一种水泥墙体构件及其制作工艺的制作方法

1.本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种水泥墙体构件及其制作工艺。


背景技术：

2.我国是世界上最大的发展中国家，基础设施建设的好坏是决定我国能否成为发达国家的关键因素。其中，建筑行业是我国基础设施战场的主要阵地，该行业的发展不仅改善了人们的工作、生活、休闲活动环境，而且形成了一条重要的产业链，解决了国内就业难的社会问题，是我国经济持续增长和发展的重要指标。然而进入21世纪，随着人类对自然的日益依赖，地球上的自然资源正面临着枯竭的状态，其中建筑工业作为一个巨大的资源消耗产业己经占了我国总资源消耗的三分之一，面临着更加严峻的困境。其中我国仍然在大量使用黏土实心砖作为墙体的主要材料。在中国建筑材料的统计中，墙体材料至少占据7成以上，在这些墙材中，大部分材料使用的是烧结黏土砖，而生产黏土砖需消耗大量的肥沃黏土资源。再者黏土砖的烧制过程中会排放大量的二氧化碳，不利于环保。而且目前市场上的黏土砖或水泥砖存在不隔音、保温效果差等缺点。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种水泥墙体构件，该水泥墙体构件具有质量轻、隔声、保温等优点，将其应用于建筑物的墙体结构，既减轻了建筑物的自重，又达到了建筑节能的要求，节约材料。
4.本发明的另一目的在于提供一种水泥墙体构件的制作工艺，该制作工艺操作简单，可大规模进行生产，且提高了各组成成分之间的分散度和生产效率，提升了水泥墙体构件的综合性能。
5.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
6.本发明提出一种水泥墙体构件，其包括按重量份数计的以下原料：水泥15
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30份、微纳米硅粉10
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20份、相变材料15
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25份、发泡剂7
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15份、稳泡剂1
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2份和水溶性树脂粉5
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10份。
7.本发明提出一种水泥墙体构件的制作工艺，包括以下步骤：将陶粒研磨并过筛得到细粒，过筛的目数为3
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10目；发泡剂和稳泡剂加水起泡得到泡沫浆体；向泡沫浆体内加入除水溶性树脂粉的剩余原料搅拌10
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15分钟得到混合液，向混合液中加入水溶性树脂搅拌后干燥即可得到水泥墙体构件。
8.本发明实施例提出的水泥墙体构件、水泥墙体构件的制作工艺至少具有以下有益效果：
9.一方面，本发明实施例中的水泥墙体构件以水泥、水溶性树脂粉为凝胶材料，水泥为水泥墙体构件提供一定的强度，与水溶性树脂粉合用交联形成致密的聚合物膜，加强水泥与其他物质之间的粘结力，从而提高水泥墙体构件的抗折强度。以微纳米硅粉、相变材料作为轻集料加入水泥浆体中，起骨架作用。微纳米硅粉不仅可以改善最终产品开裂的现象，
还能改善原料间的和易性，从而提高其抗冻能力、提高抗腐蚀、抗渗能力。而将相变材料应用于水泥墙体构件中，不仅降低了墙体的传热系数，还增加了墙体的热惰性，使得相变蓄热墙体材料在发生相变时可以放出或吸收一定的能量，从而使得室内外的热流量通过墙体两侧侧壁传递时产生一定的时间延迟和衰退，从而保持温度的恒定，改善室内环境的热舒适性。凝胶材料与轻集料在发泡剂的作用下，在水泥墙体构件的内部产生大量的气孔，气孔中的空气以对流和辐射的方式进行热传递，而空气在静止的状态下其传热系数只有0.023w/mk，远远低于固体的热导率，因而能减缓热流速率，防止高温向低温传热，达到隔热的目的。发泡剂能提高水泥墙体构件内部的气孔率，从而降低其热传导率，增大传热阻力，从而达到较好的控温效果。此外，水泥墙体构件内含有大量的气孔，可以消耗一部分声能，从而使其具有良好的隔音效果。为了增强气泡的稳定性加入了稳泡剂，提高气泡液膜的机械强度，增大气泡液膜的弹性使其不易发生破裂。此外，稳泡剂能够增大分子间的作用力，使得气泡更加均匀地分布于水泥墙体构件内，从而获得较小的有效热传导系数，增强其保温效果。
10.另一方面，本发明实施例提出的上述水泥墙体构件的制作工艺，先将陶粒研磨成3
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10目的细粒再与水泥混合也可降低颗粒间的极差，避免颗粒分级而造成各原料分布不均匀而影响水泥墙体构件的综合性能。泡沫浆体的制备与混合液的制备分步骤进行，如此可先获得稳定的气泡，将除水溶性树脂粉的剩余原料加入泡沫浆体搅拌可提高混合液的均一性，同时也使得气泡在固体颗粒之间分布的更加均匀，降低水泥墙体构件的传热系数，搅拌10
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15分钟即可将各成分搅拌均匀。然后将水溶性树脂粉加入混合液中搅拌，水溶性树脂溶于水后黏度较大容易使得粉状的原料结块而造成分布不均，先将其他原料溶解形成混合液后再加入水溶性树脂粉可以快速地将其混合均匀，缩短搅拌时间，提高生产效率。而且，水溶性树脂的添加量可以根据混合液中自由水的量来确定，从而降低水泥墙体构件的含水量。最后，将水溶性树脂粉与混合液搅拌后的浑浊物干燥即可得到水泥墙体构件。该水泥墙体构件的制作工艺，操作简单，可大规模进行生产，且提高了各组成成分之间的分散度和生产效率，提升了水泥墙体构件的综合性能。再者，该制作工艺无需高温烧结，因而无粉尘、二氧化碳的排放，节能环保。
具体实施方式
11.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
12.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
13.本发明实施例提出一种水泥墙体构件，其包括按重量份数计的以下原料：水泥15
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30份、微纳米硅粉10
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20份、相变材料15
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25份、发泡剂7
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15份、稳泡剂1
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2份和水溶性树脂粉5
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10份。其中，水泥的主原料为石灰或硅酸钙，是一种粉状水硬性无机胶凝材料，水泥作为胶结材料，将其与水混合后发生一系列的化学反应而逐渐凝结成水泥石骨架，且促进原料之间进一步地胶结，从而提高水泥墙体构件的力学强度。
14.微纳米硅粉作为轻集料，其表面硬度较大，具备抵抗变形能力，可改善水泥墙体构
件的强度。而且可显著降低水泥墙体构件干燥过程中形成的收缩和变形，从而改善终产品开裂的现象。由于微纳米硅粉的比表面积很大，湿润微纳米硅粉颗粒表面需要大量的水分，在后期的制作过程中微纳米硅粉粒子会吸附搅拌料中大量的自由水，避免原料内部多余水分溢出，从而降低发生水泥和骨料离析现象的发生几率。另一方面，微纳米硅粉微粒堵塞了搅拌料中的毛细孔，置换出水泥颗粒间的填充水，被置换出的这部分水有利于原料之间的流动性。微纳米硅粉的表面积很大，湿润微纳米硅粉颗粒表面需要大量的水分，微纳米硅粉粒子会约束水泥浆体中的大量自由水，使得材料内部很难有多余的水分溢出，从而降低水泥和轻集料发生离析现象的概率。另一方面，微纳米硅粉微粒堵塞了水泥墙体构件内部的毛细孔，置换出水泥颗粒之间的填充水，被置换出的这部分水有利于水泥墙体构件原料间的流动性，改善原料之间的和易性。微纳米硅粉与水泥浆体间可以发生化学反应增强了水泥与轻集料界面的黏结力，而且，微纳米硅粉会使水泥墙体构件内的孔隙变小、密实度增强，从而改善抗冻能力、提高抗腐蚀、抗渗能力。
15.为了提高水泥浆体的抗折性能，本发明实施例中加入水溶性树脂粉。随着水泥水化反应的不断进行，水泥浆体中的水分不断减少，水溶性树脂就会逐渐交联在一起形成一层致密聚合物膜，成为水泥砂浆的一部分。水溶性树脂形成的聚合物网络结构，能提高水泥浆体的韧性；另一方面，水溶性树脂中的某些活性基团与水化产物发生化学反应，形成某种特殊桥键作用，与水化产物相互交联在一起，在荷载作用下，缓解内应力，从而可以提高水泥浆体的抗折强度。
16.在配置水泥墙体构件的原料时，发泡剂也是必不可少的，它可以使对象物质产生气孔。在实际应用中，根据具体情况及需要，可以选择化学发泡剂、物理发泡剂及表面活性剂。当建筑物内外存在温差时，其材料内部的固相以热传递的方式传热，而材料内部气孔中的空气以对流和辐射的方式进行热传递，而空气在静止的状态下其传热系数只有0.023w/mk，远远低于固体的热导率，因而能减缓热流速率，防止高温向低温传热，达到隔热的目的。发泡剂能提高水泥墙体构件内部的气孔率，从而降低其热传导率，增大传热阻力，从而达到较好的控温效果。
17.生产气泡的形式不同，所产生的气泡的稳定性不同，为了提高气泡的稳定性，本发明实施例中还加入了稳泡剂。稳泡剂的加入可以使得气泡稳定的存在于浆料中，避免气泡之间出现逸出或并泡的现象。而且加入稳泡剂后可提高气泡液膜的机械强度，增大气泡液膜的弹性使其不易发生破裂。此外，稳泡剂能够增大分子间的作用力，使得气泡更加均匀地分布于水泥墙体构件内，从而获得较小的有效热传导系数。
18.为了提高水泥墙体构件的隔热保温性能，将相变材料作为轻集料应用于水泥墙体构件中，不仅可以降低墙体的传热系数，而且增加了墙体的热惰性，使得相变蓄热墙体材料在发生物相变化时可放出或吸收一定的能量，从而使室内外的热扰量通过该墙体向另一侧传递时产生一定的时间延迟和衰减，能有效的阻止温度的巨幅波动，使温度缓慢升高或降低，从而达到控温、有效节能的目的。该水泥墙体构件不仅可以降低建筑能耗，改善室内环境的热舒适性，还可以与制冷、供暖、通风等技术结合，利用相变材料储存热量、冷量，缓解我国能源供求上的矛盾，实现建筑节能的目标。
19.详细地，本发明实施例中，相变材料为六水氯化钙/膨胀石墨或脂肪酸/膨胀石墨。六水氯化钙的相变温度约为26～29℃，其价格便宜、材料来源广泛、安全无毒，且具有导热
系数高、相变潜热大、体积膨胀率小等优点。六水氯化钙是利用脱出结晶水使盐溶解吸热，吸收结晶水放热达到控温的目的。但是，单一地使用此类材料存在过冷现象和析出现象，因而采用六水氯化钙/膨胀石墨相变材料。将六水氯化钙制备成复合相变材料对其过冷和相分离现象也有一定程度的抑制作用，还可以解决水合无机盐在应用过程的腐蚀性和液漏问题，提高六水氯化钙的热稳定性。
20.可选地，脂肪酸作为相变材料具有更多优越的性能，其通过晶型的转变以及高分子支链的转换重组而引发材料吸、放热的表现。脂肪酸材料的潜热值高，廉价易得，无毒，无腐蚀性，具有相变时体积变化小，无过冷、无相分离现象，以及热循环稳定等优点，但是同时又具有相变温度偏高，导热系数小等缺点。因而采用脂肪酸/膨胀石墨，膨胀石墨具有较高的导热系数，可以改善脂肪酸的性能。同时，膨胀石墨具有丰富的孔结构，利用其自身的毛细作用或真空作用的方式将脂肪酸吸附至其内部孔隙中，可避免脂肪酸发生液化时发生宏观流动，解决脂肪酸相变而导致泄露的问题。
21.为了降低脂肪酸的熔点，提高脂肪酸的导热性能，本发明实施例中采用多元共混体系的脂肪酸。详细地，脂肪酸包括硬脂酸、月桂酸、棕榈酸和癸酸中至少两种。两个或多个脂肪酸可形成最低共溶混合物，并获得较低的相变温度。上述三种物质相互之间配伍使用可获得熔点在25
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70℃的混合体系，且熔化潜热高，热稳定性能良好，具有良好的控温能力。本发明实施例中的复合相变材料可直接与墙体的其他材料直接加工成型而无需封装，可避免相变时发生液体宏观流动或渗漏，使用安全，且具有优异的控温效果。
22.本发明实施例提出的水泥墙体构件，其原料配比合理，原料之间相互协同作用，所制得的水泥墙体构件具有质量轻、隔声、保温等优点，将其应用于建筑物的墙体结构，既减轻了建筑物的自重，又达到了建筑节能的要求，节约材料。
23.进一步地，当水泥为23份、微纳米硅粉为14份、相变材料为20份、发泡剂为10份、稳泡剂为1.3份、水溶性树脂粉为8份时，该比例下的水泥墙体构件的机械强度较高，孔隙率较为合适，且传热系数较低，具有隔热保温好、质量轻、隔音效果优异等优点。
24.为了提高水泥墙体构件的综合性能，还加入了按重量份数计的陶粒0
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70份和/或增韧剂10
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15份。其中，陶粒中含有许多非连通型的封闭气孔，使得陶粒具有了密度小、质量轻的特点，但其外表却十分坚硬，在水泥墙体构件中不仅起到骨架的作用，还能减轻水泥墙体构件的重量。再者，一方面陶粒的导热系数较小，将陶粒加入水泥墙体构件中可以降低其导热系数；另一方面，陶粒的使用增大了水泥墙体构件内部的孔隙率，进而降低水泥墙体构件的导热系数；因而使得水泥墙体构件的保温隔热的性能较为优异。此外，陶粒的加入使得水泥墙体构件为多孔结构，使消耗声能的孔道增多，声波在材料内部传播时，受空气粘滞阻力和摩擦力的作用，使得声能在振动过程中被消耗为热能，赋予水泥墙体构件较好的吸声性能。
25.为了提高水泥墙体构件的韧性，还加入了增韧剂以提高其机械强度。详细地，本发明实施例中的增韧剂为金属纤维。金属纤维具有一定的强度和拉伸性，将高强度和高模量的金属纤维加入水泥墙体构件的基体中既能为基体分担大部分外加应力，又可阻碍裂纹的扩展，并能在局部纤维发生断裂时以“拔出功”的形式消耗部分能量，起到提高其断裂性能，并弥补水泥墙体构件开裂的问题，从而提高其综合的力学性能。
26.本发明实施例还提出一种上述水泥墙体构件的制作工艺，包括以下步骤：将陶粒
研磨并过筛得到细粒，过筛的目数为3
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10目；发泡剂和稳泡剂加水起泡得到泡沫浆体；向泡沫浆体内加入除水溶性树脂粉的剩余原料搅拌10
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15分钟得到混合液，向混合液中加入水溶性树脂搅拌后干燥即可得到水泥墙体构件。
27.详细地，陶粒的细度对水泥墙体构件性能的影响很大，陶粒越细其比表面积越大，所需水量越大，硬化后水泥结构中的水分子含量越多，易造成水泥墙体构件耐久性较差。先将陶粒研磨成3
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10目的细粒再与水泥混合也可降低颗粒间的极差，避免颗粒分级而造成各原料分布不均匀而影响水泥墙体构件的综合性能。泡沫浆体的制备与混合液的制备分步骤进行，如此可先获得稳定的气泡，将除水溶性树脂粉的剩余原料加入泡沫浆体搅拌可提高混合液的均一性，同时也使得气泡在固体颗粒之间分布的更加均匀，降低水泥墙体构件的传热系数，搅拌10
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15分钟即可将各成分搅拌均匀。详细地，本发明实施例中，泡沫浆体的含固率为5
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10％，该含固量的泡沫浆体既可满足水泥硬化所需的水量，降低发生水泥和骨料离析现象的发生几率，保证水泥等原料溶于泡沫浆体后具有良好的流动性的同时又不会残余太多的自由水，提高水泥墙体构件的耐久性。
28.将水溶性树脂粉加入混合液中搅拌，水溶性树脂溶于水后黏度较大容易使得粉状的原料结块而造成分布不均，先将其他原料溶解形成混合液后再加入水溶性树脂粉可以快速地将其混合均匀，缩短搅拌时间，提高生产效率。而且，水溶性树脂的添加量可以根据混合液中自由水的量来确定，从而降低水泥墙体构件的含水量。进一步地，在溶解水溶性树脂粉的步骤中，在搅拌的同时也进行加热处理，加热的温度为50
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70℃。一方面，加热处理可以加速水溶性树脂粉的溶解；另一方面，加热可以提高原料的反应活性，缩短反应时间，且该温度下不会产生副反应，从而保证终产品的性质和质量。
29.将水溶性树脂粉与混合液搅拌后的浑浊物干燥即可得到水泥墙体构件。详细地，本发明实施例中干燥温度为20
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50℃。温度较高则其干燥速率较快，反之则较慢。在该温度下干燥不仅可以避免由于干燥速率过快而引起水泥墙体构件表层开裂，又可避免高温使得气体膨胀而导致水泥墙体构件的内部结构遭到破坏，保证水泥墙体构件的强度。
30.本发明实施例提出的水泥墙体构件的制作工艺，操作简单，可大规模进行生产，且提高了各组成成分之间的分散度和生产效率，提升了水泥墙体构件的综合性能。
31.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
32.实施例1
33.本发明实施例提供一种水泥墙体构件，包括以下原料：
34.水泥15kg、微纳米硅粉10kg、六水氯化钙/膨胀石墨相变材料15kg、发泡剂7kg、稳泡剂1kg、水溶性树脂粉5kg和增韧剂10kg。
35.本发明实施例还提供一种上述水泥墙体构件的制作工艺，包括以下步骤：将陶粒研磨并过筛得到细粒，过筛的目数为3目；发泡剂和稳泡剂加水起泡得到泡沫浆体，泡沫浆体的含固率为10％；向泡沫浆体内加入除水溶性树脂粉的剩余原料于50℃搅拌10分钟得到混合液，向混合液中加入水溶性树脂搅拌后于20℃的温度下干燥即可得到水泥墙体构件。
36.实施例2
37.本发明实施例提供一种水泥墙体构件，包括以下原料：
38.水泥30kg、微纳米硅粉20kg、相变材料25kg、发泡剂15kg、稳泡剂2kg、水溶性树脂粉10kg、陶粒70kg和金属纤维15kg。
39.本发明实施例还提供一种上述水泥墙体构件的制作工艺，包括以下步骤：将陶粒研磨并过筛得到细粒，过筛的目数为10目；发泡剂和稳泡剂加水起泡得到泡沫浆体，泡沫浆体的含固率为5％；向泡沫浆体内加入除水溶性树脂粉的剩余原料于70℃搅拌15分钟得到混合液，向混合液中加入水溶性树脂搅拌后于50℃的温度下干燥即可得到水泥墙体构件。
40.需要说明的是：相变材料为脂肪酸/膨胀石墨，脂肪酸中的硬脂酸与月桂酸的质量比2:1。
41.实施例3
42.本发明实施例提供一种水泥墙体构件，包括以下原料：
43.水泥23kg、微纳米硅粉14kg、相变材料20kg、发泡剂10kg、稳泡剂1.3kg、水溶性树脂粉8kg、陶粒45和铜纤维12kg。
44.本发明实施例还提供一种上述水泥墙体构件的制作工艺，包括以下步骤：将陶粒研磨并过筛得到细粒，过筛的目数为5目；发泡剂和稳泡剂加水起泡得到泡沫浆体，泡沫浆体的含固率为8％；向泡沫浆体内加入除水溶性树脂粉的剩余原料于60℃搅拌13分钟得到混合液，向混合液中加入水溶性树脂搅拌后即可得到水泥墙体构件。
45.需要说明的是：相变材料为脂肪酸/膨胀石墨，脂肪酸中的月桂酸、棕榈酸和癸酸的质量比3.0:1.5:2.0。
46.实施例4
47.本发明实施例提供一种水泥墙体构件，包括以下原料：
48.水泥20kg、微纳米硅粉17kg、相变材料18kg、发泡剂12kg、稳泡剂1.4kg和水溶性树脂粉7.5kg。
49.本发明实施例还提供一种上述水泥墙体构件的制作工艺，包括以下步骤：将陶粒研磨并过筛得到细粒，过筛的目数为8目；发泡剂和稳泡剂加水起泡得到泡沫浆体；向泡沫浆体内加入除水溶性树脂粉的剩余原料于65℃搅拌10
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15分钟得到混合液，向混合液中加入水溶性树脂搅拌后于40℃的温度下干燥即可得到水泥墙体构件。
50.实施例5
51.本发明实施例提供一种水泥墙体构件，包括以下原料：
52.水泥12kg、微纳米硅粉11kg、相变材料16kg、发泡剂9kg、稳泡剂1.1kg和水溶性树脂粉7kg。
53.本发明实施例还提供一种上述水泥墙体构件的制作工艺，包括以下步骤：将陶粒研磨并过筛得到细粒，过筛的目数为7目；发泡剂和稳泡剂加水起泡得到泡沫浆体；向泡沫浆体内加入除水溶性树脂粉的剩余原料搅拌14分钟得到混合液，向混合液中加入水溶性树脂搅拌后即可得到水泥墙体构件。
54.效果例1
55.根据本发明实施例1
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5所用的方法分别制得水泥墙体构件，对应实施例标记为1
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5号样品，按照行业的相关测试对1
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5号样品进行测试，测试其抗压强度、导热系数以及吊挂力，具体检测数据见表1。
56.表1物理性能测试结果
[0057][0058]
由上表中的数据可知，本发明实施例提出的水泥墙体构件具有良好的强度，而其较低的导热系数说明其具有良好的隔热保温性能，可保持室内空气温度的恒定，生态调节效果较好。而且该水泥墙体构件上可吊挂重物，吊挂性能较高。
[0059]
效果例2
[0060]
从上述测试结果可知，实施例5所制得的水泥墙体构件的导热系数最大，以样品5作为本试验的样品，将样品5作为10m3体积场地的墙体和天花板，并测试室内外的温度，对比例为普通墙体，测试结果见表2。
[0061]
表2保温性能测试
[0062] 室内温度(℃)室外温度(℃)温度差(℃)对比例11.5101.5样品516.5106.5
[0063]
由表2中的数据可知，本发明实施例的水泥墙体构件室内外的温度差较大，说明该水泥墙体构件阻隔了热量的热传递，具有良好的保温效果。
[0064]
综上所述，本发明提供的水泥墙体构件具有质量轻、隔声、保温等优点，将其应用于建筑物的墙体结构，既减轻了建筑物的自重，又达到了建筑节能的要求，节约材料。本发明还提供一种水泥墙体构件的制作工艺，该制作工艺操作简单，可大规模进行生产，且提高了各组成成分之间的分散度和生产效率，提升了水泥墙体构件的综合性能。
[0065]
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。