CN104310865A - 一种玻化微珠-粉煤灰防火保温材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻化微珠-粉煤灰基防火保温材料及其制备方法，该防火保温材料由玻化微珠、矿物原料、增韧纤维、碱性激发剂、防水剂、减水剂等组成。矿物原料中粉煤灰占70～100wt.％，其他矿物原料含有矿渣、钢渣、硅灰、偏高岭土、循环硫化床底灰、赤泥、石棉尾矿酸浸渣中的一种；玻化微珠是矿物原料质量的50～150wt.％；增韧纤维是矿物原料质量的0.1～1wt.％；碱性激发剂是矿物原料质量的40～55wt.％；防水剂是矿物原料和玻化微珠总质量的1-3wt.％；减水剂是矿物原料和玻化微珠总质量的1-3wt.％。所有原料充分混合搅拌，浇注成型，在50-90℃下蒸养1～24h。所得防火保温的容重为400～800kg/m3，抗压强度为2.0-10.0MPa，导热系数为0.08-0.20W/(m.K)。产品可用作防火材料、保温材料、隔音材料、绝热材料等。
Description
技术领域：
本发明涉及一种防火保温材料及其制备方法。
技术背景：
近年来，我国一直处于高耗能、低产出、高污染的阶段，国家为了节能减排，降低污染，提出了一系列政策方针。在发电、炼铝、炼钢、水泥等行业产生过剩的同时，产生了大量的固体废弃物，而这些固体废弃物，如粉煤灰、矿渣、钢渣、赤泥等，又亟待大宗利用，综合治理，降低环境污染。
目前，国内外主要使用的墙体防火保温材料种类繁多，有机类保温材料频频引起火灾，防火效果差，成本高；无机类防火保温材料又纷繁复杂，常因价格战导致优质防火保温材料不能占据市场，特别是A级防火的无机类保温材料。
近几年，玻化微珠类防火保温材料开始在国内新兴，开始出现了一些相关技术发明，如发明专利200810044375.2，201010586609.3，201110107886.6，20110199959.9，201210058997.7，201310672423.3，201210544795.3，201310130284.1等，基本都是以玻化微珠和水泥作为体系的主要原料，添加粉煤灰和其他一些辅助材料，工业固体废弃物利用量较少，水泥使用量较大，不利于节能减排、综合利废。本发明中采用粉煤灰作为主体材料，利废、成本低、环保节能，结合粉煤灰的利废与玻化微珠(膨胀珍珠岩)的低热导性能，开发玻化微珠-粉煤灰基防火保温材料，对建筑节能、环保、利废、降低建筑成本具有具有广泛深刻的意义。
发明内容：
为了提高粉煤灰和玻化微珠在防火保温材料生产中的掺量，本发明提供了一种制备工艺简单，性能稳定，低温蒸养的新型玻化微珠-粉煤灰基防火保温材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的防火保温材料的原料，主要原料包括玻化微珠、矿物原料、增韧纤维、碱性激发剂、防水剂、减水剂和保水剂，所述的防火保温材料由以下原料制成：
粉煤灰：占矿物原料的70～100％，
矿渣、钢渣、硅灰、偏高岭土、循环硫化床底灰、赤泥、石棉尾矿酸浸渣中的一种：占矿物原料的0～30％，
玻化微珠：相当于矿物原料质量的50～150wt.％；
增韧纤维：相当于矿物原料质量的0.1～1.0wt.％；
碱性激发剂：相当于矿物原料质量的40～55wt.％，激发剂中包括钠(钾)水玻璃、NaOH/KOH、水。激发剂的模数在1.0～2.0，质量浓度在15～40wt.％；
防水剂：相当于矿物原料和玻化微珠总质量的1-3wt.％；
减水剂：相当于矿物原料和玻化微珠总质量的1-3wt.％。
本发明的上述防火保温材料的制备方法，包括步骤：
1)将矿物原料、玻化微珠、碱性激发剂、防水剂、减水剂与水混合，再与增韧纤维混合搅拌，共搅拌1-10min；
2)将料浆浇注到模具中，调节浇注扩散度在15％；
3)磨具放入静养室后，在40～60℃环境下，料浆发泡、稠化、硬化形成强度≥0.1MPa的坯体，坯体硬度达到0.1～0.2MPa后结束静养，静养时间在30～90min；
4)坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料；
5)将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度50-90℃，养护湿度为70～99％，养护时间为1～24h，蒸养结束后得到成品。
本发明制备工艺简单，性能优良、稳定，低温蒸养，成本较低。
具体实施方法：
本发明的防火保温材料，其优化的具体实施方式是，包括玻化微珠-粉煤灰防火保温材料，所述的防火保温材料由以下原料制成：粉煤灰为主的硅铝质矿物原料、玻化微珠、增韧纤维、碱性激发剂、防水剂和减水剂等，其中矿物原料主要是粉煤灰，其他矿物原料有矿渣、钢渣、硅灰、偏高岭土、循环硫化床底灰、赤泥、石棉尾矿酸浸渣中的一种。玻化微珠为膨胀珍珠岩或碱石灰硼硅酸盐玻璃材料。增韧纤维是聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维或木质纤维中的一种。碱性激发剂由钠(钾)水玻璃和NaOH/KOH组成。防水剂是甲基硅酸钾或甲基硅酸钠的水溶液。减水剂是萘系减水剂或聚羧酸减水剂。各种原料的配比分别为：
硅铝质矿物原料：70～100wt.％粉煤灰，0～30％的矿渣、钢渣、硅灰、偏高岭土、循环硫化床底灰、赤泥等富含硅铝的原料的一种；
玻化微珠：相当于矿物原料质量的50～150wt.％；
增韧纤维：相当于矿物原料质量的0.1～1.0wt.％；
碱性激发剂：相当于矿物原料质量的40～55wt.％，激发剂中包括钠(钾)水玻璃、NaOH/KOH、水。激发剂的模数在1.0～2.0，质量浓度在15～40wt.％；
防水剂：相当于矿物原料和玻化微珠总质量的1-3wt.％；
减水剂：相当于矿物原料和玻化微珠总质量的1-3wt.％。
上述的各种原料的含量根据需要也可以是其他的配比。
粉煤灰达到国标II级以上粉煤灰要求，Al2O3质量含量≥20wt.％；
其他矿物原料的粒径为1μm≤D50≤100μm，颗粒细度0.080mm筛筛余≤5～25％，含碳量≤5％，烧失量≤10％；
玻化微珠为膨胀珍珠岩或碱石灰硼硅酸盐玻璃材料，粒径在15～100μm，导热系数为0.01-0.05W/m·K，吸水率小于50％，熔融温度大于800℃。
增韧纤维的直径在5～20μm，长度在6～20mm，抗拉强度大于300MPa；
激发剂中包括钠(钾)水玻璃、NaOH/KOH、水。激发剂的模数在1.0～2.0，质量浓度在15～40wt.％；
蒸养温度为50-90℃，养护湿度为70～99％，养护时间为1～24h；
配制原料中，粉煤灰和碱性激发剂总计所含SiO2与Al2O3的摩尔比为：2.5≤SiO2/Al2O3≤4.5，Na2O与Al2O3的摩尔比为：0.5≤Na2O/Al2O3≤2。
本发明的上述防火保温材料的制备方法，其优化的具体实施方式可以是，包括步骤：
1)选择钠(钾)水玻璃和NaOH/KOH为原料，将NaOH/KOH溶解在水中，控制摩尔浓度在5～15mol/L；选择钠(钾)水玻璃，控制模数为2～3.5；将二者混合，控制混合物的总体模数在1.0～2.0；搅拌1～10min，置于塑料容器，静置12～48h。
2)将矿物原料、碱性激发剂、防水剂、减水剂、保水剂与水混合，再与玻化微珠、增韧纤维混合搅拌，共搅拌1-10min，可以搅拌1、3、5、7、10min等，直至搅拌均匀；
3)将料浆浇注到模具中，调节浇注扩散度在15％左右；
4)磨具放入静养室后，在40～60℃环境下，可以是40、50、60℃，料浆发泡、稠化、硬化形成强度≥0.1MPa的坯体，坯体硬度达到0.1～0.2MPa后结束静养，静养时间在30～90min，可以是30、60、90min等；
5)坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料；
6)将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度50-90℃，可以是50、60、70、80、90℃等；养护湿度为70～99％，可以是70、80、90、99％等；养护时间为1～24h，蒸压结束后得到成品。
本发明得到的加气混凝土的性能参数可以是：
具体实施例一：
量取钾水玻璃400g，模数为3.25，密度为1.58g/ml；称取56g KOH和40g水混合均匀，再与水玻璃、1.8g减水剂、9g防水剂混合均匀，放置24小时，作为液体碱性激发剂。
称取Ⅰ级粉煤灰300g作为矿物原料，将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后加入150g玻化微珠，1.5g增韧纤维，搅拌3min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，60℃下静养60min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度90℃，养护湿度90％条件下，养护4h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为800kg/m3，抗压强度为10MPa(28d)，导热系数为0.185W/(m.K)。
具体实施例二：
量取钠水玻璃240g，模数为3.25，密度为1.38g/ml；称取37g NaOH和60g水混合均匀，再与水玻璃、3.6g减水剂、6g防水剂混合均匀，放置24小时，作为液体碱性激发剂。
称取II级粉煤灰240g，矿渣60g作为矿物原料，将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后加入加入200g玻化微珠，1.5g增韧纤维，搅拌5min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，60℃下静养30min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度70℃，养护湿度90％条件下，养护12h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为600kg/m3，抗压强度为5.1MPa(7d)，导热系数为0.155W/(m·K)。
具体实施例三：
量取钾水玻璃240g，模数为3.25，密度为1.65g/ml；称取45g KOH和50g水混合均匀，再与水玻璃、12g减水剂、6g防水剂混合均匀，放置12小时，作为液体碱性激发剂。
称取II级粉煤灰240g，偏高岭土60g作为矿物原料，将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后，加入发泡剂，300g玻化微珠，3g增韧纤维，搅拌3min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，40℃下静养90min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度80℃，养护湿度90％条件下，养护12h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为500kg/m3，抗压强度为4.5MPa(7d)，导热系数为0.136W/(m·K)。
具体实施例四：
量取钠水玻璃240g，模数为3.25，密度为1.38g/ml；称取37g NaOH和60g水混合均匀，再与水玻璃、18g减水剂、6g防水剂混合均匀，放置24小时，作为液体碱性激发剂。
称取II级粉煤灰294g，石棉尾矿酸浸渣6g作为矿物原料，将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后加入加入400g玻化微珠，3g增韧纤维，搅拌5min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，60℃下静养30min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度90℃，养护湿度90％条件下，养护6h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为400kg/m3，抗压强度为3.5MPa(7d)，导热系数为0.10W/(m·K)。
具体实施例五：
量取钠水玻璃300g，模数为3.25，密度为1.38g/ml；称取40g NaOH和80g水混合均匀，再与水玻璃、12g减水剂、6g防水剂混合均匀，放置36小时，作为液体碱性激发剂。
称取II级粉煤灰270g，钢渣30g作为矿物原料，将液体碱性激发剂与固体原料混合，搅拌均匀后，加入300g玻化微珠，3g增韧纤维，搅拌5min。
将混合后的物料浇注到钢制模具或塑料模具中，密封，60℃下静养60min。
坯体翻转脱模，使用切割机进行切割，去除多余底料和顶料。
将切割好的半成品放入蒸养釜，在温度70℃，养护湿度90％条件下，养护10h，蒸养结束后得到成品。
所得样品在7天后测得的容重为500kg/m3，抗压强度为2.5MPa(7d)，导热系数为0.138W/(m.K)。
本发明以粉煤灰和玻化微珠为主要原料，结合其他矿物原料，应用先进的化学激发技术，制备一种轻质保温材料，产品可用作防火材料、保温材料、隔音材料、绝热材料等。
本发明应用玻化微珠、粉煤灰等矿物原料制备轻质保温材料，制作工艺简单、性能可靠，稳定性好。以上所述，仅为本发明优化的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种防火保温材料，由玻化微珠、矿物原料、增韧纤维、碱性激发剂、防水剂、减水剂组成。
2.根据权利要求1所述的防火保温材料，所述的玻化微珠是膨胀珍珠岩或碱石灰硼硅酸盐玻璃材料；所述的矿物原料包括粉煤灰，所述粉煤灰占矿物原料的70～100wt.％，其他矿物原料含有矿渣、钢渣、硅灰、偏高岭土、循环硫化床底灰、赤泥、石棉尾矿酸浸渣中的一种；所述的增韧纤维是聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维或木质纤维中的一种；所述的碱性激发剂包括水玻璃和NaOH/KOH；所述的防水剂是甲基硅酸钾或甲基硅酸钠的水溶液；所述的减水剂是萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
3.根据权利要求2所述的轻质防火保温材料，包括以下质量配比的原料：
粉煤灰：占矿物原料的70～100％，
矿渣、钢渣、硅灰、偏高岭土、循环硫化床底灰、赤泥、石棉尾矿酸浸渣中的一种：占矿物原料的0～30％；
玻化微珠：相当于矿物原料质量的50～150wt.％；
增韧纤维：相当于矿物原料质量的0.1～1.0wt.％；
碱性激发剂：相当于矿物原料质量的40～55wt.％，激发剂中包括钠(钾)水玻璃、NaOH/KOH、水。激发剂的模数在1.0～2.0，质量浓度在15～40wt.％；
防水剂：相当于矿物原料和玻化微珠总质量的1-3wt.％；
减水剂：相当于矿物原料和玻化微珠总质量的1-3wt.％。
4.根据权利要求2所述的防火保温材料，反应原料混合时，需外加一定量的水，使H2O/Na2O的摩尔比为10～20；
粉煤灰达到国标II级以上粉煤灰要求，Al2O3质量含量≥20wt.％；
其他矿物原料的粒径为1μm≤D50≤100μm，颗粒细度0.080mm筛筛余≤5～25％，含碳量≤5％，烧失量≤10％；
玻化微珠为膨胀珍珠岩或碱石灰硼硅酸盐玻璃材料，粒径在15～100μm，导热系数为0.01-0.05W/m·K，吸水率小于50％，熔融温度大于800℃。
增韧纤维的直径在5～20μm，长度在6～20mm，抗拉强度大于300MPa；
激发剂中包括钠(钾)水玻璃、NaOH/KOH、水。激发剂的模数在1.0～2.0，质量浓度在15～40wt.％；
蒸养温度为50-90℃，养护湿度为70～99％，养护时间为1～24h；
配制原料中，粉煤灰和碱性激发剂总计所含SiO2与Al2O3的摩尔比为：2.5≤SiO2/Al2O3≤4.5，Na2O与Al2O3的摩尔比为：0.5≤Na2O/Al2O3≤2。
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