本發(fā)明涉及水泥基多孔材料領(lǐng)域，用于房屋建筑等領(lǐng)域的保溫隔熱。其具體是通過納米顆粒包裹預(yù)制泡沫以此來改善泡沫的穩(wěn)定性，從而制備一種超輕水泥基多孔材料。
背景技術(shù)：
：水泥基多孔材料是將預(yù)制的泡沫通過機(jī)械攪拌的方式均勻摻入到水泥基膠凝材料凈漿或砂漿中，經(jīng)過泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的輕質(zhì)保溫材料，這種水泥基材料內(nèi)部具有大量封閉、均勻細(xì)小孔隙，具有質(zhì)量輕、施工性好、保溫隔熱、耐火吸能等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于屋面墻體保溫，回填工程，防護(hù)工程等領(lǐng)域，是一種節(jié)能環(huán)保的新型建筑材料。在墻體保溫領(lǐng)域，發(fā)展水泥基多孔材料也是取代傳統(tǒng)易燃有機(jī)保溫材料的趨勢之一。資料表明，水泥基多孔材料的保溫性能隨著密度的降低而增加，在密度低于300kg/m3時(shí)，水泥基多孔材料的保溫性能可媲美傳統(tǒng)有機(jī)保溫板。但超輕水泥基多孔材料的制備工藝復(fù)雜，質(zhì)量可控性差。這是由于預(yù)制泡沫自身不穩(wěn)定，在水泥基多孔材料凝結(jié)之前易融合長大，并且由于漿體用量少，氣泡的滲透-遷移-融合現(xiàn)象更加明顯，造成水泥基多孔材料內(nèi)部泡徑大，尺寸不均勻，使得性能變差，嚴(yán)重時(shí)造成水泥基多孔材料塌陷，造成工程上經(jīng)濟(jì)損失。而常規(guī)使用促凝劑和快硬水泥的方法又是以犧牲后期強(qiáng)度為代價(jià)的。穩(wěn)定性好的泡沫可有效降低水泥基多孔材料的不穩(wěn)定現(xiàn)象。然而，目前關(guān)于提高泡沫穩(wěn)定性的研究較少。因此，制備一種適用于水泥基材料體系的穩(wěn)定性泡沫對(duì)于制備超輕水泥基多孔材料顯得尤為重要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的內(nèi)容在于通過納米顆粒改性發(fā)泡劑方法來制備一種穩(wěn)定性良好并且尺寸細(xì)小的泡沫以此來制備超輕水泥基多孔材料。技術(shù)方案：一種納米顆粒改性發(fā)泡劑，以質(zhì)量份計(jì)，組成為：納米顆粒0.1～10份，分散劑0.1～10份，表面活性劑1～5份，氫氧化鈉0.05～1份，去離子水90～97份；所述的納米顆粒為納米SiO2；所述的表面活性劑為兩性表面活性劑。所述的兩性表面活性劑為甜菜堿型表面活性劑。所述的分散劑為聚乙二醇2000?；谒龅募{米顆粒改性發(fā)泡劑的泡沫，加熱狀態(tài)下，將納米顆粒均勻分散在氫氧化鈉水溶液中，再加入分散劑超聲分散均勻得到懸浮液，再加入表面活性劑攪拌保溫分散均勻即得泡沫。加熱溫度為45～60℃。保溫的溫度為30～50℃。一種基于所述的泡沫的超輕密度水泥基多孔材料，以質(zhì)量份計(jì)，組成為：普通硅酸鹽水泥50～80份，粉煤灰0～30份，硅灰0～10份，減水劑0.5～1份，納米顆粒改性發(fā)泡劑0.5～1份，水20～40份。所述的減水劑為聚羧酸減水劑。制備所述的基于泡沫的超輕密度水泥基多孔材料的方法，第一步，預(yù)制納米顆粒改性發(fā)泡劑的泡沫：加熱狀態(tài)下，將納米顆粒均勻分散在氫氧化鈉水溶液中，再加入分散劑超聲分散均勻得到懸浮液，再加入表面活性劑攪拌分散均勻即得泡沫；第二步，制備多孔材料：將除納米改性發(fā)泡劑以外的材料攪拌均勻，制成均勻的水泥漿體，再將預(yù)制好的泡沫加入水泥漿體中攪拌，待泡沫分散均勻后，澆筑成型，養(yǎng)護(hù)后得到超輕密度水泥基多孔材料。有益效果：經(jīng)納米顆粒改善后的發(fā)泡劑穩(wěn)定性好，各項(xiàng)組分均可在水溶液中均勻分散，由納米發(fā)泡劑制備的泡沫細(xì)小，尺寸均勻，并且穩(wěn)定性好。1h內(nèi)基本無泌水，2h有些許泌水，極大的改善了泡沫的穩(wěn)定性。由此制備的超輕密度水泥基多孔材料強(qiáng)度好，不塌陷，具有良好的保溫性能。本發(fā)明制備納米發(fā)泡劑改善了泡沫的穩(wěn)定性，降低了氣泡的泌水率，從而制備了超輕密度水泥基多孔材料，具有良好的應(yīng)用前景，并且本發(fā)明制備工藝簡單，使用方便，成本較低。附圖說明圖1普通泡沫及納米穩(wěn)定泡沫的泌水率隨時(shí)間的變化。圖2泡沫的微觀形態(tài)，放大倍數(shù)為40倍(a)普通泡沫(b)實(shí)施例一泡沫。圖3普通水泥基多孔材料與納米穩(wěn)定水泥基多孔材料的形貌(a)普通水泥基多孔材料(塌模)(b)例1所制備的水泥基多孔材料。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。一種超輕密度水泥基多孔材料，其成分主要包括：普通硅酸鹽水泥50～80份，粉煤灰0～30份，硅灰0～10份，減水劑0.5～1份，納米改性發(fā)泡劑0.5～1份，水20～40份。本發(fā)明選用粒徑小、具有潛在活性的納米顆粒改性發(fā)泡劑，成分包括納米顆粒，分散劑，表面活性劑，氫氧化鈉，去離子水。通過化學(xué)改性與物理分散的方式將納米顆粒、分散劑和兩性分子均勻分散在水溶液中，通過機(jī)械攪拌的方法來制備一種適用于水泥基多孔材料的穩(wěn)定泡沫以此來制備超輕密度的水泥基多孔材料。本發(fā)明添加的硅灰一方面可提高漿體的粘度，可減少泡沫的融合；另一方面，填充泡沫混凝土微小的孔隙，可提高強(qiáng)度。粉煤灰可降低水泥水化時(shí)的放熱速率，降低漿體由溫度梯度引起的開裂風(fēng)險(xiǎn)。一種經(jīng)納米顆粒改性后的發(fā)泡劑，其主要成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1所示：表1納米改性發(fā)泡劑的主要成分組成序號(hào)組分名稱質(zhì)量份1納米顆粒0.1-102分散劑0.1-103表面活性劑1-54氫氧化鈉0.05-15去離子水90-97制備步驟：1、將納米顆粒緩慢加入到0.1-0.001mol/l的氫氧化鈉的溶液中，加熱(45-60℃)攪拌5-10min，之后加入分散劑繼續(xù)攪拌5-10min，攪拌完成后將制備的懸浮液在頻率為20-25KHz的超聲波分散器進(jìn)行超聲處理30min-60min，消除懸浮液中的團(tuán)聚體。納米SiO2顆粒比表面積大，表面活性強(qiáng)，制備后表面殘留部分羥基，羥基在堿性環(huán)境下易發(fā)生解離生成-O-，因此在堿性環(huán)境下對(duì)納米粒子進(jìn)行預(yù)處理，使其表面羥基發(fā)生解離，為后面與表面活性劑的結(jié)合提供了可能。分散劑表面含有大量的羥基，容易和納米顆粒表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，使得納米顆粒能夠均勻分散在溶液中，消除納米顆粒自身的團(tuán)聚。2、將表面活性劑分子加入到均勻分散的懸浮液中繼續(xù)攪拌15-30min，并且攪拌時(shí)溫度維持在30-50℃之間，期間使用氫氧化鈉溶液不斷調(diào)節(jié)溶液的OH-濃度。之后使用機(jī)械攪拌機(jī)強(qiáng)力攪拌3-5min即可制得穩(wěn)定良好的泡沫。3、將水泥粉煤灰等膠凝材料加水?dāng)嚢?-5min制成均勻的水泥漿體，再將預(yù)制好的泡沫加入漿體中攪拌2-4min，待泡沫完全均勻分散于漿體中后，澆筑成型，養(yǎng)護(hù)一定齡期后即可制備性能良好且不塌陷的超輕水泥基多孔材料。本發(fā)明各組分的選擇原則是：納米SiO2顆粒尺寸小，比表面積大，可吸附在氣泡的表面，從而吸收氣泡表面剩余的表面活性能，并且納米顆?？梢远氯麣馀葜g的柏拉圖通道，降低重力排液的概率，從而達(dá)到穩(wěn)定氣泡的效果。納米顆粒表面殘余大量羥基，溶解在氫氧化鈉溶液中表面羥基可水解生成-O-，與表面活性劑分子發(fā)生化學(xué)鍵結(jié)合，使得穩(wěn)定效果更佳。分散劑無毒，易溶于水，表面含有大量羥基，在60℃下分散劑與納米顆粒表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，從而生成易溶于水的聚合物，且由于空間位阻作用，使得納米粒子不易發(fā)生團(tuán)聚，從而穩(wěn)定分散于水中；選用的表面活性劑分子同時(shí)具有陰、陽兩種離子，起泡力好，穩(wěn)定性佳，并且具有良好的復(fù)配性，是一種溫和型的表面活性劑。本發(fā)明選用的表面活性劑的優(yōu)勢在于表面基團(tuán)可與羥基結(jié)合，從而有效的吸附在納米顆粒的表面。表面活性劑在水溶液中與納米顆粒表面-O-基團(tuán)發(fā)生化學(xué)結(jié)合，使得納米顆粒與表面活性劑分子牢牢結(jié)合在一起，使得氣泡由傳統(tǒng)的氣-液兩相結(jié)構(gòu)變?yōu)闅?液-固三相結(jié)構(gòu)，有效的提高了泡沫的穩(wěn)定性。氫氧化鈉可增加溶液的pH值，使溶液維持在一定的堿性環(huán)境下。實(shí)施例1250kg/m3干密度按照下列重量稱取原料：(千克)水泥：600，粉煤灰：300，硅灰：100，聚羧酸減水劑：5，水：350，發(fā)泡劑：40。水泥選用小野田P·Ⅱ52.5水泥，粉煤灰為二級(jí)粉煤灰，硅灰為?？瞎杌遥瑴p水劑為江蘇蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，減水率為40％，發(fā)泡劑的成分主要由表2所示。表2實(shí)施例1納米發(fā)泡劑的成分組成經(jīng)納米技術(shù)改性后的水泥基多孔材料，其制備步驟是：1)將0.5％納米顆粒加入到氫氧化鈉溶液中攪拌5min，之后加入0.3％分散劑加熱至45℃攪拌10min，攪拌完成后將制備的懸浮液在頻率為25KHz的超聲波分散器進(jìn)行超聲處理60min。2)將兩性表面活性劑加入到均勻分散的懸浮液中繼續(xù)攪拌15min，攪拌均勻后用手持?jǐn)嚢铏C(jī)強(qiáng)力攪拌3min制得穩(wěn)定良好的泡沫。3)將水泥、粉煤灰、硅灰等膠凝材料加水?dāng)嚢?min制成均勻的水泥漿體，再將預(yù)制好的泡沫加入漿體中攪拌4min，待泡沫完全均勻分散于漿體中后，澆筑成型，養(yǎng)護(hù)一定齡期后即可制備性能良好的水泥基多孔材料。實(shí)施例2200kg/m3干密度按照下列重量稱取原料：(千克)水泥：600，粉煤灰：300，硅灰：100，聚羧酸減水劑：5，水：350，發(fā)泡劑：50。原材料性質(zhì)如實(shí)施例1，發(fā)泡劑的成分主要由表3所示。表3實(shí)施例2納米發(fā)泡劑的成分組成序號(hào)組分名稱質(zhì)量百分比％1納米顆粒0.82分散劑0.53表面活性劑A14表面活性劑B2.55氫氧化鈉0.076去離子水94.73制備步驟如實(shí)施例1。實(shí)施例3150kg/m3干密度按照下列重量稱取原料：(千克)水泥：600，粉煤灰：300，硅灰：100，聚羧酸減水劑：5，水：350，發(fā)泡劑：60。原材料性質(zhì)如實(shí)施例1。發(fā)泡劑的成分主要由表4所示。表4實(shí)施例3納米發(fā)泡劑的成分組成序號(hào)組分名稱質(zhì)量百分比％1納米顆粒12分散劑0.83表面活性劑A24表面活性劑B25氫氧化鈉0.096去離子水93.61制備步驟如實(shí)施例1。由本發(fā)明所制備的泡沫的泌水率如圖1所示，氣泡形貌如圖2所示。由圖1所示，經(jīng)納米顆粒改進(jìn)后的氣泡穩(wěn)定性明顯提高，質(zhì)量泌水率大幅下降，30min無泌水，1h泌水率分別為2.14％、1.28％、0.9％，而相比由普通發(fā)泡劑制備的泡沫，30min基本已完全消泡，泌水率為98.9％，1h已完全消泡。圖2為在光學(xué)顯微鏡下觀察到的泡沫形態(tài)。由圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，普通泡沫的粒徑大，尺寸不均一。而隨著納米顆粒摻量的增加，泡沫尺寸逐漸變得細(xì)小均一，并且摻量越高，效果越明顯。在掃描電鏡下觀察水泥基多孔材料微觀形貌(圖3)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)納米顆粒改善后的水泥基多孔材料孔徑小，尺寸均勻。由納米穩(wěn)定泡沫所制備的高比強(qiáng)水泥基多孔材料的物理性能如表5所示。從表5可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1-3所制備的超低密度水泥基多孔材料強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。表5超輕水泥基多孔材料的物理性能以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3