一种水泥基导热砂浆及其制备方法

1.本发明涉及导热砂浆技术领域，尤其涉及一种水泥基导热砂浆及其制备方法。


背景技术：

2.地面辐射供暖(地暖)系统具有热稳定性好、节能高效、安全性能高、不占用室内面积等优点，近年来正逐渐取代传统的壁挂式采暖方式，具有广阔的应用前景。传统的地暖工艺采用铝膜作为均热膜，虽然铝膜导热速度快，但是，由于覆盖在铝膜上的混凝土或砂浆中含有活性离子cl-1
，会腐蚀铝膜，使用一段时间后，铝膜被腐蚀掉，失去导热性能，难以保证均热效果。其次，由于目前的地暖板大多采用薄型地暖板，带有铺管的沟槽，过厚的铝膜很难嵌入沟槽内，导致铺装效果差；而过薄的铝膜导热性能差。而且，铝膜昂贵的价格也大大增加了地暖系统的成本。市场上其他取代铝膜的均热膜往往存在导热效果和均热效果差、力学性能差、粘结性差、易开裂的问题。
3.因此，研究开发一种提高导热效果、力学性能、粘结性，避免开裂问题的水泥基导热砂浆，具有重要的价值和意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种水泥基导热砂浆及其制备方法，用以解决现有技术中水泥基导热砂浆导热效果差、力学性能差、粘结性差、容易开裂的问题。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种水泥基导热砂浆，包含如下质量份的组分：
[0007][0008][0009]
作为优选，所述水泥包含硅酸盐水泥和铝酸盐水泥，所述硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的质量比为1～2:1。
[0010]
作为优选，所述骨料包含质量比为2～4:1的石英砂和高炉矿渣粉；所述石英砂和高炉矿渣粉的粒径独立的为50～100μm。
[0011]
作为优选，所述导热材料包含质量比为2～4:1的石墨粉和氮化物；所述氮化物为氮化铝或氮化硼。
[0012]
作为优选，所述纤维包含质量比为2～3:1～2:2～3的玄武岩纤维、聚丙烯纤维和碳纤维。
[0013]
作为优选，所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚，所述粘结剂包含质量比为2～3:1～2的橡胶粉和乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉。
[0014]
本发明还提供了一种所述的水泥基导热砂浆的制备方法，包含如下步骤：
[0015]
1)将水泥、骨料、聚羧酸减水剂、保水剂和粘结剂混合，得到混合物；
[0016]
2)将混合物、导热材料、纤维和水混合，得到水泥基导热砂浆。
[0017]
作为优选，步骤1)所述混合的时间为5～15min；步骤2)所述混合的时间为10～20min。
[0018]
作为优选，步骤1)和步骤2)所述混合在搅拌条件下进行，搅拌的速率为500～800r/min。
[0019]
本发明的有益效果包括：
[0020]
本发明通过合理选择组分，并控制各组分的比例，得到的水泥基导热砂浆的导热系数高，热量传递快、分布均匀，抗压强度和抗折强度高，韧性和粘结性好，抗开裂能力好。
具体实施方式
[0021]
本发明提供了一种水泥基导热砂浆，包含如下质量份的组分：
[0022][0023][0024]
本发明的水泥基导热砂浆包含50～60份水泥，优选为53～58份，进一步优选为55～56份。
[0025]
本发明所述水泥优选包含硅酸盐水泥和铝酸盐水泥，所述硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的质量比优选为1～2:1，进一步优选为1.5:1。
[0026]
本发明的硅酸盐水泥起到基础凝结作用，铝酸盐水泥硬化后产生很高的早期强度，后期强度稳定增长，水泥基导热砂浆固化后，硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和骨料、导热材料、纤维紧密的连接在一起，能够提高水泥基砂浆的抗压强度、抗折强度、粘度强度和防水性能。
[0027]
本发明的水泥基导热砂浆包含65～75份骨料，优选为67～72份，进一步优选为69～71份，更优选为70份。
[0028]
本发明所述骨料优选包含石英砂和高炉矿渣粉；所述石英砂和高炉矿渣粉的质量比优选为2～4:1，进一步优选为3:1；所述石英砂和高炉矿渣粉的粒径独立的优选为50～
100μm，进一步优选为70～90μm，更优选为80μm。
[0029]
本发明的骨料能够保证水泥基导热砂浆的强度，石英砂的硬度和强度较高，石英砂和高炉矿渣粉按照特定的比例组合，显著提高导热砂浆的强度、硬度和韧性。
[0030]
本发明的水泥基导热砂浆包含15～25份导热材料，优选为17～23份，进一步优选为19～21份，更优选为20份。
[0031]
本发明所述导热材料优选包含石墨粉和氮化物；所述石墨粉和氮化物的质量比优选为2～4:1，进一步优选为3:1；所述氮化物优选为氮化铝或氮化硼。
[0032]
本发明的导热材料具有较高的导热系数，导热效果良好、导热性能稳定；石墨粉表面含有大量活性含氧官能团，能够改善水泥水化晶体与石墨粉表面的界面相互作用，提高韧性；本发明的石墨粉和氮化物的比例能够显著提高水泥基导热砂浆的导热性能，本发明的导热材料能够有效填充砂浆内部孔隙，本发明的导热材料和水泥的比例能够保证水泥基砂浆具有良好的力学性能和导热性能。
[0033]
本发明的水泥基导热砂浆包含2～5份聚羧酸减水剂，优选为3～4份，进一步优选为3.5份。
[0034]
本发明的聚羧酸减水剂能够减少拌合水、减少水胶比，改善导热砂浆的耐久性，提高砂浆的强度和流动性。
[0035]
本发明的水泥基导热砂浆包含5～12份纤维，优选为6～11份，进一步优选为7～10份，更优选为8～9份。
[0036]
本发明所述纤维优选包含玄武岩纤维、聚丙烯纤维和碳纤维；所述玄武岩纤维、聚丙烯纤维和碳纤维的质量比优选为2～3:1～2:2～3，进一步优选为2.5:1.5:2.5。
[0037]
本发明的纤维保证砂浆固化后形成网状导热结构，能够有效防止水泥基导热砂浆的早期收缩裂纹，明显降低砂浆的干缩率，提高砂浆的抗渗性，提高砂浆的韧性。
[0038]
本发明的水泥基导热砂浆包含3～5份保水剂，优选为3.5～4.5份，进一步优选为4份；所述保水剂优选为羟丙基甲基纤维素醚。
[0039]
本发明的水泥基导热砂浆包含6～15份粘结剂，优选为8～13份，进一步优选为9～11份，更优选为10份。
[0040]
本发明所述粘结剂优选包含橡胶粉和乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉，所述橡胶粉和乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉的质量比优选为2～3:1～2，进一步优选为2.5:1.5。
[0041]
本发明的粘结剂和水泥、骨料按照特定比例组合，能够提高水泥基导热砂浆的韧性和抗开裂能力，还能提高导热砂浆的保水性能、耐久性和耐磨性；粘结剂的用量过少，导热砂浆的粘聚力较差，水泥和骨料不能很好的包裹在一起，导热砂浆的强度也较低；粘结剂的用量超过本发明的比例时，导热砂浆的强度和粘结性能提高的不明显。
[0042]
本发明的水泥基导热砂浆包含55～75份水，优选为60～70份，进一步优选为63～66份。
[0043]
本发明还提供了一种所述的水泥基导热砂浆的制备方法，包含如下步骤：
[0044]
1)将水泥、骨料、聚羧酸减水剂、保水剂和粘结剂混合，得到混合物；
[0045]
2)将混合物、导热材料、纤维和水混合，得到水泥基导热砂浆。
[0046]
本发明步骤1)所述混合的时间优选为5～15min，进一步优选为7～12min，更优选为9～10min；步骤2)所述混合的时间优选为10～20min，进一步优选为12～18min，更优选为
14～16min。
[0047]
本发明步骤1)和步骤2)所述混合优选在搅拌条件下进行，搅拌的速率优选为500～800r/min，进一步优选为600～700r/min，更优选为630～650r/min。
[0048]
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0049]
实施例1
[0050]
将2.6kg硅酸盐水泥、2.6kg铝酸盐水泥、4.4kg石英砂(粒径为55μm)、2.2kg高炉矿渣粉(粒径为60μm)、0.2kg聚羧酸减水剂、0.3kg羟丙基甲基纤维素醚、0.4kg橡胶粉和0.2kg乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合6min，混合在550r/min的搅拌速率下进行，得到均匀的混合物。将混合物和1kg石墨粉、0.5kg氮化铝、0.2kg玄武岩纤维、0.1kg聚丙烯纤维、0.2kg碳纤维、5.6kg水在550r/min的搅拌速率下混合12min，得到水泥基导热砂浆。
[0051]
实施例2
[0052]
将4kg硅酸盐水泥、2kg铝酸盐水泥、6kg石英砂(粒径为95μm)、1.5kg高炉矿渣粉(粒径为90μm)、0.5kg聚羧酸减水剂、0.5kg羟丙基甲基纤维素醚、0.9kg橡胶粉和0.6kg乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合13min，混合在750r/min的搅拌速率下进行，得到均匀的混合物。将混合物和2kg石墨粉、0.5kg氮化硼、0.45kg玄武岩纤维、0.3kg聚丙烯纤维、0.45kg碳纤维、7.2kg水在750r/min的搅拌速率下混合18min，得到水泥基导热砂浆。
[0053]
实施例3
[0054]
将3.3kg硅酸盐水泥、2.2kg铝酸盐水泥、5.25kg石英砂(粒径为75μm)、1.75kg高炉矿渣粉(粒径为75μm)、0.4kg聚羧酸减水剂、0.4kg羟丙基甲基纤维素醚、0.6kg橡胶粉和0.4kg乙烯-醋酸乙烯共聚胶粉混合10min，混合在650r/min的搅拌速率下进行，得到均匀的混合物。将混合物和1.5kg石墨粉、0.5kg氮化硼、0.3kg玄武岩纤维、0.3kg聚丙烯纤维、0.3kg碳纤维、6.5kg水在650r/min的搅拌速率下混合15min，得到水泥基导热砂浆。
[0055]
对比例1
[0056]
将实施例3的硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的质量分别改为2.2kg和3.3kg，省去聚羧酸减水剂和碳纤维，其他条件和实施例3相同。
[0057]
对比例2
[0058]
将实施例3的石墨粉和氮化硼的质量分别改为1kg和1kg，石英砂和高炉矿渣粉的粒径均改为200μm，省去橡胶粉，其他条件和实施例3相同。
[0059]
对比例3
[0060]
将实施例3的氮化硼改为等质量的硅微粉，玄武岩纤维、聚丙烯纤维、碳纤维的质量分别改为0.5kg、0.1kg、0.2kg，硅酸盐水泥的质量改为5.5kg，省去铝酸盐水泥，其他条件和实施例3相同。
[0061]
将实施例1～3和对比例1～3的水泥基导热砂浆分别在室温下养护28d，根据jc/t 985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》测试抗压强度和抗折强度；根据jgj/t 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》测试砂浆的拉伸粘结强度；根据gb/t 10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》及astm c518-04《用热流计法测定稳态热通量和热传递特性的试验方法》，采用平板热流计法，测试砂浆的导热系数，测试结果如表1所示。
[0062]
表1不同水泥基导热砂浆的性能测试结果
[0063][0064]
由表1可知，本发明的水泥基导热砂浆导热系数高，热量传递快、分布均匀，抗压强度和抗折强度高，韧性和粘结性好，抗开裂能力好。由对比例1～3可知，改变本发明的组分、组分比例及其组分粒径，均会导致水泥基导热砂浆导热系数、粘结强度和力学性能显著下降。
[0065]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。