本發明屬于混凝土的抗裂保溫領域，具體涉及一種水工混凝土高強保溫材料的制備方法。
背景技術：
以水工混凝土構筑物為代表的大體積混凝土建筑會顯著受到環境溫度的影響，這樣的影響表現在兩個方面：澆筑初期環境溫度變化容易導致裂紋的產生和擴展；運行期環境溫度劇烈變化會顯著影響混凝土構筑物內部的應力分布情況，尤其是現在混凝土薄壁拱壩筑壩技術的發展，大體積混凝土內部應力分布的劇烈變化，嚴重影響建筑物的質量和安全。目前常用的大壩保溫措施大部分為表面粘貼EPS或XPS板材，局部噴涂發泡聚氨酯；噴涂聚氨酯保溫性能良好，但是施工操作復雜，需要現場精確控制，EPS、XPS板材也具有良好的保溫性能，然而其粘結能力比較差，經常出現大面積脫落的情況，其次其強度較低，在大壩施工期或運行期遇有異物撞擊，很容易破損導致進水，造成成片脫落和保溫失效。
保溫材料均主要由膠結材料和輕質細集料組成，為了達到較好的保溫能力，引入的細集料或空氣泡過多，導致保溫材料普遍抗壓強度較低。中國發明專利CN102010174A公開了一種保溫砂漿，該保溫砂漿以20～60％輕燒氧化鎂，粉煤灰1～25％，調凝劑5～35％，增強增稠劑0～40％，硅藻土1～20％，膨脹骨料5～35％，聚苯乙烯泡沫0～5％，聚丙烯纖維0～0.2％，抗水外加劑0.5～8％，減水劑0～2％，導熱系數為0.05～0.30W/(m·K)，然而強度只有0.43～0.85MPa左右。中國發明專利CN102875770A公開了一種改性聚異氰脲酸酯泡沫塑料的制備方法，其組分為：聚醚多元醇30～50份、酚醛樹脂3～5份、丙二醇1～3份、季戊四醇1～3份、玻璃纖維1～2份、陶瓷纖維1～2份、多異氰酸酯20～40份、泡沫穩定劑2～5份、發泡劑2～5份、硅烷偶聯劑3～7份、硅酸鈣4～7份、聚二甲基硅氧烷3～6份、二氟一氯乙烷3～4份、三聚催化劑1～2份、阻燃劑1～10份，其強度為0.32～0.44MPa。
以上專利說明：無論是有機還是無機體系，保溫材料仍然存在以下問題：強度偏低，因強度差造成保溫材料在使用過程中易損壞而失效；粘結能力較差，使用過程中易脫落。這些問題使得保溫材料的推廣和適用范圍受到極大的限制。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種水工混凝土高強保溫材料的制備方法，該方法包括以下步驟：
(1)、將膠凝材料A組分、改性無機填料和纖維混合，500～800rpm轉速下攪拌20～60s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分加入混合物1中，500～800rpm轉速下攪拌10～20s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于20～25℃模具中，靜置20～30min，脫模；
(4)、脫模后再靜置30～60min，得到產品；
所述膠凝材料A組分和膠凝材料B組分共同構成膠凝材料，以重量份計，所述膠凝材料40～70份，改性無機填料30～55份，纖維0～5份；膠凝材料A組分/膠凝材料B組分＝0.9～1.36；
所述膠凝材料A組分為異佛爾酮二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯和二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸酯中的至少一種；
所述膠凝材料B組分為聚丙二醇、催化劑、發泡組分的混合物，以重量比計，聚丙二醇︰催化劑︰發泡組分＝30︰1︰1～5；
其中，上述水工混凝土高強保溫材料的制備方法中，所述改性無機填料為改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠、改性陶砂、改性硅藻土和改性膨脹珍珠巖中的至少一種。
其中，上述水工混凝土高強保溫材料的制備方法中，所述纖維為晶須、玻璃纖維、海泡石纖維、玄武巖纖維、聚乙烯醇纖維、木質素纖維和聚丙烯纖維中的至少一種；所述纖維的長徑比大于20。
其中，上述水工混凝土高強保溫材料的制備方法中，所述聚丙二醇的相對分子質量為4000、6000或8000。
其中，上述水工混凝土高強保溫材料的制備方法中，所述發泡組份為蒸餾水或環戊烷。
其中，上述水工混凝土高強保溫材料的制備方法中，所述催化劑為異辛酸鉀或醋酸鉀。
其中，上述水工混凝土高強保溫材料的制備方法中，所述改性無機填料是由改性劑對無機填料改性所得，所述改性劑為石蠟、硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或硬脂酸。
本發明的有益效果是：本發明制備工藝簡單，改性無機填料能與膠凝材料充分混合，制備過程可控性好，可根據原料配比制備得到不同保溫等級的產品。另外，本發明制備得到的水工混凝土保溫材料具有以下性能：
1、該保溫材料不開裂、耐水抗滲、耐久性好、容重輕，保溫性能好，導熱系數為0.03-0.06W/(m·K)；
2、該保溫材料強度大、壓縮強度可以達到4.0～7.0MPa，運輸方便、破損率低、安裝及長期使用過程中不易損壞；
3、該保溫材料的粘結性能良好，與基體的粘結強度達到1.5MPa以上；
4、該保溫材料可直接用于大體積水工混凝土，不需要額外的防護材料或防護結構，節約成本；
5、該保溫材料性能可調，根據不同的應用環境，可以調整保溫性能和機械性能(壓縮強度)，使材料具有廣泛的適用性。
具體實施方式
本發明提供了一種水工混凝土高強保溫材料的制備方法，該方法包括以下步驟：
(1)、將膠凝材料A組分、改性無機填料和纖維混合，500～800rpm轉速下攪拌20～60s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分加入混合物1中，500～800rpm轉速下攪拌10～20s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于20～25℃模具中，靜置20～30min，脫模；
(4)、脫模后再靜置30～60min，得到產品；
所述膠凝材料A組分和膠凝材料B組分共同構成膠凝材料，以重量份計，所述膠凝材料40～70份，改性無機填料30～55份，纖維0～5份；膠凝材料A組分/膠凝材料B組分＝0.9～1.36；
所述膠凝材料A組分為異佛爾酮二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯和二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸酯中的至少一種；
所述膠凝材料B組分為聚丙二醇、催化劑、發泡組分的混合物，以重量比計，聚丙二醇︰催化劑︰發泡組分＝30︰1︰1～5；
所述改性無機填料為改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠、改性陶砂、改性硅藻土和改性膨脹珍珠巖中的至少一種；
所述纖維為晶須、玻璃纖維、海泡石纖維、玄武巖纖維、聚乙烯醇纖維、木質素纖維和聚丙烯纖維中的至少一種；所述纖維的長徑比大于20。
其中，上述水工混凝土高強保溫材料中，所述晶須為本領域常用無機晶須，如硫酸鈣、碳酸鈣等。
其中，上述水工混凝土高強保溫材料的制備方法中，加入纖維能增強保溫材料抵抗外力的性能，且較大的長徑比，才能使材料受力部位的應力均勻和盡可能大的分散于其他部位，減輕局部被破壞的風險。但是加入纖維可能增加分散難度。根據工程對材料的具體要求，決定是否添加。
其中，上述膠凝材料B組分中，所述聚丙二醇的相對分子質量為4000、6000或8000，所述發泡組份為蒸餾水或環戊烷，所述催化劑為異辛酸鉀或醋酸鉀。
其中，上述膠凝材料B組分中，加入發泡組分使膠凝材料B組分成為發泡高分子膠凝材料，可增加膠凝材料的保溫性能。
其中，上述水工混凝土高強保溫材料的制備方法中，所述改性無機填料是由改性劑對無機填料改性所得，所述改性劑為石蠟，及硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和硬脂酸中的至少一種。本發明中，無機填料改性的目的是增加原料間無機/有機界面的相容性，增加無機填料摻量或改善和易性。
當改性劑為石蠟時，可采用本領域常規方法制備得到改性無機填料。進一步的，本發明中改性無機填料的制備過程為：將無機填料與石蠟混合，加熱至50～70℃，500～1200rpm轉速下攪拌60min，冷卻至室溫；其中，石蠟的摻加量為無機填料重量的2～10％。
當改性劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或硬脂酸時，可采用本領域常規方法制備得到改性無機填料。進一步的，本發明中改性無機填料的制備過程為：將上述改性劑溶于乙醇和水的混合液中，按照重量比改性劑/無機填料＝0.5～3％，將無機填料加入上述混合液中，加熱至30～90℃，2000～4000rpm轉速下攪拌15～45min，烘干；所述乙醇和水的混合液中，乙醇的質量分數為5～15％。其中，硅烷偶聯劑為本領域常用試劑，如3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；鈦酸酯偶聯劑為本領域常用試劑，如異丙基三(異硬脂酰基)鈦酸酯、異丙基三(異硬脂酰基)鈦酸酯。
其中，上述改性無機填料的制備過程中，所述無機填料為粉煤灰漂珠、空心玻璃微珠、陶砂、硅藻土和膨脹珍珠巖中的至少一種。
按照本發明方法制得的水工混凝土高強保溫材料的保溫原理為：原料中的膠凝材料為高分子膠凝材料，主要起到保溫作用以及粘結改性無機填料的作用，發泡高分子膠凝材料，雖然具有良好的保溫性能，但在受到機械力作用時，高分子鏈很容易產生滑動甚至撕裂，造成保溫材料的變形、開裂或整體破壞。而加入纖維恰恰是當保溫材料受到外力，高分子膠凝材料開始發生變形時，包括于其中的纖維材料依靠亂向分布、以及較大的長徑比，將受力部位的應力均勻和盡可能大的分散于其他部位，減輕局部被破壞的風險。另外，空心的改性無機填料，具有一定的剛性和保溫能力，抗機械力性能比高分子膠凝材料好，因此，將改性無機填料與高分子膠凝材料組合在一起，當保溫材料受到外力時，所受外力可以傳遞給改性無機填料，由填料自身或之間的機械咬合作用支撐，有助于提高保溫材料的整體強度。無機填料改性的目的是增加原料間無機/有機界面的相容性，增加無機填料摻量或改善和易性。
下面結合實施例對本發明的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。
下述實施例中所用改性粉煤灰漂珠是按照前面所述方法由石蠟進行改性得到的，所用改性空心玻璃微珠是按照前面所述方法由硅烷偶聯劑進行改性得到的，所用改性硅藻土是按照前面所述方法由硬脂酸進行改性得到的，所用改性膨脹珍珠巖是按照前面所述方法由鈦酸酯偶聯劑進行改性得到的；所用晶須為硫酸鈣晶須。
實施例1
水工混凝土高強保溫材料的原料及重量配比為：
膠凝材料A組分：19份；
A組分為異佛爾酮二異氰酸酯。
膠凝材料B組分：21份；
B組分中選用相對分子質量為4000的聚丙二醇PPG-4000，發泡組分為蒸餾水，催化劑為異辛酸鉀，且PPG-4000︰蒸餾水︰異辛酸鉀＝30︰1︰1。
改性粉煤灰漂珠：40份；
改性空心玻璃微珠：15份。
其制備過程如下：
(1)、將膠凝材料A組分與改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠按上述比例混合，在500rpm轉速下攪拌20s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分按上述比例加入混合物1中，500rpm轉速下攪拌10s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于20℃模具中，靜置20min，脫模；
(4)、將脫模后所得材料靜置30min，切割得到產品。
實施例2
水工混凝土高強保溫材料的原料及重量配比為：
膠凝材料A組分：26份；
A組分為二環己基甲烷二異氰酸酯。
膠凝材料B組分：24份；
B組分中選用相對分子質量為6000的聚丙二醇PPG-6000，發泡組分為蒸餾水，催化劑為醋酸鉀，且PPG-6000︰蒸餾水︰醋酸鉀＝30︰4︰1。
改性粉煤灰漂珠：25份；
改性空心玻璃微珠：30份；
晶須：5份。
其制備過程如下：
(1)、將膠凝材料A組分、改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠和晶須按上述比例混合，在800rpm轉速下攪拌60s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分按上述比例加入混合物1中，800rpm轉速下攪拌20s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于25℃模具中，靜置30min，脫模；
(4)、將脫模后所得材料靜置60min，切割得到產品。
實施例3
水工混凝土高強保溫材料的原料及重量配比為：
膠凝材料A組分：33份；
A組分為二環己基甲烷二異氰酸酯。
膠凝材料B組分：27份；
B組分中選用相對分子質量為8000的聚丙二醇PPG-8000，發泡組分為環戊烷，催化劑為異辛酸鉀，且PPG-8000︰環戊烷︰異辛酸鉀＝30︰2︰1。
改性粉煤灰漂珠：20份；
改性空心玻璃微珠：35份；
晶須：5份。
其制備過程如下：
(1)、將膠凝材料A組分、改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠和晶須按上述比例混合，在600rpm轉速下攪拌40s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分按上述比例加入混合物1中，600rpm轉速下攪拌15s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于25℃模具中，靜置20min，脫模；
(4)、將脫模后所得材料靜置45min，切割得到產品。
實施例4
水工混凝土高強保溫材料的原料及重量配比為：
膠凝材料A組分：40份；
A組分為二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸酯。
膠凝材料B組分：30份；
B組分中選用相對分子質量為4000的聚丙二醇PPG-4000，發泡組分為蒸餾水，催化劑為異辛酸鉀，且PPG-4000︰蒸餾水︰異辛酸鉀＝30︰3︰1。
改性粉煤灰漂珠：30份；
改性空心玻璃微珠：5份；
改性陶砂：20份；
晶須：3份。
其制備過程如下：
(1)、將膠凝材料A組分、改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠、改性陶砂和晶須按上述比例混合，在500rpm轉速下攪拌60s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分按上述比例加入混合物1中，800rpm轉速下攪拌20s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于20℃模具中，靜置30min，脫模；
(4)、將脫模后所得材料靜置60min，切割得到產品。
實施例5
水工混凝土高強保溫材料的原料及重量配比為：
膠凝材料A組分：20份；
A組分為二環己基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯，且二環己基甲烷二異氰酸酯︰異佛爾酮二異氰酸酯＝1︰3。
膠凝材料B組分：20份；
B組分中選用相對分子質量為4000的聚丙二醇PPG-4000，發泡組分為蒸餾水，催化劑為異辛酸鉀，且PPG-4000︰水︰異辛酸鉀＝30︰1︰1。
改性粉煤灰漂珠：30份；
改性空心玻璃微珠：5份；
玻璃纖維：1份。
其制備過程如下：
(1)、將膠凝材料A組分、改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠和玻璃纖維按上述比例混合，在800rpm轉速下攪拌60s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分按上述比例加入混合物1中，800rpm轉速下攪拌20s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于25℃模具中，靜置30min，脫模；
(4)、將脫模后所得材料靜置60min，切割得到產品。
實施例6
水工混凝土高強保溫材料的原料及重量配比為：
膠凝材料A組分：25份；
A組分為二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯，且二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸酯︰異佛爾酮二異氰酸酯＝1︰1。
膠凝材料B組分：25份；
B組分中選用相對分子質量為4000的聚丙二醇PPG-4000，發泡組分為蒸餾水，催化劑為異辛酸鉀，且PPG-4000︰蒸餾水︰異辛酸鉀＝30︰5︰1。
改性粉煤灰漂珠：30份；
改性空心玻璃微珠：10份；
玄武巖纖維：2份。
其制備過程如下：
(1)、將膠凝材料A組分、改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠和玄武巖纖維按上述比例混合，在500rpm轉速下攪拌20s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分按上述比例加入混合物1中，500rpm轉速下攪拌10s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于25℃模具中，靜置20min，脫模；
(4)、將脫模后所得材料靜置50min，切割得到產品。
實施例7
水工混凝土高強保溫材料的原料及重量配比為：
膠凝材料A組分：32份；
A組分為二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物，且二苯基甲烷-2,4’-二異氰酸酯︰二環己基甲烷二異氰酸酯︰異佛爾酮二異氰酸酯＝1︰1︰2。
膠凝材料B組分：28份；
B組分中選用相對分子質量為6000的聚丙二醇PPG-6000，發泡組分為蒸餾水，催化劑為異辛酸鉀，且PPG-6000︰環戊烷︰異辛酸鉀＝30︰1︰1。
改性粉煤灰漂珠：20份；
改性空心玻璃微珠：15份；
改性硅藻土：5份；
晶須：4份；
海泡石纖維：1份。
其制備過程如下：
(1)、將膠凝材料A組分、改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠、改性硅藻土和海泡石纖維按上述比例混合，在600rpm轉速下攪拌45s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分按上述比例加入混合物1中，750rpm轉速下攪拌15s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于20℃模具中，靜置25min，脫模；
(4)、將脫模后所得材料靜置55min，切割得到產品。
實施例8
水工混凝土高強保溫材料的原料及重量配比為：
膠凝材料A組分：35份；
A組分為二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物，且二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯︰二環己基甲烷二異氰酸酯︰異佛爾酮二異氰酸酯＝1︰1︰2。
膠凝材料B組分：35份；
B組分中選用相對分子質量為8000的聚丙二醇PPG-8000，發泡組分為環戊烷，催化劑為異辛酸鉀，且PPG-8000︰環戊烷︰異辛酸鉀＝30︰1︰1。
改性粉煤灰漂珠：25份；
改性空心玻璃微珠：5份；
改性硅藻土：10份；
改性膨脹珍珠巖：1份；
晶須：3份；
玻璃纖維：2份。
其制備過程如下：
(1)、將膠凝材料A組分、改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠、改性硅藻土、改性膨脹珍珠巖、晶須和玻璃纖維按上述比例混合，在500rpm轉速下攪拌20s，得到混合物1；
(2)、將膠凝材料B組分按上述比例加入混合物1中，500rpm轉速下攪拌10s，得到混合物2；
(3)、將混合物2置于20℃模具中，靜置20min，脫模；
(4)、將脫模后所得材料靜置30min，切割得到產品。
對比例1
以市面所售泡沫塑料為對比樣。
對比例2
專利CN102010174A公開的保溫砂漿。
本實驗依GB/T 8813-2008、GB/T 10294-2008和GB/T6343-2009，分別測定了實施例1-8保溫材料及對比例1和2的密度、導熱系數、壓縮強度。測試結果見表1。
表1保溫材料測試結果