一种高强纤维增强发泡水泥保温板及其制备方法
技术领域
本发明属于发泡水泥板技术领域，具体涉及一种高强纤维增强发泡水泥保温板及其制备方法。
背景技术
近年来，民用建筑尤其是商住房建筑行业迅猛发展，高层及超高层建筑不断涌现；为了减重、隔热保温及节能目的，建筑外墙外保温材料多以有机材料为主，如聚苯乙烯泡沫(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫(XPS)、聚氨酯泡沫(PU)等，这些有机材料虽然具有较好的保温性能，但是其耐热性差、易燃烧，由于外墙保温结构往往是连续的，一旦某处遇火燃烧，则火焰很快上下蔓延、左右窜燃，火势发展极快，并且燃烧时产生大量有毒烟气，很难进行扑救和灭火，造成极大的人员伤亡和财产损失。随着建筑节能的全面推进，外墙保温材料防火问题也越来越严峻，A级防火保温板材是发展趋势。
目前，也有无机保温板材投入使用，如石膏类板材、水泥类板材、钢丝网架水泥夹芯板材等，但是由于多数无机板材存在密度大质量重、保温隔热性能差等问题，应用效果难以达到建筑节能要求。于是，质量轻便、隔热保温性能好的发泡水泥保温板得到发展。
发泡水泥保温板是一种以水泥为主要胶凝材料，辅以矿物掺合料、外加剂和水混合搅拌制成浆料，加入发泡剂进行发泡后，经养护制成的水泥基轻质保温材料；其突出特点是内部含有丰富的细小封闭气孔，从而实现轻量化和保温隔热作用。由于原料多采用无机矿物材料，发泡水泥保温板可以达到A1级不燃防火要求，且在高温或火灾情况下不会产生有毒气体，安全性高；板材容重轻、导热系数低，是理想的保温隔热材料；与建筑材料具有良好的相容性，与墙体的粘结强度高，板材本身干燥收缩值低，抗风能力强，非常适合作为建筑外墙维护材料使用；其属于密闭型多孔材料，具有良好的隔音效果；可使用砂浆直接粘结墙体，易于操作，施工简便、周期短。基于上述优点，发泡水泥保温板逐渐在墙体保温防火隔离带、外墙保温层等区域得到应用。
现有技术为了追求发泡水泥保温板的质轻价廉和达到超轻板的使用标准，通过降低板材的干表观密度来降低板材的导热系数，加大发泡强度增加孔隙率，板材的力学性能和强度往往会急速下降，同时由于开放孔隙、连通孔隙和微裂缝增加，板材的吸水率也会急剧增加，较高的吸水率会进一步降低发泡水泥保温板的强度和耐久性，缩短其使用寿命，也限制了其在冬季施工和在寒冷地区的推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强纤维增强发泡水泥保温板，具有较高的强度和耐久度。
本发明的第二个目的是提供一种上述的高强纤维增强发泡水泥保温板的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种高强纤维增强发泡水泥保温板，主要由水和以下重量份的原料制成：普通硅酸盐水泥95-96份、硅灰4.0-5.0份、减水剂0.50-0.60份、发泡剂双氧水6.0-7.0份、硬脂酸钙1.6-2.0份、促凝剂0.5-0.6份、微晶泡沫玻璃渣5.5-6.5份、苯丙乳液7.0-8.0份、聚丙烯纤维0.45-0.60份；水胶比为0.55-0.57。
所述水胶比中的胶指胶凝材料，为水泥和硅灰的总质量；水胶比中的水包含外加的水和其余各组分自带的水，为两者的质量之和。水胶比为0.55-0.57，满足水泥水化要求，能进行有效搅拌便于后期浇注及凝结硬化。
所述减水剂为高效聚羧酸减水剂，减水率≥20％。
所述发泡剂双氧水的质量浓度为27％-30％。
所述促凝剂为碳酸锂。
所述微晶泡沫玻璃渣的粒径≤4mm，体积密度≤250kg/m3。
所述苯丙乳液的固含量为40％-45％。
所述聚丙烯纤维的直径为15-25μm，长度为6-10mm。
上述的高强纤维增强发泡水泥保温板的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的微晶泡沫玻璃渣，表面喷水并拌和使其颗粒表面均匀润湿，加入微晶泡沫玻璃渣重量20％-25％的水泥拌和，使颗粒表面包裹薄层水泥，得增强料；
2)取配方量的苯丙乳液用剩余的水稀释后，加入配方量的减水剂、硬脂酸钙、聚丙烯纤维，搅拌分散均匀得悬浮液料；
3)在步骤2)所得悬浮液料中加入由配方量的硅灰、剩余水泥混合而成的胶凝材料和步骤1)所得增强料，高速搅拌120-150s后，加入配方量的促凝剂、发泡剂双氧水，快速搅拌20-30s，得水泥浆料；将所得水泥浆料注入模具中，静停、养护成型，脱模，即得。
步骤1)中，所述喷水的用水量为微晶泡沫玻璃渣重量的8％-10％。
步骤3)中，所述高速搅拌的转速为1000-1200rpm；所述快速搅拌的转速为400-600rpm。
步骤3)中，所述养护的时间为16-24h。进一步的，脱模之后进行标准养护，标准养护的时间为28d。
上述制备方法中，所用水的水温不低于35℃。进一步的，夏季用水水温为35℃-40℃，冬季用水水温为45℃-50℃，春秋季节用水水温为40℃-45℃。
本发明的高强纤维增强发泡水泥保温板，以普通硅酸盐水泥和少量硅灰为胶凝材料，硅灰颗粒粒径比较小，能有效填充在水泥颗粒孔隙之间和基料与纤维孔隙之间，发泡之后，在孔隙内与水化产物生成凝胶体，阻断较大孔隙和裂隙的生成，减少大开放孔数量，从而促使基体形成小而密的封闭孔隙结构，提高基体对纤维材料的裹挟力和两者的结合力，提高发泡水泥硬化体的力学强度和耐久性。本发明采用双氧水为化学发泡剂、硬脂酸钙为稳泡剂，发泡形成的泡沫质量好，存留时间长，能在基体硬化后留下较为完整均匀的孔结构，提高泡沫板材的稳定性。
本发明采用微晶泡沫玻璃渣和苯丙乳液作为无机-有机增强材料。微晶泡沫玻璃渣是由微晶泡沫玻璃板和/或微晶泡沫玻璃砖产品生产线产生的废品或质检淘汰下来的不合格品经粉碎制成的，本身具有孔隙率高、质轻高强、防火不燃、保温隔热的特点，采用体积密度与板材设计密度相近的微晶泡沫玻璃渣作为骨料添加，能显著提高板材的物理力学性能和尺寸稳定性，同时节省成本和矿物资源。苯丙乳液作为第二胶粘剂在体系中发挥胶结增强作用，利用聚合物大分子的成膜作用，在体系中呈三维网状结构将微晶泡沫玻璃渣、聚丙烯纤维与基体交联在一起，增强板材的内聚力，从而提高其力学强度和耐久性。
本发明采用聚丙烯纤维为纤维增强材料，通过合理设计纤维直径、长度参数，在发泡成型阶段，起到空间位阻、减缓沉降作用，发泡气孔在生长过程中被纤维分割，成孔更加均匀细小，提高泡沫体系的稳定性；在硬化后，纤维在基体中形成稳定的三维网格结构，起到抗裂增强、增韧的作用，提高板材的力学强度和耐久性。
本发明的高强纤维增强发泡水泥保温板的制备方法，先将微晶泡沫玻璃渣表面喷水并拌和使其颗粒表面均匀润湿，加入少量水泥拌和，使颗粒表面包裹薄层水泥制备增强料；一方面通过薄层水泥层对微晶泡沫玻璃渣表面开放孔进行封闭，提高保温隔热性能并防止孔隙吸水，另一方面通过预裹的薄层水泥层起过渡作用，提高微晶泡沫玻璃渣增强料与基体的结合力。将苯丙乳液用剩余的水稀释后，加入配方量的减水剂、硬脂酸钙、聚丙烯纤维，搅拌分散均匀得悬浮液料，使得聚合物大分子先与聚丙烯纤维材料纠缠成三维网状结构。在所得悬浮液料中加入由配方量的硅灰、剩余水泥混合而成的胶凝材料和所得增强料，高速搅拌120-150s使其充分分散后，加入配方量的促凝剂、发泡剂双氧水，快速搅拌制备水泥浆料；将所得水泥浆料注入模具中，静停、养护成型，脱模，制得高强纤维增强发泡水泥保温板。该制备方法工艺合理、操作简便，适合大规模工业化生产。
经检测，本发明所得高强纤维增强发泡水泥保温板，外观没有裂缝、缺棱掉角、层裂和表面油污等；实际成品尺寸均在允许偏差范围内，外观质量好，满足使用要求。所得板材依据表观密度属于II型保温板；导热系数(平均温度25℃)低，在0.045-0.048W/(m·K)范围内，具有良好的保温隔热性能；由于主体采用无机不燃材料，燃烧性能等级均为不燃A1级，具有良好的防火阻燃性能；体系吸水率在7.43％-7.92％之间，满足标准要求；抗压强度在0.711MPa以上，抗压强度高，力学性能好。在抗冻融循环实验中，设置-18℃保温3h、20℃保温6h为一次循环，经过50次循环后，所得板材的抗压强度损失率在14.59％-15.04％之间，强度损失小、保持率高。实验结果表明本发明所得板材具有较高的强度、较低的体积吸水率和良好的抗冻融循环性能，耐久度好，使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。
具体实施方式中，所用普通硅酸盐水泥为市售P.O%2042.5R级普通硅酸盐水泥，水泥颗粒粒径为10-30μm，含水量<0.15％。所用硅灰为市售商品，SiO2含量≥90％，粒径0.1-0.5μm，比表面积20-28m2/g，含水量≤1.0％。所用减水剂为市售高效聚羧酸减水剂，固含量为30％，减水率≥25％。所用发泡剂双氧水为市售质量浓度为27.5％的工业双氧水。所用硬脂酸钙为市售商品，白色粉末，含水量≤2.0％。所用促凝剂为碳酸锂，市售商品，含水量≤1.0％。所用苯丙乳液为市售建筑防水涂料用苯丙乳液，乳白色液体，固含量为45％，pH值为8.4，单体残留量0.4％。所用聚丙烯纤维为市售商品，直径为15-25μm，长度为6-10mm，含水量≤2.0％。
所用微晶泡沫玻璃渣由微晶泡沫玻璃经机械粉碎制得，此处所用的微晶泡沫玻璃来自微晶泡沫玻璃板或微晶泡沫玻璃砖产品生产线产生的废品或质检淘汰下来的不合格品，废品或不合格品产生的原因主要是缺棱掉角、尺寸偏差、裂纹、破碎、磕碰损伤等；所得微晶泡沫玻璃渣的粒径为1-4mm，体积密度为201.3kg/m3。
具体实施方式中，所述水胶比是指水与胶凝材料的质量比；此处的水包含外加的水和其余各组分自带的水的质量之和；此处的胶凝材料为水泥和硅灰的总质量。实施例中所用外加水的水温为45℃-50℃(冬季标准)。
实施例1
本实施例的高强纤维增强发泡水泥保温板，由水和以下重量份的原料制成：普通硅酸盐水泥95份、硅灰5.0份、减水剂0.50份、发泡剂双氧水6.0份、硬脂酸钙1.8份、促凝剂碳酸锂0.6份、微晶泡沫玻璃渣6.5份、苯丙乳液8.0份、聚丙烯纤维0.50份；水胶比为0.55。
本实施例的高强纤维增强发泡水泥保温板的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的微晶泡沫玻璃渣，在微晶泡沫玻璃渣表面喷水，用水量为微晶泡沫玻璃渣重量的8％，拌和使其颗粒表面均匀润湿，加入微晶泡沫玻璃渣重量20％的水泥拌和，使颗粒表面包裹薄层水泥，得增强料；
2)取配方量的苯丙乳液用剩余的水稀释后，加入配方量的减水剂、硬脂酸钙、聚丙烯纤维，搅拌使其分散均匀得悬浮液料；
3)在步骤2)所得悬浮液料中加入由配方量的硅灰、剩余水泥均匀混合而成的胶凝材料和步骤1)所得增强料，以1000rpm的转速高速搅拌120-150s后，加入配方量的促凝剂碳酸锂、发泡剂双氧水，以500rpm的转速快速搅拌20-30s，得水泥浆料；将所得水泥浆料注入模具中，静停、养护16h成型，脱模，标准养护28d，即得所述高强纤维增强发泡水泥保温板。
实施例2
本实施例的高强纤维增强发泡水泥保温板，由水和以下重量份的原料制成：普通硅酸盐水泥95.5份、硅灰4.5份、减水剂0.55份、发泡剂双氧水6.5份、硬脂酸钙1.9份、促凝剂碳酸锂0.55份、微晶泡沫玻璃渣6.0份、苯丙乳液7.5份、聚丙烯纤维0.55份；水胶比为0.55。
本实施例的高强纤维增强发泡水泥保温板的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的微晶泡沫玻璃渣，在微晶泡沫玻璃渣表面喷水，用水量为微晶泡沫玻璃渣重量的9％，拌和使其颗粒表面均匀润湿，加入微晶泡沫玻璃渣重量22％的水泥拌和，使颗粒表面包裹薄层水泥，得增强料；
2)取配方量的苯丙乳液用剩余的水稀释后，加入配方量的减水剂、硬脂酸钙、聚丙烯纤维，搅拌使其分散均匀得悬浮液料；
3)在步骤2)所得悬浮液料中加入由配方量的硅灰、剩余水泥均匀混合而成的胶凝材料和步骤1)所得增强料，以1000rpm的转速高速搅拌120-150s后，加入配方量的促凝剂碳酸锂、发泡剂双氧水，以500rpm的转速快速搅拌20-30s，得水泥浆料；将所得水泥浆料注入模具中，静停、养护16h成型，脱模，标准养护28d，即得所述高强纤维增强发泡水泥保温板。
实施例3
本实施例的高强纤维增强发泡水泥保温板，由水和以下重量份的原料制成：普通硅酸盐水泥96份、硅灰4.0份、减水剂0.60份、发泡剂双氧水7.0份、硬脂酸钙2.0份、促凝剂碳酸锂0.6份、微晶泡沫玻璃渣5.5份、苯丙乳液7.0份、聚丙烯纤维0.60份；水胶比为0.55。
本实施例的高强纤维增强发泡水泥保温板的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的微晶泡沫玻璃渣，在微晶泡沫玻璃渣表面喷水，用水量为微晶泡沫玻璃渣重量的10％，拌和使其颗粒表面均匀润湿，加入微晶泡沫玻璃渣重量25％的水泥拌和，使颗粒表面包裹薄层水泥，得增强料；
2)取配方量的苯丙乳液用剩余的水稀释后，加入配方量的减水剂、硬脂酸钙、聚丙烯纤维，搅拌使其分散均匀得悬浮液料；
3)在步骤2)所得悬浮液料中加入由配方量的硅灰、剩余水泥均匀混合而成的胶凝材料和步骤1)所得增强料，以1000rpm的转速高速搅拌120-150s后，加入配方量的促凝剂碳酸锂、发泡剂双氧水，以500rpm的转速快速搅拌20-30s，得水泥浆料；将所得水泥浆料注入模具中，静停、养护16h成型，脱模，标准养护28d，即得所述高强纤维增强发泡水泥保温板。
为验证上述所得高强纤维增强发泡水泥保温板的性能，按照《JC/T2200-2013水泥基泡沫保温板》的要求进行性能检测，结果如表1所示。
实施例1-3所得高强纤维增强发泡水泥保温板的性能检测结果
从表1的检测结果可以看出，实施例1-3所得高强纤维增强发泡水泥保温板外观没有裂缝、缺棱掉角、层裂和表面油污等；设计规格(长×宽×厚)为300mm×300mm×50mm，实际成品尺寸均在允许偏差范围内，外观质量好，满足使用要求。实施例1-3所得板材的表观密度在198.4-203.5kg/m3之间，属于II型保温板；导热系数(平均温度25℃)低，在0.045-0.048W/(m·K)，具有良好的保温隔热性能；由于主体采用无机不燃材料，燃烧性能等级均为不燃A1级，具有良好的防火阻燃性能；体系吸水率在7.43％-7.92％之间，满足标准要求；抗压强度分别为0.711MPa、0.740MPa、0.738MPa，抗压强度高，力学性能好。在抗冻融循环实验中，设置-18℃保温3h、20℃保温6h为一次循环，经过50次循环后，实施例1-3所得板材的抗压强度分别为0.606MPa、0.632MPa、0.627MPa，抗压强度损失率在14.59％-15.04％之间，强度损失小、保持率高。实验结果表明所得板材具有较高的强度、较低的体积吸水率和良好的抗冻融循环性能，耐久度好，使用寿命长。
