本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种水泥基发泡轻质材料及其制备方法。
背景技术
随着我国墙体材料改革与建筑节能政策的强制实施，推动了建筑保温材料的快速发展。传统有机保温隔热材料虽然隔热性能好、质轻和价格便宜，但是易燃、且燃烧生有毒气体等缺隐，使得建筑节能和防火之间的矛盾不断加剧。作为理想的替代品，无机发泡绝热材料因其安全性高的突出优点而倍受青睐。但目前用于外墙的无机发泡绝热材料仍存在着容重大，易吸水，而且导热系数偏大等问题。因此，制备出一种低导热系数、憎水、轻质高强等综合性能优良且制备工艺简单的无机泡沫绝热材料是解决这一矛盾的有效途径。
气相白炭黑是硅的氯化物经高温燃烧生成的超细二氧化硅粉末，一般带有表面羟基和吸附水，其粒径为纳米级，比表面积达200m2/g以上。由于白炭黑偏酸性及其较强的吸附作用，因此，若在配方中填充过多的白炭黑会降低配方的活性，降低发泡率；此外，白炭黑粒径极小，比表面积大，表面有一层均匀的硅氧烷和硅醇羟基，具有很强的亲水性，容易相互凝聚成团，难以湿润和分散。因此，如何改善白炭黑的活性，提高白炭黑在配方中的补强性能，已成为该领域亟需解决的一个技术难题。
技术实现要素：
本发明提供了一种水泥基发泡轻质材料及其制备方法，解决现有的机发泡绝热材料仍存在着容重大、易吸水、而且导热系数偏大的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种水泥基发泡轻质材料，是由下述重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥100～150份、粉煤灰20～30份、水40～50份、发泡剂0.4～0.6份、羟丙基甲基纤维素0.18～0.24份、苯丙乳液25～30份、改性白炭黑0.2～0.8份，火山灰0.3～0.7份。
其中，优选地，所述发泡剂为a-烯烃基磺酸钠、聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
其中，优选地，所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流2～4小时，然后于140～150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。
一种水泥基发泡保温材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取硅酸盐水泥、粉煤灰、羟丙基甲基纤维素、改性白炭黑和火山灰，先分别将其加入到搅拌锅中，然后用水泥胶砂搅拌机慢搅5min至增强材料分散均匀，即得混合发泡干粉物料；
(2)称取发泡剂加入到水中，搅拌均匀，得发泡溶液；
(3)向混合发泡干粉物料和苯丙乳液加入发泡溶液中，同时用搅拌机先低速搅拌30s，使混合料浆搅拌均匀；再快速搅拌5min，使混合发泡料浆充分引气发泡；
(4)将发泡料浆一次性快速倒入试模，轻微振动试模若干次，用刮刀刮平，养护8h后拆模，放入恒温恒湿养护箱养护3天，即得。
所述恒温恒湿箱的温度为20±2℃，湿度95％以上。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用苯丙乳液遇水具有成膜的特性，形成微孔内壁覆膜的封闭孔隙构造，对泡沫保温材料进行憎水性进行改善，在大幅降低材料吸水性能的同时还提高了材料的力学性能。
(2)本发明加入改性的白炭黑，通过白炭黑表面的硫化基团，使聚合物与填料进行化学键合，提高了与水泥基体的机械啮合力，进一步地提高了材料的力学性能。
(3)本发明制得的水泥基发泡保温材料孔结构粒径细腻、分布均匀，水泥水化产物形状规整、排列有序，使得水泥基发泡复合材料具有交联网状结构，从而达到提高水泥基轻质复合材料的强度和韧性。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种水泥基发泡轻质材料，是由下述重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥120份、粉煤灰25份、水45份、发泡剂0.5份、羟丙基甲基纤维素0.21份、苯丙乳液27份、改性白炭黑0.5份，火山灰0.5份。
其中，优选地，所述发泡剂为a-烯烃基磺酸钠、聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
其中，所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流3小时，然后于145℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。
本实施例水泥基发泡保温材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取硅酸盐水泥、粉煤灰、羟丙基甲基纤维素、改性白炭黑和火山灰，先分别将其加入到搅拌锅中，然后用水泥胶砂搅拌机慢搅5min至增强材料分散均匀，即得混合发泡干粉物料；
(2)称取发泡剂加入到水中，搅拌均匀，得发泡溶液；
(3)向混合发泡干粉物料和苯丙乳液加入发泡溶液中，同时用搅拌机先低速搅拌30s，使混合料浆搅拌均匀；再快速搅拌5min，使混合发泡料浆充分引气发泡；
(4)将发泡料浆一次性快速倒入试模，轻微振动试模若干次，用刮刀刮平，养护8h后拆模，放入恒温恒湿养护箱养护3天，即得。
其中，恒温恒湿箱的温度为20±2℃，湿度为97％。
本实施例制备的水泥基泡沫绝热材料的干表观密度214kg/m3、抗压强度0.24mpa、吸水率7.95％、导热系数0.0490w/(m·k)。
实施例2
本实施例提供一种水泥基发泡轻质材料，是由下述重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥100份、粉煤灰30份、水40份、发泡剂0.6份、羟丙基甲基纤维素0.18份、苯丙乳液30份、改性白炭黑0.2份，火山灰0.7份。
其中，优选地，所述发泡剂为a-烯烃基磺酸钠、聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
其中，所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流2小时，然后于150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。
本实施例水泥基发泡保温材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取硅酸盐水泥、粉煤灰、羟丙基甲基纤维素、改性白炭黑和火山灰，先分别将其加入到搅拌锅中，然后用水泥胶砂搅拌机慢搅5min至增强材料分散均匀，即得混合发泡干粉物料；
(2)称取发泡剂加入到水中，搅拌均匀，得发泡溶液；
(3)向混合发泡干粉物料和苯丙乳液加入发泡溶液中，同时用搅拌机先低速搅拌30s，使混合料浆搅拌均匀；再快速搅拌5min，使混合发泡料浆充分引气发泡；
(4)将发泡料浆一次性快速倒入试模，轻微振动试模若干次，用刮刀刮平，养护8h后拆模，放入恒温恒湿养护箱养护3天，即得。
其中，恒温恒湿箱的温度为20±2℃，湿度为97％。
本实施例制备的水泥基泡沫绝热材料的干表观密度210kg/m3、抗压强度0.24mpa、吸水率7.88％、导热系数0.0488w/(m·k)。
实施例3
本实施例提供一种水泥基发泡轻质材料，是由下述重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥150份、粉煤灰20份、水50份、发泡剂0.4份、羟丙基甲基纤维素0.24份、苯丙乳液25份、改性白炭黑0.8份，火山灰0.3份。
其中，优选地，所述发泡剂为a-烯烃基磺酸钠、聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
其中，所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流4小时，然后于140℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。
本实施例水泥基发泡保温材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取硅酸盐水泥、粉煤灰、羟丙基甲基纤维素、改性白炭黑和火山灰，先分别将其加入到搅拌锅中，然后用水泥胶砂搅拌机慢搅5min至增强材料分散均匀，即得混合发泡干粉物料；
(2)称取发泡剂加入到水中，搅拌均匀，得发泡溶液；
(3)向混合发泡干粉物料和苯丙乳液加入发泡溶液中，同时用搅拌机先低速搅拌30s，使混合料浆搅拌均匀；再快速搅拌5min，使混合发泡料浆充分引气发泡；
(4)将发泡料浆一次性快速倒入试模，轻微振动试模若干次，用刮刀刮平，养护8h后拆模，放入恒温恒湿养护箱养护3天，即得。
其中，恒温恒湿箱的温度为20±2℃，湿度为96％。
本实施例制备的水泥基泡沫绝热材料的干表观密度212kg/m3、抗压强度0.26mpa、吸水率7.90％、导热系数0.0484w/(m·k)。
实施例4
本实施例提供一种水泥基发泡轻质材料，是由下述重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥140份、粉煤灰28份、水42份、发泡剂0.55份、羟丙基甲基纤维素0.22份、苯丙乳液28份、改性白炭黑0.7份，火山灰0.4份。
其中，优选地，所述发泡剂为a-烯烃基磺酸钠、聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
其中，所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流3小时，然后于148℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。
本实施例水泥基发泡保温材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取硅酸盐水泥、粉煤灰、羟丙基甲基纤维素、改性白炭黑和火山灰，先分别将其加入到搅拌锅中，然后用水泥胶砂搅拌机慢搅5min至增强材料分散均匀，即得混合发泡干粉物料；
(2)称取发泡剂加入到水中，搅拌均匀，得发泡溶液；
(3)向混合发泡干粉物料和苯丙乳液加入发泡溶液中，同时用搅拌机先低速搅拌30s，使混合料浆搅拌均匀；再快速搅拌5min，使混合发泡料浆充分引气发泡；
(4)将发泡料浆一次性快速倒入试模，轻微振动试模若干次，用刮刀刮平，养护8h后拆模，放入恒温恒湿养护箱养护3天，即得。
其中，恒温恒湿箱的温度为20±2℃，湿度为97％。
本实施例制备的水泥基泡沫绝热材料的干表观密度212kg/m3、抗压强度0.23mpa、吸水率7.90％、导热系数0.0489w/(m·k)。
实施例5
本实施例提供一种水泥基发泡轻质材料，是由下述重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥140份、粉煤灰22份、水48份、发泡剂0.5份、羟丙基甲基纤维素0.19份、苯丙乳液28份、改性白炭黑0.4份，火山灰0.6份。
其中，优选地，所述发泡剂为a-烯烃基磺酸钠、聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
其中，所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流3小时，然后于148℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。
本实施例水泥基发泡保温材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取硅酸盐水泥、粉煤灰、羟丙基甲基纤维素、改性白炭黑和火山灰，先分别将其加入到搅拌锅中，然后用水泥胶砂搅拌机慢搅5min至增强材料分散均匀，即得混合发泡干粉物料；
(2)称取发泡剂加入到水中，搅拌均匀，得发泡溶液；
(3)向混合发泡干粉物料和苯丙乳液加入发泡溶液中，同时用搅拌机先低速搅拌30s，使混合料浆搅拌均匀；再快速搅拌5min，使混合发泡料浆充分引气发泡；
(4)将发泡料浆一次性快速倒入试模，轻微振动试模若干次，用刮刀刮平，养护8h后拆模，放入恒温恒湿养护箱养护3天，即得。
其中，恒温恒湿箱的温度为20±2℃，湿度为97％。
本实施例制备的水泥基泡沫绝热材料的干表观密度212kg/m3、抗压强度0.24mpa、吸水率7.90％、导热系数0.0488w/(m·k)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。