本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种抗压无空鼓的保温隔热砂浆及其制备方法。
背景技术：
当今世界资源日趋紧张，政府正在加紧推进节能减排工作，不仅有利于对环境的保护，而且有利于国家的可持续性发展，提高能源利用效率，还可以提高我国在国际上的竞争力。作为建筑行业，其能耗约占社会终端能耗的20.7％，降低建筑能耗是节能工作中最重要的任务之一。目前墙体保温用的保温隔热砂浆，有采用有机物加工而成的，也有采用无机物加工而成。前者的防火性能差，体积稳定性差易产生空鼓、开裂等问题，致使后期保温性能降低。而后者采用膨胀珍珠岩，则这类保温隔热砂浆虽然较为稳定，但其吸水率高，砂浆再凝结硬化过程中会因为失水而出现收缩，将会导致砂浆出现空鼓、开裂等问题。
cn108546031a公开了一种无机保温隔热砂浆，同时还涉及其制备方法，属于建筑材料技术领域。该无机保温隔热砂浆各组分的重量份比例为：普通硅酸盐水泥：360-500份、消石灰：100-150份、沸石粉：10-50份、复合型无机矿物轻骨料：380-500份、早强剂：2-5份、抗裂纤维：5-20份、可再分散乳胶粉：5-8份、纤维素醚：2-4份、憎水剂：2-5份、引气剂：0-1份。上述砂浆配方中轻质骨料含量大，导致砂浆的力学强度低，且砂浆的粘结性不高，易出现空鼓、开裂等问题。
因此研究一种保温隔热效果好，且抗压强度高无空鼓的砂浆具有重大的现实意义和广阔的市场前景。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种抗压无空鼓的保温隔热砂浆，该砂浆保温隔热效果好，且力学强度高，无空鼓开裂等问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种抗压无空鼓的保温隔热砂浆，包括以下按重量份数计的原料：硅酸盐水泥40-50份、粉煤灰10-15份、玻化微珠10-20份、膨胀珍珠岩5-10份、硅藻土5-10份、二氧化硅气凝胶5-10份、可再分散乳胶粉3-7份、淀粉醚1-2份、纤维素醚1-2份、多孔纤维3-5份、引气剂1-2份；
所述多孔纤维的制备：选用聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维中的一种或两种以上；将选用的纤维与二甲苯按质量比1：3～5混合浸泡，过滤，得预处理纤维，将预处理纤维用乙醇和丙二醇洗涤6～9次后，得多孔纤维；
所述保温隔热砂浆的制备方法，包括如下步骤：
s1.对玻化微珠进行清洗、表面粗化，再加入到浓度3-5％的硅烷偶联剂溶液中反应，搅拌转速为1000～1500r/min，反应温度为40～60℃，反应时间为40～60min，反应结束后烘干；最后采用水热法将二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面，反应温度为140～160℃，时间为80～100min，过滤得玻化微珠复合物；
s2.将硅酸盐水泥、膨胀珍珠岩和玻化微珠复合物混合搅拌均匀，再添加粉煤灰、硅藻土、可再分散乳胶粉、淀粉醚、纤维素醚、多孔纤维和引气剂，混合均匀即得。
建筑上采用的保温砂浆大多希望其导热系数低，轻质高强。要提高无机保温砂浆对热流的阻抗作用，可以采用增大轻骨料掺量和降低水泥石等胶凝材料导热系数的办法，但因此可能会带来力学强度大幅降低的问题。理论上，保温砂浆的干密度越小，导热系数越小。本发明发明人通过实验发现，二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面然后加入砂浆中，通过调整玻化微珠和二氧化硅气凝胶两者的配比，比单独在砂浆中添加玻化微珠和二氧化硅气凝胶，更能够明显的降低对砂浆力学强度的影响，同时两种添加方式的砂浆的干密度相差不大。因此通过二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面后，加入砂浆中，与两者单独加入砂浆中具有明显的优势，既能保持砂浆的保温性能又降低了对砂浆力学强度的影响。
在保温砂浆中掺加粉煤灰，可一定程度上降低砂浆的干密度和导热系数，但抗压强度也随之降低；在保温砂浆中掺入多孔纤维可有效提高砂浆的抗压强度。多孔纤维在加入砂浆中后可作为桥梁将砂浆内部各物质连接在一起，从而使产品内聚力提高，从而使产品的抗压强度和抗裂性能得到提高。其次，多孔纤维分散在砂浆内部，可吸附砂浆中的小分子助剂，使助剂在砂浆中分散均匀。引气剂的掺入可明显降低保温砂浆的干密度和导热系数，使保温砂浆性能达到技术要求。膨胀珍珠岩，容重极轻，合理配合后减少单位面积的重量，使其他胶凝材料合理负担承重，增加与墙体的粘合强度以防止空鼓、脱落。硅藻土具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点。可再分散乳胶粉与水接触后可以很快再分散形成乳液，并具有与初始乳液相同的性质，即水份蒸发后可以形成膜，这种膜具有高柔韧性、高耐侯性和对各种基材的高粘结性。因此可再分散乳胶粉可以提高砂浆的柔性和可变形性、抗压强度、抗折强度、耐磨损性、韧性和粘结性。
优选地，所述抗压无空鼓的保温隔热砂浆由以下按重量份数计的原料组成：硅酸盐水泥40-50份、粉煤灰10-15份、玻化微珠10-20份、膨胀珍珠岩5-10份、硅藻土5-10份、二氧化硅气凝胶5-10份、可再分散乳胶粉3-7份、淀粉醚1-2份、纤维素醚1-2份、多孔纤维3-5份、引气剂1-2份。上述原料的成分选择和含量配比，是发明人经过长期的实验调整获得，制备的抗压无空鼓的保温隔热砂浆保温隔热效果好，且力学强度高，无空鼓开裂等问题。
进一步优选地，所述抗压无空鼓的保温隔热砂浆由以下按重量份数计的原料组成：硅酸盐水泥45份、粉煤灰12份、玻化微珠15份、膨胀珍珠岩8份、硅藻土7份、二氧化硅气凝胶8份、可再分散乳胶粉5份、淀粉醚1份、纤维素醚1份、多孔纤维4份、引气剂1份。发明人经过多次试验，发现在上述组分的含量情况下，获得的砂浆性能最优。
在本发明中，s1采用的硅烷偶联剂为本领域常规使用的硅烷偶联剂。优选地，s1所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
优选地，所述玻化微珠堆积密度为85～90kg/m3，常温下导热系数为0.044w/m·k；所述二氧化硅气凝胶粒径小于1mm，在自然堆积状态下堆积密度为95～100kg/m3，常温下导热系数为0.020w/m·k。上述玻化微珠与气凝胶的堆积密度相近，气凝胶沉积在玻化微珠的表面得到的玻化微珠复合物，在砂浆的养护过程中与砂浆的体积膨胀、收缩率更相近，能够降低砂浆的开裂风险。
本发明采用的硅酸盐水泥可为本领域常规使用的硅酸盐水泥。优选为普通硅酸盐水泥，型号为po42.5。粉煤灰为本领域常规使用的应用于保温砂浆的粉煤灰。
优选地，所述引气剂为十二烷基硫酸钠引气剂。
优选地，所述多孔纤维的长度为3.0～4.0mm，孔隙率为30％-35％。
本发明多孔纤维的制备选用的纤维为聚酯纤维，优选聚对苯二甲酸丁二醇酯。聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维强度更高，增韧效果好。
优选地，所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物，颗粒大小为100-150目。
在本发明中，优选地，s2操作如下：
第一步：将硅酸盐水泥、膨胀珍珠岩和玻化微珠复合物采用搅拌机混合的方式，混合时的温度为35℃～45℃，搅拌机电机的转速为1000～1500r/min，混合的时间为40～50min，混合过程中添加水或不添加水，混合后需确保无明显色值区别；
第二步：加入粉煤灰和硅藻土再次进行机械混合，转速1500～2000r/min，混合的时间为50～60min，混合时的温度为45℃～50℃，添加过程需逐步加入，先加粉煤灰，再加硅藻土，单次加入重量不超过总量的1/4，加入间隔为40s～50s；
第三步：保持转速，逐步加入多孔纤维，混合的时间为25～30min，混合时的温度为75℃～85℃；最后依次加入可再分散乳胶粉、淀粉醚、纤维素醚和引气剂，混合均匀即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面然后加入砂浆中，通过调整玻化微珠和二氧化硅气凝胶两者的配比，比单独在砂浆中添加玻化微珠和二氧化硅气凝胶，更能够明显的降低对砂浆力学强度的影响，同时两种添加方式的砂浆的干密度相差不大，既能保持砂浆的保温性能又降低了对砂浆力学强度的影响。
2、本发明在保温砂浆中掺加粉煤灰和引气剂，可明显降低保温砂浆的干密度和导热系数，使保温砂浆性能达到技术要求。加入膨胀珍珠岩，容重极轻，合理配合后减少单位面积的重量，使其他胶凝材料合理负担承重，增加与墙体的粘合强度以防止空鼓、脱落。在保温砂浆中掺入多孔纤维，有效提高砂浆的抗压强度。
3、本发明通过原材料的选择和含量调整，制备的抗压无空鼓的保温隔热砂浆保温隔热效果好，且力学强度高，无空鼓开裂等问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明，但本发明要求的保护范围并不局限于实施例。
下述实施例所采用的原料均为市售。其中，
硅酸盐水泥的型号为po42.5；
所述玻化微珠堆积密度为85～90kg/m3，常温下导热系数为0.044w/m·k；所述二氧化硅气凝胶粒径小于1mm，在自然堆积状态下堆积密度为95～100kg/m3，常温下导热系数为0.020w/m·k。
所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯共聚物，颗粒大小为100-150目。
多孔纤维的制备：将聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维与二甲苯按质量比1：4混合浸泡，过滤，得预处理纤维，将预处理纤维用乙醇和丙二醇洗涤6～9次后，得多孔纤维。
实施例1:
砂浆制备：
s1.对10kg玻化微珠进行清洗、表面粗化，再加入到浓度3％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液中反应，搅拌转速为1000r/min，反应温度为60℃，反应时间为40min，反应结束后烘干；最后采用水热法将5kg二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面，反应温度为140℃，时间为100min，过滤得玻化微珠复合物。
s2.
第一步：将40kg硅酸盐水泥、5kg膨胀珍珠岩和15kg玻化微珠复合物采用搅拌机混合的方式，混合时的温度为35℃，搅拌机电机的转速为1500r/min，混合的时间为40min，混合过程中添加水或不添加水，混合后需确保无明显色值区别；
第二步：加入10kg粉煤灰和5kg硅藻土再次进行机械混合，转速1500r/min，混合的时间为60min，混合时的温度为45℃，添加过程需逐步加入，先加粉煤灰，再加硅藻土，单次加入重量不超过总量的1/4，加入间隔为40s～50s；
第三步：保持转速，逐步加入3kg多孔纤维，混合的时间为25～30min，混合时的温度为75℃～85℃；最后依次加入3kg可再分散乳胶粉、1kg淀粉醚、1kg纤维素醚和1kg十二烷基硫酸钠引气剂，混合均匀即可。
实施例2:
砂浆制备：
s1.对20kg玻化微珠进行清洗、表面粗化，再加入到浓度5％的γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷溶液中反应，搅拌转速为1500r/min，反应温度为40℃，反应时间为60min，反应结束后烘干；最后采用水热法将10kg二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面，反应温度为160℃，时间为80min，过滤得玻化微珠复合物。
s2.
第一步：将50kg硅酸盐水泥、10kg膨胀珍珠岩和30kg玻化微珠复合物采用搅拌机混合的方式，混合时的温度为45℃，搅拌机电机的转速为1000r/min，混合的时间为50min，混合过程中添加水或不添加水，混合后需确保无明显色值区别；
第二步：加入15kg粉煤灰和10kg硅藻土再次进行机械混合，转速2000r/min，混合的时间为50min，混合时的温度为50℃，添加过程需逐步加入，先加粉煤灰，再加硅藻土，单次加入重量不超过总量的1/4，加入间隔为40s～50s；
第三步：保持转速，逐步加入5kg多孔纤维，混合的时间为25～30min，混合时的温度为75℃～85℃；最后依次加入7kg可再分散乳胶粉、2kg淀粉醚、2kg纤维素醚和2kg十二烷基硫酸钠引气剂，混合均匀即可。
实施例3:
砂浆制备：
s1.对15kg玻化微珠进行清洗、表面粗化，再加入到浓度4％的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷溶液中反应，搅拌转速为1200r/min，反应温度为50℃，反应时间为50min，反应结束后烘干；最后采用水热法将8kg二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面，反应温度为150℃，时间为90min，过滤得玻化微珠复合物。
s2.
第一步：将45kg硅酸盐水泥、8kg膨胀珍珠岩和23kg玻化微珠复合物采用搅拌机混合的方式，混合时的温度为40℃，搅拌机电机的转速为1300r/min，混合的时间为48min，混合过程中添加水或不添加水，混合后需确保无明显色值区别；
第二步：加入12kg粉煤灰和7kg硅藻土再次进行机械混合，转速1800r/min，混合的时间为58min，混合时的温度为48℃，添加过程需逐步加入，先加粉煤灰，再加硅藻土，单次加入重量不超过总量的1/4，加入间隔为40s～50s；
第三步：保持转速，逐步加入4kg多孔纤维，混合的时间为25～30min，混合时的温度为75℃～85℃；最后依次加入5kg可再分散乳胶粉、1kg淀粉醚、1kg纤维素醚和1kg十二烷基硫酸钠引气剂，混合均匀即可。
实施例4:
砂浆制备：
s1.对17kg玻化微珠进行清洗、表面粗化，再加入到浓度4％的γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷溶液中反应，搅拌转速为1300r/min，反应温度为55℃，反应时间为52min，反应结束后烘干；最后采用水热法将7kg二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面，反应温度为155℃，时间为85min，过滤得玻化微珠复合物。
s2.
第一步：将43kg硅酸盐水泥、7kg膨胀珍珠岩和24kg玻化微珠复合物采用搅拌机混合的方式，混合时的温度为42℃，搅拌机电机的转速为1100r/min，混合的时间为47min，混合过程中添加水或不添加水，混合后需确保无明显色值区别；
第二步：加入13kg粉煤灰和6kg硅藻土再次进行机械混合，转速1600r/min，混合的时间为53min，混合时的温度为47℃，添加过程需逐步加入，先加粉煤灰，再加硅藻土，单次加入重量不超过总量的1/4，加入间隔为40s～50s；
第三步：保持转速，逐步加入3kg多孔纤维，混合的时间为25～30min，混合时的温度为75℃～85℃；最后依次加入4kg可再分散乳胶粉、2kg淀粉醚、1kg纤维素醚和1kg十二烷基硫酸钠引气剂，混合均匀即可。
对比例1：
与实施例1相比，不具有s1步骤，s2中采用玻化微珠和二氧化硅气凝胶代替玻化微珠复合物加入，其它操作与实施例1相同。
对比例2：
与实施例1相比，不添加膨胀珍珠岩，其它操作与实施例1相同。
对比例3：
与实施例1相比，不添加粉煤灰和引气剂，其它操作与实施例1相同。
对比例4：
与实施例1相比，砂浆的原料相同，但原料使用量不同于实施例1，其它操作与实施例1相同。本对比例的原料用量如下：
硅酸盐水泥30kg、粉煤灰10kg、玻化微珠20kg、膨胀珍珠岩5kg、硅藻土10kg、二氧化硅气凝胶10kg、可再分散乳胶粉3kg、淀粉醚1kg、纤维素醚1kg、多孔纤维3kg、十二烷基硫酸钠引气剂1kg。
性能测试
1、砂浆抗拉压及收缩性能
测试实施例1-4和对比例1-4制备的砂浆的抗压强度、抗折强度，依据标准gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，强度试验的龄期分别为7天、28天，试件的尺寸均为40mm×40mm×160mm；收缩性能采用jc/t603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》中关于收缩率的测试方法。根据jgj/t70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，测试实施例1-4和对比例1-4制备的砂浆在7天标准养护下拉伸粘结强度、28天标准养护下拉伸粘结强度和在28天标准养护下泡于水中七天后拉伸粘结强度。
2、砂浆的干密度和导热系数
测试实施例1-4和对比例1-4制备的砂浆的干密度和导热系数。试件成型及养护温度为(20±2)℃，试样尺寸为300mm×300mm×30mm，养护箱中养护至28d，然后置于烘箱中60℃烘干。干密度测试参照gb/t5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》，导热系数采用jw-ⅲ型热流计式导热仪参照gb/t10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》进行测试，其中试验平均温度为25℃，冷热板温差为20℃。
上述测试结果如表1所示。
表1
由表1可看出，本发明制备的抗压无空鼓的保温隔热砂浆，其抗拉压性能好、粘结强度高，收缩率低，且保温隔热效果显著。实施例1与对比例1相比可知，二氧化硅气凝胶沉积在玻化微珠的表面然后加入砂浆中，通过调整玻化微珠和二氧化硅气凝胶两者的配比，比单独在砂浆中添加玻化微珠和二氧化硅气凝胶，更能够明显的降低对砂浆力学强度的影响，同时两种添加方式的砂浆的干密度相差不大。实施例1与对比例2相比可知，膨胀珍珠岩能够增加砂浆的抗拉压性能和粘结强度，同时降低收缩率。实施例1与对比例3相比可知，粉煤灰和引气剂能够增加砂浆的抗拉压性能和粘结强度，同时降低收缩率，最主要能降低砂浆的干密度和导热系数。实施例1与对比例4相比可知，与本发明相比，组分中各成分含量不同于本发明，制备得到的砂浆性能也明显低于本发明砂浆。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。