一种超低密度气凝胶泡沫混凝土及其制备方法和应用

本发明涉及超低密度气凝胶泡沫混凝土，特别是涉及一种超低密度气凝胶泡沫混凝土及其制备方法和应用。

背景技术：

1、泡沫混凝土是一种轻质多孔的新型无机保温建材，凭借轻质、保温隔热、防火阻燃、隔音减震、节能环保、成本低廉等诸多优势，而广泛应用于建筑自保温砌块、外围护墙板、屋面保温等建筑节能领域，是当前建筑保温体系中极具发展潜力的核心材料之一。随着建筑节能标准持续升级，超低密度、超高保温、高强度、高稳定性的泡沫混凝土材料成为行业研发重点，传统泡沫混凝土的性能短板日益凸显，难以满足高端建筑节能及装配式建筑的应用需求。

2、目前市面上常规泡沫混凝土普遍存在密度偏高、保温性能有限的问题，干密度大多集中在500kg/m3以上，低密度产品在制备过程中极易出现气泡稳定性差、孔径不均、开孔率高的缺陷。传统泡沫混凝土的气泡多为开放式孔隙结构，泡壁单薄、完整性差，成型及养护过程中易发生气泡塌陷、合并、破裂，不仅导致材料整体密度难以进一步降低，还会大幅提升材料吸水率，破坏保温隔热性能与结构稳定性。同时，常规泡沫混凝土孔隙结构单一，无多级纳米介孔协同隔热结构，空气对流换热及固体热传导效率高，低温保温、长效保温效果不佳，长期使用易受温湿度变化影响出现性能衰减。

3、现有技术中，部分研究尝试通过添加气凝胶改性泡沫混凝土，但大多采用简单共混方式，未对气泡结构、气凝胶附着方式进行精准调控。一方面，常规改性方式无法实现微米闭孔气泡的稳定成型，气泡尺寸杂乱，大小孔无序分布，材料匀质性差。另一方面，气凝胶颗粒与水泥基体结合性弱，易出现团聚、脱落问题，无法有效附着于气泡孔壁，难以发挥纳米介孔的隔热优势，不仅无法实现超低密度成型，还会造成气凝胶原料浪费，大幅提升生产成本。此外，传统泡沫混凝土发泡体系稳泡效果差，无纳米颗粒协同稳泡机制，制备过程中泡沫易破灭、浆料分层严重，成品合格率低，规模化生产稳定性差，且产品力学性能与保温性能无法兼顾，极大限制了其在高端建筑保温、装配式围护结构等领域的推广应用。

4、综上所述，现有泡沫混凝土存在干密度偏高、气泡结构稳定性差、孔隙结构不合理、保温性能不足、成型质量差、性价比低等技术缺陷，亟需研发一种结构可控、密度超低、保温性能优异、稳定性强的气凝胶泡沫混凝土及其制备工艺，以解决现有技术的诸多弊端，适配高标准建筑节能应用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超低密度气凝胶泡沫混凝土及其制备方法和应用，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种超低密度气凝胶泡沫混凝土，包括气凝胶泡沫混凝土及其内部由纳米二氧化硅稳定的微米闭孔气泡，微米闭孔气泡的孔壁附着疏水二氧化硅气凝胶颗粒，疏水二氧化硅气凝胶颗粒内具有纳米介孔。

3、优选的，微米闭孔气泡的孔径为100-400μm，气凝胶泡沫混凝土的干密度低于416kg/m3。

4、一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

5、s1、制备疏水二氧化硅气凝胶颗粒；

6、s2、将纳米二氧化硅颗粒超声分散在去离子水中，加入水泥发泡剂和稳泡剂，搅拌均匀得到改性泡沫；

7、s3、将水泥和水混合后得到水泥浆体，加入s2中的改性泡沫搅拌均匀，再缓慢加入s1中的疏水二氧化硅气凝胶颗粒，混合均匀后得到气凝胶泡沫混凝土浆料；

8、s4、将s3中的气凝胶泡沫混凝土浆料浇筑成型，养护后得到气凝胶泡沫混凝土。

9、优选的，s1中，将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水混合后搅拌均匀，加入盐酸调节ph继续搅拌，缓慢滴加氨水调节ph后室温下静置，放入老化液中密封老化处理20-30h，在正己烷中溶剂交换20-30h，改性液中改性20-30h后清洗表面，先在70-90℃下干燥2-4h，然后在100-150℃下干燥5-8h，得到疏水二氧化硅气凝胶颗粒。

10、优选的，s1中，正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水的摩尔比为1:7:3；

11、老化液由无水乙醇和正硅酸乙酯组成，无水乙醇和正硅酸乙酯的体积比为4:1；

12、改性液由三甲基氯硅烷和正己烷组成，三甲基氯硅烷的体积为改性液的8-12%，改性温度为40-60℃，改性时间为20-28h。

13、优选的，s2中，纳米二氧化硅颗粒的质量为水泥发泡剂的1.5-3.0%，超声分散的频率为35-45khz，超声分散的时间为15-30min。

14、优选的，s2中，稳泡剂包括羟丙基甲基纤维素，稳泡剂的质量为改性泡沫的0.5-1%；

15、水泥发泡剂包括植物蛋白复合型发泡剂。

16、优选的，s3中，疏水二氧化硅气凝胶颗粒的质量为气凝胶泡沫混凝土体积的5-10%，水泥的水灰比为0.4-0.5。

17、优选的，s3中，还加入气凝胶泡沫混凝土质量2-4%的速凝剂和水质量0.10-0.20%的增稠剂。

18、一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的应用，应用于制备建筑自保温砌块、非承重外围护墙板或屋面保温结构层中。

19、因此，本发明采用上述一种超低密度气凝胶泡沫混凝土及其制备方法和应用，其有益效果为：

20、1、本发明提供的气凝胶泡沫混凝土通过纳米二氧化硅颗粒协同稳泡、改性泡沫精准适配水泥浆体，搭配疏水二氧化硅气凝胶颗粒的填充改性，精准调控气泡结构，使干密度低于416kg/m3，远低于常规泡沫混凝土密度标准，同时限定微米闭孔气泡孔径为100-400μm，气泡尺寸均匀、结构规整，构建了微米闭孔气泡和纳米介孔的多级隔热结构，相较于传统单一孔隙泡沫混凝土，保温隔热性能显著提升；

21、2、本发明采用纳米二氧化硅颗粒对泡沫进行改性，通过超声分散实现纳米颗粒均匀分布，依托纳米二氧化硅颗粒的界面增强效应，大幅提升泡沫膜壁强度，实现微米闭孔气泡的长效稳定；

22、3、本发明采用三甲基氯硅烷对二氧化硅气凝胶进行疏水改性，使孔壁附着的二氧化硅气凝胶颗粒具备优异疏水性能，可有效阻隔外界水分、水汽渗入混凝土内部，避免孔隙吸水导致的保温性能失效、基体冻融破损等问题。

23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种超低密度气凝胶泡沫混凝土，其特征在于：包括气凝胶泡沫混凝土及其内部由纳米二氧化硅稳定的微米闭孔气泡，微米闭孔气泡的孔壁附着疏水二氧化硅气凝胶颗粒，疏水二氧化硅气凝胶颗粒内具有纳米介孔。

2.根据权利要求1所述的一种超低密度气凝胶泡沫混凝土，其特征在于：微米闭孔气泡的孔径为100-400μm，气凝胶泡沫混凝土的干密度低于416kg/m3。

3.一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：制备如权利要求1-2任一项所述的气凝胶泡沫混凝土，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：s1中，将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水混合后搅拌均匀，加入盐酸调节ph继续搅拌，缓慢滴加氨水调节ph后室温下静置，放入老化液中密封老化处理20-30h，在正己烷中溶剂交换20-30h，改性液中改性20-30h后清洗表面，先在70-90℃下干燥2-4h，然后在100-150℃下干燥5-8h，得到疏水二氧化硅气凝胶颗粒。

5.根据权利要求4所述的一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：s1中，正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水的摩尔比为1:7:3；

6.根据权利要求3所述的一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：s2中，纳米二氧化硅颗粒的质量为水泥发泡剂的1.5-3.0%，超声分散的频率为35-45khz，超声分散的时间为15-30min。

7.根据权利要求3所述的一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：s2中，稳泡剂包括羟丙基甲基纤维素，稳泡剂的质量为改性泡沫的0.5-1%；

8.根据权利要求3所述的一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：s3中，疏水二氧化硅气凝胶颗粒的质量为气凝胶泡沫混凝土体积的5-10%，水泥的水灰比为0.4-0.5。

9.根据权利要求3所述的一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的制备方法，其特征在于：s3中，还加入气凝胶泡沫混凝土质量2-4%的速凝剂和水质量0.10-0.20%的增稠剂。

10.一种超低密度气凝胶泡沫混凝土的应用，其特征在于：根据权利要求1-2任一项所述的气凝胶泡沫混凝土应用于制备建筑自保温砌块、非承重外围护墙板或屋面保温结构层中。