针对加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案的制作方法

专利名称：：针对加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案的制作方法
技术领域：
：本发明涉及加气混凝上绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，属于建筑围护结构保温
技术领域：
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背景技术：
：建筑围护结构保温技术一般分为四类夹心保温、内保温、外保温和自保温。由于夹心保温结构的抗震性能不好，该保温技术在我国己基本被淘汰。内保温很难避免热(冷)挢，热(冷)桥是建筑围护结构的薄弱环节，通常出现在墙体转角和内外墙交接的构造柱处、圈梁和窗户处等位置，外界热(冷)空气通过此类薄弱点向室内渗透，容易在墙体和保温材料之间形成潮气、霉斑，严重的甚至会破坏装修层。而且，内保温材料多为有机材料，火灾和中毒隐患无法解决。因此，内保温结构的应用也受到限制。外保温是我国目前使用最多的保温结构，其技术也比较成熟。原因是建筑围护结构被保温层覆盖，相当于把外界恶劣条件完全拒绝在建筑之外，基本上能够杜绝热(冷)桥带来的弊端，可避免因材料温度引起的墙体开裂，结构的寿命相对较长。但外保温的缺点也是明显的一是造价高。同样的建筑做外保温要比做内保温的造价高1.5倍左右。外保温所采用的胶粘剂、固定方式和外层玻纤网等技术一直依赖进口，虽然近年来出现合格的国产化产品，但价格仍然很高，所以只有卨档的公共建筑才能用得起；第二个缺点是保温饰面层暴露于风霜雨雪之中，使得其使用寿命短，安全性差。另外，行业标准《外墙外保温技术规程》规定外墙外保温体系必须防火、防水、耐冲击，其耐久性应达到25年以上，所有的材料相互之间必须彼此相容，均应符合有关国家标准的质量要求。同时，在可能受到鼠害、虫害等生物侵害的地区，还应具有防生物侵害性能。这些严格的要求无疑会使外保温建筑的造价进一步提高、工艺复杂程度进一步增加。此外，25年的使用寿命对于外保温工程来说，的确很不容易达到。但是，对于建筑来说，25年的寿命太短了。试想，25年后，需要重做外保温工程时，会给用户带来多大的麻烦！而且重做的外保温层与墙体之间的粘接总不如原来的好，其使用寿命将难以再有25年，这又会给用户带来多么巨大的不便！由于自保温结构中，保温材料是结构本体，而且是无机材料，因此其寿命与建筑同在。鉴于上述情况，建筑围护结构自保温技术得到了业界重视，并得到了一定程度的发展。专利CN1916324A公开了一种墙砖一体化的交错连续的排孔层复合保温的砌块或砖、组合墙、建筑物，声称它们可广泛用于低、多、高层的自保温建筑；CN1928275A描述了一种钢筋混凝土构件的预制自保温保护层板，它由玻璃纤维混凝土层、隔热保温层和带肋条的玻璃纤维混凝土层依次迭加，组合成一体；CN2646263Y分开了一种节能建筑外围护墙的结构。它包括自保温墙体，外保温钢筋砼梁、柱，自保温墙体由隔热保温墙体材料和轻质保温砌筑砂浆砌成；CN2876208Y描述了一种节能建筑围护结构自保温墙体砼梁、柱的外保温构造；CN1915896A提供一种建筑墙体材料，特别是一种烧结节能保温空心砖。在砖体上开设有数个矩形通孔，相邻列的通孔相互错开，孔洞率为3045%;CN1888340A涉及一种保温隔热的混凝土房屋结构体系，目的是提供一种用高性能的混凝七结构材料和高效率的隔热保温材料为毫不相干的自保温混凝土房屋结构体系；CN2394980Y公开一种利用保温隔热材料和砼空心砌块合为一体，能够起自保温隔热作用的砼空心砌块，它由砼空心砌块，保温隔热材料构成；CN1卯4284A涉及一种墙体材料，即自保温节能砌块及施工方法。其特点是包括主块、辅块B和辅块C，主块上设有三排孔，中部均布两个矩形竖孔，对应两端设有矩形竖槽，两过设有长度不等的保温竖孔；CN2756734Y公开了一种自保温砌块，有左、右两半砌块体，左、右两半砌块体之间设置上下穿透式空腔，该空腔中填充有保温材料填充层；CN2844270Y公开了一种加气混凝土外保温砌块，它由混凝土芯块和加气混凝土层构成。将混凝土芯块设置在砌块内部，作为承重材料，将加气混凝土层设置在承重的混凝土芯块外围，作为混凝土芯块的外保温，混凝土芯块可以为实心，也可以有空心孔洞；CN2732877Y涉及一种加气混凝土自保温隔热墙体，它有混凝土梁和柱，其间有加气砼砌块砌筑成的砌体，加气砼砌块间有水平的预埋或后植的钢筋，在梁和柱的外侧表面上，由内向外依次有连接层、保温层、保护层和饰面层；CN2871687Y公开了一种新型阶梯形加气混凝土保温砌块，由加气混凝土制成的阶梯形砌块构成，其砌成的墙体不能形成直通的水平灰缝，可有效降低水平灰缝的冷桥，并在砌筑时可以在墙体中延墙体长度方向，在两梯形砌块中间的竖缝中夹入泡沫保温板保温材料，进一步提高墙的保温性能。毋庸质疑，上述专利技术为我国的建筑事业做出了一定贡献。但是，这些专利所涉及的结构要么不是自保温结构(因为该结构中复合了其它的保温隔热材料(空气除外))，要么只谈热阻(实际上即使材料的3热系数很大，只要结构厚度足够厚，该结构的热阻依然可以很大，所以不能说明问题)，要么仅从构造设计上去考虑保温性能，而结构材料本身的导热系数仍然很大。所以，上述专利均未能真正解决建筑自保温围护结构本身存在的技术问题。实际上，在所有建材中，蒸压轻质加气砼(ALC)是目前唯一有希望可以满足节能50%要求的自保温产品。ALC的密度、导热系数与强度等级关系如表1所示表1优等品ALC的密度、导热系数与强度等级体积密度级别B03B04B05B06B07B08密度(kg/m3)300400500600700800导热系数(W/(m'K))0.110.120.140.160.17—抗压强度(MPa)1.02.03.55.07.510.0表1表明，当材料的孔隙率越高、密度越小时，ALC的保温性能越好。但高孔隙率和低密度同时带来的是材料力学性能下降。自从行业标准要求达到第二步节能50%后，屋面的传热系数提高到0.60.8W/(m2*K)，而B06级导热系数为0.16W/(m，K)的加气混凝土要达到上述热工指标，计算厚度可能要超过250mm,这无论就屋面荷载和所占厚度而言似乎已失去现实意义。因此，研发高绝热高强度ALC制品，使其干导热系数《0.05W/(m，K)，干密度《300kg/m3，立方体抗压强度在冻融前》3.5Mpa，(IOO次)冻融后^2.0MPa，已成为业界的研究热点和难点。但为了达到此目的，必须在方法和技术上有新的突破。
发明内容技术问题本发明的目的是提供加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，使采用这些方案改良的加气混凝土能够以单一材料满足国家建筑节能(50%80%)标准要求。具体来说，改良后的加气混凝土具备以下性能其干导热系数《0.05W/(nrK)，干密度《300kg/m3，立方体抗压强度在冻融前^3.5Mpa，(100次)冻融后^2.0MPa。技术方案本发明的技术方案是先进行加气混凝土绝热性能提升，直至满足要求为止(如干导热系数《0.05W/(m*K));然后进行材料力学性能增强，直至满足非承重墙体要求为止(如立方体抗压强度》3.5Mpa)，(100次)冻融后》2.0MPa。分两步走第一步，对加气混凝土进行绝热性能提升。首先把原料(如石英砂，硅灰，水泥，生石灰和石膏等)磨成超细粉末，然后在混凝土发泡过程中适当增加发气(泡)量，以使混凝土密度最小化和孔隙率最大化，直至最后产品的干导热系数《0.05W/(m*K)。注意，在使混凝土密度最小化和孔隙率最大化的同时，应尽量使气孔闭孔及使气孔大小、气孔分布和孔壁结构均匀化。这些可以通过掌握生石灰与水反应生成熟石灰和熟石灰与水及铝粉的第一化学反应，特别是生石灰的反应速率来达到。具体的实现技术方案如下-(1)使加气混凝土密度最小化由于干空气具有良好的绝热性能(其导热系数仅有0.026W/(nrK)，几乎低于所有的绝热材料)，同时来源丰富，基本不需成本，所以必须使混凝土尽量充满空气(分布于各个独立的气孔中)。为了达到此目的，我们所要做的第一个工作就是使混凝土产品的密度最小化。因此，适当加入一些轻骨料(约占干料总重量的12%25%)，如膨胀页岩、泡沫岩、火山凝灰岩、热压结的硅藻土、炉渣、粉煤灰、珍珠岩、蛭石和轻质多孔非晶态Si02粉末等。考虑到轻质多孔非晶态Si02具有强度高，密度小和热阻大的特点，本发明优先选用轻质多孔非晶态SiO2(利用江西上高的硅灰石或吉林长白山硅藻土与盐酸反应可制得比表面积超过400m2/g，最高可达600m2/g的轻质多孔非晶态Si02)。(2)使加气混凝土孔隙率最大化第二个工作是使混凝土产品的孔隙率最大化。本发明使用的骨料一律为圆形颗粒，不采用片状或条状颗粒。颗粒的最大粒径为0.2mm，最佳为0.010.05mm，换言之，就是使粉末超细化。只有粉末超细化，才能搅拌出超细的灰浆，进而才能使气泡均布于浆液中，最终使加气混凝土内均匀地布满气孔，同时，粉末超细化是气孔结构最优化的前提条件，可使加气混凝土中除了圆形气孔外就是密实的气孔壁，是超轻质混凝土结构强度的保证。接下来，通过掌握生石灰与水反应生成熟石灰和熟石灰与水及铝粉的第一化学反应，特别是生石灰的反应速率来控制发气量以使其尽量地大，但气泡不能连通以保持闭孔。结合下面的气孔结构最优化讲述。(3)使加气混凝土气孔结构最优化(包括气孔闭孔和气孔大小、气孔分布和孔壁结构均匀化)气孔结构不但影响到加气混凝土的绝热性能，更是直接影响其结构强度。气孔结构最优化是关键中的关键。气孔最优化包括使气孔闭孔和使气孔大小、气孔分布和孔壁结构均匀化。可通过以下技术来达到此目的。加气混凝土是通过混合富含Si02的材料(如细石英砂或粉煤灰)、水泥、硫酸盐(如生石膏CaS04*2H20)、牛石灰(CaO)和铝粉(发气剂)及水而成。在第一化学反应中，生石灰与水反应生成熟石灰Ca(OH)2并放出大量的热，然后熟石灰与水及铝粉共同反应生产氢气，如下面两式所示CaO+H20—Ca(OH)22AL+3Ca(OH)2+6H20—3CaOAL203H20+3H2t氢气使混凝土膨胀2倍或以上，制成了多孔材料。待混凝土初凝完成并具有一定的强度(如最终强度的30%)后，把多孔混凝土切成想要的形状和尺寸，然后进行养护以建立强度、硬度和耐久性(主要是水泥成分硬化)。第二化学反应给予多孔混凝土强度、硬度和耐久性。生石灰与水反应生成熟石灰和熟石灰与水及铝粉的第一化学反应对最终产品性质的影响非常关键。特别地，掌握生石灰的反应速率(进而控制水与生石灰(CaO)、Si02及铝粉的反应中会放出的热量和氢气)对控制多孔混凝土的气孔最优化和低密度、高强度和高耐久性至关重要。目前，控制生石灰的反应速率通过改变生石灰的煅烧参数来控制和改变如通过改变煅烧的温度、持续时间和煅烧炉的类型，可以生产出具有不同反应速率的生石灰(如软石灰和硬石灰)。但建立这个方法需要花大量的时间，因此只有大量生产具有某种特别反应速率的生石灰时才划得来。此外，改变生石灰的质量可能对加气蒸压混凝土的质量产生不利影响。本发明通过添加化学外加剂的方法来控制生石灰的反应速率。本方法不依赖于生石灰的煅烧过程或者改变煅烧过程的参数；可以快速、经济地调整生石灰的反应速率；可根据加气混凝土最终性能的需要来改变反应速率；可以预先处理用于其它过程的生石灰，也可以直接加入到生石灰、水和其它成分的浆体中；对最终的多孔混凝土产品不会产生不利影响。可用来控制生石灰的反应速率的化学添加剂有甘油、二醇类、木素磺化盐、胺、聚丙烯酸酯、金属硫酸盐、生石膏(CaSi042H20)、硫酸、磷酸、羧酸盐、蔗糖等。比较理想的添加剂有硫酸、生石膏、碱和碱土、金属木素磺化盐、甘油、乙二醇、二乙二醇、三甘醇、单乙烯胺、二乙烯胺、三乙烯胺、聚丙烯酸酯(包括聚丙烯酸金属盐，如聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾等)。这些化学添加剂约占生石灰重量的0.1%5%，在0.1%2%时较好，在0.5%~1%时最好，可按所要求的反应速率而改变。比较理想的是，这些化学添加剂预先与生石灰混匀，然后再与细石英砂、非晶态Si02粉末、水泥、石膏、硫酸钠、纤维、硅酸钠(水玻璃)、硅油、铝粉及水混杂。同时，控制气孔结构离不开气泡稳定剂。气泡稳定剂可以使气泡独立(不合并，也不破裂)、大小均一、分布均匀，同时还可以使混凝土由亲水性改性为憎水性(因为气泡稳定剂多为油脂类物质)。气泡稳定剂包括脂肪烃、芳香烃基及石蜡类、乳化硅油(如二甲基硅氧烷油)、丙烯酸乳胶等。气泡稳定剂约占0.04%0.3%，比较理想的是0.15%0.22%。加入气泡稳定剂不但可以提高防水性能，而且可提高混凝土抗压强度(约提高14%)，同时可降低收縮率(约降低30%)。密度最小化、孔隙率最大化和气孔结构最优化能够使混凝土导热系数极大地下降，直至小于0.05W/(m*K)。因为密度最小化和孔隙率最大化已经使孔壁尽量地薄，从而使得热传导的途径极大地减少；由于气孔是封闭的，因此空气的对流换热不能形成；同时高孔隙率制造了近于无穷多个折射面和反射面，不但可以阻断热传导，而且可以阻断和吸收热辐射。当混凝土产品用于温度高于ioor的环境时，可在干料中混入纳米二氧化钛等热辐射屏蔽材料(约占总干料重量的0.01%0.1%)以进一步提升混凝土阻断热辐射的能力。第二步，对加气混凝土进行材料力学性能增强。密度最小化和孔隙率最大化无疑会使加气混凝土的强度极大地削弱，但经过气孔结构最优化后，加气混凝土的强度已经得到了很大程度的弥补，再应用以下几个技术(添加剂增强、纤维增强、组配优化、搅拌过程优化和改善养护方法)，可以把立方体抗压强度提升至3.5Mpa以上(冻融前)，(100次)冻融后在2.0MPa以上。(1)添加剂增强在加气混凝土浆液中加入材料力学增强添加剂。可用来增强加气混凝土抗压强度的添加剂有水玻璃、锰盐、钡盐、锌盐、铁盐、铝盐、钙盐(如硫酸钙即石膏)、镁盐、钠盐、钼盐、钛盐、有机胺类、有机硅类、树脂类(如改性磺化二聚氰胺甲醛树脂等)等。比较理想的是硫酸钠(Na2S04)、硅酸钠(即水玻璃Na20.nSi02)、硝酸钠(NaN03)、有机硅类和树脂类以及它们的组合物(例如水玻璃与树脂类的混合物)。通常可提高加气混凝土抗压强度20%以上。这些添加剂约占干料总重量的0.1%5%，最佳为0.5-1.5%。(2)纤维增强可用来内部增强加气混凝土抗拉和抗裂强度的纤维有增强玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、PBO纤维、Dyneema纤维、改性聚丙烯纤维、聚乙烯纤维等。要求这些纤维具有高抗拉强度和低导热性能，因此不能用碳纤维(因为它的导热系数很大)。纤维的直径在lum5um之间，长度约0.30.6mm。短于0.3mm时增强效果不够明显，长下0.6mm则容易纠缠在起，不能均匀分布。纤维的量占混凝土干料总重量的0.02%5%。在此期间的纤维可起到稳定气泡的作用，从向获得稳定、均匀的气孔结构。如果纤维的量小于0.02%，则起不到稳定气泡的作用，这时气孔结构会坍塌。如果纤维的量高于5%，则纤维不能均匀分布，这样会影响氢气气泡的分布。(3)组配优化材料的组配显然对加气混凝土的绝热性能、材料力学性能、防水性能和其它性能如耐候性能、耐久性能、耐腐蚀能力、抗冻性、干縮性、抗水软化性、隔声性及加工性等产生极大影响。本发明根据高绝热和高强度性能的要求，对加气混凝土的组配进行了优化，具体如表2所示表2针对加气混凝上绝热和材料力学性能提升的组配优化表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>增强纤维d0力2%5%1.5%占干料总重量必选铝粉1.5%2.5%2%占千料总重量必选纳米二氧化钛0.01%0.1%0.05%占干料总重量可选水e50o/o60%55%当非水成分的重量为100时，需要加水5060。必选说明:a.控制生石灰反应速率的添加剂是指硫酸、碱和碱土、金属木素磺化盐、甘油、乙二醇、二乙二醇、三甘醇、单乙烯胺、二乙烯胺、三乙烯胺、聚丙烯酸酯(包括聚丙烯酸金属盐，如聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾等)中的任意一种或它们的混合物。b.气泡稳定剂是指脂肪烃、芳香烃基及石蜡类、乳化硅油(如二甲基硅氧烷油)、丙烯酸乳胶中的任意一种或它们的混合物。c.材料力学增强添加剂是指硫酸钠(Na2S04)、硅酸钠(即水玻璃Na20nSi02)、硝酸钠(NaN03)、有机硅类和树脂类以及它们的组合物(例如水玻璃与树脂类的混合物)。d.增强纤维是指玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、PBO纤维、Dyneema纤维、改性聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种。e.混合时水的温度是35'C75。C，最佳是5(TC(4)搅拌过程优化1)把石英砂和石膏磨成超细粉末(颗粒的最大粒径为0.2mm，最佳为0.010.05mm);2)把温度合适的水加入转速为2000转/分钟的高速搅拃器中；3)把石英砂和石膏的超细粉末加入该搅拌器中，搅拌3分钟；4)加入硅灰再搅拌3分钟；5)加入水泥再搅拌3分钟；6)加入材料力学增强添加剂再搅拌3分钟；7)加入增强纤维再搅拌3分钟；8)纳米二氧化钛再搅拌2分钟(如果有)；9)加入生石灰和控制生石灰反应速率的添加剂混合物(它们已经被预先在另外的高速搅拌器中搅拌均匀)再搅拌3分钟；10)加入气泡稳定剂再搅拌3分钟；11)加入铝粉或铝膏水溶液(已经预先在其它高速搅拌器中把铝粉或铝膏与水搅拌均匀，即相当于稀释均匀)再搅拌2分钟；12)把桨倒入模中让混凝土发泡成型。(5)改善养护方法为了保证高绝热加气混凝土具有以上强度，除了制备过程中各种条件设定、加气混凝土的初期配方调制以及运用纳米技术和分子设计等亍段外，高绝热加气混凝土的养护方法极其重要。改善后的养护方法分为以下四个阶段第一阶段为碳化养护阶段待初凝的混凝土强度达到最终强度30%时出模、切割，将切割后的高绝热加气混凝土由传送带送入养护舱内，关闭养护舱，从养护舱顶部的气孔送入超冷C02气体(温度为0°C_57°C，纯度>99%)。气体不能直喷混凝土制品表面，进气孔宜密，以使C02气体均匀地附在混凝土上表面；然后C02气体在重力作用下向下滑动，直至包覆所有混凝土制品且养护舱内C02气体浓度在95%以上，最好98%以上。在这种状态下保持3040分钟，最长不超过60分钟。注已经发现使用超冷C02气体可以快速改善养护结果，虽然这明显与低温C02气体与水化需要高温相矛盾。但令人lt讶的是，当超冷C02气体在被控条件下使用时它并不阻碍反而增强水泥水化反应，这是因为超冷C02气体会导致更多的C02分子附在制品表面。不建议淡化C02气体，因为低浓度C02气体会减缓养护速度。养护舱内应设有可控制的出气孔，以便控制养护舱内的气体浓度(包括下一步骤的水蒸汽浓度)。碳化养护特别适用于不含钢筋的混凝土制品。对于含有钢筋的混凝土预制件，若钢筋表面做过特殊保护处理(即能保证钢筋与混凝土之间的握裹力)，可以应用碳化养护。第二阶段为变压式高温蒸养阶段第一阶段结束后，通入15(TC的水蒸汽(不能直喷混凝土制品表面)，当养护舱内的空气压力为0.80.9个大气压时保持20分钟；然后停止送入水蒸汽，在空气压力为0.10.5个大气压(最佳为0.2个大气压)时保持15分钟；接下来继续送入水蒸汽，直至养护舱内的空气压力为2个大气压，保持30分钟；再继续升高空气压力，直至4个大气压，保持l.5小时。关闭水蒸汽，待舱内的压强降为常压，温度降为4(TC左右，即可出舱。注这些步骤可以在加速混凝土养护进程的同时，不削弱其最终强度，并且很好地解决了热冲击(即热震)对混凝土制品的破坏作用，如龟裂、开裂或变形等。总之，可以解决高压蒸养带来的问题。第三阶段为中温高湿养护阶段蒸养阶段结束后打开封闭罩，将混凝土构件由传送带送入保温高湿的室内进行中温高湿养护。把混凝土构件按空间行列式的形式放好，然后通过控制系统将6CTC左右的软化水在高压下向室内喷射成雾状(粒径在2040微米之间)以制造中温高湿环境。保持室温40'C以上，相对湿度100%的状况6天。需要注意的是不能将水直接喷向混凝土制品；该养护室是密闭的空间，其围护结构具有很好的保温、隔热和密闭性能。其功能是保持室内较高的温度和高湿度，且不受外界气候影响，以保证混凝土内的水泥在这一阶段进行充分的水化作用。第四阶段为强度剂表面养护阶段第三阶段结束后即可对混凝土制品表面做一些艺术纹理处理，如制作格纹板、平纹板、条纹板等，之后进行第四阶段养护(如果没有艺术图纹处理，则直接进入第四阶段养护)。为了使高绝热ALC制品中尚存的大部分水分缓慢地挥发以继续水泥的水化反应和防止混凝土表面出现过大的湿度梯度(湿度梯度过大是混凝土表面龟裂或开裂的原因之一)，和同时增强ALC制品的强度(尤其是表面强度)，在成品表面涂布或喷洒混凝土强度养护剂(由水玻璃和高分子树脂混合成的水剂)，使其渗透于ALC内部(深度达1.5cm以上)。通过该强度养护剂和水泥的化学反应，使ALC结构中的水泥骨骼(除独立气泡部分外)的结构强度增大，特别是ALC表面强度和硬度大幅度地提高(例如，该强度养护剂使用于一般的混凝土表面时，可使混凝土的表面布氏硬度HB》160(与钢板相当甚至超过))。在阴凉且不受雨淋的地方放置3天，即已完成全部养护。有益效果-本发明的优点是全面、彻底，真正解决了建筑自保温结构本身的技术问题，从而使采用本发明提供的关键技术方案改良的加气混凝土能够以单一材料满足国家建筑节能(50%80%)标准要求，并在一定程度上使建筑围护结构保温技术发生了巨大进步。本发明方法所带来的技术效果非常明显(1)密度最小化和孔隙率最大化给加气混凝土带来了轻质和高绝热性，因为这两项技术充分利用了干空气的轻质和卨绝热性能特点。(2)气孔结构最优化不但提升了加气混凝土的绝热性能，更是极大地改善了它的结构强度。(3)强度添加剂可提高加气混凝上抗压强度20%以上。(4)纤维不但可以从内部增强加气混凝土抗拉和抗裂强度，而且可以起到稳定气泡的作用。(5)材料的组配优化可以使加气混凝土的绝热性能与结构性能处于最优状态。(6)搅拌过程优化使高绝热、高强度加气混凝土得到保证。(7)改善养护方法可以进一步提升加气混凝土的绝热性能与结构强度(尤其是结构力学性能)，同时缩短了养护时间。其中①超冷C02气体可显著地提高混凝土的强度和硬度及縮短其养护时间，因为碳化反应的主要产物是碳酸钙和硅胶，碳化将混凝土构件中的氢氧化钙Ca(OH)2几乎全部耗尽，同时混凝土碳化发热效应非常明显，混凝土的获得强度的速率比在75。C蒸汽养护条件下的速率更快。此外消费了温室气体，对环境有益。②变压式高温蒸养可以在加速混凝土养护进程的同时，不削弱其最终强度，并且很好地解决了热冲击(即热震)对混凝土制品的破坏作用，如龟裂、开裂或变形等。③中温高湿养护使混凝土的强度和硬度发展更加充分，养护效率更高。因为该养护使砼的水化和硬化更加充分，效率加快。同时，软化水进一步提高混凝土的耐腐蚀能力和提高养护效率。强度剂表面养护使混凝土制品在避免龟裂或开裂的同时，进一步提高其表面强度和硬度。因为强度养护剂保住了混凝土的水分，避免出现过大的湿度梯度。同时，通过该强度养护剂和水泥的化学反应，使加气混凝土结构屮的水泥骨骼(除独立气泡部分外)的结构强度增大，特别是加气混凝土表面强度和硬度大幅度地提高。(8)真正实现加气混凝土高绝热(干导热系数《0.05W/(mK))和高强度(如立方体抗压强度》3.5Mpa)，(IOO次)冻融后》2.0MPa，完全可以满足非承重墙体要求，从此真正解决建筑自保温围护结构木身存在的技术问题。具体实施例方式实例一(比例最佳点)材料的组配如表3所示表3实例一所用的材料组配表<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>a.控制生石灰反应速率的添加剂是指硫酸、碱和碱土、金属木素磺化盐、甘油、乙二醇、二乙二醇、三甘醇、单乙烯胺、二乙烯胺、三乙烯胺、聚丙烯酸酯(包括聚丙烯酸金属盐，如聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾等)中的任意一种或它们的混合物。b.气泡稳定剂是指脂肪烃、芳香烃基及石蜡类、乳化硅油(如二甲基硅氧垸油)、丙烯酸乳胶中的任意一种或它们的混合物。c.材料力学增强添加剂是指硫酸钠(Na2S04)、硅酸钠(即水玻璃Na20nSi02)、硝酸钠(NaN03)、有机硅类和树脂类以及它们的组合物(例如水玻璃与树脂类的混合物)。d.增强纤维是指玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、PBO纤维、Dyneema纤维、改性聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种。e.混合时水的温度是35'C75'C，最佳是50°C搅拌过程1)把石英砂和石膏磨成超细粉末(颗粒的最大粒径为0.2mm，最佳为0.010.05mm);2)把50°C的水加入转速为2000转/分钟的高速搅拌器中；3)把石英砂和石膏的超细粉末加入该搅拌器中，搅拌3分钟；4)加入硅灰再搅拌3分钟；5)加入水泥再搅拌3分钟；6)加入材料力学增强添加剂再搅拌3分钟；7)加入增强纤维再搅拌3分钟；8)加入生石灰和控制生石灰反应速率的添加剂混合物(它们已经被预先在另外的高速搅拌器中搅拌均匀)再搅扑3分钟；9)加入气泡稳定剂再搅拌3分钟；10)加入铝粉或铝膏水溶液(已经预先在其它高速搅拌器中把铝粉或铝膏与水搅拌均匀，即相当于稀释均匀)再搅拌2分钟；11)把浆倒入模中让混凝土发泡成型。加气混凝土的试验结果如下(1)干导热系数0.045W/(m*K);(2)干密度295kg/m3;(3)立方体抗压强度在冻融前3.5Mpa，(100次)冻融后2.4MPa;(4)吸水率4.8%;实例二(主要成分比例的上限，其它为最佳值)材料的组配如表4所示表4实例二所用的材料组配表<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>a.控制生石灰反应速率的添加剂是指硫酸、碱和碱土、金属木素磺化盐、甘油、乙二醇、二乙二醇、三甘醇、单乙烯胺、二乙烯胺、三乙烯胺、聚丙烯酸酯(包括聚丙烯酸金属盐，如聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾等)中的任意一种或它们的混合物。b.气泡稳定剂是指脂肪烃、芳香烃基及石蜡类、乳化硅油(如二甲基硅氧烷油)、丙烯酸乳胶中的任意一种或它们的混合物。c.材料力学增强添加剂是指硫酸钠(Na2S04)、硅酸钠(即水玻璃Na20*nSi02)、硝酸钠(NaN03)、有机硅类和树脂类以及它们的组合物(例如水玻璃与树脂类的混合物)。d.增强纤维是指玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、PBO纤维、Dyneema纤维、改性聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种。e.混合时水的温度是35。C75'C，最佳是50°C搅拌过程同例一加气混凝土的试验结果如下(1)干导热系数0.05W/(m*K);(2)干密度300kg/m3;(3)立方体抗压强度在冻融前4.0Mpa，(100次)冻融后2.6MPa;(4)吸水率4.5%;实例三(主要成分比例的下限，其它为最佳值)材料的组配如表5所示表5实例三所用的材料组配表<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>complextableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>a.控制生石灰反应速率的添加剂是指硫酸、碱和碱土、金属木素磺化盐、甘油、乙二醇、二乙一醇、三甘醇、单乙烯胺、二乙烯胺、三乙烯胺、聚丙烯酸酯(包括聚丙烯酸金属盐，如聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾等)中的任意一种或它们的混合物。b.气泡稳定剂是指脂肪烃、芳香烃基及石蜡类、乳化硅油(如二甲基硅氧烷油)、丙烯酸乳胶中的任意一种或它们的混合物。c.材料力学增强添加剂是指硫酸钠(Na2S04)、硅酸钠(即水玻璃Na20nSi02)、硝酸钠(NaN03)、有机硅类和树脂类以及它们的组合物(例如水玻璃与树脂类的混合物)。d.增强纤维是指玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、PB0纤维、Dyneema纤维、改性聚内烯纤维、聚乙烯纤维中的一种。e.混合时水的温度是35。C75。C，最佳是50。C搅拌过程同例一加气混凝土的试验结果如下(1)干导热系数0.042W/(m*K);(2)干密度285kg/m3;(3)立方体抗压强度在冻融前3.3Mpa，(100次)冻融后2.1MPa;(4)吸水率5.0%:权利要求1.一个针对加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征是先进行加气混凝土绝热性能提升，直至满足要求为止，如干导热系数≤0.05W/(m·K)；然后进行结构力学性能增强，直至满足非承重墙体要求为止，如立方体抗压强度≥3.5Mpa，100次冻融后≥2.0MPa，即分两步走第一步，对加气混凝土进行绝热性能提升；第二步，对加气混凝土进行材料力学性能增强。2.根据权利要求1所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于第一步——对加气混凝土进行绝热性能提升的步骤是(1)使加气混凝土密度最小化——适当加入一些轻骨料，约占干料总重量的12%25%，如膨胀页岩、泡沫岩、火山凝灰岩、热压结的硅藻土、炉渣、粉煤灰、珍珠岩、蛭石或轻质多孔非晶态Si02粉末；优先选用轻质多孔非晶态Si02;(2)使加气混凝土孔隙率最大化——使用的骨料一律为圆形颗粒，不采用片状或条状颗粒；颗粒的最大粒径为0.2mm，最佳为0.010.05mm，换言之，就是使粉末超细化；通过掌握生石灰与水反应生成熟石灰和熟石灰与水及铝粉的第一化学反应，特别是生石灰的反应速率来控制发气量以使孔隙率最大化，但气泡不能连通以保持闭孔；(3)使加气混凝土气孔结构最优化——通过添加化学外加剂的方法来控制生石灰的反应速率，进而控制水与生石灰CaO、Si02及铝粉的反应中会放出的热量和氢气，和气泡稳定剂控制气孔结构以使气孔闭孔和气孔大小、气孔分布和孔壁结构均匀化。3.根据权利要求2所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于可用来控制生石灰的反应速率的化学添加剂有甘油、二醇类、木素磺化盐、胺、聚丙烯酸酯、金属硫酸盐、生石膏CaSi(V2H20、硫酸、磷酸、羧酸盐或蔗糖，比较理想的添加剂有硫酸、生石膏、碱和碱土、金属木素磺化盐、甘油、乙二醇、二乙二醇、三甘醇、单乙烯胺、'二乙烯胺、三乙烯胺、聚丙烯酸酯或聚丙烯酸金属盐；上述化学添加剂约占生石灰重量的0.1%5%，在0.1%2%时较好，在0.5%1%时最好，可按所要求的反应速率而改变。4.根据权利要求2所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于可用来控制生石灰的反应速率的化学添加剂的制备方法为这些化学添加剂预先与生石灰混匀，然后再与细石英砂、非晶态Si02粉末、水泥、石膏、硫酸钠、纤维、硅酸钠水玻璃、硅油、铝粉及水混杂。5.根据权利要求2所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于气泡稳定剂包括脂肪烃、芳香烃基或石蜡类、乳化硅油、丙烯酸乳胶，气泡稳定剂约占生石灰重量的0.04%0.3%，比较理想的是0.15%0.22%。6.根据权利要求1所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于第二步——对加气混凝土进行材料力学性能增强包括以下五项技术步骤(1)添加剂增强;(2)纤维增强；(3)组配优化；(4)搅拌过程优化；(5)改善养护方法。7.根据权利要求6所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于增强添加剂包括水玻璃、锰盐、钡盐、锌盐、铁盐、铝盐、钙盐、镁盐、钠盐、钼盐、钛盐、有机胺类、有机硅类或树脂类；比较理想的是硫酸钠:Na2S04、硅酸钠水玻璃Na2(>nSi02、硝酸钠NaN03、有机硅类或树脂类以及它们的组合物。8.根据权利要求6所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于增强纤维包括玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、PBO纤维、Dyneema纤维、改性聚丙烯纤维或聚乙烯纤维；纤维的直径在lum5um之间，长度约0.30.6mm;纤维的量占混凝土干料总重量的0.02%5%。9.根据权利要求6所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于组配优化，如下表所示针对加气混凝土绝热和材料力学性能提升的组配优化表<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>a.控制生石灰反应速率的添加剂是指硫酸、碱和碱土、金属木素磺化盐、甘油、乙二醇、二乙二醇、三甘醇、单乙烯胺、二乙烯胺、三乙烯胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸金属盐如聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾中的任意一种或它们的混合物；b.气泡稳定剂是指脂肪烃、芳香烃基及石蜡类、乳化硅油，如二甲基硅氧垸油或丙烯酸乳胶中的任意一种或它们的混合物；c.材料力学增强添加剂是指硫酸钠Na2S04、硅酸钠水玻璃Na20*nSi02、硝酸钠NaN03、有机硅类或树脂类以及它们的组合物例如水玻璃与树脂类的混合物；d.增强纤维是指玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、PBO纤维、Dyneema纤维、改性聚丙烯纤维或聚乙烯纤维中的一种；e.混合时水的温度是35°C75°C，最佳是50°C。10.根据权利要求6所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于搅拌过程优化的步骤是-1)把石英砂和石膏磨成超细粉末颗粒的最大粒径为0.2mm，最佳为0.010.05mm;2)把温度合适的水加入转速为2000转/分钟的高速搅拌器中；3)把石英砂和石膏的超细粉末加入该搅拌器中，搅拌3分钟；4)加入硅灰再搅拌3分钟；5)加入水泥再搅拌3分钟；6)加入结构增强添加剂再搅拌3分钟；7)加入增强纤维再搅拌3分钟；8)纳米二氧化钛再搅拌2分钟(如果有)；9)加入生石灰和控制生石灰反应速率的添加剂混合物它们已经被预先在另外的高速搅拌器中搅拌均匀，再搅拌3分钟；10)加入气泡稳定剂再搅拌3分钟；11)加入铝粉或铝膏水溶液已经预先在其它高速搅拌器中把铝粉或铝膏与水搅拌均匀，即相当于稀释均匀，再搅拌2分钟；12)把浆倒入模中让混凝土发泡成型。'11.根据权利要求6所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于改善养护方法分为四个阶段第一阶段为碳化养护阶段；第二阶段为变压式高温蒸养阶段；第三阶段为中温高湿养护阶段；第四阶段为强度剂表面养护阶段。12.根据权利要求11所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于碳化养护阶段，其步骤是待初凝的混凝土强度达到最终强度30%时出模、切割，将切割后的高绝热加气混凝土由传送带送入养护舱内，关闭养护舱，从养护舱顶部的气孔送入超冷C02气体，温度为0'C^^—57°C，纯度299%;气体不能直喷混凝土制品表面，进气孔宜密，以使C02气体均匀地附在混凝土上表面；然后C02气体在重力作用下向下滑动，直至包覆所有混凝土制品且养护舱内(:02气体浓度在95%以上，最好98%以上；在这种状态下保持3040分钟，最长不超过60分钟；养护舱内应设有可控制的出气孔，以便控制养护舱内的气体浓度，包括下一步骤的水蒸汽浓度；碳化养护特别适用于不含钢筋的混凝土制品，对于含有钢筋的混凝土预制件，若钢筋表面做过特殊保护处理，即能保证钢筋与混凝土之间的握裹力，可以应用碳化养护。13.根据权利要求11所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于变压式高温蒸养阶段，其步骤是第一阶段结束后，通入15(TC的水蒸汽不能直喷混凝土制品表面，当养护舱内的空气压力为0.80.9个大气压时保持20分钟；然后停止送入水蒸汽，在空气压力为0.10.5个大气压，最佳为0.2个大气压时保持15分钟；接下来继续送入水蒸汽，直至养护舱内的空气压力为2个大气压，保持30分钟；再继续升高空气压力，直至4个大气压，保持1.5小时；关闭水蒸汽，待舱内的压强降为常压，温度降为4(TC左右，即可出舱。14.根据权利要求11所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于中温高湿养护阶段，其特步骤是蒸养阶段结束后打开封闭罩，将混凝土构件由传送带送入保温高湿的室内进行中温高湿养护；把混凝土构件按空间行列式的形式放好，然后通过控制系统将60'C左右的软化水在高压下向室内喷射成雾状，粒径在2040微米之间以制造中温高湿环境；保持室温4(TC以上，相对湿度100%的状况6天；不能将水直接喷向混凝土制品；该养护室是密闭的空间，其围护结构具有很好的保温、隔热和密闭性能；其功能是保持室内较高的温度和高湿度，且不受外界气候影响，以保证混凝土内的水泥在这一阶段进行充分的水化作用。15.根据权利要求11所述的加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，其特征在于强度剂表面养护阶段，其步骤是第三阶段结束后即可对混凝土制品表面做一些艺术纹理处理，如制作格纹板、平纹板、条纹板等，之后进行第四阶段养护，如果没有艺术图纹处理，则直接进入第四阶段养护；为了使高绝热ALC制品中尚存的大部分水分缓慢地挥发以继续水泥的水化反应和防止混凝土表面出现过大的湿度梯度，和同时增强ALC制品的强度，尤其是表面强度，在成品表面涂布或喷洒混凝土强度养护剂，由水玻璃和高分子树脂混合成的水剂，使其渗透于ALC内部，深度达1.5cm以上；通过该强度养护剂和水泥的化学反应，使ALC结构中的水泥骨骼，除独立气泡部分外的结构强度增大，特别是ALC表面强度和硬度大幅度地提高，在阴凉且不受雨淋的地方放置3天，即已完成全部养护。全文摘要本发明涉及加气混凝土绝热和材料力学性能提升的关键技术方案，属于建筑围护结构保温
技术领域：
。本发明分两步提升加气混凝土性能，使其能够以单一材料满足国家建筑节能(50％～80％)标准要求第一步提升绝热性能，直至干导热系数≤0.05W/(m·K)；第二步增强材料力学性能，直至立方体抗压强度≥3.5MPa，100次冻融后≥2.0MPa。其中，第一步包括使加气混凝土(1)密度最小化；(2)孔隙率最大化；(3)气孔结构最优化。第二步包括(1)添加剂增强；(2)纤维增强；(3)组配优化；(4)搅拌过程优化；(5)改善养护方法(包括CO₂、变压式蒸养、中温高湿和强度剂表面养护)。文档编号C04B28/00GK101182173SQ20071019080公开日2008年5月21日申请日期2007年11月30日优先权日2007年11月30日发明者刚吴,吴智仁,吴智深,彭昌海,敏李申请人:东南大学;吴智仁