水泥基發泡輕質復合材料及制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于水泥基輕質復合材料制備領域，涉及一種水泥基發泡輕質復合材料及制備方法。
技術背景
[0002]近年來，在全球節能減排大趨勢推動下，發展節能、綠色、可循環利用的復合建筑材料受到國內外的廣泛關注。目前，具有綠色、環保、保溫、防火、節能等性能的水泥基發泡輕質建筑材料在建筑領域獲得了廣泛的發展和應用。水泥基復合輕質發泡復合材料是以水泥為膠凝材料，與細砂及發泡劑等用過特殊發泡拌合工藝制備的含有大量的多孔結構輕質復合建筑材料，具有節省原材料、生產周期較短、環保等特點。目前一般的水泥基發泡輕質復合材料的密度在0.5-1.0 g/cm3，當密度小于0.7g/cm3時，其抗壓強度很難達到2.5MPa以上。發泡水泥基復合材料的強度主要決定于水泥水化產物的結構、聚集方式及通過發泡所形成的孔結構的孔徑大小及其分布的均勻性。本發明方法就是要從改變發泡水泥基復合材料微觀結構涉及到的孔結構及水泥水化產物的結構兩個方面對其進行創新性的調控，通過使用改性淀粉穩泡劑使得達到所形成的孔結構粒徑小而分布均勻，通過使用氧化石墨烯調控水泥水化產物使之形成規整正有序的交聯網絡結構，從而達到小密度高強度的效果，實現在生產建筑材料時的減少資源消耗及節能的目標。
【發明內容】
[0003]本發明目的在于解決目前存在在發泡水泥輕質材料密度小于0.7g/cm3時強度達不到要求的問題，提供一種水泥基發泡輕質復合材料及其制備方法。
[0004]為達到上述目的，本發明實施例的技術方案是這樣實現的:
本發明實施例提供一種水泥基發泡輕質復合材料，該材料按質量份由以下材料制成:硅酸鹽水泥100?150份、細砂30?45份、水40?50份、發泡劑0.4-0.6份、穩泡劑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，所述發泡劑為SH-1261型蛋白質水泥發泡劑，東莞市塘廈深海建筑材料廠生產，或FP-180型蛋白質水泥發泡劑，江蘇鹽城市世隆裝飾材料有限公司生產，發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量分數為0.02%，片層尺寸的厚度在5?15nm，片層的長寬在90?150nm，氧化石墨稀納米片層懸浮液的摻量按照水泥重量計笪并ο
[0009]上述方案中，所述穩泡劑為乙烯基單體接枝改性淀粉溶液，質量分數為20%，所述穩泡劑的摻量是按照水泥重量的固體摻量。
[0010]本發明實施例還提供一種水泥基復合發泡輕質復合材料的制備方法，將100?150份普通硅酸鹽水泥和30?45份細紗混合均勻，順次將40?50份的水、0.4-0.5份發泡劑、0.3?0.5份的穩泡劑、10?15份的氧化石墨烯納米片層懸浮液加入攪拌均勻并發泡，將制得的發泡水泥漿體注入模具中成型，順次在30°C、40°C、30°C分別養護2小時，制得水泥基發泡輕質復合材料。
[0011]上述方案中，所述穩泡劑的制備方法為:將玉米淀粉15?20份與去離子水200份、質量分數為30%的雙氧水0.3?0.5份混合并加熱到95°C，保溫進行降解反應3小時，降溫降解淀粉溶液到70 °C時，同時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，滴加時間為40分種，加料完畢后繼續保溫反應2小時，降溫到30?40 V，用質量分數為30%氫氧化鈉溶液調節體系的pH值為6.5?7.0，即為涉及的穩泡劑。
[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]與現有技術相比，本發明的有益效果:
本發明的創新性在于同時從孔結構和水泥水化產物的微觀結構兩個方面對水泥基發泡輕質復合材料的結構進行調控，通過使用改性淀粉穩泡劑及氧化石墨烯納米材料實現對孔結構和水泥水化產物及結構的有效調控，使其形成的孔結構粒徑細膩、分布均勻，水泥水化產物形狀規整、排列有序，使得水泥基發泡復合材料具有交聯網狀結構，從而達到提高水泥基輕質復合材料的強度和韌性，在理論和實踐上對于水泥基輕質復合材料的發展和應用具有積極的意義。本發明方法制備的水泥基發泡輕質復合材料強度的密度在0.6?0.7g/cm3，抗壓強度大于2.5MPa，滿足各種建筑工程的需要。
【具體實施方式】
[0015]下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細書面。
[0016]本發明實施例提供一種水泥基發泡輕質復合材料，該材料由以下材料按照質量份制成:
該材料按質量份由以下材料制成:硅酸鹽水泥100?150份、細砂30?45份、水40?50份、發泡劑0.4~0.6份、穩泡劑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]所述發泡劑為SH-1261型蛋白質水泥發泡劑，東莞市塘廈深海建筑材料廠生產，或FP-180型蛋白質水泥發泡劑，江蘇鹽城市世隆裝飾材料有限公司生產，發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小時內分次加入到三口燒瓶中，在O?5°C下攪拌下恒溫反應3小時后，升高溫度至500C，反應5小時后，加入200?300份去離子水，繼續反應30分鐘，降溫至25°C后，緩慢加入質量分數30%的過氧化氫6?10份，加入時間為30分鐘，待溶液變為金黃色后繼續反應30分鐘得到氧化石墨烯產物。接著對產物進行反復的離心沉淀、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，得到氧化石墨稀納米片層懸浮液。控制氧化石墨稀的質量分數為0.02%，片層尺寸的厚度在5?15nm，片層的長寬在90?150nm，氧化石墨稀納米片層懸浮液的摻量按照水泥重量計算。
[0021]所述乙稀基單體接枝改性淀粉穩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、質量分數為30%的雙氧水0.3?0.5份混合并加熱到95°C，保溫進行降解反應3小時，降溫降解淀粉溶液到70°C時，同時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，滴加時間為40分種，加料完畢后繼續保溫反應2小時，降溫到30?40°C，用質量分數為30%氫氧化鈉溶液調節體系的pH值為6.5-7.0,即為涉及的穩泡劑，控制穩泡劑的質量分數為20%左右，穩泡劑的摻量是按照水泥重量的固體摻量。
[0022]本發明還提供一種水泥基復合發泡輕質復合材料的制備方法，其特征在于:將100?150份普通硅酸鹽水泥和30?45份細紗混合均勻，順次將40?50份的水、0.4-0.5份發泡劑、
0.3-0.5份的穩泡劑、10?15份的氧化石墨烯納米片層懸浮液加入攪拌均勻并發泡，將制得的發泡水泥漿體注入模具中成型，順次在30°C、4(TC、3(rC分別養護2小時，制得水泥基發泡輕質復合材料，控制密度在0.6?0.7 g/cm3，抗壓強度大于2.5MPa。
[0023]實施例一:
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小時內分次加入到三口燒瓶中，在(TC下攪拌下恒溫反應3小時后，升高溫度至50°C，反應5小時后，加入200份去離子水，繼續反應30分鐘，降溫至25°C后，緩慢加入質量分數30%的過氧化氫6份，加入時間為30分鐘，待溶液變為金黃色后繼續反應30分鐘得到氧化石墨烯產物。接著對產物進行反復的離心沉淀、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，得到氧化石墨稀納米片層懸浮液。控制氧化石墨烯的質量分數為0.02%，片層尺寸的厚度在5nm，片層的長寬在50nmo
[0024]步驟二:乙稀基單體接枝改性淀粉穩泡劑制得
將玉米淀粉15份與去離