专利名称：高性能聚合物水泥泡沫材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑保温材料——高性能聚合物水泥泡沫材料及其制备方法。其主要技 术性能指标为干表观密度《l卯kg/m3、导热系数《0.049W/(m'K)、抗压强度》220kPa， 软化系数》0.60，不燃(A级)。
背条技术
目前，国内外常用的保温材料有聚苯乙烯泡沫塑料(EPS、XPS)、聚氨酯硬质泡沫材料(PU) 等，优点是轻质、保温性好，最大的缺陷是易老化、防火安全性差。各地建筑工程屡屡发生 火灾事故，火灾时烟雾大、毒性大，危害严重。由于其在防火方面的缺陷，欧洲一些国家的 保险公司己经拒绝给聚苯板保温系统的建筑物上保险。在德国有因聚苯板薄抹灰系统防火安 全性达不到要求而不能在22米以上建筑使用的相关规定；在英国有18米以上建筑不允许使 用聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的规定；在美国纽约州建筑指令中明确规定耐火极限低于两 个小时的聚苯板薄抹灰外墙外保温系统不允许用在高于75英尺即22. 86米的住宅建筑中。对 于PU，除了防火和价格问题，还存在施工时对气候敏感，风吹影响喷涂、潮湿影响粘结，收 縮大，喷涂时散发毒气等缺点。而且这些有机泡沫材料易老化，不能与建筑物同寿命，在建 筑物使用期内，需要多次进行保温层更换，浪费大量人力、物力、财力。正因为如此，我国 一些省市(如浙江)限制在高层上使用EPS、 XPS、 PU，将其列入《淘汰和限制使用技术与产 品目录》。而无机保温材料如发泡水泥、加气混凝土则(表观)密度大(干密度通常都在300kg/m' 以上)、吸水率高、保温效果差，不能很好地满足建筑围护结构保温隔热的需要，因此市场迫 切需要新型的保温节能材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种保温性好、不燃、可与建筑物同寿命的高性能聚合物水泥泡沫 材料。它是以聚合物改性特种水泥为基材，引入大量微小、均匀、稳定的气泡，通过成膜聚 合物提高气泡的封闭性和保温效果，并结合纳米增效技术、粉体表面改性技术、疏水化处理 技术等措施，经特定工艺制成一种新型多功能保温隔热材料，建筑节能率可达65%以上。它 仅在水泥中引入少量的成膜聚合物，而且均匀地分散在水泥中，产品不燃烧(A级)，同时克服了无机材料保温效果差、脆性大、吸水率高的缺点，轻质、保温、经济、环保、利废、无 毒、耐久、与建筑物同寿命。可应用于屋面、墙体和地面(地暖)保温。在屋面和地面(地 暖)施工时，可实现超长大面积保温层连续无缝施工；在墙体施工时，可采用免拆模板现浇 一体化成型施工工艺，工序大为简化，施工效率高，整体性好。除了现场浇筑，聚合物水泥 泡沫材料还可预制成复合板材，粘贴或干挂施工，还可应用于夹芯或填芯墙体自保温系统， 施工方式灵活多样，应用面广，适应性强，具有广阔的应用前景。
本发明采用了以下技术措施
(1) 聚合物水泥泡沫料浆凝固前存在众多的气-液-固界面，属热力学上的不稳定体系， 在重力、表面张力等作用下，通常的气泡液膜会逐渐减薄，最终导致泡沫破裂。而本材料的 制备要求泡沫具有极高的稳定性，为此我们采用了以下技术措施①提高发泡液粘度；②添 加可降低液体表面张力的外加剂；③调控表面活性剂的分子结构等。这些方法增强了液膜粘 弹性和强度，从而得到了极其稳定的泡沫。
(2) 通过对发泡机进行改装，设计安装了可以控制泡径的装置，并通过调控气压、进气 量与进液量两者的比例，得到了微小、均匀、稳定的泡沫。
(3) 对于泡沫保温材料来说，气泡越密闭，阻止热传递的效果就越好。对于通常的发泡 水泥而言，泡壁是由水泥颗粒硬化而成，泡壁封闭性不佳。本发明通过加入成膜聚合物对其 进行改性，聚合物附着在水泥颗粒或凝胶体表面形成了一个比较完整、连续、密实的膜结构， 从而提高了泡壁的封闭性，因而大大提高了泡沫材料的保温效果。
(4) 制备聚合物水泥泡沫浆料的总水量是由泡沫中的水和浆体拌和水两部分组成的。为 保证材料的轻质化和保温效果就必须加入大量的泡沫，相应地就带入了大量的水。为此，本 发明通过控制发泡设备气压和进液量等技术措施，降低泡沫含水量；此外通过专用高效减水 剂来降低浆体总水量，从而使超轻质材料达到预期的强度。
(5) 泡沫与净浆混合形成泡沫料浆，凝固前组成泡膜的发泡液在重力作用下向下移动导 致泡壁变薄，直到包裹泡沫的水泥浆硬化到足够取代泡沫中的气压来支撑整个体系，此时材 料的孔结构才稳定下来。否则，泡沫在水泥浆硬化之前破裂，就会导致泡沫浆体系的坍塌， 即所谓的"塌模"现象。本发明通过调整稳泡剂用量，采用促凝、早强、高强等技术措施， 控制料浆的凝结时间，提高泡沫料浆的体积稳定性，减免"塌模"现象。(6)泡沫材料的承载力源于泡壁。本发明通过引入一种纳米材料对组成泡壁的硬化水泥 浆体结构进行增强。这种纳米材料可以提高泡壁材料的连续性和均匀性，同时促使泡壁材料 微观结构的有序化排列，从而提高材料强度和保温效果。
所述的高性能聚合物水泥泡沫材料，其特征在于其由下列组分配置而成，各组分按重 量份数分别为
硫铝酸盐水泥
掺和料
聚合物
发泡剂
复合外加剂
纤维
水
500—1000份 500—0份 20—100份 20—100份 5-20份 0-20份 500-900份
所述的硫铝酸盐水泥为市售产品，3d抗压强度》80MPa,质量符合相关标准。 所述掺和料为S95级磨细矿渣或I级粉煤灰，比表面积》400m7kg,质量符合相关标准。 所述聚合物系市售HJ聚合物产品，固体含量40-60%，典型粒径0.1-0.3 ym， PH值7-9。 所述的发泡剂系市售HJ发泡剂产品，属于第四代复合型发泡剂，除了含有合成类表面活
性剂外，还加入了增泡组分、稳泡组分、改性剂以及其它功能调节组分，因此得到的泡沫综
合性能更为均衡，泡沫稳定性极好。
所述复合外加剂系市售HJ复合外加剂产品，含有多种功能调节组分，具有减水、促凝、
早强、增强、憎水、提高料浆稳定性等多种功能，同时还包含一种纳米级增效材料，颗粒粒
径为50nrn左右，可以促使泡壁材料微观结构有序化排列，提高了泡壁材料的连续性和均匀性，
从而提高强度和保温性。
所述纤维系市售PP聚丙烯纤维，长度3mm 6mm。
本发明的制备方法为
首先将发泡剂与水按l: IO的比例配制为发泡液，将其通过压缩空气发泡机制备成均匀、 微小、稳定、封闭的泡沫；同时将水泥、掺和料、聚合物、复合外加剂、纤维和剩余水按照
配比高速搅拌制备成聚合物水泥净浆，然后将泡沫通过管道直接输入搅拌机与聚合物水泥净 浆进行搅拌，混合均匀成料浆，浇筑成型、自然养护硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。
聚合物水泥泡沫材料技术性能如下序号检验项目单位试验结果参照标准
01湿表观密度kg/m3200-280
02干表观密度kg/m3160-190
03导热系数W/ (m K)0. 045-0. 049
04蓄热系数W/(tn、K)1.00-1.20JG158-2004
05抗压强度kPa220-30006压剪粘结强度kPa60-100
07软化系数一0. 60-0. 80
08线性收縮率%0. 10-0. 20
09燃烧性能—A级(不燃材料)GB/T20473-2006
10体积吸水率%4. 0-9. 0GB/T16401-1996
备注(1)导热系数平均温度:25. 00。C;
(2)蓄热系数平均温度22.90'C。
具体实施例方式
实施例1:
以下份数如无特殊说明均为重量份数。
硫铝酸盐水泥700份
掺和料300份
聚合物50份
发泡剂50份
复合外加剂12. 5份
纤维9份
水700份
所述的硫铝酸盐水泥为市售产品，3d抗压强度》80MPa,质量符合相关标准。 所述掺和料为S95级磨细矿渣或I级粉煤灰，比表面积》400m7kg，质量符合相关标准。 所述聚合物系市售HJ聚合物产品，固体含量40-60%,典型粒径0.1-0.3 um， PH值7-9。 所述的发泡剂系市售HJ发泡剂产品，属于第四代复合型发泡剂，除了含有合成类表面活
性剂外，还加入了增泡组分、稳泡组分、改性剂以及其它功能调节组分，因此得到的泡沫综
合性能更为均衡，泡沫稳定性极好。
所述复合外加剂系市售HJ复合外加剂产品，含有多种功能调节组分，具有减水、促凝、
早强、增强、憎水、提高料浆稳定性等多种功能，同时还包含一种纳米级增效材料，颗粒粒
径为50nm左右，可以促使泡壁材料微观结构有序化排列，提高了泡壁材料的连续性和均匀性,从而提高强度和保温性。
所述纤维系市售PP聚丙烯纤维，长度3mm 6mm。
所述材料的制备方法为
首先将发泡剂与水按质量比l: IO配制成发泡液，将其通过压縮空气发泡机制备成均匀、 微小、稳定的泡沫待用；与此同时将水泥、掺和料和纤维在净浆搅拌机中慢速(公转转速60 土10r/min，自转转速140±10r/min)混合30s，接着依次加入剩余水、聚合物和复合外加剂 等高速搅拌(公转转速125±10r/min，自转转速285± 10r/min) 150 s制备成聚合物水泥净浆， 然后分别将泡沫与聚合物水泥净浆输入料浆搅拌机进行低速搅拌(转速50±10r/min)4± lmin，混合均匀成料浆，浇筑成型、自然养护硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。
实施例1聚合物水泥泡沫材料技术性能如下:
序号检验项目单位检验结果参照标准
01湿表观密度kg/m3248
02干表观密度kg/m3184
03导热系数W/ (m K)0.047
04蓄热系数W/(m2 K)1.02JG158-2004
05抗压强度kPa27406压剪粘结强度kPa84
07软化系数一0.72
08线性收縮率%0. 16
09燃烧性能—■A级(不燃材料)GB/T20473-2006
10体积吸水率%4. 9GB/T16401-1996
备注(1)导热系数平均温度:25.0CTC;
(2)蓄热系数平均温度22.90°C。
实施例2:
硫铝酸盐水泥
掺和料
聚合物
发泡剂
复合外加剂
纤维
水
1000份
()份 50份 5()份 12. 5份 9份 7()()份所述的硫铝酸盐水泥为市售产品，3d抗压强度》80MPa，质量符合相关标准。 所述掺和料为S95级磨细矿渣或I级粉煤灰，比表面积》400m7kg，质量符合相关标准。 所述聚合物系市售HJ聚合物产品，固体含量40-60%，典型粒径0.1-0.3 lim， PH值7-9。 所述的发泡剂系市售HJ发泡剂产品，属于第四代复合型发泡剂，除了含有合成类表面活
性剂外，还加入了增泡组分、稳泡组分、改性剂以及其它功能调节组分，因此得到的泡沫综
合性能更为均衡，泡沫稳定性极好。
所述复合外加剂系市售HJ复合外加剂产品，含有多种功能调节组分，具有减水、促凝、
早强、增强、憎水、提高料浆稳定性等多种功能，同时还包含一种纳米级增效材料，颗粒粒
径为50nm左右，可以促使泡壁材料微观结构有序化排列，提高了泡壁材料的连续性和均匀性，
从而提高强度和保温性。
所述纤维系市售PP聚丙烯纤维，长度3mm 6mm。
所述材料的的制备方法为
首先将发泡剂与水按质量比l: IO配制成发泡液，将其通过压縮空气发泡机制备成均匀、 微小、稳定的泡沫待用；与此同时将水泥、掺和料和纤维在净浆搅拌机中慢速(公转转速60 土10r/min，自转转速140±10r/min)混合30s，接着依次加入剩余水、聚合物和复合外加剂 等高速搅拌(公转转速125±10r/min,自转转速285± 10r/min) 150 s制备成聚合物水泥净浆， 然后分别将泡沫与聚合物水泥净浆输入料浆搅拌机进行低速搅拌(转速50±10r/min)4± lmin，混合均匀成料浆，浇筑成型、自然养护硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。
实施例2聚合物水泥泡沫材料技术性能如下.-
序号检验项目单位检验结果参照标准
01湿表观密度kg/m'1252
02干表观密度kg/m'1187
03导热系数W/ (m K)0. 048
04蓄热系数W/(m2 K)1.01JG158-2004
05抗压强度kPa28706压剪粘结强度kPa88
07软化系数一0. 73
08线性收縮率%0. 18
09燃烧性能一A级(不燃材料)GB/T20473-2006
10体积吸水率%4.8GB/T翻H996
备注(1)导热系数平均温度.-25. 00°C;
(2)蓄热系数平均温度:22.90°C。本发明具有如下技术优点
(1) 经成膜聚合物改性后，泡沫材料呈现闭孔结构，保温性能明显增强，导热系数《
0.049W/(m*K);而且由于聚合物的引入，材料具有良好的韧性、粘结性和防水性。
(2) 通过控制泡沫含水量、降低水料比以及纳米改性技术，使得在加入大量泡沫、超轻 质化(《190kg/m3)的前提下，材料的强度》220kPa，更好地满足保温工程的要求。
(3) 采用专用发泡剂制备的泡沫稳定性极强，半消时间》1000min，再结合促凝、早强 等技术措施，从根本上消除了材料的塌模现象。
(4) 通过疏水化处理技术使聚合吻水泥泡沫材料在超低密度情况下的软化系数》0. 60。
(5) 由于本材料为水泥基材料，引入少量的成膜聚合物均匀地分散在水泥中，经检测部 门检验燃烧性能为A级(不燃材料)，具有良好的防火性和耐久性，可与建筑物同寿命。
权利要求
1. 一种高性能聚合物水泥泡沫材料，其特征在于，该材料的配比按各组分重量份数分别为硫铝酸盐水泥 500—1000份掺和料 500—0份聚合物 20—100份发泡剂 20—100份复合外加剂 5-20份纤维 0-20份水 500-900份所述的硫铝酸盐水泥为市售产品，3d抗压强度≥80MPa，质量符合相关标准；所述掺和料为S95级磨细矿渣或I级粉煤灰，比表面积≥400m2/kg，质量符合相关标准；所述聚合物系市售HJ聚合物产品，固体含量40-60％，典型粒径0.1-0.3μm，PH值7-9；所述的发泡剂系市售HJ发泡剂产品，属于第四代复合型发泡剂，除了含有合成类表面活性剂外，还加入了增泡组分、稳泡组分、改性剂以及其它功能调节组分，因此得到的泡沫综合性能更为均衡，泡沫稳定性极好；所述复合外加剂系市售HJ复合外加剂产品，含有多种功能调节组分，具有减水、促凝、早强、增强、憎水、提高料浆稳定性等多种功能，同时还包含一种纳米级增效材料，颗粒粒径为50nm左右，可以促使泡壁材料微观结构有序化排列，提高了泡壁材料的连续性和均匀性，从而提高强度和保温性；所述纤维系市售PP聚丙烯纤维，长度3mm～6mm。
2. 根据权利要求l所述的高性能聚合物水泥泡沫材料，特征在于其干表观密度《 190kg/m 抗压强度》0.22MPa，导热系数《0. 049W/(m K),软化系数》0. 60，燃烧性能A 级(不燃材料)。
3. 根据权利要求1所述的高性能泡沫，其特征在于所述的泡沫独立、微小、封闭、大 小均，泡径《1咖,半消时间》1000min。
4. 根据权利要求1所述的聚合物，其特征在于所述聚合物可以附着在泡壁水泥颗粒或 凝胶体表面形成了一个比较完整、连续、密实的膜结构。
5. 根据权利要求1所述的复合外加剂，其特征在于其包含一种纳米级增效材料，颗粒粒径为50nm左右，可以促使泡壁材料微观结构有序化排列。
6. 根据权利要求1所述的复合外加剂，其特征在于其含有料浆稳定剂、促凝剂、早强剂、 减水剂、憎水剂等。掺和料 聚合物 发泡剂复合外加剂500 — 0份 20—100份 20 —100份 5-20份纤维 水0-20份 500-900份
7. —种制备权利要求1或2或3或4或5或6所述高性能聚合物水泥泡沫材料的工艺，其特征为:首先将发泡剂与水按l: IO的比例配制为发泡液，将其通过压缩空气发泡机制备 成微小、均匀、稳定的泡沫；同时将水泥、掺和料、聚合物、复合外加剂、纤维和剩余水按 照上述配方搅拌制备成聚合物水泥净浆，然后将泡沫通过管道直接输入搅拌机与聚合物水泥 净浆进行搅拌，混合均匀成料桨，浇筑成型、自然养护硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。
全文摘要
本发明涉及一种高性能聚合物水泥泡沫材料及其制备方法，该材料的配比为各组分按重量份数分别为硫铝酸盐水泥500-1000份、掺和料500-0份、聚合物20-100份、发泡剂20-100份、复合外加剂5-20份、纤维0-20份、水500-900份，其制备方法为首先将发泡剂与水按1∶10的比例配制为发泡液，将其通过压缩空气发泡机制备成微小、均匀、稳定的泡沫；同时将水泥、掺和料、聚合物、复合外加剂、纤维和剩余水按照上述配方搅拌制备成聚合物水泥净浆，然后将泡沫与聚合物水泥净浆输入料浆搅拌机进行搅拌，混合均匀成料浆，浇筑成型、自然养护硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。本发明克服了无机泡沫材料脆性大、吸水率高、保温效果差的缺点，也避免了有机保温材料易燃烧、耐候性差的缺陷，轻质、保温、经济、环保、利废、无毒、耐久、与建筑物同寿命。可应用于屋面、墙体和地面(地暖)保温。
文档编号C04B28/06GK101412610SQ200810177390
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月19日 优先权日2008年11月19日
发明者徐洛屹, 扈士凯, 李应权, 策 段, 宁 罗 申请人:建筑材料工业技术监督研究中心