一种蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料的制备方法及所得产品与流程

1.本发明涉及一种蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料的制备方法及所得产品，属于蒸压加气混凝土材料技术领域。
技术背景
2.现阶段能源与环境问题尤其突出，建筑能耗成为耗能的主要部分，建筑能耗在我国能耗中的比例逐年增加。建筑节能已成为必然的趋势，也成为现代建筑技术科学发展的必要要求。
3.蒸压加气混凝土材料因其质轻、隔音、环保、节能效果好等特点从出现到现在已获得广泛的认可。加气混凝土具有轻质、保温、吸音、抗震、施工快捷（与粘土烧结砖相比）、可加工性强等多种功能，是一种较好的节能材料。单纯的蒸压加气混凝土材料已不能满足当前节能标准的设计要求，因此市场上出现了蒸压加气混凝土复合保温材料。通过在加气混凝土中添加有机保温材料、无机保温材料来提高保温节能效果。
4.硅酸铝保温材料无毒无害，具有优良的吸音、耐高温、耐水、耐冻、收缩率低、整体无缝、无冷热桥形成等优势，其质量稳定可靠、抗裂、抗震性能好、抗负风压能力强、容重轻、是一种理想的保温材料。
[0005] cn103992084a公开了一种高韧性加气砖及其制备方法，该加气砖的原料为：水泥8-12、生石灰13-15、改性锯末8-10、石膏4-5、粉煤灰60-65、聚乙酸乙烯酯1-2、丁苯橡胶乳液1-2、硅酸铝纤维3-5、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺0.4-0.6、硅树脂聚醚乳液0.2-0.4、加气铝粉7-8、水适量。将各原料混合均匀后加入模具中蒸压，得到加气砖。该方法将硅酸铝纤维与各原料混合，通过蒸压的方式虽然能够提高硅酸铝纤维与混凝土材料的黏连性，但是这种加气砖在后续的使用过程中，例如切割、造型，还是容易存在空鼓和开裂的问题，尤其是以硅酸铝棉或硅酸铝板为原料时，二次加工过程中的空鼓、开裂问题更为突出，影响使用。


技术实现要素：

[0006]
针对现有蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料在使用过程中易空鼓、开裂的问题，本发明提供了一种蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料的制备方法，该方法对硅酸铝材料进行改性后再加入混凝土中，提高了加气混凝土与硅酸铝材料的结合能力，成型简单，合格率高，成型和二次加工过程中不易出现空鼓、开裂问题，同时还具有加强混凝土保温性的能力，具有巨大的应用潜力。
[0007]
本发明具体技术方案如下：一种蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料的制备方法，其特征是：（1）将蒸压加气混凝土各原料混合均匀，得基础原料；（2）将硅酸铝材料用硅烷偶联剂kh550进行改性，得到改性的硅酸铝材料；（3）将基础原料与改性的硅酸铝材料进行均匀混合，然后共同发泡定型、脱模整
型、蒸压成型，得到蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料；或者将基础原料与改性的硅酸铝材料按照层状叠加的形式进行布置，然后共同发泡定型、脱模整型、蒸压成型，得到蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料。
[0008]
进一步的，本发明将改性过的硅酸铝材料加入混凝土中，改性硅酸铝材料通过特殊的硅烷偶联剂kh550进行表面修饰，可以更好的吸附钙离子富集在硅酸铝材料表面，在高温高压的作用下，混凝土和硅酸铝在二者的接触界面形成新的托贝莫来石层，克服了蒸压加气混凝土因引入新的异质无机材料导致的空鼓和开裂，发挥了蒸压加气混凝土和硅酸铝保温材料的优势，从而提高了蒸压加气混凝土保温能力。
[0009]
进一步的，所述硅酸铝材料可以为硅酸铝板、硅酸铝纤维棉、硅酸铝纤维管、硅酸铝颗粒和硅酸铝纤维中的一种或两种。
[0010]
进一步的，所述硅酸铝材料的改性方法为：将硅烷偶联剂kh550加入90-95wt%的乙醇水溶液中，配成浓度为2-3wt%的kh550改性液，将硅酸铝材料浸入改性液中1-3min，然后取出进行干燥，得到改性的硅酸铝材料。
[0011]
进一步的，所述改性的硅酸铝材料为步骤（1）中基础原料总质量的1-30wt%，所述基础原料以干量计。优选的，改性的硅酸铝材料为步骤（1）中基础原料总质量的4-30wt%。
[0012]
进一步的，所述基础原料是制备蒸压加气混凝土所必须的原料，这些基础原料可以从现有技术公开的方案中进行选择，例如其可以是砂子、水泥、粉煤灰、水、发泡剂，石灰，石膏等，现有技术中报道的蒸压加气混凝土的各种配方均可以作为本发明的基础原料。
[0013]
在本发明某一具体实施方式中，所述基础原料包括水泥、石膏、石灰、铝粉、废浆和砂浆，所述废浆为不合格的蒸压加气混凝土产品或蒸压加气混凝土产品的切割下脚料经球磨后与等质量的水混合制成的废浆，所述砂浆为砂子经球磨后与等质量的水混合制成的砂浆。各基础原料的用量可以按照现有技术中公开的内容进行选择。在本发明某一具体实施方式中，水泥、石膏、石灰、铝粉、废浆、砂浆的质量比为18-22：3-6：12-18：2-5：5-10：50。
[0014]
进一步的，废浆中混凝土产品的粒径在球磨后在45毫米以下，砂浆中的砂子经球磨后的粒径也在45毫米以下。
[0015]
进一步的，根据硅酸铝材料的形式不同，其在制备过程中与基础原料的混合方式也不同。当硅酸铝材料为硅酸铝板、硅酸铝纤维棉、硅酸铝纤维管这些体积较大的形式时，最终的蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料中混凝土与硅酸铝材料以层状叠加的形式存在，例如从上到下按照混凝土层-硅酸铝复合材料层-混凝土层这样的结构形式存在，硅酸铝复合材料层可以是一层，也可以是两层或两层以上，因此在制备时，基础原料和改性的硅酸铝材料在模具中也需要按照层状叠加的形式进行布置。而当硅酸铝材料为硅酸铝颗粒、硅酸铝纤维这样体积较小的形式时，直接采用将改性的硅酸铝材料与基础原料物理混合均匀的形式进行混合即可，最终的产品中改性的硅酸铝材料均匀的分散在混凝土中。
[0016]
进一步的，当硅酸铝材料为硅酸铝板、硅酸铝纤维棉、硅酸铝纤维管这些体积较大的形式时，硅酸铝材料层位于混凝土内部，在最终产品的上下左右表面均为混凝土。
[0017]
进一步的，所述蒸压加气混凝土的制备方法采用传统的高温蒸压工艺，将改性过的硅酸铝材料按照设计要求与基础原料混合后共同发泡定型、脱模整型、蒸压成型，得到保温性好的蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料。
[0018]
进一步的，发泡采用恒温发泡，发泡温度为50～90 ℃，优选为85 ℃。发泡时间为
2-6h，优选4 h。
[0019]
进一步的，脱模整型是指对样品的形状通过切割等方式进行修整，切割的废料可以作为基础原料回用。
[0020]
进一步的，蒸压成型在蒸压釜中进行，蒸压采用高温蒸压，蒸压温度为180～200 ℃，优选为190℃。蒸压时间为12-20 h，优选为14 h。
[0021]
进一步的，本发明蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料根据使用需要可以制成不同的样式，例如可以是砌块、可以是墙板，可以是板材等。
[0022]
按照本发明方法得到的蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料因为硅酸铝的加入，具有很好的保温效果，同时因为对硅酸铝进行改性处理，提高了混凝土与硅酸铝之间的结合强度，使其加工成功率高，并且在后续的使用过程中，即使进行切割等二次加工也不会出现空鼓、开裂等问题，提高了产品的质量和寿命。因此，按照上述方法制得的蒸压加气混凝土/硅酸铝复合材料也在本发明保护范围之内。
[0023]
本发明具有以下有益效果：1、本发明利用kh550改性的硅酸铝材料来改善蒸压加气混凝土的保温节能性，该方法仅在混凝土基础原料中加入改性硅酸铝材料即可，基础原料和制备工艺无须进行大的改进，操作简单，可以发挥硅酸铝材料的保温特点，增加产品的保温性，提高产品的质量和合格率，从而使蒸压加气混凝土材料应用更为广泛。
[0024]
2、本发明改性硅酸铝材料和蒸压加气混凝土二次反应的机理为：改性硅酸铝材料通过硅烷偶联剂对材料表面进行修饰，可以更好的吸附钙离子富集在材料表面；另一方面混凝土部分和硅酸铝部分可以通过高温高压在二者的界面通过富集的钙离子进行相互交叉反应，使二者结合，形成致密新物质层，防止发生空鼓和开裂。
[0025]
3、本发明所得产品在制备过程中合格率高，二次加工的过程中也不容易出现空鼓和开裂现象，质量更好，使用更为方便。
附图说明
[0026]
图1为实施例2所得蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块从厚度方向切割的切面示意图（也可以称之为二次加工图）。
[0027]
图2蒸压加气混凝土的xrd图以及蒸压加气混凝土与硅酸铝界面层的xrd图。
[0028]
图3为实施例2所得蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块从厚度方向受力的撕裂图。
[0029]
图4为对比例1所得蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块产品图。
[0030]
图5为对比例2所得蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块产品图。
具体实施方式
[0031]
下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明，下述说明仅是示例性的，并不对其内容进行限制。
[0032]
实施例11、将蒸压加气混凝土下脚料加入球磨机中研磨，球磨的过程中加入等质量的水，球磨至粒径45毫米以下，得到废浆；2、将硅砂与等质量的水在球磨机中混合球磨，球磨至粒径45毫米以下，得砂浆；
3、将硅酸铝颗粒放入硅烷偶联剂kh550中改性，所用硅酸铝颗粒粒径在0.5毫米以下。取95wt%的乙醇水溶液，在搅拌下向其中加入kh550使kh550浓度达2wt%，得改性液。将硅酸铝颗粒浸入改性液中，2 min后，移入干燥箱中干燥，得改性硅酸铝颗粒；4、将普通硅酸盐水泥、石膏、石灰、铝粉、废浆、砂浆按照20：5：15：3：7：50的质量比混合，作为基础原料，然后在基础原料中加入改性硅酸铝颗粒，混合搅拌均匀，改性硅酸铝颗粒的用量为基础原料总质量（以干料计）的4%；5、将搅拌均匀的基础原料倒入模具，恒温60℃发泡6h；6、发泡结束后脱模整型，静养；7、静养后的混凝土材料在蒸压釜中进行高温190℃蒸压12 h，得到蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块1，砌块尺寸600*240*200 mm。按此方法进行小批量实验，所有砌块表面和四周均无空鼓、开裂的情况，合格率100%，经切割后，也无空鼓开裂情况。
[0033]
实施例21、将蒸压加气混凝土下脚料加入球磨机中研磨，球磨的过程中加入等质量的水，球磨至粒径45毫米以下，得到废浆；2、将硅砂与等质量的水在球磨机混合球磨，球磨至粒径45毫米以下，得砂浆；3、将硅酸铝板放入硅烷偶联剂kh550中改性，所用硅酸铝板尺寸为4000*30*20 mm。取95wt%的乙醇水溶液，在搅拌下向其中加入kh550使kh550浓度达2wt%，得改性液。将硅酸铝板浸入改性液中，2 min后，移入干燥箱中干燥，得改性硅酸铝板；4、将水泥、石膏、石灰、铝粉、废浆、砂浆按照20：5：15：3：7：50的质量比混合，作为基础原料，混合搅拌均匀；5、将改性硅酸铝板用支撑架固定在模具内，然后将搅拌均匀的基础原料倒入模具中，保证改性硅酸铝板的用量为基础原料总质量（以干料计）的8%，恒温80℃发泡5h；6、发泡结束后脱模整型，静养；7、静养后的混凝土材料在蒸压釜中进行高温180℃蒸压20 h，得到蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块2，砌块尺寸4800*600*150 mm。所得砌块由下至上为混凝土层-硅酸铝板层-混凝土层的结构，砌块表面均为混凝土层。按此方法进行小批量实验，所有砌块表面和四周均无空鼓、开裂的情况，合格率100%，经切割后，也无空鼓开裂情况。
[0034]
图1是所得砌块从厚度方向切割所得的切面示意图，从图中可以看出，所得砌块经切割后混凝土层与硅酸铝板层之间依然紧密结合，无空鼓、开裂情况。
[0035]
图2为混凝土层、混凝土层与硅酸铝层之间形成的新的界面层的xrd图，从图中可以看出，形成的致密新物质层为托贝莫来石结构，能有效防止界面处开裂、空鼓。
[0036]
图3为从蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块厚度方向施力将产品进行撕裂所得的撕裂图，从图中可以看出，产品从硅酸铝板中间撕裂，硅酸铝板与混凝土之间依然紧密结合，没有剥离情况发生，混凝土层和硅酸铝层之间具有很好的结合力。
[0037]
实施例31、将蒸压加气混凝土下脚料加入球磨机中研磨，球磨的过程中加入等质量的水，球磨至粒径45毫米以下，得到废浆；2、将硅砂与等质量的水在球磨机混合球磨，球磨至粒径45毫米以下，得砂浆；3、将硅酸铝纤维棉放入硅烷偶联剂kh550中改性，所用硅酸铝纤维棉尺寸为4000*
20*20 mm。取90wt%的乙醇水溶液，在搅拌下向其中加入kh550使kh550浓度达3wt%，得改性液。将硅酸铝纤维棉浸入改性液中，2 min后，移入干燥箱中干燥，得改性硅酸铝纤维棉；4、将水泥、石膏、石灰、铝粉、废浆、砂浆按照20：5：15：3：7：50的质量比混合，作为基础原料，混合搅拌均匀；5、将改性硅酸铝纤维棉在模具中平铺为两层、并固定，然后将搅拌均匀的基础原料倒入模具中，保证改性硅酸铝纤维棉的用量为基础原料总质量（以干料计）的15%，恒温85℃发泡4h；6、发泡结束后脱模整型，静养；7、静养后的混凝土材料在蒸压釜中进行高温200℃蒸压12 h，得到蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块3，砌块尺寸4800*600*150 mm。砌块由下至上为混凝土层-硅酸铝纤维棉层-混凝土层-硅酸铝纤维棉层-混凝土层的结构，砌块表面均为混凝土层。按此方法进行小批量实验，所有砌块表面和四周均无空鼓、开裂的情况，合格率100%，经切割后，也无空鼓开裂情况。
[0038]
实施例41、将蒸压加气混凝土下脚料加入球磨机中研磨，球磨的过程中加入等质量的水，球磨至粒径45毫米以下，得到废浆；2、将硅砂与等质量的水在球磨机混合球磨，球磨至粒径45毫米以下，得砂浆；3、将硅酸铝纤维管放入硅烷偶联剂kh550中改性，所用硅酸铝纤维管直径40 mm，壁厚20mm，长度500mm。取95wt%的乙醇水溶液，在搅拌下向其中加入kh550使kh550浓度达2wt%，得改性液。将硅酸铝纤维管浸入改性液中，2 min后，移入干燥箱中干燥，得改性硅酸铝纤维管；4、将水泥、石膏、石灰、铝粉、废浆、砂浆按照20：5：15：3：7：50的质量比混合，作为基础原料，混合搅拌均匀；5、将改性硅酸铝纤维管竖直固定在模具内，每根硅酸铝纤维管之间间隔10mm，然后将搅拌均匀的基础原料倒入模具中，保证改性硅酸铝纤维棉的用量为基础原料总质量（以干料计）的30%，恒温85℃发泡4h；6、发泡结束后脱模整型，静养；7、静养后的混凝土材料在蒸压釜中进行高温180℃蒸压20 h，得到蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块4，砌块尺寸600*240*200 mm。砌块由下至上为混凝土层-硅酸铝纤维管层-混凝土层的结构，砌块表面均为混凝土层。按此方法进行小批量实验，所有砌块表面和四周均无空鼓、开裂的情况，合格率100%，经切割后，也无空鼓开裂情况。
[0039]
实施例51、将蒸压加气混凝土下脚料加入球磨机中研磨，球磨的过程中加入等质量的水，球磨至粒径45毫米以下，得到废浆；2、将硅砂与等质量的水在球磨机中混合球磨，球磨至粒径45毫米以下，得砂浆；3、将硅酸铝颗粒放入硅烷偶联剂kh550中改性，所用硅酸铝颗粒粒径在0.5毫米以下。取95wt%的乙醇水溶液，在搅拌下向其中加入kh550使kh550浓度达2wt%，得改性液。将硅酸铝颗粒浸入改性液中，3 min后，移入干燥箱中干燥，得改性硅酸铝颗粒；4、将普通硅酸盐水泥、石膏、石灰、铝粉、废浆、砂浆按照20：5：15：3：7：50的质量比
混合，作为基础原料，然后在基础原料中加入改性硅酸铝颗粒，混合搅拌均匀，改性硅酸铝颗粒的用量为基础原料总质量（以干料计）的1%；5、将搅拌均匀的基础原料倒入模具，恒温60℃发泡6h；6、发泡结束后脱模整型，静养；7、静养后的混凝土材料在蒸压釜中进行高温190℃蒸压12 h，得到蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块5，砌块尺寸600*240*200 mm。按此方法进行小批量实验，所有砌块表面和四周均无空鼓、开裂的情况，合格率100%，经切割后，也无空鼓开裂情况。
[0040]
对比例11、将蒸压加气混凝土下脚料加入球磨机中研磨，球磨的过程中加入等质量的水，球磨至粒径45毫米以下，得到废浆；2、将硅砂与等质量的水在球磨机混合球磨，球磨至粒径45毫米以下，得砂浆；3、将水泥、石膏、石灰、铝粉、废浆、砂浆按照20：5：15：3：7：50的质量比混合，作为基础原料，混合搅拌均匀；4、将硅酸铝纤维棉用支撑架固定在模具内，硅酸铝纤维棉尺寸为4000*20*20 mm，然后将搅拌均匀的基础原料倒入模具中，保证未改性硅酸铝纤维棉的用量为基础原料总质量（以干料计）的8%，恒温80℃发泡5h；5、发泡结束后脱模整型，静养；6、静养后的混凝土材料在蒸压釜中进行高温180℃蒸压20 h，得到蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块6，砌块尺寸4800*600*150 mm。砌块由下至上为混凝土层-硅酸铝纤维棉层-混凝土层的结构。按此方法进行小批量实验，部分产品存在空鼓、开裂并导致硅酸铝板部变形的问题，如图4所示，成型合格率低。
[0041]
对比例2按照实施例2的方法制得蒸压加气混凝土/硅酸铝砌块7，不同的是：将硅烷偶联剂kh550替换为硅烷偶联剂kh570。砌块由下至上为混凝土层-硅酸铝板层-混凝土层的结构。按此方法进行小批量实验，部分产品存在空鼓、开裂问题，如图5所示，成型合格率低。