[发明专利]一种憎水性气凝胶复合水泥基功能梯度材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料制备与施工，尤其关注于一种掺入憎水性气凝胶的水泥基建筑保温、防火功能复合梯度材料的制备方法。

背景技术

目前减排与节能已经成为制约社会发展的两大主要问题，在此基础上研究多功能节能保温材料具有很重要的现实意义和社会价值。气凝胶是一种低密度的多孔材料，孔隙率可以达到80％-99.8％，比表面积在500-1200m²/g之间，密度的变化范围可达0.001-0.5g/cm³，具有很低的热导率，可达到0.005W/(m K)[1]，还具有很好的耐火性，所以掺入气凝胶为轻质骨料的混凝土是非常有前景的发展方向[2]。韩国S.Kim[3]将颗粒状的气凝胶掺入到普通的波特兰水泥中，结果表明，当气凝胶掺量为2％时，气凝胶水泥的热导率为0.135W/(m K)，而未掺入气凝胶的水泥砂浆试块的热导率为0.533W/(m K)，相比较热导率减少了75％，具有低的导热系数。此外，德国DLR的L.Ratke[4]研究了气凝胶水泥的耐火性，在1150℃高温下，气凝胶水泥仍然很稳定，是一种很好的阻燃材料。挪威B.P.Jelle等[5]成功的制备出了轻质保温隔热的气凝胶混凝土，当气凝胶含量为60％时，气凝胶混凝土的密度为1.0g/cm³,热导率为0.26W/(mK)，抗压强度为8.3Mpa。气凝胶混凝土对于改进传统建筑材料，制备新型保温隔热体系具有非常重要的意义，是新颖而有前景的开发方向，国内相关专利有熊凤鸣等的中国专利(公开号CN203742009U)，史继超等的中国专利(公开号CN104829196A)，汪宗来等的中国专利(公开号CN 102910870A)，郝利炜等的中国专利(公开号CN103553502A)，刘国强等的中国专利(公开号CN 105000834A)，熊吉如等的中国专利(公开号CN 104876497A)，田雷等的中国专利(公开号CN105884313A)，刘朝辉等的中国专利(公开号CN105439505A)，杨卓舒等的中国专利(公开号CN105669123A)[6-14]。而国外专利主要有P.J.Andersen美国专利(公开号US5641584)，L.Ratke的世界专利(公开号WO 2006032655 A2)和S.Shah的世界专利(公开号WO2013166603A1)[15-17]，上述专利除内容涉及的领域和配方有所不同，关于气凝胶混凝土或气凝胶砂浆或气凝胶水泥基材料，主要是通过复合方式将气凝胶均匀掺入水泥基内部，达到复合化的效果，或是牺牲混凝土的强度来制备轻质水泥基材料用于建筑保温，或是直接作为保温砂浆使用，通过少量掺入气凝胶达到一定的保温效果并保留一定的力学性能，这些专利报道并没有综合体现出气凝胶和水泥基材料的优点，所以目前尚无气凝胶功能复合混凝土梯度材料的文献和专利报道。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有建筑在节能环保方面的不足，开发一种气凝胶复合水泥基梯度功能材料的制备工艺。该技术可以用来将水泥基材料与各种憎水性气凝胶结合，制备相应的功能性建筑材料，用来解决建筑保温防火的问题、开发处理空气中或雨水中污染物的新型水泥基材料，为未来新型绿色建筑的实现提供一种途径。

本发明的技术方案：

一种掺入憎水性气凝胶的水泥基梯度功能材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将骨料(天然砂或天然砂和石子)、水泥、掺合料、外加剂以及纤维混合干拌5～100秒。

(2)在步骤(1)干拌得到的拌合物中加入水和外加剂湿拌20～200秒。

(3)在步骤(2)搅拌好的砂浆中加入憎水性气或水凝胶搅拌均匀20～300秒。

(4)将步骤(3)搅拌好的含有憎水凝胶的砂浆装模，通过机械强力振捣，强制轻质憎水的气凝胶或水凝胶层上浮，从而形成强度层-界面过度层-复合凝胶砂浆层的梯度功能结构的复合水泥基材料。

(5)对于步骤(4)中水凝胶复合水泥基材料，通过常压环境干燥得到最终气凝胶复合水泥基材料。

作为本发明的限定，本发明所述的水泥为普通硅酸盐水泥或高贝利特水泥。

作为对本发明的进一步限定，步骤(1)中的掺合料可为硅灰、粉煤灰、矿渣，外加剂主要指在外掺纤维的情况下的稳定剂；步骤(2)中的外加剂可为减水剂、缓凝剂；步骤(3)中憎水凝胶可为粉状或颗粒状气凝胶或水凝胶；步骤(4)中的机械振动可通过振动台或振动棒。

采用上述的技术方案后，本发明与现有技术相比，取得的效果是：