一种隔热混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料生产技术领域，具体涉及一种隔热混凝土及其制备方法。

背景技术

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶凝材料，颗粒状集料(也称为骨料)，水，以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。

目前，现有技术中所制备的混凝土虽然又有一定的力学性能，且价格相对比较低廉。但是，其本身不仅隔热性能相对较差，而且本身的密度也相对较大，为施工时带来不便。另外，其本身的抗冲击性能也相对较差，有待进一步地提高。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明的其中一个目的在于提供一种隔热混凝土，其不仅具有很好的隔热性能，而且相比较于传统的混凝土，其本身的密度相对较小，隔音性能及防水性能也相对较为优越。另外，其本身还具有较好的抗冲击性能及耐久性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种隔热混凝土，由以下重量份数的原料组成：超细矿粉1430～1500份、水泥170～210份、硅灰23～30份、聚丙烯短纤维13～18份、保温凝胶12～16份、改性蛭石粉30～36份、空心玻璃微珠25～38份、亚硝酸钠7～10份、三乙醇胺6～9份、发泡剂9～13份、稳泡剂4～7份、引气剂0.6～0.8份、减水剂3～8份和水220～250份。

通过采用上述技术方案：本发明以改性蛭石粉、聚丙烯短纤维、硅灰、保温凝胶、空心玻璃珠及发泡剂等作为制备隔热混凝土的原料，其中保温凝胶之间相互协同能显著提高本发明所制备的混凝土的隔热性能的同时，还能有效地提高混凝土的抗冲击性能及耐久性能，使得所制备的混凝土具有较为优越的力学性能。

本发明进一步设置为：所述保温凝胶的制备方法为：

Ⅰ、向蒸馏水和乙醇组成的混合组分中加入适量的硅酸四乙酯、纳米纤维素纤维及甲壳素纤维，混合搅拌60～80min后向其中加入适量的浓度为1.0～1.5mol/L的盐酸溶液将其pH调节至4.5～5.0，混合搅拌均匀后静置20～24h，然后边搅拌边加入浓度为8～12％的氨水将其pH调制6.8～7.8，再将所得的混合组分密闭并置于温度为40～55℃的烘箱内进行干燥凝胶，最后在室温下老化2～3d；

其中，硅酸四乙酯、乙醇和蒸馏水的物质的量之比为1：3.6～4.0：7.8～8.5，纳米纤维素纤维、甲壳素纤维及蒸馏水的质量比为3.5～4.2：1.8～2.3：100～120；

Ⅱ、将上述老化完毕的凝胶放入正己烷中浸泡40～48h，浸泡过程中将正己烷更换三次，然后将湿凝胶中残留的水和乙醇置换出来，再将浓度为14.8～16.5％的三甲基氯硅烷的正己烷溶液加入置换完毕的凝胶中，对其进行改性处理2～4d；最后把液体除去放入干燥器内干燥2d后再放入烘箱中进行干燥，干燥后所得即为保温凝胶。

通过采用上述技术方案：本发明以硅酸四乙酯、纳米纤维素纤维、甲壳素纤维及乙醇等作为制备保温凝胶的原料；其中，纳米纤维素纤维及甲壳素纤维的掺入能对保温凝胶内部起到很好的填充作用，有效地提高了保温凝胶的隔热效果。另外，本发明所制备的保温凝胶本身还就有很好的疏水性，且空间结构疏松多孔且相对比较致密。硅灰本身能有效填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，其与本发明所制备的保温凝胶之间相互协同能显著提高本发明所制备的混凝土的隔热性能的同时，还能有效地提高混凝土的抗冲击性能及耐久性能，使得所制备的混凝土具有较为优越的力学性能。

本发明进一步设置为：所述改性蛭石粉的制备方法为：将称量好的蛭石粉碎至合适粒径后转入高温膨胀炉内，在炉膛的膨胀温度为700～800℃的条件下对蛭石粉进行膨化处理4～7s，然后通过空气压缩机将有机硅防水剂均匀地喷涂至膨化蛭石粉的表面，最后将喷涂后的膨胀蛭石粉在90～100℃下烘干3～4h，即得改性蛭石粉成品；

其中，所述有机硅防水剂按重量百分比计，由以下成分组成：4.5～5.2％甲基硅酸钠、硫酸铝0.2～0.32％余量为水。

通过采用上述技术方案：本发明通过对蛭石粉进行高温膨化改性，使其体积迅速膨胀数倍至数十倍，体积膨胀后的蛭石的隔热性能得到大幅度地提升；然后再对膨化后的蛭石粉的表面喷涂有机硅防水剂，不仅能使蛭石粉由亲水性变为疏水性，使其与各原料之间混合地更加均匀，而且还能进一步提高其隔热性能，使得所制备的混凝土具有优良的隔热性能。

本发明进一步设置为：所述发泡剂选用质量分数为30～36％的双氧水溶液。

通过采用上述技术方案：发泡剂的使用能使得本发明所制备的混凝土中含有大量的封闭空隙，不仅有效地减小了混凝土的密度，而且还能有效地提高混凝土的隔热、隔音性能及防水性能。

本发明进一步设置为：所述稳泡剂选用十二烷基磺酸钠、硬脂酸钙或羟丙基甲基纤维素醚中的任意一种。

通过采用上述技术方案：稳泡剂的使用不仅能提高浆料的粘度，提高其凝胶能力，而且还能提高各物料的分散性能，能使料浆中的固体微粒均匀分散、悬浮。减少制品的上、中、下体积密度差，使气孔分布均匀，显著改善气孔结构，减少串孔，提高制品的物理性能，减少塌模的概率。

本发明进一步设置为：所述引气剂为松香树脂类引气剂或烷基芳烃磺酸类引气剂。

通过采用上述技术方案：引气剂的使用能有效地提高本发明所制备的混凝土的抗冻性能及抗渗性能，使得本发明制备的混凝土的品质得到大幅度地提升。

本发明进一步设置为：所述减水剂为木质素磺酸盐、三聚氰胺甲醛缩聚物或聚羧酸盐减水剂中的任意一种。

通过采用上述技术方案：减水剂的使用能在维持混凝土坍落度不变的条件下，减少拌合用水量。其对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性；或减少单位水泥用量，节约水泥。

本发明的另一个目的在于提供一种隔热混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述重量份配比准确称取各原料，并分别将超细矿粉、水泥、硅灰、聚丙烯短纤维、保温凝胶、改性蛭石粉、空心玻璃微珠、亚硝酸钠、三乙醇胺和水加入到搅拌罐中，以100～180r/min的速率混合搅拌3～5min后，然后向搅拌釜中加入除发泡剂以外的剩余原料，再以200～300r/min的速率搅拌5～8min后，向搅拌罐中加入发泡剂并将其搅拌均匀后得混合浆料；

S2、将步骤S1中所得的混合浆料倒入模箱，静置发泡后，得泡沫混凝土胚体；然后将所得的泡沫混凝土胚体在加热仓中进行热养护；

S3、将步骤S2中热养护后的泡沫混凝土胚体置于常温下进行加湿养护，即得泡沫混凝土成品。

通过采用上述技术方案：发泡剂的使用，能使得本发明所制备的混凝土中含有大量的封闭空隙，不仅有效地减小了混凝土的密度，而且还能有效地提高混凝土的隔热、隔音性能及防水性能，这使得本发明所制备的混凝土不仅具有很好的隔热性能，而且相比较于传统的混凝土，其本身的密度相对较小，隔音性能及防水性能也相对较为优越。另外，其本身还具有较好的抗冲击性能及耐久性能。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明以硅酸四乙酯、纳米纤维素纤维、甲壳素纤维及乙醇等作为制备保温凝胶的原料；其中，纳米纤维素纤维及甲壳素纤维的掺入能对保温凝胶内部起到很好的填充作用，有效地提高了保温凝胶的隔热效果；另外，本发明所制备的保温凝胶本身还就有很好的疏水性，且空间结构疏松多孔且相对比较致密。硅灰本身能有效填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，其与本发明所制备的保温凝胶之间相互协同能显著提高本发明所制备的混凝土的隔热性能的同时，还能有效地提高混凝土的抗冲击性能及耐久性能，使得所制备的混凝土具有较为优越的力学性能；

2、本发明通过对蛭石粉进行高温膨化改性，使其体积迅速膨胀数倍至数十倍，体积膨胀后的蛭石的隔热性能得到大幅度地提升；然后再对膨化后的蛭石粉的表面喷涂有机硅防水剂，不仅能使蛭石粉由亲水性变为疏水性，使其与各原料之间混合地更加均匀，而且还能进一步提高其隔热性能，使得所制备的混凝土具有优良的隔热性能；

3、发泡剂的使用，能使得本发明所制备的混凝土中含有大量的封闭空隙，不仅有效地减小了混凝土的密度，而且还能有效地提高混凝土的隔热、隔音性能及防水性能。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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作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。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

一种隔热混凝土，由以下重量份数的原料组成：超细矿粉1430份、水泥170份、硅灰23份、聚丙烯短纤维13份、保温凝胶12份、改性蛭石粉30份、空心玻璃微珠25份、亚硝酸钠7份、三乙醇胺6份、发泡剂9份、稳泡剂4份、引气剂0.6份、减水剂3份和水220份。

保温凝胶的制备方法为：

Ⅰ、向蒸馏水和乙醇组成的混合组分中加入适量的硅酸四乙酯、纳米纤维素纤维及甲壳素纤维，混合搅拌60min后向其中加入适量的浓度为1.0mol/L的盐酸溶液将其pH调节至4.5，混合搅拌均匀后静置20h，然后边搅拌边加入浓度为8％的氨水将其pH调制6.8，再将所得的混合组分密闭并置于温度为40℃的烘箱内进行干燥凝胶，最后在室温下老化2d；

其中，硅酸四乙酯、乙醇和蒸馏水的物质的量之比为1：3.6：7.8，纳米纤维素纤维、甲壳素纤维及蒸馏水的质量比为3.5：1.8：100；

Ⅱ、将上述老化完毕的凝胶放入正己烷中浸泡40h，浸泡过程中将正己烷更换三次，然后将湿凝胶中残留的水和乙醇置换出来，再将浓度为14.8％的三甲基氯硅烷的正己烷溶液加入置换完毕的凝胶中，对其进行改性处理2d；最后把液体除去放入干燥器内干燥2d后再放入烘箱中进行干燥，干燥后所得即为保温凝胶。

改性蛭石粉的制备方法为：将称量好的蛭石粉碎至合适粒径后转入高温膨胀炉内，在炉膛的膨胀温度为700℃的条件下对蛭石粉进行膨化处理4s，然后通过空气压缩机将有机硅防水剂均匀地喷涂至膨化蛭石粉的表面，最后将喷涂后的膨胀蛭石粉在90℃下烘干3h，即得改性蛭石粉成品；

其中，有机硅防水剂按重量百分比计，由以下成分组成：4.5％甲基硅酸钠、硫酸铝0.2％余量为水。

发泡剂选用质量分数为30％的双氧水溶液。

稳泡剂选用十二烷基磺酸钠。

引气剂为松香树脂类引气剂。

减水剂为木质素磺酸盐。

一种隔热混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述重量份配比准确称取各原料，并分别将超细矿粉、水泥、硅灰、聚丙烯短纤维、保温凝胶、改性蛭石粉、空心玻璃微珠、亚硝酸钠、三乙醇胺和水加入到搅拌罐中，以100r/min的速率混合搅拌3min后，然后向搅拌釜中加入除发泡剂以外的剩余原料，再以200r/min的速率搅拌5min后，向搅拌罐中加入发泡剂并将其搅拌均匀后得混合浆料；

S2、将步骤S1中所得的混合浆料倒入模箱，静置发泡后，得泡沫混凝土胚体；然后将所得的泡沫混凝土胚体在加热仓中进行热养护；

S3、将步骤S2中热养护后的泡沫混凝土胚体置于常温下进行加湿养护，即得泡沫混凝土成品。

实施例2

一种隔热混凝土，由以下重量份数的原料组成：超细矿粉1480份、水泥200份、硅灰25份、聚丙烯短纤维15份、保温凝胶14份、改性蛭石粉34份、空心玻璃微珠32份、亚硝酸钠8份、三乙醇胺7份、发泡剂10份、稳泡剂5份、引气剂0.7份、减水剂5份和水240份。

保温凝胶的制备方法为：

Ⅰ、向蒸馏水和乙醇组成的混合组分中加入适量的硅酸四乙酯、纳米纤维素纤维及甲壳素纤维，混合搅拌70min后向其中加入适量的浓度为1.2mol/L的盐酸溶液将其pH调节至4.8，混合搅拌均匀后静置22h，然后边搅拌边加入浓度为10％的氨水将其pH调制7.5，再将所得的混合组分密闭并置于温度为50℃的烘箱内进行干燥凝胶，最后在室温下老化2d；

其中，硅酸四乙酯、乙醇和蒸馏水的物质的量之比为1：3.8：8.0，纳米纤维素纤维、甲壳素纤维及蒸馏水的质量比为3.8：2.0：110；

Ⅱ、将上述老化完毕的凝胶放入正己烷中浸泡45h，浸泡过程中将正己烷更换三次，然后将湿凝胶中残留的水和乙醇置换出来，再将浓度为15.2％的三甲基氯硅烷的正己烷溶液加入置换完毕的凝胶中，对其进行改性处理2d；最后把液体除去放入干燥器内干燥2d后再放入烘箱中进行干燥，干燥后所得即为保温凝胶。

改性蛭石粉的制备方法为：将称量好的蛭石粉碎至合适粒径后转入高温膨胀炉内，在炉膛的膨胀温度为750℃的条件下对蛭石粉进行膨化处理5s，然后通过空气压缩机将有机硅防水剂均匀地喷涂至膨化蛭石粉的表面，最后将喷涂后的膨胀蛭石粉在95℃下烘干3h，即得改性蛭石粉成品；

其中，有机硅防水剂按重量百分比计，由以下成分组成：4.8％甲基硅酸钠、硫酸铝0.28％余量为水。

发泡剂选用质量分数为32％的双氧水溶液。

稳泡剂选用硬脂酸钙。

引气剂为烷基芳烃磺酸类引气剂。

减水剂为三聚氰胺甲醛缩聚物。

一种隔热混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述重量份配比准确称取各原料，并分别将超细矿粉、水泥、硅灰、聚丙烯短纤维、保温凝胶、改性蛭石粉、空心玻璃微珠、亚硝酸钠、三乙醇胺和水加入到搅拌罐中，以150r/min的速率混合搅拌4min后，然后向搅拌釜中加入除发泡剂以外的剩余原料，再以240r/min的速率搅拌6min后，向搅拌罐中加入发泡剂并将其搅拌均匀后得混合浆料；

S2、将步骤S1中所得的混合浆料倒入模箱，静置发泡后，得泡沫混凝土胚体；然后将所得的泡沫混凝土胚体在加热仓中进行热养护；

S3、将步骤S2中热养护后的泡沫混凝土胚体置于常温下进行加湿养护，即得泡沫混凝土成品。

实施例3

一种隔热混凝土，由以下重量份数的原料组成：超细矿粉1500份、水泥210份、硅灰30份、聚丙烯短纤维18份、保温凝胶16份、改性蛭石粉36份、空心玻璃微珠38份、亚硝酸钠10份、三乙醇胺9份、发泡剂13份、稳泡剂7份、引气剂0.8份、减水剂8份和水250份。

保温凝胶的制备方法为：

Ⅰ、向蒸馏水和乙醇组成的混合组分中加入适量的硅酸四乙酯、纳米纤维素纤维及甲壳素纤维，混合搅拌80min后向其中加入适量的浓度为1.5mol/L的盐酸溶液将其pH调节至5.0，混合搅拌均匀后静置24h，然后边搅拌边加入浓度为12％的氨水将其pH调制7.8，再将所得的混合组分密闭并置于温度为55℃的烘箱内进行干燥凝胶，最后在室温下老化3d；

其中，硅酸四乙酯、乙醇和蒸馏水的物质的量之比为1：4.0：8.5，纳米纤维素纤维、甲壳素纤维及蒸馏水的质量比为4.2：2.3：120；

Ⅱ、将上述老化完毕的凝胶放入正己烷中浸泡48h，浸泡过程中将正己烷更换三次，然后将湿凝胶中残留的水和乙醇置换出来，再将浓度为16.5％的三甲基氯硅烷的正己烷溶液加入置换完毕的凝胶中，对其进行改性处理4天；最后把液体除去放入干燥器内干燥2d后再放入烘箱中进行干燥，干燥后所得即为保温凝胶。

改性蛭石粉的制备方法为：将称量好的蛭石粉碎至合适粒径后转入高温膨胀炉内，在炉膛的膨胀温度为800℃的条件下对蛭石粉进行膨化处理7s，然后通过空气压缩机将有机硅防水剂均匀地喷涂至膨化蛭石粉的表面，最后将喷涂后的膨胀蛭石粉在100℃下烘干4h，即得改性蛭石粉成品；

其中，有机硅防水剂按重量百分比计，由以下成分组成：5.2％甲基硅酸钠、硫酸铝0.32％余量为水。

发泡剂选用质量分数为36％的双氧水溶液。

稳泡剂选用羟丙基甲基纤维素醚。

引气剂为松香树脂类引气剂。

减水剂为聚羧酸盐减水剂。

一种隔热混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、按上述重量份配比准确称取各原料，并分别将超细矿粉、水泥、硅灰、聚丙烯短纤维、保温凝胶、改性蛭石粉、空心玻璃微珠、亚硝酸钠、三乙醇胺和水加入到搅拌罐中，以180r/min的速率混合搅拌5min后，然后向搅拌釜中加入除发泡剂以外的剩余原料，再以300r/min的速率搅拌8min后，向搅拌罐中加入发泡剂并将其搅拌均匀后得混合浆料；

S2、将步骤S1中所得的混合浆料倒入模箱，静置发泡后，得泡沫混凝土胚体；然后将所得的泡沫混凝土胚体在加热仓中进行热养护；

S3、将步骤S2中热养护后的泡沫混凝土胚体置于常温下进行加湿养护，即得泡沫混凝土成品。

性能测试

对比例：河南郑州市某混凝土有限公司生产的混凝土产品；

实施例：根据本发明中实施例1、实施例2和实施例3制备的混凝土产品；

导热系数：将各实施例和各对比例制备的混凝土浇筑在尺寸为30cm×30cm×5cm的模具内，将模具置于温度20±2℃，湿度为95％以上的标准养护室内养护28天，实施例1-3和对比例制成的试样各10块，按照GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测定，试验温度为25℃，环境保持干燥状态避免湿度对混凝土导热系数的影响，冷板温度为25℃，热板温度为35℃，冷热板温度梯度为10k，每个实施例或对比例中10个试样的测试结果取平均值。

然后将对比例及实施例1～3所测得的各项检测数据记录于下表：

由上表中的相关数据可知，根据本发明提供的技术方案制备的混凝土的隔热性能及力学性能明显优于对比例所提供的混凝土产品，且密度也相对较小。由此表明本发明制备的隔热混凝土及其制备方法具有更广阔的市场前景，更适宜推广。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。