专利名称：可用于结构墙建造的具有低热导率和足够高强度的复合墙板的制作方法过去几年中，由于对由用电造成的温室气体释放以及能源成本上升的忧虑增加，人们对具有更好隔热性能的围护结构的需求大大增加。为改善围护结构的隔热性能，增加墙体厚度是其中的一种解决方案。然而，这种解决方案不如直接减少围护结构的总热导率(k)更实用。对于特定的墙体厚度，如果用热导率低的泡沫混凝土代替常规混凝土来建造墙体则能够改善围护结构的隔热性能。泡沫混凝土是通过用合适的方法将尺寸均匀的泡沫引入到水泥基质中而形成的多孔水泥基材料。现在，可通过机械方法用预制发泡或混合发泡来实现泡沫的引入(Nambiar&Ramaurthy ;2007)。用于预制发泡的发泡剂包括蛋白质类发泡剂和合成类发泡剂。以前的研究显示，混凝土的热导率通常与其密度成比例(Shrivastava, 1977);对于轻骨料混凝土,干密度每减少100kg/m3可使热导率降低0.04W/mK(Weigler&Karl, 1980)。Jones 和 McCarthy (2003)证明塑性密度为 1000kg/m3 的泡沫混凝土的热导率通常为0·由于泡沫混凝土的强度随着孔隙率的增加而减少，热导率足够低的泡沫混凝土的强度总是不满足结构用要求。有必要开发一种既具有足够低的热导率又具有足够高的强度(满足结构用要求)的泡沫混凝土。当用泡沫混凝土替代常规混凝土时，泡沫混凝土中空隙的存在将促进水分、氯离子和二氧化碳渗透进入混凝土中。因此，由钢筋腐蚀而引起的耐久性问题可能泡沫混凝土应用的一大隐忧。以前的研究证明，泡沫混凝土的抗渗性能(包括水分渗透性和氯离子的扩散性)和抗碳化性能均与类似强度的常规混凝土类似(Chandra&Berntsson, 2003 ；Osborne, 1995)。需要强调的重要的一点是，这些测试结果均是基于对未承载因此未开裂的泡沫混凝土构件进行的检测。然而，在实际工程中，由于其韧性较低，泡沫混凝土和其保护涂层/表面处理(如果应用的话)在荷载作用下均容易出现裂缝。虽然微裂缝的出现不影响结构的荷载性能(因为微裂缝对混凝土拉伸负荷能力的影响可以忽略不计)，它却可严重降低泡沫混凝土的抗渗性能和抗碳化性能(Chandra&Berntsson, 2003)。以往很多研究已清楚表明在泡沫混凝土中靠近裂缝处的钢筋存在严重的锈蚀问题。因此，可以将轻质高性能纤维增强水泥基复合物(FRCC)层作为保护层与泡沫混凝土一起使用。由于不使用粗骨料，FRCC的结构可以设计成和一般混凝土甚至高强度混凝土一样致密。更重要的是，轻质高性能FRCC可以设计为具有高延展性、应变硬化、多缝开裂特性及具有裂缝扩展控制能力的复合材料(Wang&Li，2003)。实际上，以前的研究表明，高性能FRCC能够在荷载作用下将裂缝宽度控制到低于 0.05mm(Li&Leung, 1992 ；Lepech&Li, 2009)。根据 Wang 等(1997)和Djerbi等(2008)的研究，如此小的裂缝不会影响混凝土的水分渗透性和氯离子扩散性。此夕卜，由于轻质FRCC的低密度和低热导率，轻质FRCC层的隔热性能将和泡沫混凝土相当。因此，使用轻质FRCC层能够保护荷载和未荷载条件下的泡沫混凝土不受外界环境因子的影响。美国专利6，969，423公开了轻质高性能纤维增强水泥基复合物(FRCC)的制备工艺，其中所述FRCC显示出低密度、高延展性、应变硬化以及多缝开裂特性。然而，该专利没有提到轻质FRCC的热导率和抗渗性能。因此，有必要开发一种轻质高性能FRCC层作为泡沫混凝土的保护层，其具有良好的隔热性能并对水分/氯离子/二氧化碳的渗透具有足够的阻隔性。
本发明涉及一种复合墙板体系，其包含至少两个具有良好延展性的轻质纤维增强水泥基复合物(FRCC)层及夹在其中的泡沫混凝土芯。总厚度为60-600_。一方面，泡沫混凝土芯是由不同的组分组成的，所述组分包括水泥、发泡剂、水、粉煤灰、硅灰、矿渣、高效减水剂和纤维。可以用不同的组成设计来制造泡沫混凝土芯。一种示例性泡沫混凝土芯包括如下体积百分比的组分:约I体积％至约60体积％的水泥，约O体积％至约75体积％的粉煤灰，约O体积％至约50体积％的矿渣，约O体积％至约20体积％的硅灰,约O体积％至约50体积％的砂，约O体积％至约75体积％的空心骨料，约I体积％至约50体积％的水，约O体积％至约2体积％的分子式为([CltlH7NaO3S] [CH2O] )n的萘磺酸盐系高效减水剂，约O体积％至约2体积％的分子式为(C4H6O2)n和C2nH4n+20n+1的聚羧酸醚系高效减水剂，约0.01·体积％至约I体积％的分子式为(C2H2OR)n的蛋白质类发泡剂，其中R是任意氨基酸取代基，约0.01体积％至约I体积％的式C12H25 (OCH2CH2)nOH的合成类发泡剂，约O体积％至约5体积％的聚丙烯纤维，约O体积％至约5体积％的聚乙烯纤维，约O体积％至约5体积％的聚乙烯醇纤维，约O体积％至约5体积％的玻璃纤维，约O体积％至约5体积％的碳纤维。该芯层的厚度介于50-500mm。它是轻质的(800_1800kg/m3),具有低热导率(0.25-0.7ff/mK)和足够高的抗压强度(l_70MPa)。该泡沫混凝土的制备方法，如下所述:a)将约0.01体积％至约I体积％的蛋白质类发泡剂或合成类发泡剂引入到发泡机的泵中山)将1-5巴的加压空气和1-5巴的加压水提供至发泡机；c)将(b)中的加压空气和加压水与(a)中的发泡剂混合以形成泡沫；d)将约I体积％至约60体积％的水泥、约O体积％至约75体积％的粉煤灰、约O体积％至约50体积％的矿渣、约O体积％至约20体积％的硅灰、约O体积％至约50体积％的砂和约O体积％至约75体积％的空心骨料与水混合以形成混凝土混合料；e)向(d)的混凝土混合料中加入约O体积％至约2体积％的分子式为([CltlH7NaO3S] [CH2O] ) 的萘磺酸盐系高效减水剂或分子式为(C4H6O2)1^PC2nH4M2Olri的聚羧酸系高效减水剂，并进一步混合以增加和易性(workability) ；f)向(d)的混凝土混合料中加入(c)的约I体积％至约40体积％的泡沫，并进一步混合以形成泡沫混凝土混合料；g)向(f)的泡沫混凝土混合料中加入约O体积％至约5体积％的选自下述的一种纤维:聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维、碳纤维，并进一步混合以得到均一的纤维分散体。通过风干使所述纤维分散体硬化之后，即形成了泡沫混凝土。另一方面，FRCC层由不同的组分形成，所述组分包括水泥、砂、水、纤维、轻质填充齐U、粉煤灰、硅灰、矿渣、高效减水剂和HPMC。可以用多种复合物组成设计来制造该FRCC层。各FRCC层的厚度介于5-50mm;FRCC层的密度约为1000_1800kg/m3。所述至少两个FRCC层作为保护层，其具有对水分/氯离子/气体的良好阻隔性和良好的隔热特性。附图展示了本发明的实施方式，并且和说明书一起起到解释发明原理的作用。图1是本发明墙板的侧视图。图2是图1墙板的横截面正视图，显示泡沫混凝土的多孔结构。图3是图1墙板的横截面正视图，显示FRCC层中纤维和轻质填充剂的分布。图4的设备及样品用于显示泡沫混凝土和常规混凝土的隔热特性的差异。图5显示泡沫混凝土的28-天抗压强度随塑性密度的走势。图6显示泡沫混凝土的热导率随塑性密度的走势。图7显示用于制备本发明的保护层的纤维增强水泥基复合物的一种实施方式的应力应变曲线。该测试重复三次。
图8显示用于制备本发明的保护层的纤维增强水泥基复合物的另一种实施方式的应力应变曲线。该测试重复三次。



本发明提供了一种可用于结构墙建造的具有良好隔热性能和足够高强度的复合墙板，其可用于制造节能建筑。本发明的复合墙板包含一块具有足够高抗压强度和低热导率的泡沫混凝土芯及两个具有良好延性的轻质纤维增强水泥基复合物(FRCC)保护层，泡沫混凝土芯夹在两个FRCC保护层之间。所述复合物墙板还包含一定量的钢筋。所述FRCC保护层则具有低热导率、对水分/氯离子/气体的良好阻隔性、多缝开裂性等性能。这些复合墙板可用于寒冷及炎热地区中多种建筑物的隔热保温。