CN105541381A - 一种绿色高强无机绝热材料及其制备方法 - Google Patents

一种绿色高强无机绝热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种绿色高强无机绝热材料及其制备方法，该材料由包括以下组分及重量份含量的原料配制而成：粉煤灰50-70份，矿粉30-50份，水玻璃4-6份及H2O23.5-4份；所述的材料中还掺有树脂纤维，该树脂纤维的掺加量为1.0-1.5kg/m3；制备时，先将粉煤灰、矿粉、水、水玻璃及聚丙烯纤维搅拌均匀，再加入双氧水，搅拌时间为10-15s，溶液温度为25-30℃，制得浆体，再将浆体倒入模具中，待浆体高度不再变化后，拆模，即可。与现有技术相比，本发明所用原料充足且环保、制备工艺简单、产品强度高且绝热性和抗干燥收缩性好，作为一种新型建筑节能材料，有很好的应用前景。

Description

一种绿色高强无机绝热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种绿色高强无机绝热材料及其制备方法。
背景技术
在建筑上采用保温隔热材料，可以降低基本建筑材料的用量，减轻围护结构的重量，大幅度节能降耗，对于促进建筑业的发展、缓解能源危机以及提高人民的居住水平具有重要意义。新型节能建筑材料是建筑节能的物质基础，不同于普通的建筑材料，它不仅要具有轻质高强的基本性能，而且要具有良好的保温隔热等热工性能。另外，新型节能建筑材料还要求在材料的生产中尽量减少或不使用不可再生资源，充分利用工业废渣或废弃物等材料，在减少环境污染的同时降低生产成本。
我国每年的粉煤灰和矿渣粉等工业废渣的排放量非常大，不仅对环境造成了难以估量的压力，也是巨大的能源浪费。粉煤灰是一种粘土类火山灰质材料，具有潜在的水硬活性；而磨细的矿粉具有很大的潜在活性，当达到一定细度时，在碱性激发剂的作用下，在表面能形成许多硅酸根离子。以粉煤灰和矿粉作为胶凝材料，通过碱性激发剂的活性激发，加入双氧水和聚丙烯纤维制备无机高强绿色绝热材料，不仅能解决工业废渣的处理问题，变废为宝，同时作为一种新型建筑节能材料，有很好的应用前景。
申请号为201410145026.5的中国发明专利公布了一种轻质粉煤灰基绝热材料的制备方法，先将膨润土、粉煤灰和水，球磨1-3h制成浆料；然后加入氧化钙再次球磨0.5-2h；最后加入水玻璃，搅拌均匀；将混合浆料倒入装有模具的高压反应釜中，水热反应条件下反应6-24h，脱模，在100-200℃烘干，即可，其中，所述的混合浆料中膨润土的质量百分含量为0.0-2.0％，所述的粉煤灰在混合浆料中的质量百分含量为1.0-5.0％，所述的氧化钙在混合浆料中的质量百分含量为0.5-3.0％，所述的水玻璃为钠水玻璃，混合浆料中水玻璃的质量百分含量为0.5-3.0％。上述专利公布的技术方案在制备过程中需要对原材料进行球磨，并且需要在高压条件下进行水热反应，制备过程较为复杂，必须严格控制反应条件。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节能环保、抗压强度较高、导热系数低且干燥收缩率低的绿色高强无机绝热材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种绿色高强无机绝热材料，该材料由包括以下组分及重量份含量的原料配制而成：粉煤灰50-70份，矿粉30-50份，水玻璃4-6份及H2O23.5-4份；所述的材料中还掺有树脂纤维，该树脂纤维的掺加量为1.0-1.5kg/m3，并且所述的材料的液固比为0.52-0.6。
优选的，所述的材料由包括以下组分及重量份含量的原料配制而成：粉煤灰60份，矿粉40份，水玻璃5份及H2O23.75份；所述的材料中还掺有树脂纤维，该树脂纤维的掺加量为1.2kg/m3，并且所述的材料的液固比为0.56。
所述的水玻璃的水玻璃模数为1.4-1.6，优选1.5。
所述的水玻璃为钠水玻璃。
所述的钠水玻璃的初始模数为3.25，Na2O含量为8.77％，水玻璃模数由氢氧化钠调节。
所述的树脂纤维选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚苯乙烯纤维、聚酰胺纤维及聚碳酸酯纤维中的一种。
所述的树脂纤维为聚丙烯纤维。
所述的聚丙烯纤维的长度为8-15mm，密度为0.91g/cm3，断裂伸长率为15-20％。
优选的，所述的聚丙烯纤维的长度为12mm，密度为0.91g/cm3，断裂伸长率为15-20％。
所述的粉煤灰为二级粉煤灰。
一种绿色高强无机绝热材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、矿粉、水、水玻璃及树脂纤维，投入搅拌机中，于25-30℃下搅拌混合均匀；
(2)在搅拌状态下，将双氧水加入搅拌机中，继续搅拌10-15s后停止，得到浆体；
(3)将步骤(2)制得的浆体倒入模具中，待浆体高度不再变化后，拆模，即制得所述的无机绝热材料。
步骤(2)所述的双氧水中H2O2的质量含量为25-35％，优选30％。
本发明提供的绿色高强无机绝热材料中，各种原材料既具有不同作用，又相互发挥协同作用，制备工艺设计具有特色。其中，粉煤灰和矿粉作为胶凝体系，通过水玻璃的活性激发起胶结作用，水玻璃模数由氢氧化钠调节，H2O2分解产生气体在浆体内形成孔隙，聚丙烯纤维的加入改善该无机绿色高强绝热材料的抗收缩开裂性能。
本发明绿色高强无机绝热材料的三种功能可通过三种途径实现：首先，力学性能依靠粉煤灰、矿粉和水玻璃的协同作用形成致密结构；其次，传热性能依靠H2O2产生的气泡，在体系中形成的大量孔隙；再者，抗干燥收缩性能依靠聚丙烯纤维在体系的基体内搭接，阻止干缩裂纹扩散，同时增强材料的韧性。
本发明不使用高耗能原材料，充分利用工业废弃物——矿粉和粉煤灰作为原材料，加入双氧水和聚丙烯纤维制备出具有绿色节能意义且强度较高的绝热材料，与相同绝干密度的轻质水泥基绝热材料相比，不仅具有较高的抗压强度和较低的导热系数，同时干燥收缩率也比较低，因而降低了成本，提高了产品的市场竞争力。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)原材料充足且环保：本发明所用矿粉和粉煤灰都是工业废弃物，排放量巨大，而没有使用高能耗高污染的原材料，如水泥等，所以本发明产品可以节约资源，减少生产能耗，更具市场竞争力；
2)工艺简单：本发明采用常规搅拌方式及常温养护工艺，制备方法过程简单，适于大规模工业化生产，进而产生规模效益；
3)强度高且绝热性和抗干燥收缩性好：与传统轻质水泥基绝热材料相比，本发明产品不仅能满足轻质水泥基绝热材料的力学强度标准要求，还具有优异的保温隔热性能和良好的抗收缩开裂性；
4)成本低：本发明以工业废弃物为主要原料，充分利用工业废弃物本身的胶凝性，提高了其附加价值，且制备工艺简单，因而成本低廉，比传统的类似技术方法更具有实用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
一种绿色高强无机绝热材料，按粉煤灰：矿粉为7:3，水玻璃模数1.6，液固比0.52，水玻璃掺量4％，H2O2掺量3.5％，聚丙烯纤维掺量1.2kg/m3的配比配制而成。性能测试结果见表1。
实施例2：
一种绿色高强无机绝热材料，按粉煤灰：矿粉为6:4，水玻璃模数1.6，液固比0.52，水玻璃掺量4％，H2O2掺量3.75％，聚丙烯纤维掺量1.2kg/m3的配比配制而成。性能测试结果见表1。
实施例3：
一种绿色高强无机绝热材料，按粉煤灰：矿粉为6:4，水玻璃模数1.5，液固比0.56，水玻璃掺量5％，H2O2掺量3.75％，聚丙烯纤维掺量1.2kg/m3的配比配制而成。性能测试结果见表1。
表1实施例性能测试结果
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3
绝干密度(kg/m3) 320 280 240
28d抗压强度(MPa) 2.07 1.82 1.62
导热系数(W/(m·K)) 0.075 0.062 0.049
28d干燥收缩率(×10-6) 2896.8 3140.5 3235.6
实施例4：
本实施例绿色高强无机绝热材料，该材料由包括以下组分及重量份含量的原料配制而成：粉煤灰60份，矿粉40份，水玻璃5份及H2O23.75份；所述的材料中还掺有树脂纤维，该树脂纤维的掺加量为1.2kg/m3，并且所述的材料的液固比为0.56。
其中，所述的水玻璃的水玻璃模数为1.5，水玻璃为钠水玻璃，该钠水玻璃的初始模数为3.25，Na2O含量为8.77％，水玻璃模数由氢氧化钠调节。
所述的树脂纤维为聚丙烯纤维，该聚丙烯纤维的长度为12mm，密度为0.91g/cm3，断裂伸长率为15-20％。
所述的粉煤灰为二级粉煤灰。
本实施例绿色高强无机绝热材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、矿粉、水、水玻璃及树脂纤维，投入搅拌机中，于25℃下搅拌混合均匀；
(2)在搅拌状态下，将双氧水加入搅拌机中，继续搅拌10s后停止，得到浆体；
(3)将步骤(2)制得的浆体倒入模具中，待浆体高度不再变化后，拆模，即制得所述的无机绝热材料。
步骤(2)所述的双氧水中H2O2的质量含量为30％。
实施例5：
本实施例绿色高强无机绝热材料，该材料由包括以下组分及重量份含量的原料配制而成：粉煤灰50份，矿粉30份，水玻璃4份及H2O23.5份；所述的材料中还掺有树脂纤维，该树脂纤维的掺加量为1.0kg/m3，并且所述的材料的液固比为0.52。
其中，所述的水玻璃的水玻璃模数为1.4，水玻璃为钠水玻璃，该钠水玻璃的初始模数为3.25，Na2O含量为8.77％，水玻璃模数由氢氧化钠调节。
所述的树脂纤维为聚丙烯纤维，该聚丙烯纤维的长度为8mm，密度为0.91g/cm3，断裂伸长率为15-20％。
所述的粉煤灰为二级粉煤灰。
本实施例绿色高强无机绝热材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、矿粉、水、水玻璃及树脂纤维，投入搅拌机中，于30℃下搅拌混合均匀；
(2)在搅拌状态下，将双氧水加入搅拌机中，继续搅拌15s后停止，得到浆体；
(3)将步骤(2)制得的浆体倒入模具中，待浆体高度不再变化后，拆模，即制得所述的无机绝热材料。
步骤(2)所述的双氧水中H2O2的质量含量为25％。
实施例6：
本实施例绿色高强无机绝热材料，该材料由包括以下组分及重量份含量的原料配制而成：粉煤灰70份，矿粉50份，水玻璃6份及H2O24份；所述的材料中还掺有树脂纤维，该树脂纤维的掺加量为1.5kg/m3，并且所述的材料的液固比为0.6。
其中，所述的水玻璃的水玻璃模数为1.6，水玻璃为钠水玻璃，该钠水玻璃的初始模数为3.25，Na2O含量为8.77％，水玻璃模数由氢氧化钠调节。
所述的树脂纤维为聚丙烯纤维，该聚丙烯纤维的长度为15mm，密度为0.91g/cm3，断裂伸长率为15-20％。
所述的粉煤灰为二级粉煤灰。
本实施例绿色高强无机绝热材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、矿粉、水、水玻璃及树脂纤维，投入搅拌机中，于28℃下搅拌混合均匀；
(2)在搅拌状态下，将双氧水加入搅拌机中，继续搅拌12s后停止，得到浆体；
(3)将步骤(2)制得的浆体倒入模具中，待浆体高度不再变化后，拆模，即制得所述的无机绝热材料。
步骤(2)所述的双氧水中H2O2的质量含量为35％。
实施例7：
本实施例绿色高强无机绝热材料，该材料由包括以下组分及重量份含量的原料配制而成：粉煤灰65份，矿粉48份，水玻璃5.5份及H2O23.8份；所述的材料中还掺有树脂纤维，该树脂纤维的掺加量为1.4kg/m3，并且所述的材料的液固比为0.56。
其中，所述的水玻璃的水玻璃模数为1.3，水玻璃为钠水玻璃，该钠水玻璃的初始模数为3.25，Na2O含量为8.77％，水玻璃模数由氢氧化钠调节。
所述的树脂纤维为聚乙烯纤维。
所述的粉煤灰为二级粉煤灰。
本实施例绿色高强无机绝热材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、矿粉、水、水玻璃及树脂纤维，投入搅拌机中，于27℃下搅拌混合均匀；
(2)在搅拌状态下，将双氧水加入搅拌机中，继续搅拌14s后停止，得到浆体；
(3)将步骤(2)制得的浆体倒入模具中，待浆体高度不再变化后，拆模，即制得所述的无机绝热材料。
步骤(2)所述的双氧水中H2O2的质量含量为32％。
实施例8：
本实施例中，树脂纤维为聚氯乙烯纤维，其余同实施例7。
实施例9：
本实施例中，树脂纤维为聚苯乙烯纤维，其余同实施例7。
实施例10：
本实施例中，树脂纤维为聚酰胺纤维，其余同实施例7。
实施例11：
本实施例中，树脂纤维为聚碳酸酯纤维，其余同实施例7。

Claims (9)

1.一种绿色高强无机绝热材料，其特征在于，该材料由包括以下组分及重量份含量的原料配制而成：粉煤灰50-70份，矿粉30-50份，水玻璃4-6份及H2O23.5-4份；所述的材料中还掺有树脂纤维，该树脂纤维的掺加量为1.0-1.5kg/m3，并且所述的材料的液固比为0.52-0.6。
2.根据权利要求1所述的一种绿色高强无机绝热材料，其特征在于，所述的水玻璃的水玻璃模数为1.4-1.6。
3.根据权利要求2所述的一种绿色高强无机绝热材料，其特征在于，所述的水玻璃为钠水玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种绿色高强无机绝热材料，其特征在于，所述的树脂纤维选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚苯乙烯纤维、聚酰胺纤维及聚碳酸酯纤维中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种绿色高强无机绝热材料，其特征在于，所述的树脂纤维为聚丙烯纤维。
6.根据权利要求5所述的一种绿色高强无机绝热材料，其特征在于，所述的聚丙烯纤维的长度为8-15mm，密度为0.91g/cm3，断裂伸长率为15-20％。
7.根据权利要求1所述的一种绿色高强无机绝热材料，其特征在于，所述的粉煤灰为二级粉煤灰。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的绿色高强无机绝热材料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)将粉煤灰、矿粉、水、水玻璃及树脂纤维，投入搅拌机中，于25-30℃下搅拌混合均匀；
(2)在搅拌状态下，将双氧水加入搅拌机中，继续搅拌10-15s后停止，得到浆体；
(3)将步骤(2)制得的浆体倒入模具中，待浆体高度不再变化后，拆模，即制得所述的无机绝热材料。
9.根据权利要求8所述的一种绿色高强无机绝热材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的双氧水中H2O2的质量含量为25-35％。
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