一种无机发泡保温砂浆及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种无机发泡保温砂浆及其制备方法，属于建筑材料制备【技术领域】。该保温砂浆由胶凝材料、膨胀珍珠岩颗粒、高分子聚合物、促凝剂、早强剂、物理发泡剂、化学发泡剂双氧水、化学发泡剂的发泡催化剂、憎水剂、增强短纤维以及水组成。本发明提供的无机发泡保温砂浆可直接涂抹施工在需保温处理的墙体和屋顶上，无机保温砂浆层厚度在10～100毫米内可调，并在胶凝材料终凝前进行刮平抹光施工，然后硬化为耐久性、防水性、隔热性好的无机保温砂浆层，该无机保温砂浆层永不脱落与所保温建筑具有一致的寿命。本发明原料成本较低，本发明的应用具有显著的经济与环境效益。
【专利说明】一种无机发泡保温砂浆及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑材料制备【技术领域】，具体涉及一种能够直接在外墙和屋顶涂抹的无机发泡保温砂浆及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着地球上可被利用的石油、煤炭资源日渐枯竭，以及人类开发出能根本上解决能源危机的新能源尚需时日，所以如何高效的节能和降低能耗成为了当前解决能源问题的关键。目前我国建筑能耗已经占到全社会总能耗的46.7%，单位建筑能耗是发达国家的2~3倍，已给社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染，降低建筑能耗已是刻不容缓。外墙外保温方法采用轻质保温层粘挂(贴挂)外墙表面的方法，可以实现建筑节能的目标，但是以往采用有机泡沫作为保温主体的方式因存在火灾隐患而被淘汰，无机外墙外保温材料因为消防等级高，而被人们选作前者的替代品，其中无机保温砂浆就是一种目前被普遍使用的外墙外保温材料。在将普通砂浆发展为轻质无机保温砂浆的一个核心问题就是解决材料变轻同时的力学性能和耐久性能如何提高问题。因为砂浆的实质就是一种只含细骨料、不含粗骨料的混凝土材料，因此砂浆变轻可以采用普通混凝土基材料变轻的方法。目前普通混凝土基材料变轻的途径之一是使用轻骨料取代普通骨料；途径之二是使用物理或化学发泡的方法在混凝土结构中的胶结部分引入封闭气孔。上述方法使材料在变轻同时力学性能也随之减弱。因此如何解决上述矛盾问题是摆在材料研究者面前的极富挑战性问题。中国专利CN201310233030.2“一种泡沫混凝土及其制备方法”中提出了原位化学发泡的概念，可以获得强度等级较高的发泡陶粒轻混凝土，但是仅靠化学发泡和采用陶粒为轻粗骨料无法获得容重低于500kg/m3的轻质混凝土基材料。另外，目前的无机保温砂浆中采用了玻化微珠作为细轻骨料，水泥作为胶凝材料，为降低无机保温砂浆的容重，采用减少水泥用量和大量采用高分子聚合物作为辅助胶凝材料，虽然获得的无机保温砂浆容重能达到400 kg/m3以下，并具有较为理想的保温效果，但是因为采用大量的高分子聚合物为辅助胶凝材料，闭孔膨胀玻化微珠为轻细骨料，使保温砂浆的成本居高不下，另外还导致保温砂浆的耐候性和耐久性不理想。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有保温砂浆制备技术中存在的问题，提供一种无机发泡保温砂浆及其制备方法。
[0004]本发明所提供的一种无机发泡保温砂浆由胶凝材料、膨胀珍珠岩颗粒、高分子聚合物、促凝剂、早强剂、物理发泡剂、化学发泡剂双氧水、化学发泡剂的发泡催化剂、憎水剂、增强短纤维以及水组成。
[0005]所述胶凝材料与所述膨胀珍珠岩颗粒的质量比为(I~3):1 ;所述高分子聚合物占所述胶凝材料质量的0.1%~2.5% ;所述促凝剂占所述胶凝材料质量的0.5%~2% ；所述早强剂占所述胶凝材料质量的0.5%~2% ;所述物理发泡剂占所述胶凝材料质量的0.01%~0.1% ;所述化学发泡剂双氧水占所述胶凝材料质量的2%~5% ;所述化学发泡剂的发泡催化剂占所述胶凝材料质量的0.05%~0.2% ;所述憎水剂占所述胶凝材料质量的
0.5%~2% ;所述增强短纤维占所述胶凝材料质量的0.1%~0.5%，所述无机保温砂浆中水与胶凝材料质量比为0.45~0.8。
[0006]所述胶凝材料由通用水泥与活性微粉:粉煤灰、矿渣微粉、硅微粉、偏高岭粉、轻烧粘土粉、轻烧煤矸石粉、熟石灰粉、钢渣微粉中的任一种或任二种以上复合而成，其中通用水泥含量占胶凝材料质量的20%~95%，活性微粉占胶凝材料质量的5%~80%，活性微粉的比表面积大于400m2/kg。所述胶凝材料中通用水泥的标号在42.5以上，其中优先采用的为早强型普通硅酸盐水泥或早强型硅酸盐水泥
所述膨胀珍珠岩颗粒的粒度范围为0.1~2.5毫米，堆积容重100~250kg/m3，吸水率大于100%。
[0007]所述高分子聚合物为可再分散胶粉、甲基纤维素(CMC)、羧丙基甲基纤维素(HPMC)、聚乙二醇(PEG)中的任一种或任二种以上以任意比例复合构成。
[0008]所述促凝剂为偏铝酸钠、偏硅酸钠、氟硅酸钠、氟硅酸钾、高铝水泥、硫铝酸盐水泥中的任一种或任两种 以上以任意比例构成。
[0009]所述早强剂为硫酸钙、明矾、元明粉、氯化钙、甲酸钙、亚硝酸钠、三乙醇胺(TEA)中的任一种或任两种以上以任意比例构成。
[0010]所述物理发泡剂为皂苷粉、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的任一种。
[0011 ] 所述化学发泡剂双氧水的质量浓度为27.5wt%~50wt%，优选为27.5wt%。
[0012]所述化学发泡剂的发泡催化剂为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、高锰酸钾中的任一种。
[0013]所述憎水剂为硬脂酸钙或有机硅改性粘土。
[0014]所述增强短纤维为木质素纤维、聚苯烯纤维、PVA纤维、麻丝、棕丝中的任一种，增强短纤维的长度为5~15毫米。
[0015]本发明所提供的一种无机发泡保温砂浆的制备方法具体步骤如下:
(I)首先将配料中的微量成分按照配料中比例加入所述胶凝材料的活性微粉中，先进行3~10分钟的预搅拌，得到预搅拌混合物，所述微量成分包括:促凝剂、早强剂、高分子聚合物粉体、增强短纤维、憎水剂、化学发泡剂的发泡催化剂。
[0016](2)将步骤(1)得到的预搅拌混合物加入按配合比称取的所述胶凝材料的通用水泥中进行充分混合，混合时间为2~10分钟。
[0017](3)按配合比称取所述膨胀珍珠岩颗粒，并将所称取膨胀珍珠岩颗粒分成两部分，先将20wt%~80wt%的膨胀珍珠岩颗粒加入到步骤(2)所获得的混合物中继续混合，该部分膨胀珍珠岩颗粒为基材用膨胀珍珠岩颗粒，混合时间为3~5分钟，获得发泡前的干拌砂浆，所述干拌砂浆在施工现场按配合比加入所需要的水，并进行搅拌，搅拌时间2~5分钟，制成能流动的轻质砂衆。
[0018]( 4 )按配合比称取所述化学发泡剂双氧水，并将化学发泡剂双氧水加入到步骤(3 )剩余的膨胀珍珠岩颗粒中，所述剩余的膨胀珍珠岩颗粒为载体用膨胀珍珠岩颗粒，待所述化学发泡剂双氧水饱和吸入所述剩余的膨胀珍珠岩颗粒后，将所述饱和吸入化学发泡剂双氧水的剩余的膨胀珍珠岩颗粒拌入步骤(3)获得的能流动的轻质砂浆中进行原位发泡，搅拌I~2分钟后，获得目标产品:无机发泡保温砂浆。
[0019]该无机发泡保温砂浆可直接涂抹施工在需保温处理的墙体和屋顶上，无机保温砂浆层厚度在10~100毫米内可调，并在胶凝材料终凝前进行刮平抹光施工，然后硬化为耐久性、防水性、隔热性好的无机保温砂浆层，该无机保温砂浆层永不脱落和所保温建筑具有一致的寿命。
[0020]本发明具有以下技术优势:
(I)本发明的无机发泡保温砂浆具有更轻的湿重和干容重，现场涂抹施工后粘结性强，在IOOmm厚度以内涂抹披挂后不会脱落，凝结和硬化速度快，冬天8h内可以硬化获得
0.5MPa以上的抗压强度，28天后可以获得0.SMPa以上的抗压强度，和墙体之间的亲合力强，长期的力学性能和隔热性能不会发生蜕变。
[0021](2)本发明的无机发泡保温砂浆采用了原位化学发泡和物理发泡相结合的发泡方法，比单独的化学发泡和物理发泡过程更适合制备超轻高强无机保温结构，更适合现场直接发泡后涂抹施工。
[0022](3)本发明的无机发泡保温砂浆采用了化学发泡和物理发泡结合的办法，因此与普通无机保温砂浆相比，砂浆配料中所用的低成本无机胶凝材料量大幅度增加，所用的高成本的高分子聚合物量显著减少，因此比普通无机保温砂浆的原料成本大幅度降低。
[0023](4)本发明的无机发泡保温砂浆采用了化学发泡和物理发泡结合的办法对它的胶结部分进行发泡使其变轻，因此对骨料容重的依赖性降低，采用堆积容重较大的膨胀珍珠岩颗粒为骨料即可获得湿重500kg/m3以下的塑性砂衆，涂抹施工后不变形、不塌落，8h后的硬化强度可达到0.5MP a，长期强度不变，而目前的普通无机保温砂浆仅能凭借选用容重更轻的闭孔玻化微珠及使用大量的高分子聚合物胶凝材料才能勉强达到使用要求，因其配料中无机胶凝材料量不足及高分子聚合物过量，导致普通无机保温砂浆的耐候性不理想和长期使用后的强度会显著下降。
[0024](5)本发明的无机发泡保温砂浆中大量使用了活性矿物微粉，因此后期砂浆组成中的活性氧化硅和氧化铝可以和水泥水化释放的氢氧化钙发生火山灰反应，使轻质保温结构的后续强度越来越高，而目前的无机保温砂浆因胶凝材料使用量不足，使保温结构的后续强度难以提高。
[0025](6)本发明的无机发泡保温砂浆中采用了憎水剂技术，使其在冻融地区长期使用后性能不下降，而现有无机保温砂浆采用可再分散胶粉进行防水，无法阻断少量毛细孔水进入，因此在冻融地区长期使用后保温性能和力学性能会下降。
[0026](7)在本发明的无机发泡保温砂浆制备方法中，原位化学发泡采用了催化剂控制的原位发泡过程，因此比中国专利CN201310233030.2中提出的靠集料与水泥浆之间的温度差来控制发泡过程的原位发泡更加方便、可靠以及成本低。
【具体实施方式】
[0027]实施例1:一种无机发泡保温砂浆，其组成为:胶凝材料；膨胀珍珠岩颗粒；高分子聚合物；促凝剂；早强剂；物理发泡剂；化学发泡剂双氧水；化学发泡剂的发泡催化剂；憎水剂；增强短纤维和水构成。[0028]一种无机发泡保温砂浆，其组成中的胶凝材料与膨胀珍珠岩颗粒的质量比为1:1，高分子聚合物占胶凝材料质量的0.1% ;促凝剂占胶凝材料质量的0.5% ;早强剂占胶凝材料质量的0.5% ;物理发泡剂占胶凝材料质量的0.01% ;化学发泡剂占胶凝材料质量的5% ；化学发泡剂的发泡催化剂占胶凝材料质量的0.05% ;憎水剂占胶凝材料质量的2% ;增强短纤维占胶凝材料质量的0.1%，拌制砂浆的水与胶凝材料质量比为0.45。
[0029]一种无机发泡保温砂浆，其胶凝材料由52.5号早强型硅酸盐水泥和粉煤灰、熟石灰粉复合而成，其中水泥含量占胶凝材料质量的40%，活性微粉占胶凝材料质量的60% (其中活性微粉中:粉煤灰占胶凝材料质量的50% ;熟石灰粉占胶凝材料质量的10%)，活性微粉的比表面积450m2/kg。
[0030]一种无机发泡保温砂浆，所用的膨胀珍珠岩颗粒的粒度范围为0.1~2.5毫米，所用的高分子聚合物为HPMC，所用的促凝剂为偏铝酸钠，所用的早强剂为硫酸钙，所用的物理发泡剂为十二烷基硫酸钠，所用的化学发泡剂为质量浓度27.5%的双氧水，所用的化学发泡剂的发泡催化剂为高锰酸钾，所用的憎水剂为硬脂酸钙，所用的增强短纤维为木质素纤维，短纤维的长度为5~8毫米。
[0031]本发明所提供的一种无机发泡保温砂浆的制备方法具体步骤如下:
(I)首先将配料中的微量成分按照配料中比例加入胶凝材料的活性微粉中先进行预搅拌，微量成分包括:促凝剂；物理发泡剂；早强剂；高分子聚合物粉体；短纤维；憎水剂；化学发泡剂的发泡催化剂，搅拌时间为5分钟。
[0032](2)接着上述混合物加入按配合比称取的胶凝材料的通用水泥中进行充分混合，混合时间为3分钟。 [0033](3)按配合比称取膨胀珍珠岩颗粒，并将所称取膨胀珍珠岩颗粒分成两部分，一部分占80%，另一部分占20%，先将80%的基材用膨胀珍珠岩颗粒加入在步骤(2)中所获得的混合物中后继续混合，混合时间为3分钟，获得发泡前的干拌砂浆，该干拌砂浆在施工现场按配合比中需要的水与胶凝材料质量比加入所需要的水，并进行搅拌，搅拌时间2分钟，制成流动性轻质砂浆。
[0034](4)然后将配比所需的化学发泡剂双氧水拌入剩余20%的载体用膨胀珍珠岩颗粒中，待双氧水饱和吸入载体用膨胀珍珠岩颗粒后，将其拌入步骤(3 )获得的流动性好的轻质砂浆中进行原位发泡，搅拌I分钟后，获得一种直接在外墙涂抹施工的无机发泡保温砂浆，可直接涂抹施工在需保温处理的墙体上，无机保温砂浆层的厚度40毫米，在胶凝材料终凝前进行刮平抹光施工，然后硬化IOh后成为耐久性、防水性、隔热性好的无机保温砂浆层，砂浆层的28d抗压强度1.0MPa,干容重为300kg/m3，绝干导热系数为0.08ff/(m.K)，可使所保温墙体达到建筑节能65%的要求，该无机保温砂浆层永不脱落和所保温建筑具有一致的寿命。
[0035]以下为具体实施例2~8中为获得本发明的无机发泡保温砂浆而采用的具体原料。
[0036]膨胀珍珠岩颗粒(A):A1，拌入基材的膨胀珍珠岩颗粒(基材用膨胀珍珠岩);A2，作为化学发泡剂双氧水载体的膨胀珍珠岩颗粒(载体用膨胀珍珠岩颗粒)。
[0037]活性微粉(B): BI，矿渣微粉；B2，粉煤灰；B3，硅微粉；B4，偏高岭粉；B5，轻烧粘土粉；B6，轻烧煤矸石粉；B7，熟石灰粉；B8，钢渣微粉。[0038]高分子聚合物(C):C1，可再分散胶粉；C2, CMC ；C3, HPMC ；C4, PVA ；C5, PEG。
[0039]促凝剂(D): Dl，偏铝酸钠；D2，偏硅酸钠；D3，氟硅酸钠；D4，氟硅酸钾；D5，闻招水泥；D6,硫招酸盐水泥。
[0040]早强剂(E): E1，硫酸钙；E2，明矾；E3，元明粉；E4，氯化钙；E5，甲酸钙；E6,亚硝酸钠；E7，三乙醇胺(TEA)。
[0041]物理发泡剂(F): Fl，皂苷粉；F2，十二烷基硫酸钠；F3，十二烷基苯磺酸钠；F4，十二烷基横酸纳。
[0042]化学发泡剂的发泡催化剂(G): G1，硫酸铁；G2，硫酸亚铁；G3，氯化铁；G4，氯化亚铁；G5，高锰酸钾。
[0043]憎水剂(H): H1，硬脂酸钙；H2，有机硅改性粘土。
[0044]短纤维(J): J1，木质素纤维；J2，聚苯烯纤维；J3，PVA纤维；J4，麻丝；J5，棕丝。
[0045]表1所示为实施例2~8中的原料配合比。
[0046]表2所示为实施例2~8中的具体原料组成。
[0047]具体实施例2中获得获得一种直接在外墙涂抹施工的无机发泡保温砂浆，可直接涂抹施工在需保温处理的屋顶上，无机发泡保温砂浆层厚度在40毫米，在胶凝材料终凝前进行刮平抹光施工，然后硬化IOh后成为耐久性、防水性、隔热性好的无机保温砂浆层，砂浆层的28d抗压强度3.0MPa,干容重为400kg/m3，绝干导热系数为0.09W/ (m.K)，可使所保温墙体达到建筑节能65%的要求。
[0048]具体实施例3中获得获得一种直接在外墙涂抹施工的无机发泡保温砂浆，可直接涂抹施工在需保温处理的墙体上，无机发泡保温砂浆层厚度在40毫米，在胶凝材料终凝前进行刮平抹光施工，然后硬化IOh后成为耐久性、防水性、隔热性好的无机保温砂浆层，砂浆层的28d抗压强度2.8MPa,干容重为350kg/m3，绝干导热系数为0.08W/ (m.K)，可使所保温墙体达到建筑节能65%的要求。
[0049]具体实施例4中获得获得一种直接在外墙涂抹施工的无机发泡保温砂浆，可直接涂抹施工在需保温处理的墙体上，无机发泡保温砂浆层厚度在40毫米，在胶凝材料终凝前进行刮平抹光施工，然后硬化IOh后成为耐久性、防水性、隔热性好的无机保温砂浆层，砂浆层的28d抗压强度1.5 MPa,干容重为320kg/m3，绝干导热系数为0.075ff/(m.K)，可使所保温墙体达到建筑节能65%的要求。
[0050]具体实施例5中获得获得一种直接在外墙涂抹施工的无机发泡保温砂浆，可直接涂抹施工在需保温处理的墙体上，无机发泡保温砂浆层厚度在40毫米，在胶凝材料终凝前进行刮平抹光施工，然后硬化IOh后成为耐久性、防水性、隔热性好的无机保温砂浆层，砂浆层的28d抗压强度1.0 MPa,干容重为300kg/m3，绝干导热系数为0.07W/ (m.K)，可使所保温墙体达到建筑节能70%的要求。
[0051]具体实施例6中获得获得一种直接在外墙涂抹施工的无机发泡保温砂浆，可直接涂抹施工在需保温处理的墙体上，无机发泡保温砂浆层厚度在40毫米，在胶凝材料终凝前进行刮平抹光施工，然后硬化IOh后成为耐久性、防水性、隔热性好的无机保温砂浆层，砂浆层的28d抗压强度1.0 MPa,干容重为250kg/m3，绝干导热系数为0.065W/ (m.K)，可使所保温墙体达到建筑节能70%的要求。
[0052]表1实施例2~8中的原料配合比
【权利要求】
1.一种无机发泡保温砂浆，其特征在于该保温砂浆由胶凝材料、膨胀珍珠岩颗粒、高分子聚合物、促凝剂、早强剂、物理发泡剂、化学发泡剂双氧水、化学发泡剂的发泡催化剂、憎水剂、增强短纤维以及水组成；所述胶凝材料与所述膨胀珍珠岩颗粒的质量比为(I~3):I ;所述高分子聚合物占所述胶凝材料质量的0.1%~2.5% ;所述促凝剂占所述胶凝材料质量的0.5%~2% ;所述早强剂占所述胶凝材料质量的0.5%~2% ;所述物理发泡剂占所述胶凝材料质量的0.01%~0.1% ;所述化学发泡剂双氧水占所述胶凝材料质量的2%~5% ;所述化学发泡剂的发泡催化剂占所述胶凝材料质量的0.05%~0.2% ;所述憎水剂占所述胶凝材料质量的0.5%~2% ;所述增强短纤维占所述胶凝材料质量的0.1%~0.5%，所述无机发泡保温砂浆中水与胶凝材料质量比为0.45~0.8 ;所述胶凝材料由通用水泥与活性微粉:粉煤灰、矿渣微粉、硅微粉、偏高岭粉、轻烧粘土粉、轻烧煤矸石粉、熟石灰粉、钢渣微粉中的一种或任二种以上复合而成，其中所述通用水泥含量占所述胶凝材料质量的20%~95%，所述活性微粉占所述胶凝材料质量的5%~80%，所述活性微粉的比表面积大于400m2/kg，所述通用水泥的标号在42.5以上；所述高分子聚合物为可再分散胶粉、甲基纤维素、羧丙基甲基纤维素以及聚乙二醇中的任一种或任二种以上以任意比例复合构成；所述促凝剂为偏铝酸钠、偏硅酸钠、氟硅酸钠、氟硅酸钾、高铝水泥以及硫铝酸盐水泥中的任一种或任两种以上以任意比例构成；所述早强剂为硫酸钙、明矾、元明粉、氯化钙、甲酸钙、亚硝酸钠以及三乙醇胺中的任一种或任两种以上以任意比例构成；所述物理发泡剂为皂苷粉、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠以及十二烷基磺酸钠中的任一种；所述化学发泡剂的发泡催化剂为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁以及高锰酸钾中的任一种；所述憎水剂为硬脂酸钙或有机硅改性粘土 ；所述增强短纤维为木质素纤维、聚苯烯纤维、PVA纤维、麻丝以及棕丝中的任一种，所述增强短纤维的长度为5~15毫米。
2.根据权利要求1所述一种无机发泡保温砂浆，其特征在于所述膨胀珍珠岩颗粒的粒度范围为0. 1~2.5毫米，堆积容重100~250kg/m3，吸水率大于100% ;所述化学发泡剂双氧水的质量浓度为27.5wt%~50wt%。
3.权利要求1所述一种无机发泡保温砂浆的制备方法，其特征在于该方法具体步骤如下: (1)首先将配料中的微量成分按照配料中比例加入所述胶凝材料的活性微粉中，先进行3~10分钟的预搅拌，得到预搅拌混合物，所述微量成分包括:促凝剂、早强剂、高分子聚合物粉体、增强短纤维、憎水剂、化学发泡剂的发泡催化剂； (2)将步骤(1)得到的预搅拌混合物加入按配合比称取的所述胶凝材料的通用水泥中进行充分混合，混合时间为2~10分钟； (3)按配合比称取所述膨胀珍珠岩颗粒，并将所称取膨胀珍珠岩颗粒分成两部分，先将20被％~80被％的膨胀珍珠岩颗粒加入到步骤(2)所获得的混合物中继续混合，该部分膨胀珍珠岩颗粒为基材用膨胀珍珠岩颗粒，混合时间为3~5分钟，获得发泡前的干拌砂浆，所述干拌砂浆在施工现场按配合比加入所需要的水，并进行搅拌，搅拌时间2~5分钟，制成能流动的轻质砂衆; (4)按配合比称取所述化学发泡剂双氧水，并将化学发泡剂双氧水加入到步骤(3)剩余的膨胀珍珠岩颗粒中，所述剩余的膨胀珍珠岩颗粒为载体用膨胀珍珠岩颗粒，待所述化学发泡剂双氧水饱和吸入所述剩余的膨胀珍珠岩颗粒后，将所述饱和吸入化学发泡剂双氧水的剩余的膨胀珍珠岩颗粒拌入步骤(3)获得的能流动的轻质砂浆中进行原位发泡，搅拌`1~2分钟后，获得目标产品:无机发泡保温砂浆。
【文档编号】C04B28/08GK103922789SQ201410104347
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】樊传刚 申请人:马鞍山实达建材科技有限公司