[发明专利]一种SiO2气凝胶砂浆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种砂浆，具体涉及一种SiO₂气凝胶砂浆。本发明还涉及这种砂浆的制备方法。

背景技术

SiO₂气凝胶是一种具有三维空间网络结构的固体材料，因其具有极低的密度和低热导率使其在很多的领域有着广泛的应用前景，尤其是作为一种高效保温隔热材料。随着研究的深入，SiO₂气凝胶材料已经由军事和航空航天领域慢慢地转向民用领域。

砂浆是建筑工程中不可缺少的材料。现有的砂浆由胶凝材料、细骨料和水混合制成，存在密度大且保温性能差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密度小且保温性能好的SiO₂气凝胶砂浆。

本发明的第二个目的在于提供上述砂浆的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，一种SiO₂气凝胶砂浆，包括胶凝材料、水、减水剂、沙子和SiO₂气凝胶，其质量比为胶凝材料：水：减水剂：沙子：SiO₂气凝胶＝10：3.8：0.1：12～27：1.08～0.18。

SiO₂气凝胶是一种具有三维空间网络结构的固体材料，具有极低的密度和低热导率，因此，本发明技术方案中以SiO₂气凝胶为原料与水泥、沙子、水和硅灰制成砂浆，可大幅度降低砂浆的密度，并改 善其保温性能。

发明人经过大量实验研究发现，当胶凝材料：水：减水剂：沙子：SiO₂气凝胶＝10：3.8：0.1：21～27：0.54～0.18时，可获得力学性能较好的砂浆。

进一步优选，胶凝材料：水：减水剂：沙子：SiO₂气凝胶＝10：3.8：0.1：21：0.54。

上述胶凝材料为水泥和硅灰，其质量比为水泥：硅灰＝9:1。

为了进一步提高砂浆的保温性能，上述砂浆中还添加有纤维、引气剂和胶粉，所述纤维、引气剂和胶粉的用量分别为胶凝材料质量的0.1～0.3％、0.05～0.15％和0.5～1.5％。

本发明的第二个目的是这样实现的，上述SiO₂气凝胶砂浆的制备方法，先用硅烷偶联剂对SiO₂气凝胶进行改性，然后将SiO₂气凝胶与各种组分混合即可。

具体步骤如下，

1)用水配制硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂溶液的质量分数为5～10％；

2)取1)配制的硅烷偶联剂溶液的3/4，将SiO₂气凝胶加入其中，混合，制成改性SiO₂气凝胶；

3)将水泥、硅灰和沙子加入搅拌机中干拌；

4)将1)配制的硅烷偶联剂溶液的1/4加入搅拌机中混合均匀；

5)将2)中制备的改性SiO₂气凝胶加入搅拌机中混合均匀，即得。

上述2)中的混合温度以30℃为宜。

对于需要添加纤维、引气剂和胶粉的砂浆，在上述3)中将纤维、引气剂和胶粉加入搅拌机中混合。

由于SiO₂气凝胶密度低、且疏水性较强，SiO₂气凝胶在搅拌过程中存在挥飞、混合以后难以形成稳定的复合体系的问题，因此，本发明技术方案中用硅烷偶联剂溶液对SiO₂气凝胶进行改性处理，硅烷偶联剂与硅原子相连的SiX基水解，生成Si-OH；Si-OH之间脱水缩合，生成含Si-OH的低聚硅氧烷，伴随脱水反应而与气凝胶形成共价键连接；低聚硅氧烷中的SiOH与气凝胶表面的OH形成氢键。一般来说，硅烷偶联剂水解生成的3个硅羟基中只有1个与气凝胶表面键合；剩下的2个SiOH，或与其他硅烷中的SiOH缩合，或呈游离状态。通过硅烷偶联剂改性可增强SiO₂气凝胶的粘接性能，从而改善了SiO₂气凝胶与其他组分的相容性，形成较为稳定的复合体系，进而改善了砂浆的综合性能，延长了使用寿命，同时还可降低其在搅拌过程中挥飞。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提出的SiO₂气凝胶砂浆由水泥、沙子、水、硅灰和SiO₂气凝胶以特定的配比制成，大幅度降低了砂浆的密度，并改善了其保温性能。

2、本发明砂浆中通过添加纤维、引气剂和胶粉，进一步改善了砂浆的保温性能。