專利名稱：高性能聚合物水泥泡沫材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑保溫材料——高性能聚合物水泥泡沫材料及其制備方法。其主要技 術(shù)性能指標為干表觀密度《l卯kg/m3、導熱系數(shù)《0.049W/(m'K)、抗壓強度》220kPa， 軟化系數(shù)》0.60，不燃(A級)。
背條技術(shù)
目前，國內(nèi)外常用的保溫材料有聚苯乙烯泡沫塑料(EPS、XPS)、聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料(PU) 等，優(yōu)點是輕質(zhì)、保溫性好，最大的缺陷是易老化、防火安全性差。各地建筑工程屢屢發(fā)生 火災事故，火災時煙霧大、毒性大，危害嚴重。由于其在防火方面的缺陷，歐洲一些國家的 保險公司己經(jīng)拒絕給聚苯板保溫系統(tǒng)的建筑物上保險。在德國有因聚苯板薄抹灰系統(tǒng)防火安 全性達不到要求而不能在22米以上建筑使用的相關(guān)規(guī)定；在英國有18米以上建筑不允許使 用聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的規(guī)定；在美國紐約州建筑指令中明確規(guī)定耐火極限低于兩 個小時的聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)不允許用在高于75英尺即22. 86米的住宅建筑中。對 于PU，除了防火和價格問題，還存在施工時對氣候敏感，風吹影響噴涂、潮濕影響粘結(jié)，收 縮大，噴涂時散發(fā)毒氣等缺點。而且這些有機泡沫材料易老化，不能與建筑物同壽命，在建 筑物使用期內(nèi)，需要多次進行保溫層更換，浪費大量人力、物力、財力。正因為如此，我國 一些省市(如浙江)限制在高層上使用EPS、 XPS、 PU，將其列入《淘汰和限制使用技術(shù)與產(chǎn) 品目錄》。而無機保溫材料如發(fā)泡水泥、加氣混凝土則(表觀)密度大(干密度通常都在300kg/m' 以上)、吸水率高、保溫效果差，不能很好地滿足建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱的需要，因此市場迫 切需要新型的保溫節(jié)能材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種保溫性好、不燃、可與建筑物同壽命的高性能聚合物水泥泡沫 材料。它是以聚合物改性特種水泥為基材，引入大量微小、均勻、穩(wěn)定的氣泡，通過成膜聚 合物提高氣泡的封閉性和保溫效果，并結(jié)合納米增效技術(shù)、粉體表面改性技術(shù)、疏水化處理 技術(shù)等措施，經(jīng)特定工藝制成一種新型多功能保溫隔熱材料，建筑節(jié)能率可達65%以上。它 僅在水泥中引入少量的成膜聚合物，而且均勻地分散在水泥中，產(chǎn)品不燃燒(A級)，同時克服了無機材料保溫效果差、脆性大、吸水率高的缺點，輕質(zhì)、保溫、經(jīng)濟、環(huán)保、利廢、無 毒、耐久、與建筑物同壽命?？蓱糜谖菝妗w和地面(地暖)保溫。在屋面和地面(地 暖)施工時，可實現(xiàn)超長大面積保溫層連續(xù)無縫施工；在墻體施工時，可采用免拆模板現(xiàn)澆 一體化成型施工工藝，工序大為簡化，施工效率高，整體性好。除了現(xiàn)場澆筑，聚合物水泥 泡沫材料還可預制成復合板材，粘貼或干掛施工，還可應用于夾芯或填芯墻體自保溫系統(tǒng)， 施工方式靈活多樣，應用面廣，適應性強，具有廣闊的應用前景。
本發(fā)明采用了以下技術(shù)措施
(1) 聚合物水泥泡沫料漿凝固前存在眾多的氣-液-固界面，屬熱力學上的不穩(wěn)定體系， 在重力、表面張力等作用下，通常的氣泡液膜會逐漸減薄，最終導致泡沫破裂。而本材料的 制備要求泡沫具有極高的穩(wěn)定性，為此我們采用了以下技術(shù)措施①提高發(fā)泡液粘度；②添 加可降低液體表面張力的外加劑；③調(diào)控表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)等。這些方法增強了液膜粘 彈性和強度，從而得到了極其穩(wěn)定的泡沫。
(2) 通過對發(fā)泡機進行改裝，設(shè)計安裝了可以控制泡徑的裝置，并通過調(diào)控氣壓、進氣 量與進液量兩者的比例，得到了微小、均勻、穩(wěn)定的泡沫。
(3) 對于泡沫保溫材料來說，氣泡越密閉，阻止熱傳遞的效果就越好。對于通常的發(fā)泡 水泥而言，泡壁是由水泥顆粒硬化而成，泡壁封閉性不佳。本發(fā)明通過加入成膜聚合物對其 進行改性，聚合物附著在水泥顆?；蚰z體表面形成了一個比較完整、連續(xù)、密實的膜結(jié)構(gòu)， 從而提高了泡壁的封閉性，因而大大提高了泡沫材料的保溫效果。
(4) 制備聚合物水泥泡沫漿料的總水量是由泡沫中的水和漿體拌和水兩部分組成的。為 保證材料的輕質(zhì)化和保溫效果就必須加入大量的泡沫，相應地就帶入了大量的水。為此，本 發(fā)明通過控制發(fā)泡設(shè)備氣壓和進液量等技術(shù)措施，降低泡沫含水量；此外通過專用高效減水 劑來降低漿體總水量，從而使超輕質(zhì)材料達到預期的強度。
(5) 泡沫與凈漿混合形成泡沫料漿，凝固前組成泡膜的發(fā)泡液在重力作用下向下移動導 致泡壁變薄，直到包裹泡沫的水泥漿硬化到足夠取代泡沫中的氣壓來支撐整個體系，此時材 料的孔結(jié)構(gòu)才穩(wěn)定下來。否則，泡沫在水泥漿硬化之前破裂，就會導致泡沫漿體系的坍塌， 即所謂的"塌模"現(xiàn)象。本發(fā)明通過調(diào)整穩(wěn)泡劑用量，采用促凝、早強、高強等技術(shù)措施， 控制料漿的凝結(jié)時間，提高泡沫料漿的體積穩(wěn)定性，減免"塌模"現(xiàn)象。(6)泡沫材料的承載力源于泡壁。本發(fā)明通過引入一種納米材料對組成泡壁的硬化水泥 漿體結(jié)構(gòu)進行增強。這種納米材料可以提高泡壁材料的連續(xù)性和均勻性，同時促使泡壁材料 微觀結(jié)構(gòu)的有序化排列，從而提高材料強度和保溫效果。
所述的高性能聚合物水泥泡沫材料，其特征在于其由下列組分配置而成，各組分按重 量份數(shù)分別為
硫鋁酸鹽水泥
摻和料
聚合物
發(fā)泡劑
復合外加劑
纖維
水
500—1000份 500—0份 20—100份 20—100份 5-20份 0-20份 500-900份
所述的硫鋁酸鹽水泥為市售產(chǎn)品，3d抗壓強度》80MPa,質(zhì)量符合相關(guān)標準。 所述摻和料為S95級磨細礦渣或I級粉煤灰，比表面積》400m7kg,質(zhì)量符合相關(guān)標準。 所述聚合物系市售HJ聚合物產(chǎn)品，固體含量40-60%，典型粒徑0.1-0.3 ym， PH值7-9。 所述的發(fā)泡劑系市售HJ發(fā)泡劑產(chǎn)品，屬于第四代復合型發(fā)泡劑，除了含有合成類表面活
性劑外，還加入了增泡組分、穩(wěn)泡組分、改性劑以及其它功能調(diào)節(jié)組分，因此得到的泡沫綜
合性能更為均衡，泡沫穩(wěn)定性極好。
所述復合外加劑系市售HJ復合外加劑產(chǎn)品，含有多種功能調(diào)節(jié)組分，具有減水、促凝、
早強、增強、憎水、提高料漿穩(wěn)定性等多種功能，同時還包含一種納米級增效材料，顆粒粒
徑為50nrn左右，可以促使泡壁材料微觀結(jié)構(gòu)有序化排列，提高了泡壁材料的連續(xù)性和均勻性，
從而提高強度和保溫性。
所述纖維系市售PP聚丙烯纖維，長度3mm 6mm。
本發(fā)明的制備方法為
首先將發(fā)泡劑與水按l: IO的比例配制為發(fā)泡液，將其通過壓縮空氣發(fā)泡機制備成均勻、 微小、穩(wěn)定、封閉的泡沫；同時將水泥、摻和料、聚合物、復合外加劑、纖維和剩余水按照
配比高速攪拌制備成聚合物水泥凈漿，然后將泡沫通過管道直接輸入攪拌機與聚合物水泥凈 漿進行攪拌，混合均勻成料漿，澆筑成型、自然養(yǎng)護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術(shù)性能如下序號檢驗項目單位試驗結(jié)果參照標準
01濕表觀密度kg/m3200-280
02干表觀密度kg/m3160-190
03導熱系數(shù)W/ (m K)0. 045-0. 049
04蓄熱系數(shù)W/(tn、K)1.00-1.20JG158-2004
05抗壓強度kPa220-30006壓剪粘結(jié)強度kPa60-100
07軟化系數(shù)一0. 60-0. 80
08線性收縮率%0. 10-0. 20
09燃燒性能—A級(不燃材料)GB/T20473-2006
10體積吸水率%4. 0-9. 0GB/T16401-1996
備注(1)導熱系數(shù)平均溫度:25. 00。C;
(2)蓄熱系數(shù)平均溫度22.90'C。
具體實施例方式
實施例1:
以下份數(shù)如無特殊說明均為重量份數(shù)。
硫鋁酸鹽水泥700份
摻和料300份
聚合物50份
發(fā)泡劑50份
復合外加劑12. 5份
纖維9份
水700份
所述的硫鋁酸鹽水泥為市售產(chǎn)品，3d抗壓強度》80MPa,質(zhì)量符合相關(guān)標準。 所述摻和料為S95級磨細礦渣或I級粉煤灰，比表面積》400m7kg，質(zhì)量符合相關(guān)標準。 所述聚合物系市售HJ聚合物產(chǎn)品，固體含量40-60%,典型粒徑0.1-0.3 um， PH值7-9。 所述的發(fā)泡劑系市售HJ發(fā)泡劑產(chǎn)品，屬于第四代復合型發(fā)泡劑，除了含有合成類表面活
性劑外，還加入了增泡組分、穩(wěn)泡組分、改性劑以及其它功能調(diào)節(jié)組分，因此得到的泡沫綜
合性能更為均衡，泡沫穩(wěn)定性極好。
所述復合外加劑系市售HJ復合外加劑產(chǎn)品，含有多種功能調(diào)節(jié)組分，具有減水、促凝、
早強、增強、憎水、提高料漿穩(wěn)定性等多種功能，同時還包含一種納米級增效材料，顆粒粒
徑為50nm左右，可以促使泡壁材料微觀結(jié)構(gòu)有序化排列，提高了泡壁材料的連續(xù)性和均勻性,從而提高強度和保溫性。
所述纖維系市售PP聚丙烯纖維，長度3mm 6mm。
所述材料的制備方法為
首先將發(fā)泡劑與水按質(zhì)量比l: IO配制成發(fā)泡液，將其通過壓縮空氣發(fā)泡機制備成均勻、 微小、穩(wěn)定的泡沫待用；與此同時將水泥、摻和料和纖維在凈漿攪拌機中慢速(公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速60 土10r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速140±10r/min)混合30s，接著依次加入剩余水、聚合物和復合外加劑 等高速攪拌(公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速125±10r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速285± 10r/min) 150 s制備成聚合物水泥凈漿， 然后分別將泡沫與聚合物水泥凈漿輸入料漿攪拌機進行低速攪拌(轉(zhuǎn)速50±10r/min)4± lmin，混合均勻成料漿，澆筑成型、自然養(yǎng)護硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。
實施例1聚合物水泥泡沫材料技術(shù)性能如下:
序號檢驗項目單位檢驗結(jié)果參照標準
01濕表觀密度kg/m3248
02干表觀密度kg/m3184
03導熱系數(shù)W/ (m K)0.047
04蓄熱系數(shù)W/(m2 K)1.02JG158-2004
05抗壓強度kPa27406壓剪粘結(jié)強度kPa84
07軟化系數(shù)一0.72
08線性收縮率%0. 16
09燃燒性能—■A級(不燃材料)GB/T20473-2006
10體積吸水率%4. 9GB/T16401-1996
備注(1)導熱系數(shù)平均溫度:25.0CTC;
(2)蓄熱系數(shù)平均溫度22.90°C。
實施例2:
硫鋁酸鹽水泥
摻和料
聚合物
發(fā)泡劑
復合外加劑
纖維
水
1000份
()份 50份 5()份 12. 5份 9份 7()()份所述的硫鋁酸鹽水泥為市售產(chǎn)品，3d抗壓強度》80MPa，質(zhì)量符合相關(guān)標準。 所述摻和料為S95級磨細礦渣或I級粉煤灰，比表面積》400m7kg，質(zhì)量符合相關(guān)標準。 所述聚合物系市售HJ聚合物產(chǎn)品，固體含量40-60%，典型粒徑0.1-0.3 lim， PH值7-9。 所述的發(fā)泡劑系市售HJ發(fā)泡劑產(chǎn)品，屬于第四代復合型發(fā)泡劑，除了含有合成類表面活
性劑外，還加入了增泡組分、穩(wěn)泡組分、改性劑以及其它功能調(diào)節(jié)組分，因此得到的泡沫綜
合性能更為均衡，泡沫穩(wěn)定性極好。
所述復合外加劑系市售HJ復合外加劑產(chǎn)品，含有多種功能調(diào)節(jié)組分，具有減水、促凝、
早強、增強、憎水、提高料漿穩(wěn)定性等多種功能，同時還包含一種納米級增效材料，顆粒粒
徑為50nm左右，可以促使泡壁材料微觀結(jié)構(gòu)有序化排列，提高了泡壁材料的連續(xù)性和均勻性，
從而提高強度和保溫性。
所述纖維系市售PP聚丙烯纖維，長度3mm 6mm。
所述材料的的制備方法為
首先將發(fā)泡劑與水按質(zhì)量比l: IO配制成發(fā)泡液，將其通過壓縮空氣發(fā)泡機制備成均勻、 微小、穩(wěn)定的泡沫待用；與此同時將水泥、摻和料和纖維在凈漿攪拌機中慢速(公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速60 土10r/min，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速140±10r/min)混合30s，接著依次加入剩余水、聚合物和復合外加劑 等高速攪拌(公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速125±10r/min,自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速285± 10r/min) 150 s制備成聚合物水泥凈漿， 然后分別將泡沫與聚合物水泥凈漿輸入料漿攪拌機進行低速攪拌(轉(zhuǎn)速50±10r/min)4± lmin，混合均勻成料漿，澆筑成型、自然養(yǎng)護硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。
實施例2聚合物水泥泡沫材料技術(shù)性能如下.-
序號檢驗項目單位檢驗結(jié)果參照標準
01濕表觀密度kg/m'1252
02干表觀密度kg/m'1187
03導熱系數(shù)W/ (m K)0. 048
04蓄熱系數(shù)W/(m2 K)1.01JG158-2004
05抗壓強度kPa28706壓剪粘結(jié)強度kPa88
07軟化系數(shù)一0. 73
08線性收縮率%0. 18
09燃燒性能一A級(不燃材料)GB/T20473-2006
10體積吸水率%4.8GB/T翻H996
備注(1)導熱系數(shù)平均溫度.-25. 00°C;
(2)蓄熱系數(shù)平均溫度:22.90°C。本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)點
(1) 經(jīng)成膜聚合物改性后，泡沫材料呈現(xiàn)閉孔結(jié)構(gòu)，保溫性能明顯增強，導熱系數(shù)《
0.049W/(m*K);而且由于聚合物的引入，材料具有良好的韌性、粘結(jié)性和防水性。
(2) 通過控制泡沫含水量、降低水料比以及納米改性技術(shù)，使得在加入大量泡沫、超輕 質(zhì)化(《190kg/m3)的前提下，材料的強度》220kPa，更好地滿足保溫工程的要求。
(3) 采用專用發(fā)泡劑制備的泡沫穩(wěn)定性極強，半消時間》1000min，再結(jié)合促凝、早強 等技術(shù)措施，從根本上消除了材料的塌?，F(xiàn)象。
(4) 通過疏水化處理技術(shù)使聚合吻水泥泡沫材料在超低密度情況下的軟化系數(shù)》0. 60。
(5) 由于本材料為水泥基材料，引入少量的成膜聚合物均勻地分散在水泥中，經(jīng)檢測部 門檢驗燃燒性能為A級(不燃材料)，具有良好的防火性和耐久性，可與建筑物同壽命。
權(quán)利要求
1. 一種高性能聚合物水泥泡沫材料，其特征在于，該材料的配比按各組分重量份數(shù)分別為硫鋁酸鹽水泥 500—1000份摻和料 500—0份聚合物 20—100份發(fā)泡劑 20—100份復合外加劑 5-20份纖維 0-20份水 500-900份所述的硫鋁酸鹽水泥為市售產(chǎn)品，3d抗壓強度≥80MPa，質(zhì)量符合相關(guān)標準；所述摻和料為S95級磨細礦渣或I級粉煤灰，比表面積≥400m2/kg，質(zhì)量符合相關(guān)標準；所述聚合物系市售HJ聚合物產(chǎn)品，固體含量40-60％，典型粒徑0.1-0.3μm，PH值7-9；所述的發(fā)泡劑系市售HJ發(fā)泡劑產(chǎn)品，屬于第四代復合型發(fā)泡劑，除了含有合成類表面活性劑外，還加入了增泡組分、穩(wěn)泡組分、改性劑以及其它功能調(diào)節(jié)組分，因此得到的泡沫綜合性能更為均衡，泡沫穩(wěn)定性極好；所述復合外加劑系市售HJ復合外加劑產(chǎn)品，含有多種功能調(diào)節(jié)組分，具有減水、促凝、早強、增強、憎水、提高料漿穩(wěn)定性等多種功能，同時還包含一種納米級增效材料，顆粒粒徑為50nm左右，可以促使泡壁材料微觀結(jié)構(gòu)有序化排列，提高了泡壁材料的連續(xù)性和均勻性，從而提高強度和保溫性；所述纖維系市售PP聚丙烯纖維，長度3mm～6mm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高性能聚合物水泥泡沫材料，特征在于其干表觀密度《 190kg/m 抗壓強度》0.22MPa，導熱系數(shù)《0. 049W/(m K),軟化系數(shù)》0. 60，燃燒性能A 級(不燃材料)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能泡沫，其特征在于所述的泡沫獨立、微小、封閉、大 小均，泡徑《1咖,半消時間》1000min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物，其特征在于所述聚合物可以附著在泡壁水泥顆粒或 凝膠體表面形成了一個比較完整、連續(xù)、密實的膜結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合外加劑，其特征在于其包含一種納米級增效材料，顆粒粒徑為50nm左右，可以促使泡壁材料微觀結(jié)構(gòu)有序化排列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合外加劑，其特征在于其含有料漿穩(wěn)定劑、促凝劑、早強劑、 減水劑、憎水劑等。摻和料 聚合物 發(fā)泡劑復合外加劑500 — 0份 20—100份 20 —100份 5-20份纖維 水0-20份 500-900份
7. —種制備權(quán)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藝，其特征為:首先將發(fā)泡劑與水按l: IO的比例配制為發(fā)泡液，將其通過壓縮空氣發(fā)泡機制備 成微小、均勻、穩(wěn)定的泡沫；同時將水泥、摻和料、聚合物、復合外加劑、纖維和剩余水按 照上述配方攪拌制備成聚合物水泥凈漿，然后將泡沫通過管道直接輸入攪拌機與聚合物水泥 凈漿進行攪拌，混合均勻成料槳，澆筑成型、自然養(yǎng)護硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能聚合物水泥泡沫材料及其制備方法，該材料的配比為各組分按重量份數(shù)分別為硫鋁酸鹽水泥500-1000份、摻和料500-0份、聚合物20-100份、發(fā)泡劑20-100份、復合外加劑5-20份、纖維0-20份、水500-900份，其制備方法為首先將發(fā)泡劑與水按1∶10的比例配制為發(fā)泡液，將其通過壓縮空氣發(fā)泡機制備成微小、均勻、穩(wěn)定的泡沫；同時將水泥、摻和料、聚合物、復合外加劑、纖維和剩余水按照上述配方攪拌制備成聚合物水泥凈漿，然后將泡沫與聚合物水泥凈漿輸入料漿攪拌機進行攪拌，混合均勻成料漿，澆筑成型、自然養(yǎng)護硬化即得高性能聚合物水泥泡沫材料。本發(fā)明克服了無機泡沫材料脆性大、吸水率高、保溫效果差的缺點，也避免了有機保溫材料易燃燒、耐候性差的缺陷，輕質(zhì)、保溫、經(jīng)濟、環(huán)保、利廢、無毒、耐久、與建筑物同壽命?？蓱糜谖菝?、墻體和地面(地暖)保溫。
文檔編號C04B28/06GK101412610SQ200810177390
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者徐洛屹, 扈士凱, 李應權(quán), 策 段, 寧 羅 申請人:建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心