烯颗粒作为阻燃防火有效成分，不仅能够提高砂浆的防护阻燃性能，而且还能施工性能；另外，采用玻化微珠、改性气凝胶和桔杆粉末作为砂浆的保温材料，赋予砂浆良好的保温性能；通过其余辅料的复配，提高砂浆的保水性、干缩率和断裂性能等，得到一种防火阻燃的、性能优异的保温砂浆，适用于建筑物的外墙外保温系统以及外墙内保温系统，适用于新建建筑保温节能工程，也适用于既有建筑保温节能改造工程。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种防火阻燃型保温砂浆，包括如下重量份的原料：硅酸盐水泥90-100份、天然砂25-30份、自熄型聚苯乙烯颗粒10-14份、改性气凝胶12-15份、桔杆粉末8-10份、玻化微珠20-30份、羧基胶乳13-17份、增强填料4-6份、醋酸乙烯酯共聚物胶粉2-3份、助剂0.9-1.2份、自来水200份。
进一步地，所述自熄型聚苯乙烯颗粒的粒径为4-5mm。
进一步地，所述桔杆粉末由如下方法制备：
将农业废弃桔杆破碎为5mm以下的颗粒，放入氢氧化钙饱和溶液中浸泡130-140min，烘干、研磨后过1.25mm筛，得到桔杆粉末。
进一步地，所述助剂包括缓凝剂、增稠剂和引气剂，缓凝剂、增稠剂和引气剂的质量之比为18:17:7；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠和白糖的复合物，葡萄糖酸钠和白糖的质量比为1:4；所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚和黄原胶按照质量之比为3:2得到的复配物。
进一步地，增强填料为聚乙烯醇纤维和纳米氧化铝，聚乙烯醇纤维和纳米氧化铝的质量之比为2:3。
进一步地，所述改性气凝胶由如下方法制备：
s1、先将正硅酸乙酯与一半的水混合，常温下搅拌1h，再将异丙醇和剩余的一半水加入，在40℃下搅拌1.5h形成硅溶胶，其中，正硅酸乙酯、去离子水、异丙醇和硝酸的物质的量之比为1：3：3.9；
s2、将异丙醇钛、硅溶胶、去离子水、异丙醇按照摩尔比1：5：0.2：1混合，搅拌2h，得到混溶胶；
s3、将混溶胶和聚乙二醇按照体积比1:20混合加入到水热反应釜中，用硝酸调节ph值至2.6，密封反应釜并加热到90℃，保温3h，然后升温至170℃，保温10h，静置冷却后取出，置于45℃鼓风干燥箱中常压干燥4h，得到纳米气凝胶；
s4、按照固液比1g：10ml将上述得到的纳米气凝胶与偶联剂溶液混合，超声分散30min，过滤，置于45℃鼓风干燥箱中常压干燥2h，得到改性气凝胶。
进一步地，步骤s4中偶联剂溶液为质量分数为5％的硅烷偶联剂kh560水溶液。
一种防火阻燃型保温砂浆的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将硅酸盐水泥、天然砂、自熄型聚苯乙烯颗粒、改性气凝胶、桔杆粉末和助剂复合干拌3-5min后，缓慢加入自来水，搅拌均匀；
第二步、然后依次加入玻化微珠、羟基胶乳、增强填料和醋酸乙烯酯共聚物胶粉，共混5-8min，得到砂浆。
本发明的有益效果：
本发明中采用羧基胶乳与玻化微珠共用，羧基胶乳具有疏水性，在与玻化微珠共同使用时，一方面其通过羧基的化学键吸附于玻化微珠表面(羧基与玻化微珠表面的羟基反应)，改变了玻化微珠的表面性质，使其由亲水变成疏水，另一方面随着干燥过程中砂浆中水分的减少，胶乳粒子之间逐渐互相接触和融合，硬化交联生成连续的胶粘膜包裹在玻化微珠表面，封堵玻化微珠表面的部分开口孔，使玻化微珠吸水率降低，从而改善由于玻化微珠的使用而导致砂浆的防水性能减弱的缺陷；另外，羧基胶乳对水泥砂浆颗粒间的填充与黏结作用，使材料结构在受到破坏后，能有大幅度的恢复作用，有较强的弹簧恢复效应；同时，羧基胶乳在砂浆内部会有网状膜结构形成，有利于加强水泥砂浆的絮凝结构；羧基胶乳以网络膜形态缠绕于水泥砂浆颗粒间，并有另一部分分散于水泥砂浆的结构中，这种分布结构加大了水泥砂浆颗粒间的黏结性，导致水泥砂浆屈服应力的增加；因此，羧基胶乳的加入导致水泥砂浆内部空间的增加，材料结构的扩张，且聚合物膜的弹性也提升了水泥砂浆结构的整体弹性，降低环境温度对水泥砂浆结构的破坏，使得砂浆的抗渗与抗裂性能均有提升，并大幅度提升砂浆的抗腐蚀与耐老化能力；
本发明采用改性气凝胶作为砂浆的保温材料之一，制得的纳米气凝胶为sio2-tio2复合气凝胶，普通sio2气凝胶的折射率接近1，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射，是一种理想的透明隔热材料；通过复合tio2，形成大量的ti-o-si键，能够提高气凝胶的网络结构，增大气凝胶的隔热性能；而且由于sio2和n元素的复合使气凝胶在可见光区有更强的光吸收能力，使tio2易于与h2o、o2反应生成具有强氧化性的羟基自由基(oh-)、超氧离子自由基(o2-)，增强tio2的光催化性能；得到的纳米气凝胶不仅具有强的隔热保温性能，而且具有强的光催化性能，能够对污染物进行光催化降解，赋予砂浆材料一定的污染物治理作用；同时，细小的气凝胶颗粒会填充到砂浆的空隙中，起到有效阻止空气传达的作用，从而降低导热系数、增大砂浆的隔热性能；用硅烷偶联剂对气凝胶进行表面改性处理，能够与无机物表面的-oh进行反应，水解生成-si-o-si-共价键，从而键合到无机物表面生成亲油性的非极性表面，改善气凝胶与砂浆的相容性，使材料的性能大大提高；
本发明的砂浆通过采用自熄型聚苯乙烯颗粒作为阻燃防火有效成分，不仅能够提高砂浆的防护阻燃性能，而且还能施工性能；另外，采用玻化微珠、改性气凝胶和桔杆粉末作为砂浆的保温材料，赋予砂浆良好的保温性能；通过其余辅料的复配，提高砂浆的保水性、干缩率和断裂性能等，得到一种防火阻燃的、性能优异的保温砂浆，适用于建筑物的外墙外保温系统以及外墙内保温系统，适用于新建建筑保温节能工程，也适用于既有建筑保温节能改造工程。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种防火阻燃型保温砂浆，包括如下重量份的原料：硅酸盐水泥90-100份、天然砂25-30份、自熄型聚苯乙烯颗粒10-14份、改性气凝胶12-15份、桔杆粉末8-10份、玻化微珠20-30份、羧基胶乳13-17份、增强填料4-6份、醋酸乙烯酯共聚物胶粉2-3份、助剂0.9-1.2份、自来水200份；
自熄型聚苯乙烯颗粒的粒径为4-5mm，粒径较大的自熄型聚苯乙烯颗粒的掺入，水泥颗粒可以较好的包裹该颗粒，所以施工性能较好；自熄型聚苯乙烯颗粒具有良好的阻燃防火性能，赋予砂浆良好的阻燃防火性能；
桔杆粉末由如下方法制备：将农业废弃桔杆破碎为5mm以下的颗粒，放入氢氧化钙饱和溶液中浸泡130-140min，烘干、研磨后过1.25mm筛，得到桔杆粉末；桔杆粉末含水率低，导热系数小，粗纤维含量最多，具有类封闭多孔结构，保温隔热性能突出，经过氢氧化钙饱和溶液浸泡处理后，能够去除掉粗纤维和部分有机物质，增加钙质，因此作为轻骨料用于保温材料，保温隔热性能良好，而且大量利用农作物废弃物，具有显著的经济效益；
助剂包括缓凝剂、增稠剂和引气剂，缓凝剂、增稠剂和引气剂的质量之比为18:17:7；
其中的缓凝剂为葡萄糖酸钠和白糖的复合物，葡萄糖酸钠和白糖的质量比为1:4；白糖相较于葡萄糖酸钠具有更长的缓凝时间，更加明显的强度增强效应，但是在工作性能的保持能力上，葡萄糖酸钠表现出更好的性能因此，缓凝剂选择二者的复合物，能够起到优势互补的作用，确保湿拌浆具有较长的开放时间；增稠剂为羟丙基甲基纤维素醚和黄原胶按照质量之比为3:2得到的复配物，掺入羟丙基甲基纤维素醚对能够提高砂浆的流变性能，但是羟丙基甲基纤维素醚对砂浆的水分保持能力较差，容易造成砂浆的轻微泌水，因此选用黄原胶进行复配，显著提高砂浆的保水性(能使保水率不小于88％)；
醋酸乙烯酯共聚物胶粉能够改善硫硅酸盐水泥砂浆干缩率，醋酸乙烯酯共聚物胶粉中存在有活性基团(羰基)，使得水泥水化所需的用水量减小，提高了水化用水的效率，减少了水份蒸发产生的孔隙；其次，由于醋酸乙烯酯共聚物胶粉在水中分散过程中会产生微小的气泡,气泡将硬化砂浆内部的毛细管堵塞，减小了水份的蒸发，降低了硬化水泥浆的干缩；
砂浆中羧基胶乳的作用：羧基胶乳对水泥砂浆颗粒间的填充与黏结作用，使材料结构在受到破坏后，能有大幅度的恢复作用，有较强的弹簧恢复效应；同时，羧基胶乳在砂浆内部会有网状膜结构形成，有利于加强水泥砂浆的絮凝结构；羧基胶乳以网络膜形态缠绕于水泥砂浆颗粒间，并有另一部分分散于水泥砂浆的结构中，这种分布结构加大了水泥砂浆颗粒间的黏结性，导致水泥砂浆屈服应力的增加；因此，羧基胶乳的加入导致水泥砂浆内部空间的增加，材料结构的扩张，且聚合物膜的弹性也提升了水泥砂浆结构的整体弹性，降低环境温度对水泥砂浆结构的破坏，使得砂浆的抗渗与抗裂性能均有提升，并大幅度提升砂浆的抗腐蚀与耐老化能力；
另外，羧基胶乳具有疏水性，在与玻化微珠共同使用时，一方面其通过羧基的化学键吸附于玻化微珠表面(羧基与玻化微珠表面的羟基反应)，改变了玻化微珠的表面性质，使其由亲水变成疏水，另一方面随着砂浆中水分的减少，胶乳粒子之间逐渐互相接触和融合，硬化交联生成连续的胶粘膜包裹在玻化微珠表面，封堵玻化微珠表面的部分开口孔，使玻化微珠吸水率降低，从而改善由于玻化微珠的使用而导致砂浆的防水性能减弱的缺陷；
增强填料为聚乙烯醇纤维和纳米氧化铝，聚乙烯醇纤维和纳米氧化铝的质量之比为2:3；聚乙烯醇纤维对砂浆的增强作用体现在两方面，一方面高弹性模量、高抗拉强度的聚乙烯醇纤维具有阻裂作用，聚乙烯醇纤维的掺入改变了砂浆基体内部原有的应力分布，使聚乙烯醇纤维开裂时存在裂缝受阻或者裂缝偏转，会产生应变-硬化特性和多裂缝开裂现象，可以较好地抑制微小裂缝向宏观裂缝扩展；另一方面聚乙烯醇纤维具有增韧作用，裂缝在扩展过程中还需要克服聚乙烯醇纤维与基体界面的摩擦剪应力，并且当宏观裂缝出现后跨越裂缝的纤维可以把应力转移到本身，达到阻止裂缝发展的目的；纳米氧化铝分散在基体中，可增加c-s-h凝胶链的链长，并且可充分发挥纳米粒子小颗粒填充效应，与基体紧密结合，使砂浆内部相对密实，改善砂浆的微观结构和性能，提高砂浆基体的承载能力，最终使得固化后砂浆的断裂性能提高；
所述改性气凝胶由如下方法制备：
s1、先将正硅酸乙酯与一半的水混合，常温下搅拌1h，再将异丙醇和剩余的一半水加入，在40℃下搅拌1.5h形成硅溶胶，其中，正硅酸乙酯、去离子水、异丙醇和硝酸的物质的量之比为1：3：3.9；
s2、将异丙醇钛、硅溶胶、去离子水、异丙醇按照摩尔比1：5：0.2：1混合，搅拌2h，得到混溶胶；
s3、将混溶胶和聚乙二醇按照体积比1:20混合加入到水热反应釜中，用硝酸调节ph值至2.6，密封反应釜并加热到90℃，保温3h，然后升温至170℃，保温10h，静置冷却后取出，置于45℃鼓风干燥箱中常压干燥4h，得到纳米气凝胶；
s4、按照固液比1g：10ml将上述得到的纳米气凝胶与偶联剂溶液(质量分数为5％的硅烷偶联剂kh560水溶液)混合，超声分散30min，过滤，置于45℃鼓风干燥箱中常压干燥2h，得到改性气凝胶；
制得的纳米气凝胶为sio2-tio2复合气凝胶，普通sio2气凝胶的折射率接近1，而且对红外和可见光的湮灭系数之比达100以上，能有效地透过太阳光，并阻止环境温度的红外热辐射，是一种理想的透明隔热材料；通过复合tio2，形成大量的ti-o-si键，能够提高气凝胶的网络结构，增大气凝胶的隔热性能；而且由于sio2和n元素的复合使气凝胶在可见光区有更强的光吸收能力，使tio2易于与h2o、o2反应生成具有强氧化性的羟基自由基(oh-)、超氧离子自由基(o2-)，增强tio2的光催化性能；得到的纳米气凝胶不仅具有强的隔热保温性能，而且具有强的光催化性能，能够对污染物进行光催化降解，赋予砂浆材料一定的污染物治理作用；同时，细小的气凝胶颗粒会填充到砂浆的空隙中，起到有效阻止空气传达的作用，从而降低导热系数、增大砂浆的隔热性能；用硅烷偶联剂对气凝胶进行表面改性处理，能够与无机物表面的-oh进行反应，水解生成-si-o-si-共价键，从而键合到无机物表面生成亲油性的非极性表面，改善气凝胶与砂浆的相容性，使材料的性能大大提高；
该保温砂浆的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将硅酸盐水泥、天然砂、自熄型聚苯乙烯颗粒、改性气凝胶、桔杆粉末和助剂复合干拌3-5min后，缓慢加入自来水，搅拌均匀；
第二步、然后依次加入玻化微珠、羟基胶乳、增强填料和醋酸乙烯酯共聚物胶粉，共混5-8min，得到砂浆。
实施例1
一种防火阻燃型保温砂浆，包括如下重量份的原料：硅酸盐水泥90份、天然砂25份、自熄型聚苯乙烯颗粒10份、改性气凝胶12份、桔杆粉末8份、玻化微珠20份、羧基胶乳13份、增强填料4份、醋酸乙烯酯共聚物胶粉2份、助剂0.9份、自来水200份；
该保温砂浆由如下步骤制成：
第一步、将硅酸盐水泥、天然砂、自熄型聚苯乙烯颗粒、改性气凝胶、桔杆粉末和助剂复合干拌3min后，缓慢加入自来水，搅拌均匀；
第二步、然后依次加入玻化微珠、羟基胶乳、增强填料和醋酸乙烯酯共聚物胶粉，共混5min，得到砂浆。
实施例2
一种防火阻燃型保温砂浆，包括如下重量份的原料：硅酸盐水泥95份、天然砂28份、自熄型聚苯乙烯颗粒12份、改性气凝胶13.5份、桔杆粉末9份、玻化微珠25份、羧基胶乳15份、增强填料5份、醋酸乙烯酯共聚物胶粉2.5份、助剂1.1份、自来水200份；
该保温砂浆由如下步骤制成：
第一步、将硅酸盐水泥、天然砂、自熄型聚苯乙烯颗粒、改性气凝胶、桔杆粉末和助剂复合干拌4min后，缓慢加入自来水，搅拌均匀；
第二步、然后依次加入玻化微珠、羟基胶乳、增强填料和醋酸乙烯酯共聚物胶粉，共混7min，得到砂浆。
实施例3
一种防火阻燃型保温砂浆，包括如下重量份的原料：硅酸盐水泥100份、天然砂30份、自熄型聚苯乙烯颗粒14份、改性气凝胶15份、桔杆粉末10份、玻化微珠30份、羧基胶乳17份、增强填料6份、醋酸乙烯酯共聚物胶粉3份、助剂1.2份、自来水200份；
该保温砂浆由如下步骤制成：
第一步、将硅酸盐水泥、天然砂、自熄型聚苯乙烯颗粒、改性气凝胶、桔杆粉末和助剂复合干拌5min后，缓慢加入自来水，搅拌均匀；
第二步、然后依次加入玻化微珠、羟基胶乳、增强填料和醋酸乙烯酯共聚物胶粉，共混8min，得到砂浆。
对比例1
将实施例1原料中的自熄型聚苯乙烯颗粒去掉，其余成分及制备均不变。
对比例2
将实施例1原料中的改性气凝胶换为普通二氧化硅气凝胶，其余成分及制备均不变。
对比例3
将实施例1原料中的羧基胶乳去掉，其余成分及制备均不变。
对比例4
将实施例1中的醋酸乙烯酯共聚物胶粉去掉，其余成分及制备均不变。
对实施例1-3和对比例1-4制得的砂浆，做如下性能测试：
依据gb/t20473-2006《建筑保温砂浆》标准规定的方法进行，测试砂浆的干密度、抗压强度、导热系数、干燥收缩率；测试燃烧性能、保水率和断裂能；测试结果如下表：
可知，实施例1-3制得的砂浆的干密度为285-307kg·m-3，抗压强度为0.96-1.05mpa，导热系数为0.057-0.060w·(m·k)-1，干燥收缩率为0.07-0.09％，断裂能为340-367n·m-1，说明本发明制得的砂浆的力学性能好、保温效果好；结合对比2，说明气凝胶经过改性处理后能增强砂浆的保温性能，结合对比例3，说明在羧基胶乳在砂浆内部会有网状膜结构形成，提高砂浆的抗裂性能；结合对比例4，说明醋酸乙烯酯共聚物胶粉能够改善硫硅酸盐水泥砂浆干缩率；实施例1-3制得的砂浆的燃烧性能均为a1级，说明本发明制得的砂浆属于阻燃耐火材料，结合对比例1，说明自熄型聚苯乙烯颗粒能够提高砂浆的防火阻燃性能。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。