專利名稱：通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水泥技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了降低建筑用材料的密度，近年來相繼提出了多種解決方案，主要集中在(1) 基于氣孔的模板法。例如，中國專利(授權(quán)公告號CN1306U9C)提出了一種多孔混凝土砌塊，通過發(fā)泡劑在砌塊的生產(chǎn)過程中形成氣孔。( 基于填充物的預(yù)置法，例如，中國專利 (授權(quán)公告號CN100413663C)提出了一種內(nèi)埋填充件的混凝土構(gòu)件生產(chǎn)方法及構(gòu)件，在生產(chǎn)過程中，在混凝土構(gòu)件體中置入內(nèi)部為空腔的軟質(zhì)填充件外體，在該填充件外體的內(nèi)部空腔中裝有使填充件外體充起的填充物，待混凝土構(gòu)件澆注成型后，再將填充物排出，使混凝土成型構(gòu)件內(nèi)變成空心。同時,在歐洲專利(EP1770073A1)的“Cement composition for a carbon dioxide supercritical enviroment，，中，提出可以在水泥組合物中力口入由中空球形或類球形顆粒(如，煤胞、鈉-鈣-硼硅酸鹽玻璃、二氧化硅-氧化鋁微球)組合成的中空元件，或者通過氣體(如，空氣、氮氣或其組合)使水泥組合物氣泡而在固化水泥中制成球形或類球形空隙。綜合來說，本發(fā)明的技術(shù)背景所涉及的文獻，包括“用于二氧化碳超臨界環(huán)境的水泥組合物”，申請?zhí)?00680036046. 2 ；“有機碳素纖維添加劑”，申請?zhí)?0131245. 6 ；“一種內(nèi)埋填充件的混凝土構(gòu)件生產(chǎn)方法及構(gòu)件”，申請?zhí)?005100315M. 8 ；"Cement composition for a carbon dioxide supercritical enviroment，，， EP1770073A1 ；“Carbon nanotube-fiber reinforced cement and concrete，，,US2008134942A1 ；"Highly-dispersed carbon nanotube-reinforced cement-based materials", US20090229494。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥及其實現(xiàn)方法，以實現(xiàn)一種能夠膨化的水泥結(jié)構(gòu)。一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥，該水泥包括吸附材料，它是具有大內(nèi)表面積的具有氣體吸附能力的材料結(jié)構(gòu)；吸附氣體，它是用以讓前述的吸附材料做吸附處理的氣態(tài)物質(zhì)；水泥基料，它是用以混合前述的吸附材料的水泥材料。進一步，所述的吸附材料，采用的材料活性炭。進一步，所述的吸附氣體，為二氧化碳。進一步，所述的水泥基料，為水泥熟料。進一步，在吸附材料外圍，設(shè)置有包覆材料，以保護所吸附的氣體。
進一步，所述的包覆材料，為有機薄膜層，或氫氧化鈣層。本發(fā)明還提供一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥的實現(xiàn)方法，該方法包括有如下步驟步驟1，制作吸附材料；步驟2，用吸附材料吸附二氧化碳；步驟3，將吸附有二氧化碳的吸附材料與凝固前的水泥基料相混合；步驟4，采用措施使二氧化碳從吸附材料中溢出，在水泥中形成氣腔；步驟5，水泥凝固，形成具有發(fā)泡結(jié)構(gòu)的固態(tài)水泥。進一步，吸附材料中所吸附氣體的釋放處理包括如下方式其中至少其一，①利用直接加熱的方式使氣體脫附；②吸附材料自身化學(xué)反應(yīng)釋放氣體；③將其材料做成具有導(dǎo)電功能的結(jié)構(gòu)，將吸附材料做成小型的電熱終端，給摻和好的材料直接加電，或者加上交變電場。進一步，針對于吸附材料，為了提高氣體的儲存性能及提升使用效果，對吸附有二氧化碳的吸附材料顆粒進行包膜處理，為如下包膜方式其中之一，①采用較薄的有機薄膜，進行包膜處理；②采用堿性材料進行涂覆，來進行包膜處理；進一步，在采用用堿性材料進行包膜處理時，利用氫氧化鈣溶液來包覆顆粒材料， 該氫氧化鈣用以和二氧化碳相反應(yīng)生成致密的碳酸鈣薄層。進一步，針對于吸附材料，采用能夠在水溶液中可溶解的水溶性材料進行包膜。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過本發(fā)明，設(shè)置具有氣體吸附功能的吸附材料，利用該吸附材料吸附上氣體之后，將其摻和到水泥中。在水泥凝固期間，對其進行吸附氣體釋放處理，使被吸附的氣體從吸附材料中溢出，在水泥中形成包括氣泡在內(nèi)的空腔結(jié)構(gòu)。該空腔結(jié)構(gòu)使得水泥均勻發(fā)泡， 從而能夠減少水泥的用量和密度，提高水泥的隔熱性能。該吸附材料來源豐富，成本低廉， 便于大規(guī)模應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明所述方法的流程圖。 具體實施例現(xiàn)在，水泥混凝土的主要原料是水泥和砂石，由于砂石的比重比較大，并且由砂石制的水泥混凝土內(nèi)比較緊實，從而使由砂石為原料的水泥混凝土的比重比較大，并且由這種水泥混凝土制成的砌塊在隔音、隔熱、防火等性能上都存在一定的局限性?，F(xiàn)有技術(shù)一方面是基于發(fā)泡劑或注入氣體來產(chǎn)生軟模板來形成多孔結(jié)構(gòu)，另一方面是通過預(yù)置具有腔體結(jié)構(gòu)的填充物來產(chǎn)生空隙，前者不利于環(huán)保，后者成本相對較高。本發(fā)明要解決的問題是在水泥基料中摻和具有氣體吸附功能的吸附材料，在水泥凝固期間釋放氣泡，形成空腔結(jié)構(gòu)，從而使水泥均勻發(fā)泡。作為舉例，前所述的氣體為空氣、二氧化碳、氮氣或其組合；吸附材料優(yōu)選為活性炭材料，或沸石等氣體吸附材料，具體不限定。吸附氣體的釋放處理主要包括①利用直接加熱的方式使氣體脫附；②吸附材料自身化學(xué)反應(yīng)釋放氣體；③將吸附材料設(shè)置成電熱終端使氣體脫附。作為舉例而非限定，下面提供一種實施例優(yōu)選二氧化碳作為能夠產(chǎn)生包括氣泡在內(nèi)的空腔結(jié)構(gòu)的氣體；當然，除二氧化碳之外，還可選擇空氣、氮氣或其組合，這類氣體性質(zhì)穩(wěn)定，成本低廉，易于獲得。吸附材料優(yōu)選適合于二氧化碳吸附的活性炭材料。這類活性炭材料以木炭、竹炭、各種果殼和優(yōu)質(zhì)煤等作為原料，成本低，易于獲得。而且，活性炭的密度，本身就在 0. 45-0. 55噸/m3之間，質(zhì)輕，可以減少水泥的密度。吸附氣體的釋放處理主要包括①利用直接加熱的方式使氣體脫附，比如，直接外圍加熱的方式，以及從內(nèi)側(cè)設(shè)置傳熱或自發(fā)熱材料的機制，以及通過其中包括吸附材料在內(nèi)的材料，進行化學(xué)熱的方式，以及通過微波進行加熱的方式；②吸附材料自身化學(xué)反應(yīng)，激發(fā)出氣體的方式；比如，吸附的材料為碳酸氫鈣，可
通過分解反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳。③將其材料做成具有導(dǎo)電功能的結(jié)構(gòu)，將吸附材料做成小型的電熱終端，給摻和好的材料直接加電，或者加上交變電場。通過本發(fā)明，可以通過改變吸附材料的相關(guān)參數(shù)、控制吸附氣體的釋放模式來調(diào)節(jié)包括氣泡在內(nèi)的腔體結(jié)構(gòu)的分散性，從而制得所需的多孔混凝土結(jié)構(gòu)。例如，針對采用活性炭材料的吸附顆粒，可以通過調(diào)整加工工藝，來調(diào)節(jié)活性炭的內(nèi)表面積，以及微孔的孔徑尺寸。通過微孔的尺寸，可以對二氧化碳材料進行選擇性吸附，而通過活性炭的龐大的內(nèi)表面積，則可以對二氧化碳進行較大量的氣體吸附。針對吸附氣體的釋放模式，可以通過調(diào)整加熱的溫度、時間、加熱的方式等調(diào)控吸附氣體的釋放模式。我們對可能獲得活性炭進行評測，其中，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)的二氧化碳的吸附量， 約為2. 5毫摩爾/克，折合下來，約50毫升/克，若其密度按0. 5噸/m3計算，相當于V(活性炭)V(常壓下二氧化碳)=1 100。使用時，將其顆粒在水泥基料中均勻混合，然后加熱處理，就可以實現(xiàn)吸附氣體釋放的目的。本發(fā)明適合做各種各樣的水泥預(yù)制材料，包括水泥磚、水泥板、水泥條、水泥塊，寸寸。以活性炭顆粒作為氣體吸附材料，以二氧化碳作為樣板氣體，下面對其具體實施流程進行描述步驟1，制作吸附材料。在該步驟中，需要根據(jù)所希望產(chǎn)生氣體量的多少，來確定吸附材料的尺寸，以及吸附材料的吸附性能及表面孔徑。在所需要吸附的材料僅僅是為了產(chǎn)生氣泡結(jié)構(gòu)時，可以將吸附材料的尺寸做的較小，這樣就可以產(chǎn)生較為細微的氣體發(fā)泡結(jié)構(gòu)，從而提高將來做出的發(fā)泡水平的品質(zhì)。下面描述幾種可能的吸附材料的制作方式①利用木質(zhì)纖維、煤炭或其它的已經(jīng)成型的含碳材料，制作不規(guī)則形狀的含碳顆粒。②利用浙青材料等液態(tài)有機材料，利用其表面張力，制作球形的小顆粒。制作方式舉例首先將浙青材料在液體中進行分散，然后將其固化，然后利用高溫隔氧加熱的方式進行碳化，并經(jīng)過處理使其轉(zhuǎn)變成具有目標孔徑及內(nèi)表面積的活性炭材料。步驟2，用吸附材料顆粒吸附二氧化碳。直接將步驟1制作的吸附材料顆粒，放入到包含二氧化碳較多的氣體之中，就可以直接進行二氧化碳氣體的吸附操作了。同時，可以通過二氧化碳的減少量，來判斷吸附材料所吸附的二氧化碳的多少。在該步驟中，為了提高氣體的儲存性能及提升使用效果，還可以對吸附有二氧化碳的吸附材料顆粒進行包膜處理，下面描述幾種可能的包膜方式①采用較薄的有機薄膜。該薄膜可以阻隔二氧化碳的穿透性，厚度較薄，這樣就可以在氣體溢出時，沖破該薄膜。②采用堿性材料進行涂覆。比如可以利用氫氧化鈣溶液來包覆顆粒材料，而該氫氧化鈣可以和二氧化碳相反應(yīng)生成較為致密的碳酸鈣薄層，從而使其具有長久保存二氧化碳的功能。③采用能夠在水溶液中進行溶解的水溶性材料進行包膜。在使用時結(jié)合水泥混合物中的水，包覆吸附顆粒的材料能在水中溶解，從而釋放二氧化碳。步驟3，將吸附有二氧化碳的吸附材料與凝固前的水泥基料相混合。進行混合的方式，是不限定的。最簡單的方式就是兩者之間混合，并充分攪拌。另外，該材料還可以直接在水泥產(chǎn)品出廠前，直接將其混合均勻做成各種預(yù)定標準的特種水泥產(chǎn)品。該凝固前的水泥基料，可選為水泥熟料。但也不限定。步驟4，采用措施使二氧化碳從吸附材料中溢出，在水泥中形成氣腔。這里所采用的措施如前面吸附氣體的釋放處理所述。作為一種實施例，可以直接用加熱的方式使其吸附材料內(nèi)部的二氧化碳溢出。這種情況下，需要在相應(yīng)的施工場合，設(shè)置相應(yīng)的加熱設(shè)備。另外，可以直接通過外在的、溫度較高的環(huán)境，如烘房，來對需要產(chǎn)生氣泡的水泥材料進行加熱。具體可根據(jù)預(yù)制材料的類型來調(diào)整加熱結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)。步驟5，水泥凝固，形成具有發(fā)泡結(jié)構(gòu)的固態(tài)水泥。下面對前述方案，做一些補充說明1.相關(guān)的吸附材料吸附氣體的能力，能否滿足要求。前面的實施例，已經(jīng)描述的活性炭吸附二氧化碳的能力，而且這種能力還有很大的潛力。吸附材料吸附氣體，目前已經(jīng)是較為成熟的技術(shù)，還可以根據(jù)所需制作的水泥的類型及強度要求，做相應(yīng)的選擇。2.適合制作的活性炭顆粒的粒度狀況?；钚蕴款w粒的粒度，和多種因素有關(guān)系，首先，在水泥方面，包括水泥成分的粒度、 水泥的粘度、水泥在混合狀態(tài)下的張力等；其次，在用戶需求方面，包括所需的水泥成品的密度、水泥成品的強度、水泥成品的耐候性、水泥成品的形狀及使用環(huán)境等。
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具體適合根據(jù)實際情況，對其粒度做相應(yīng)的調(diào)整。3.吸附性含碳材料的類型及其配套的制備方式，主要有哪些？前面內(nèi)容中，已做了描述，從形狀上分，利用已成型的含碳材料制作不規(guī)則形狀的活性炭顆粒；利用浙青等液態(tài)有機材料制作的球形活性炭顆粒。另外，對于液態(tài)的含碳有機物，還可以利用拉絲的方式，將其拉成條形結(jié)構(gòu)。利用該條形結(jié)構(gòu)的吸附材料，可以制作條形的空腔形式。更進一步，還可以在拉絲過程中，將不同方向上的拉絲相互交錯，制作成網(wǎng)格狀的含碳吸附材料，從而最終形成網(wǎng)格狀的空腔結(jié)構(gòu)。4.是否應(yīng)對吸附材料進行表面處理。是否要進行表面處理，取決于如下因素A.用戶希望存儲的日期的長短。如果日期很久，也許要進行表面處理。B.取決于吸附材料對吸附氣體的穩(wěn)定程度。穩(wěn)定度高，需要就小。C.取決于吸附氣體的飽和度。飽和度高，氣體就容易釋放一些。D.取決于存儲環(huán)境的溫度、濕度、光照度及壓強。E.取決于吸附材料的結(jié)構(gòu)形式。若需要做表面處理，請參考前面所描述的表面處理方式。5.吸附材料如何在水泥中分散均勻。最簡單的分散方式，是充分攪拌。其它的混合方式還包括利用攪碎機，將其混合；利用多個、小尺度的混合設(shè)備，做成一個具有多個混合點的矩陣結(jié)構(gòu)，對各部分材料進行預(yù)混后再進行混合。利用磁力攪拌設(shè)備進行混合?；蚶猛ㄈ霘怏w(如空氣)，進行氣泡混合的方式，等等。6.加熱到多高的溫度，二氧化碳的釋放量合適。解答加熱的穩(wěn)定，取決于水泥的量及厚度，以及需要所添加的吸附材料的多少。7.所產(chǎn)生的氣泡，會不會影響水泥制品的強度；如果有，是哪些方面；如果是劣勢，如何規(guī)避；產(chǎn)品的是否會影響水泥制品的耐候性。解答孔狀結(jié)構(gòu)，可以對整體起到支撐作用，故合適的孔狀結(jié)構(gòu)，對強度的提升還會有幫助。這需要根據(jù)應(yīng)用的位置，對孔狀結(jié)構(gòu)的布局作出調(diào)整。該結(jié)構(gòu)不改變水泥本體的性質(zhì)，故不影響耐候性。8.采用該材料節(jié)約水泥的量有多少？解答這取決于發(fā)泡結(jié)構(gòu)所占的水泥的總量。比如，若占總量的60%，則就可以節(jié)約約60%的水泥。9.活性炭是導(dǎo)電材料，是否會對其中的鋼筋等，形成原電池結(jié)構(gòu)，影響鋼筋的壽命。解答發(fā)泡作為內(nèi)部填充物，或不與金屬相接觸的情況下，不會產(chǎn)生任何影響。若相接處，可能會造成影響，可以通過對鋼筋表層做預(yù)處理的方式來解決。預(yù)處理的方式，比如表面設(shè)置防銹層；設(shè)置塑料涂層；或設(shè)置一個致密的水泥涂層等。 以上是對本發(fā)明的描述而非限定，基于本發(fā)明思想的其它實施例，亦均在本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥，其特征在于該水泥包括吸附材料，它是具有大內(nèi)表面積的具有氣體吸附能力的材料結(jié)構(gòu)；吸附氣體，它是用以讓前述的吸附材料做吸附處理的氣態(tài)物質(zhì)；水泥基料，它是用以混合前述的吸附材料的水泥材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥，其特征在于所述的吸附材料，采用的材料活性炭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥，其特征在于所述的吸附氣體，為二氧化碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥，其特征在于所述的水泥基料，為水泥熟料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥，其特征在于在吸附材料外圍，設(shè)置有包覆材料，以保護所吸附的氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥，其特征在于所述的包覆材料，為有機薄膜層，或氫氧化鈣層。
7.—種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥的實現(xiàn)方法，其特征在于該方法包括有如下步驟步驟1，制作吸附材料；步驟2，用吸附材料吸附二氧化碳；步驟3，將吸附有二氧化碳的吸附材料與凝固前的水泥基料相混合；步驟4，采用措施使二氧化碳從吸附材料中溢出，在水泥中形成氣腔；步驟5，水泥凝固，形成具有發(fā)泡結(jié)構(gòu)的固態(tài)水泥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥的實現(xiàn)方法，其特征在于吸附材料中所吸附氣體的釋放處理包括如下方式其中至少其一，①利用直接加熱的方式使氣體脫附；②吸附材料自身化學(xué)反應(yīng)釋放氣體；③將其材料做成具有導(dǎo)電功能的結(jié)構(gòu)，將吸附材料做成小型的電熱終端，給摻和好的材料直接加電，或者加上交變電場。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥的實現(xiàn)方法，其特征在于針對于吸附材料，為了提高氣體的儲存性能及提升使用效果，對吸附有二氧化碳的吸附材料顆粒進行包膜處理，為如下包膜方式其中之一，①采用較薄的有機薄膜，進行包膜處理；②采用堿性材料進行涂覆，來進行包膜處理；
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥的實現(xiàn)方法，其特征在于在采用用堿性材料進行包膜處理時，利用氫氧化鈣溶液來包覆顆粒材料，該氫氧化鈣用以和二氧化碳相反應(yīng)生成致密的碳酸鈣薄層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥的實現(xiàn)方法，其特征在于針對于吸附材料，采用能夠在水溶液中可溶解的水溶性材料進行包膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過吸附性材料實現(xiàn)的發(fā)泡水泥及其實現(xiàn)方法，屬于水泥技術(shù)領(lǐng)域。該水泥包括吸附材料，它是具有大內(nèi)表面積的具有氣體吸附能力的材料結(jié)構(gòu)；吸附氣體，它是用以讓前述的吸附材料做吸附處理的氣態(tài)物質(zhì)；水泥基料，它是用以混合前述的吸附材料的水泥材料。通過本發(fā)明，設(shè)置具有氣體吸附功能的吸附材料，利用該吸附材料吸附上氣體之后，將其摻和到水泥中。在水泥凝固期間，對其進行吸附氣體釋放處理，使被吸附的氣體從吸附材料中溢出，在水泥中形成包括氣泡在內(nèi)的空腔結(jié)構(gòu)。該空腔結(jié)構(gòu)使得水泥均勻發(fā)泡，從而能夠減少水泥的用量和密度，提高水泥的隔熱性能。該吸附材料來源豐富，成本低廉，便于大規(guī)模應(yīng)用。
文檔編號C04B38/08GK102531671SQ201010619038
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:上海杰遠環(huán)?？萍加邢薰?br>