专利名称：玻化微珠保温骨料表面改性剂及改性玻化微珠保温骨料的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑材料领域，更具体地说它是ー种玻化微珠保温骨料表面改性剂，本发明还涉及利用玻化微珠保温骨料表面改性剂改性的玻化微珠保温骨料。
背景技术：
玻化微珠是保温材料中最常用的ー种保温骨料，是由天然珍珠岩在1150-1250°C下锻烧，玻璃质逐渐软化，内部水分以水蒸汽形式扩散，急剧冷却获得表面玻化，形成表面闭孔的球形多孔颗粒。可代替粉煤灰漂珠、膨胀珍珠岩、聚苯颗粒等传统骨料的应用，是ー种环保型高性能无机轻质保温绝热材料。但由于高品质玻化微珠产量低、价格高，高品质玻化微珠保温砂浆的工程成本大，导致吸水性大、易粉化的膨胀珍珠岩被广泛用于保温材料的制备，在料浆搅拌中体积收缩 率大，易造成产品后期強度低和空鼓开裂等现象。由于受原料品质、生产成本和生产エ艺等因素的影响，目前建材市场上供应的玻化微珠中低品质的玻化微珠约占市场份额的70%，粒径分布广，吸水率范国大，导热系数差异大，导致保温材料的绝热性能不稳定。为了降低生产成本和提高保温材料的性能，需采用一定的エ艺对玻化微珠表面进行改性处理，提高玻化微珠的筒压强度，降低吸水率。当经改性过的玻化微珠骨料被用于制备保温材料吋，能够降低保温材料的力学性能和保温效果。现在最普遍和最有效的处理方法是使用有机硅产品浸溃处理，有机娃的防水原理在于，通过在娃酸盐基材表面和毛细孔内壁形成憎水的娃树脂网络，使基材的表面张カ发生变化，増大了基材表面和水的接触角，以阻止毛细孔对水的吸收作用，赋予材料以憎水性。同时有机硅具有很好的透气性和滲透性，不堵塞颗粒毛细孔，不会影响珍珠岩颗粒的其他性能。但使用有机硅对玻化微珠进行改性，生产成本较高，不易大規模推广应用。关于保温骨料表面改性，已有相关报道。赵磊等研究了玻化微珠本身进行表面憎水改性处理、在玻化微珠保温砂浆中掺有机硅憎水剂和在玻化微珠保温砂浆表面喷涂液态憎水剂三种改性方式对玻化微珠和保温砂浆性能的影响。研究表明，内掺憎水剂对保温砂浆憎水性能的改善作用最大，表面喷涂憎水剂的改善作用次之，玻化微珠表面憎水改性处理的改善作用最小。単独使用三种憎水性改善措施中的一种时，内掺憎水剂和表面喷涂憎水剂均有一定改善效果，仅对玻化微珠表面憎水改性处理的效果不明显。三种憎水改善措施同时复合使用，才能发挥出最大的憎水剂改善作用。(參见文献赵磊，叶蓓红.玻化微珠保温砂浆憎水性改善研究[J].化学建材，2009，25(5) :34-37.)。孟庆林等采用有机硅憎水技术对低品质的玻化微珠进行了改性实验研究，改性后的玻化微珠其导热系数下降了 3%左右，将其作为骨料同母料配成的保温砂浆，经测试其导热系数为0.059Wパm· K)，比使用未经改性的玻化微珠保温砂浆降低了 16.9%，而保温砂浆的其他性能仍符合国家标准要求。(參见文献孟庆林，李宁，李秀辉，孙海涛.玻化微珠改性实验研究[J].热带建筑，2007, 5(2) : 1-4.)。
张顺成等利用聚合物水泥包覆膨胀珍珠岩制成改性珠粒，并将改性珠粒掺加到水泥砂浆中制成保温砌块。测试了改性珠粒的吸水率、筒压强度及导热系数，并据此确定了聚灰比。研究了改性珠粒不同掺加比例的保温砌块的密度、导热系数、吸水率以及强度的变化，并对掺加比例与导热系数进行了线性回归分析。经改性后的膨胀珍珠岩克服了传统的膨胀珍珠岩材料吸水性大、易粉化等缺陷，同时由其制成的保温砌块具有密度小、強度高和导热系数低等优点，可有效解决现有建筑砌块強度低、导热系数高的缺陷。(參见文献张顺成，郎建峰，李小江.聚合物水泥包覆膨胀珍珠岩制备保温砌块的研究[J].混凝土与水泥制品，2011，(5) :53-55.)。王智宇等采用热雾喷涂法技术制备了聚合物改性膨胀珍珠岩，与普通膨胀珍珠岩相比，改性膨胀珍珠岩的吸水率和強度等性能指标有了显著改善和提高。采用聚合物改性膨胀珍珠岩和多种聚合物改性剂的聚合物保温砂浆具有优越的性能，获得了热エ性能和力学性能的最佳平衡，尤其适合于建筑外保温粘贴饰面砖的市场需求，得到了广泛的工程应用。(參见文献王智宇，李陆宝，施卫平，王小山，阮华，樊先平，钱国栋.膨胀珍珠岩的聚合物改性技术与聚合物保温砂浆[J].新型建筑材料，2008，(8) :40-42.)。孙顺杰等研究了憎水型膨胀珍珠岩制备过程中吸水率影响因素，用有机硅憎水剂处理后，珍珠岩吸水率下降明显。憎水剂浓度在2%。以下时，憎水剂浓度对珍珠岩吸水率影响较大。但憎水剂浓度超过2%。后，影响较小。不同的干燥方式对珍珠岩处理后的吸水率也有较大影响，其中在烘箱中烘干条件下明显比在自然条件下干燥要好。但在烘箱干燥吋，超过50°C后，温度的变化对珍珠岩吸水率变化影响有限。(參见文献孙顺杰，张琳，刘天池，江伟.憎水型膨胀珍珠岩制备过程中吸水率影响因素探讨[J].化学建材，2008,
(5):32-33.)。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种既能有效提高玻化微珠保温骨料表面強度、又能減少骨料吸水率的表面改性剂，它克服了仅能采用有机硅对玻化微珠进行改性的偏见。为了实现上述目的，本发明的技术方案是玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于它主要由硅酸盐水泥、矿渣粉、偏高岭土、改性硅酸钠、调凝剂和固体填料经机械研磨至比表面积为300 400m2/kg而组成，各原料所占质量百分比为硅酸盐水泥10 20%，矿渣粉40 60%，偏高岭土 15 30%，改性硅酸钠3 8%，调凝剂O. 2 I. 0%，固体填料3. O 15 %。在上述技术方案中，所述的硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣水泥中的ー种或几种以任意比混合。在上述技术方案中，所述的矿渣粉为水淬钢渣、铁尾矿、铅锌尾矿中的ー种或几种以任意比混合。在上述技术方案中，所述的改性硅酸钠为硅酸钠固体与氢氧化钠固体按照质量百分比为2 4 :1进行粉磨处理，使其模数在O. 8 I. 5之间。在上述技术方案中，所述的调凝剂为偏铝酸钠、硫酸钠、三こ醇胺或聚合磷酸铝中的ー种或几种以任意比混合。在上述技术方案中，所述的固体填料为硅藻土、粉煤灰、硅灰、灰钙粉或双飞粉中、的ー种或几种以任意比混合。在上述技术方案中，所述的偏高岭土是高岭土由室温经过2-3小时的升温到800-880°C，保温2-4h，自然冷却至100°C以下而得到。改性的玻化微珠保温骨料，其特征在于它是按照上述配比制备玻化微珠表面改性齐U，控制其初凝时间为20 40min，得浆体；利用喷涂法对玻化微珠进行包覆，30 50°C条件下在烘箱养护3 8h,得改性玻化微珠保温骨料。本发明的玻化微珠保温骨料表面改性剂的各原料的作用为水泥用适量的水拌和后，在水泥颗粒表面生成钙矾石针状晶体，无定形的水化 硅酸钙以及Ca(OH)2或水化铝酸钙等六方板状晶体，形成能够粘结砂石等集料的可塑性浆体，通过凝结硬化逐渐变成具有强度硬化体；矿渣粉含有大量硅氧四面体和铝氧八面体，在碱性环境下，硅氧键和铝氧键发生断裂，具有活性的SiO2和Al2O3增多，与水化产物Ca(OH)2发生火山灰反应，增强体系的强度；偏高岭土中原子排列不规则，呈现热力学介稳状态，具有较高的火山灰活性，能与水泥水化产物Ca (OH)2反应生成水化铝酸钙、C-S-H凝胶等胶凝物质；改性硅酸钠提供碱组份的作用是OH—穿透矿渣表面并进入内部空穴，使矿渣硅氧四面体组成的聚合体解聚，并使游离的Si044_与Ca2+相互作用形成大量稳定化合物(C-S-H);调凝剂可以调节浆体的凝结时间，在满足可操作的条件下，使浆体在玻化微珠表面快速硬化。本发明的玻化微珠保温骨料表面改性剂具有如下特点I)通过高活性的矿物(硅藻土、偏高岭土等)在碱激发条件下，快速产生强度，对保温骨料表面进行包裹，減少因保温骨料易粉化、吸水率高而带来的保温材料力学性能低和保温效果差的问题；2)采用全无机的原材料制备的玻化微珠保温骨料表面改性剂，与玻化微珠相容性好；3)通过采用硅酸盐水泥和エ业废渣来制备玻化微珠保温骨料表面改性剂，性价比较高，便于大規模推广。本发明的玻化微珠保温骨料表面改性剂采用上述原料，对玻化微珠进行表面改性处理，具有良好的效果。例如I、与传统玻化微珠保温骨料改性剂相比，本玻化微珠保温骨料表面改性剂不仅可以解决玻化微珠表面吸水率大的问题，而且可以对其表面进行强化，这对于轻质、高强保温材料的制备具有重要意义；2、采用调凝剂对改性剂的凝结时间进行调控，在满足可操作的条件下，使浆体在玻化微珠表面快速硬化；3、由于本玻化微珠保温骨料表面改性剂主要成分为固体废弃物，因此，利用本玻化微珠保温骨料表面改性剂处理玻化微珠具有显著的环保效益。本发明具有既能有效提高玻化微珠骨料表面強度、又能減少骨料吸水率，エ业废渣利用率高，エ艺简单等优点。
图I为改性前玻化微珠骨料微结构图。图2为改性后玻化微珠骨料微结构图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进ー步阐明本发明的实施情況，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加
清楚和容易理解。由图I可以看出未改性玻化微珠为多孔结构，且大多为开孔结构，孔间壁较薄，在搅拌时易粉化，吸水率较高，制备保温材料吋，水胶比较大，导致制备的保温材料的导热系数大，在保温材料服役过程中，保温材料以吸水，会降低其热エ性能。
由图2可以看出改性后的玻化微珠气孔被改性剂包裹住，且表面结构得到增强，吸水率降低。本发明玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于它主要由硅酸盐水泥、矿渣粉、偏高岭土、改性娃酸钠、调凝剂和固体填料经机械研磨至比表面积为300 400m2/kg而组成，各原料所占质量百分比为硅酸盐水泥10 20%，矿渣粉40 60%，偏高岭土 15 30%，改性硅酸钠3 8%，调凝剂O. 2 I. 0%，固体填料3. O 15 %。所述的硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣水泥中的ー种或几种以任意比混合。所述的矿渣粉为水淬钢渣、铁尾矿、铅锌尾矿中的ー种或几种以任意比混合。所述的改性硅酸钠为硅酸钠固体与氢氧化钠固体按照质量百分比为2 4 :1进行粉磨处理，使其模数在O. 8 I. 5之间；所述的调凝剂为偏铝酸钠、硫酸钠、三こ醇胺或聚合磷酸铝中的ー种或几种以任意比混合。所述的固体填料为硅藻土、粉煤灰、硅灰、灰钙粉或双飞粉中的ー种或几种以任意比混合。所述的偏高岭土是高岭土由室温经过2-3小时的升温到800-880°C，保温2_4h，自然冷却至100°C以下而得到。改性的玻化微珠保温骨料，其特征在于它是按照上述配比制备玻化微珠表面改性齐U，控制其初凝时间为20 40min，得浆体；利用喷涂法对玻化微珠进行包覆，30 50°C条件下在烘箱养护3 8h,得改性玻化微珠保温骨料。实施例I :I.偏高岭土的制备高岭土由室温经过2小时的升温到850°C，保温3h，自然冷却至100°C以下，得到偏高岭土。表I改性前后玻化微珠性能对比
吸水率(真空筒压强度(IMPa压カ 粒径容重导热系数
抽滤法，％) 的体积损失率，％) (mm) (kg/m3) (W/m-K)
玻化微珠42460.2 2.(丨950.041
改性玻化微珠18200.6 2.5 120(1.045通过表I说明玻化微珠改性前吸水率较大，经过改性后，其吸水率由42%降低到18%，说明玻化微珠经过改性后，其表面被ー层表面改性剂包裹，从而降低了其吸水率，粒径和容重増大，导致导热系数叫改性前略有増大。同时，表面強度得到增强，使筒压强度(IMPa压カ的体积损失率，%)由46%降低到20%。利用改性改性前后的玻化微珠制备保温砂浆，实验配比见表2。表2玻化微珠保温砂浆配比
权利要求
1.玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于它主要由硅酸盐水泥、矿渣粉、偏高岭土、改性娃酸钠、调凝剂和固体填料经机械研磨至比表面积为300 400m2/kg而组成,各原料所占质量百分比为硅酸盐水泥10 20%，矿渣粉40 60%，偏高岭土 15 30%，改性硅酸钠3 8%,调凝剂O. 2 I. 0%,固体填料3. O 15%。
2.根据权利要求I所述的玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于所述的硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥 、矿渣水泥中的一种或几种以任意比混合。
3.根据权利要求I所述的玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于所述的矿渣粉为水淬钢渣、铁尾矿、铅锌尾矿中的一种或几种以任意比混合。
4.根据权利要求I所述的玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于所述的改性硅酸钠为硅酸钠固体与氢氧化钠固体按照质量百分比为2 4 :1进行粉磨处理，使其模数在O. 8 I. 5之间。
5.根据权利要求I所述的玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于所述的调凝剂为偏铝酸钠、硫酸钠、三乙醇胺或聚合磷酸铝中的一种或几种以任意比混合。
6.根据权利要求I所述的玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于所述的固体填料为硅藻土、粉煤灰、硅灰、灰钙粉或双飞粉中的一种或几种以任意比混合。
7.根据权利要求I所述的玻化微珠保温骨料表面改性剂，其特征在于所述的偏高岭土是高岭土由室温经过2-3小时的升温到800-880°C，保温2_4h，自然冷却至100°C以下而得到。
8.改性的玻化微珠保温骨料，其特征在于它是将上述玻化微珠保温骨料表面改性剂控制初凝时间为20 40min，得浆体；利用喷涂法对玻化微珠进行包覆，在30 50°C条件下在烘箱养护3 8h，即得改性玻化微珠保温骨料。
全文摘要
玻化微珠保温骨料表面改性剂，它主要由硅酸盐水泥、矿渣粉、偏高岭土、改性硅酸钠、调凝剂和固体填料经机械研磨至比表面积为300～400m2/kg组成，各原料质量百分比为硅酸盐水泥10～20%，矿渣粉40～60%，偏高岭土15～30%，改性硅酸钠3～8%，调凝剂0.2～1.0%，固体填料3.0～15 %。本发明通过高活性的矿物(硅藻土、偏高岭土)在碱激发条件下，快速产生强度，对保温骨料表面进行包裹，减少因保温骨料易粉化、吸水率高而带来的保温材料力学性能低和保温效果差的问题；采用全无机的原材料制备的玻化微珠保温骨料表面改性剂，与玻化微珠相容性好。本发明还同时公开了采用表面改性剂改性的玻化微珠保温骨料。
文档编号C04B28/04GK102731041SQ20121021024
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者王鹏飞, 苏雷, 魏泽胜 申请人:武汉威尔博科技发展有限公司