[发明专利]一种气凝胶增强地聚物泡沫混凝土材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种气凝胶增强地聚物泡沫混凝土材料及制备方法，本发明将超疏水氧化硅气凝胶和粉煤灰放置于搅拌器中，低速混合至均匀状态，得到干燥混合粉末前驱体；在干燥混合粉末前驱体中加入复合钾基碱性激发剂，先低速搅拌初步混合，然后高速搅拌一段时间，混合均匀得到碱激发混凝土浆料；依次加入双氧水、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，高速搅拌一段时间，得到混凝土浆料；最后将混凝土浆料浇筑试件，振捣成型，养护后得到气凝胶增强地聚物泡沫混凝土材料。本发明通过大颗粒气凝胶的贯通气泡孔提高了吸声性能；通过超疏水性提高了泡沫混凝土的潮湿环境下隔热性能；使用钾基复合碱性激发剂，生成沸石类型的水化产物，耐火性能优异。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，涉及一种轻质隔热吸声建筑材料，特别涉及一种气凝胶增强地聚物泡沫混凝土材料及制备方法，为通过特定颗粒粒径的超疏水氧化硅气凝胶增强粉煤灰地聚物泡沫混凝土技术。

背景技术

随着人们对室内居住质量和可持续发展的要求不断提高，室内生活环境的舒适性和建筑节能越来越受到关注。在发达国家，建筑行业的能源和二氧化碳排放量占总排放量的40％。目前，许多国家已经开始制定政策，通过建造热导更低的隔热层来减少热损失。此外，隔热材料的功能化也变得更为重要，例如，增强保温层的吸声性能改善室内环境，减少日常生活产生的噪声污染。同时，湿热环境下的热传导变得尤为重要，潮湿地区的室内热传输提高非常明显，亟需一种抗湿热条件下的隔热建筑材料。因此，开发新型高性能隔热吸声材料迫在眉睫。

氧化硅气凝胶是一种超隔热的无机材料，由交联的氧化硅纳米颗粒三维网络和95％～99％的空气组成。由于硅气凝胶具有较高的孔隙率和较低的固体导热系数，其总有效导热系数较低，通常可达0.012～0.018W/(m·K)。另外，氧化硅气凝胶具备一定的疏水性，与水接触角可达150度以上。然而，氧化硅气凝胶容易破碎，所以商用氧化硅气凝胶总是以粉末或颗粒形式存在，经常被掺加到其他基体，如玻璃纤维毡或其他轻质材料中，以发挥其超隔热的特点。

既有研究通常将氧化硅气凝胶主要用作混凝土骨料的替代品，目的是降低导热系数，提高隔热性能。然而，气凝胶的颗粒粒径大小不一，对泡沫混凝土基体的作用会产生截然不同的效果。目前利用特定颗粒粒径的氧化硅气凝胶提高粉煤灰地聚物基泡沫混凝土材料在潮湿环境下的隔热性能和吸声性能尚处于空白。此外，目前氧化硅气凝胶的成本较高，且掺量相对较高，导致最终产品的成本较高，难以实际推广应用。因此，利用地聚物基泡沫混凝土的较高孔隙率(大于65％)是非常重要的。同时，使用具有优异耐火隔热性能的粉煤灰地聚合物替代硅酸盐水泥基基质，可用于提高产品的可持续性，并减少氧化硅气凝胶的使用量，并保持优异的热学和声学性能。

在当前“碳中和”和“碳达峰”的政策背景下，从减少二氧化碳排放量和成本的角度来看，粉煤灰基地聚合物泡沫混凝土是一个很有前景的材料。它是由高碱性硅酸盐溶液(MOH和M₂SiO₃，M＝Na,K)活化铝硅酸盐源(如粉煤灰)得到的。由于在聚铝硅酸盐中生成键，因此获得良好的耐高温性能，使用钾基激发剂而不是钠基激发剂可进一步提高其耐火性能，这主要是产生了沸石类的水化产物。此外，在地聚合物中使用工业副产品(粉煤灰)具有零能耗和环境友好的特点，提高了从材料制造到建筑运营的可持续性。

为了制备地质聚合物泡沫混凝土的多孔结构，可以使用化学发泡或机械发泡技术，这些方法都能在地质聚合物基体内部提供大量的孔隙。使用化学发泡时，过氧化氢(H₂O₂)是成本低廉、最容易操作的。另一方面，表面活性剂可以降低其总临界胶束浓度(CMC)，从而产生大量的胶束和更好的气泡稳定性。单纯增加H₂O₂含量就可能导致气泡的逸出和聚集，从而促进大气泡的产生，进一步降低机械强度。随着发泡剂浓度的增加，气泡数量减少，直径增大，单纯提高发泡剂含量会产生负面影响。