水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于水泥基輕質(zhì)復(fù)合材料制備領(lǐng)域，涉及一種水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料及制備方法。
技術(shù)背景
[0002]近年來，在全球節(jié)能減排大趨勢(shì)推動(dòng)下，發(fā)展節(jié)能、綠色、可循環(huán)利用的復(fù)合建筑材料受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。目前，具有綠色、環(huán)保、保溫、防火、節(jié)能等性能的水泥基發(fā)泡輕質(zhì)建筑材料在建筑領(lǐng)域獲得了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。水泥基復(fù)合輕質(zhì)發(fā)泡復(fù)合材料是以水泥為膠凝材料，與細(xì)砂及發(fā)泡劑等用過特殊發(fā)泡拌合工藝制備的含有大量的多孔結(jié)構(gòu)輕質(zhì)復(fù)合建筑材料，具有節(jié)省原材料、生產(chǎn)周期較短、環(huán)保等特點(diǎn)。目前一般的水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料的密度在0.5-1.0 g/cm3，當(dāng)密度小于0.7g/cm3時(shí)，其抗壓強(qiáng)度很難達(dá)到2.5MPa以上。發(fā)泡水泥基復(fù)合材料的強(qiáng)度主要決定于水泥水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、聚集方式及通過發(fā)泡所形成的孔結(jié)構(gòu)的孔徑大小及其分布的均勻性。本發(fā)明方法就是要從改變發(fā)泡水泥基復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)涉及到的孔結(jié)構(gòu)及水泥水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新性的調(diào)控，通過使用改性淀粉穩(wěn)泡劑使得達(dá)到所形成的孔結(jié)構(gòu)粒徑小而分布均勻，通過使用氧化石墨烯調(diào)控水泥水化產(chǎn)物使之形成規(guī)整正有序的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到小密度高強(qiáng)度的效果，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)建筑材料時(shí)的減少資源消耗及節(jié)能的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于解決目前存在在發(fā)泡水泥輕質(zhì)材料密度小于0.7g/cm3時(shí)強(qiáng)度達(dá)不到要求的問題，提供一種水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料及其制備方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明實(shí)施例提供一種水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料，該材料按質(zhì)量份由以下材料制成:硅酸鹽水泥100?150份、細(xì)砂30?45份、水40?50份、發(fā)泡劑0.4-0.6份、穩(wěn)泡劑0.3-0.5份、氧化石墨稀納米片層懸浮液10?15份。
[0005]上述方案中，所述硅酸鹽水泥為P.0.42.5普通硅酸鹽水泥。
[0006]上述方案中，所述細(xì)砂為粒徑在1.5?2.5毫米的砂子，含泥量小于3%。
[0007]上述方案中，所述發(fā)泡劑為SH-1261型蛋白質(zhì)水泥發(fā)泡劑，東莞市塘廈深海建筑材料廠生產(chǎn)，或FP-180型蛋白質(zhì)水泥發(fā)泡劑，江蘇鹽城市世隆裝飾材料有限公司生產(chǎn)，發(fā)泡劑摻量是按照水泥重量的固體摻量。
[0008]上述方案中，所述氧化石墨烯納米片層懸浮液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%，片層尺寸的厚度在5?15nm，片層的長(zhǎng)寬在90?150nm，氧化石墨稀納米片層懸浮液的摻量按照水泥重量計(jì)笪并ο
[0009]上述方案中，所述穩(wěn)泡劑為乙烯基單體接枝改性淀粉溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，所述穩(wěn)泡劑的摻量是按照水泥重量的固體摻量。
[0010]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種水泥基復(fù)合發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料的制備方法，將100?150份普通硅酸鹽水泥和30?45份細(xì)紗混合均勻，順次將40?50份的水、0.4-0.5份發(fā)泡劑、0.3?0.5份的穩(wěn)泡劑、10?15份的氧化石墨烯納米片層懸浮液加入攪拌均勻并發(fā)泡，將制得的發(fā)泡水泥漿體注入模具中成型，順次在30°C、40°C、30°C分別養(yǎng)護(hù)2小時(shí)，制得水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料。
[0011]上述方案中，所述穩(wěn)泡劑的制備方法為:將玉米淀粉15?20份與去離子水200份、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的雙氧水0.3?0.5份混合并加熱到95°C，保溫進(jìn)行降解反應(yīng)3小時(shí)，降溫降解淀粉溶液到70 °C時(shí)，同時(shí)分別滴加乙烯基單體混合物30?40份和過硫酸銨水溶液30份，滴加時(shí)間為40分種，加料完畢后繼續(xù)保溫反應(yīng)2小時(shí)，降溫到30?40 V，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系的pH值為6.5?7.0，即為涉及的穩(wěn)泡劑。
[0012]上述方案中，所述乙烯基單體混合物是由丙烯酸丁酯9?12份、丙烯酸甲酯6?8份份和丙烯酸15?20份混合而成。
[0013]上述方案中，所述過硫酸銨水溶液30份是由I份過硫酸銨溶解于29份水中制得。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明的創(chuàng)新性在于同時(shí)從孔結(jié)構(gòu)和水泥水化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面對(duì)水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，通過使用改性淀粉穩(wěn)泡劑及氧化石墨烯納米材料實(shí)現(xiàn)對(duì)孔結(jié)構(gòu)和水泥水化產(chǎn)物及結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控，使其形成的孔結(jié)構(gòu)粒徑細(xì)膩、分布均勻，水泥水化產(chǎn)物形狀規(guī)整、排列有序，使得水泥基發(fā)泡復(fù)合材料具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高水泥基輕質(zhì)復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性，在理論和實(shí)踐上對(duì)于水泥基輕質(zhì)復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用具有積極的意義。本發(fā)明方法制備的水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料強(qiáng)度的密度在0.6?0.7g/cm3，抗壓強(qiáng)度大于2.5MPa，滿足各種建筑工程的需要。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)書面。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供一種水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料，該材料由以下材料按照質(zhì)量份制成:
該材料按質(zhì)量份由以下材料制成:硅酸鹽水泥100?150份、細(xì)砂30?45份、水40?50份、發(fā)泡劑0.4~0.6份、穩(wěn)泡劑0.3~0.5份、氧化石墨稀納米片層懸浮液1?15份。
[0017]所述硅酸鹽水泥為P.0.42.5普通硅酸鹽水泥。
[0018]所述細(xì)砂為粒徑在1.5?2.5的干凈的砂子，含泥量小于3%。
[0019]所述發(fā)泡劑為SH-1261型蛋白質(zhì)水泥發(fā)泡劑，東莞市塘廈深海建筑材料廠生產(chǎn)，或FP-180型蛋白質(zhì)水泥發(fā)泡劑，江蘇鹽城市世隆裝飾材料有限公司生產(chǎn)，發(fā)泡劑摻量是按照水泥重量的固體摻量。
[0020]所述氧化石墨烯納米片層懸浮液通過以下方法制得:將8?10份濃磷酸和60?90份濃硫酸依次加入到三口燒瓶中在O?5°C下攪拌均勻，再將4?5份粉末狀石墨和10?15份高錳酸鉀的混合物在I小時(shí)內(nèi)分次加入到三口燒瓶中，在O?5°C下攪拌下恒溫反應(yīng)3小時(shí)后，升高溫度至500C，反應(yīng)5小時(shí)后，加入200?300份去離子水，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，降溫至25°C后，緩慢加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過氧化氫6?10份，加入時(shí)間為30分鐘，待溶液變?yōu)榻瘘S色后繼續(xù)反應(yīng)30分鐘得到氧化石墨烯產(chǎn)物。接著對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行反復(fù)的離心沉淀、用去離子水洗滌的過程，直到洗滌水的pH為6.5-7.0以及用BaSO4溶液檢驗(yàn)洗滌液中無硫酸根離子，在用頻率50Hz、功率300W的超聲粉碎儀處理I小時(shí)，得到氧化石墨稀納米片層懸浮液。控制氧化石墨稀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%，片層尺寸的厚度在5?15nm，片層的長(zhǎng)寬在90?150nm，氧化石墨稀納米片層懸浮液的摻量按照水泥重量計(jì)算。
[0021]所述乙稀基單體接枝改性淀粉穩(wěn)泡劑通過以下方法制得:將玉米淀粉15?20份與去離子水150?200份、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的雙氧水0.3?0.5份混合并加熱到95°C，保溫進(jìn)行降解反應(yīng)3小時(shí)，降溫降解淀粉溶液到70°C時(shí)，同時(shí)分別滴加由丙烯酸丁酯9?12份、丙烯酸甲酯6?8份份和丙烯酸15?20份混合而得的單體混合物和I份過硫酸銨溶解于29份水中制得過硫酸銨水溶液，滴加時(shí)間為40分種，加料完畢后繼續(xù)保溫反應(yīng)2小時(shí)，降溫到30?40°C，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系的pH值為6.5-7.0,即為涉及的穩(wěn)泡劑，控制穩(wěn)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右，穩(wěn)泡劑的摻量是按照水泥重量的固體摻量。
[0022]本發(fā)明還提供一種水泥基復(fù)合發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:將100?150份普通硅酸鹽水泥和30?45份細(xì)紗混合均勻，順次將40?50份的水、0.4-0.5份發(fā)泡劑、
0.3-0.5份的穩(wěn)泡劑、10?15份的氧化石墨烯納米片層懸浮液加入攪拌均勻并發(fā)泡，將制得的發(fā)泡水泥漿體注入模具中成型，順次在30°C、4(TC、3(rC分別養(yǎng)護(hù)2小時(shí)，制得水泥基發(fā)泡輕質(zhì)復(fù)合材料，控制密度在0.6?0.7 g/cm3，抗壓強(qiáng)度大于2.5MPa。
[0023]實(shí)施例一:
步驟一:氧化石墨烯納米片層懸浮液的制備
將8份濃磷酸和60份濃硫酸依次加入到三口燒瓶中在(TC下攪拌均勻，再將4份粉末狀石墨和10份高錳酸鉀的混合物在I小時(shí)內(nèi)分次加入到三口燒瓶中，在(TC下攪拌下恒溫反應(yīng)3小時(shí)后，升高溫度至50°C，反應(yīng)5小時(shí)后，加入200份去離子水，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，降溫至25°C后，緩慢加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的過氧化氫6份，加入時(shí)間為30分鐘，待溶液變?yōu)榻瘘S色后繼續(xù)反應(yīng)30分鐘得到氧化石墨烯產(chǎn)物。接著對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行反復(fù)的離心沉淀、用去離子水洗滌的過程，直到洗滌水的PH為6.5以及用硫酸鋇溶液溶液檢驗(yàn)洗滌液中無硫酸根離子，用頻率50Hz、功率300W的超聲粉碎儀處理I小時(shí)，得到氧化石墨稀納米片層懸浮液?？刂蒲趸┑馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%，片層尺寸的厚度在5nm，片層的長(zhǎng)寬在50nmo
[0024]步驟二:乙稀基單體接枝改性淀粉穩(wěn)泡劑制得
將玉米淀粉15份與去離