CN108017408A - 免烧砌块原料、免烧砌块制备方法及免烧砌块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种免烧砌块原料、免烧砌块制备方法及免烧砌块，上述免烧砌块原料的成分包括：黑棉土30～55质量份、玄武岩15～35质量份、铝粉0.1～0.5质量份、氢氧化钠10～15质量份、水玻璃15～20质量份。基于本发明提供的免烧砌块原料及免烧砌块制备方法，以黑棉土与玄武岩为主料，以氢氧化钠、水玻璃、铝粉为辅料，混合均匀注模成型即可制备轻质保温免烧砌块。本发明的工艺简单，所得样品导热系数很低、干密度小、吸水率低，符合建材行业标准，可广泛应用于工程建筑方面。

Description

免烧砌块原料、免烧砌块制备方法及免烧砌块
技术领域
本发明涉及建材领域，特别是涉及一种免烧砌块原料、免烧砌块制备方法及免烧砌块。
背景技术
我国建筑能耗高，建筑相关能耗已经超过工业成为第一能耗大户,占总能耗的46.7％。到2020年能源消费控制在50亿吨标准煤以内，建筑节能已成为节约能源的重要组成部分。目前,为了降低建筑能耗，达到建筑节能,研究人员对建筑材料进行倾力研究。
黑棉土是一种广泛分布的特殊土，主要分布于印度德干高原西北部、尼日利亚东北部、埃塞俄比亚中部等，并且在我国的云南、四川、安徽、河南、广西、贵州省等地也多有分布。黑棉土由于其强膨胀性在作为路基工程材料时有较大缺点，所以利用有缺陷的工程材料制作保温材料也起到了固体废弃物再利用的作用。玄武岩是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种泡沫状结构的岩石。具有天然的多孔结构，在制作多孔材料时具有天然的优越性。且玄武岩在我国福建、安徽、云南、东北等地大量分布，原材料极易获得成本低廉。
地质聚合物(Geopolymer)是自1980年代以来新发展起来的新型无机非金属材料，是以铝硅酸盐矿物或工业固体废渣等固体废弃物为原料，硅酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾作激活剂制成。地质聚合物由于其特殊的无机缩聚三维网络结构，具有反应温度低、强度高、施工性能优良、耐腐蚀、耐水热、耐高温、低能耗、低二氧化碳排放等优点，而地聚合物泡沫在兼具地聚合物优点的同时，又具有轻质保温的优良性能，所以近年来国内外掀起了研究热潮，如：以偏高岭土为原材料，动物蛋白为发泡剂制备地聚合物泡沫，但该方法制备较繁琐，且制得免烧砌块导热系数最低为0.105W/(m·K)；或采用氢气发泡法研究，即通过碱激发氢气发泡法得到地聚合物泡沫材料，其导热系数为0.101-0.105W/ (m·K)，地聚合物泡沫保温砌块导热系数，密度，强度等性能提升还有极大研究价值。
发明内容
本发明提供了一种免烧砌块原料、免烧砌块制备方法及免烧砌块以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种免烧砌块原料，所述免烧砌块原料的成分包括：黑棉土30～55质量份、玄武岩15～35质量份、铝粉0.1～0.5质量份、氢氧化钠10～15质量份、水玻璃15～20质量份。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种免烧砌块制备方法，包括：
粉碎黑棉土和玄武岩，将粉碎后的黑棉土和玄武岩与铝粉按配比混合，研磨均匀后得到混料；
称取适量氢氧化钠后制备氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液与水玻璃混合，得到成型剂；
将所述混料与所述成型剂充分混匀，注入模具中预压成型，静置陈化后脱模，得到初坯；
将所述初坯放在烘箱中烘干；
将烘干后的初坯放在蒸养釜中以特定条件进行养护后，冷却至室温，得到免烧砌块。
可选地，所述免烧砌块各原料成分的配比为：黑棉土30～55质量份、玄武岩15～35质量份、铝粉0.1～0.5质量份、氢氧化钠10～15质量份、水玻璃15～20 质量份。
可选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为7～12mol/L。
可选地，所述粉碎后的黑棉土和玄武岩的粒径数≥100目。
可选地，所述初坯在烘箱中的烘干温度为60～80℃、烘干时间为8～14h。
可选地，烘干后的初坯放在蒸养釜的养护时间为8～24小时，养护温度为 90℃～220℃，养护湿度≥90％。
根据本发明的再一个方面，还提供了一种免烧砌块，使用上述任一项所述的免烧砌块制备方法制备而成。
本发明提供了一种免烧砌块原料、免烧砌块制备方法及免烧砌块，本发明提供的免烧砌块主要以黑棉土与玄武岩为主料，以氢氧化钠、水玻璃、铝粉为辅料，混合均匀注模成型即可获得轻质保温免烧砌块。以黑棉土与玄武岩为原料制备地质聚合物材料制成具有较高强度、高气孔率、低体积密度、高比表面积的轻质多孔保温材料。在能源综合利用、大气治理、水污染净化、保温隔热、储能蓄热、隔声消声等方面将会替代发泡水泥或轻质陶瓷材料，作为一种新型建筑材料具有很好的应用前景。且上述免烧砌块制备方法简单，所得轻质保温免烧砌块导热系数很低、干密度小、吸水率低，符合建材行业标准，可广泛应用于工程建筑方面。通过测试，轻质保温免烧砌块的导热系数最低可达到0.0624 W/(m·K)、吸水率不大于20％，产品各项性能均达到中华人民共和国建材行业标准JC/T 1062-2007要求。
进一步地，与传统技术相比，本发明提供的免烧砌块原料、免烧砌块制备方法及免烧砌块还具备以下特征：
一、原材料选择的多样性。本发明提供的免烧砌块原料所用的黑棉土和玄武岩在自然界中大量分布、成本低廉，而目前泡沫混凝土中的胶凝材料主要是高能耗高污染的水泥，而且本发明产品制备方式为免烧方式，可以大大减少生产能耗、节约资源。
二、生产规模化。本发明提供的免烧砌块制备方法简单，不需要特殊的工艺，适于大规模工业化生产，且采用本发明所提供的制备方法所生产的免烧砌块成品具备良好的防水保温性能和力学性能。与传统泡沫混凝土相比，本发明免烧砌块成品不仅能满足泡沫混凝土的力学强度标准要求，还具有优异的保温性能。
三、低成本。本发明提供的免烧砌块制备方法简单，并大量利用一类热带常见的水化高膨胀性粘土——黑棉土，玄武岩在世界各地多有分布，成本低廉，可以进一步降低免烧砌块成品的生产成本。
因此，本发明提供的技术方法比传统的类似技术方法更具有实用价值。本发明提供的防水保温材料中，各种原材料既具有不同作用，又相互作用，制备工艺设计也都各具特色。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是根据本发明实施例的免烧砌块制备方法流程示意图；
图2是根据本发明优选实施例的免烧砌块制备方法流程示意图；
图3是根据本发明实施例1制备而成的免烧砌块实物示意图；
图4是根据本发明实施例1制备而成的免烧砌块的SEM图；
图5是根据本发明对比例1制备而成的免烧砌块实物示意图；
图6是根据本发明实施例1与对比例1制备而成的免烧砌块实物对比图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种免烧砌块原料，该免烧砌块原料的成分包括：黑棉土30～55质量份、玄武岩15～35质量份、铝粉0.1～0.5质量份、氢氧化钠10～15 质量份、水玻璃15～20质量份。
本发明实施例的免烧砌块原料主要以黑棉土与玄武岩为主料，以氢氧化钠、水玻璃、铝粉为辅料。以黑棉土与玄武岩为原料制备地质聚合物材料制成具有较高强度、高气孔率、低体积密度、高比表面积的轻质多孔保温材料。在能源综合利用、大气治理、水污染净化、保温隔热、储能蓄热、隔声消声等方面将会替代发泡水泥或轻质陶瓷材料，作为一种新型建筑材料具有很好的应用前景。
上述配比是发明人通过实验发现的较佳的配比，只要在可选范围内，调整黑棉土、玄武岩、铝粉氢氧化钠及水玻璃的配比，都可以制备出符合国家标准的免烧砌块。但是需要说明的是，由于发明的人的试验次数是有限的，因此不排除还有其他的不属于上述可选范围的可行的配比。
基于上述实施例所提供的免烧砌块原料，本发明另一实施例还提供免烧砌块制备方法，如图1所示根据本发明实施例的免烧砌块制备方法包括：
步骤S102，粉碎黑棉土和玄武岩，将粉碎后的黑棉土和玄武岩与铝粉按配比混合，研磨均匀后得到混料；
步骤S104，称取适量氢氧化钠后制备氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液与水玻璃混合，得到成型剂；
步骤S106，将混料与成型剂充分混匀，注入模具中预压成型，静置陈化后脱模，得到初坯；
步骤S108，将初坯放在烘箱中烘干；
步骤S110，将烘干后的初坯放在蒸养釜中以特定条件进行养护后，冷却至室温，得到免烧砌块。
根据上述实施例提供的免烧砌块制备方法以黑棉土与玄武岩为主料，以氢氧化钠、水玻璃、铝粉为辅料，混合均匀注模成型后即可获得即可获得轻质保温免烧砌块，其上述工艺简单，所得的轻质保温免烧砌块导热系数很低、干密度小、吸水率低，符合建材行业标准，可广泛应用于工程建筑方面。通过对基于上述实施例的免烧砌块制备方法制备而成的轻质保温免烧砌块进行测试后发现，该免烧砌块导热系数最低可达到0.0624W/(m·K)、且吸水率不大于20％，各项性能均达可到中华人民共和国建材行业标准JC/T 1062-2007要求。
可选地，上述步骤S104将氢氧化钠溶液与水玻璃混合得到成型剂时，需提前制备氢氧化钠溶液，在本发明实施例中，氢氧化钠溶液的浓度优选为 7～12mol/L。将氢氧化钠溶液和水玻璃混合后，即可得到成型剂。在实际应用中，还可以基于成型剂的粘稠状态添加适量水，以得到效果更佳的成型剂。
优选地，粉碎后的黑棉土和玄武岩的粒径数≥100目；初坯在烘箱中的烘干温度为60℃～80℃、烘干时间为8～14h；烘干后的初坯放在蒸养釜的养护时间为8～24h，养护温度为90℃～220℃，养护湿度≥90％。
上述条件是同样是发明人通过实验发现的粉碎、干燥、养护等步骤的较佳的执行条件，随着原料配比的改变、设备状态的不同等因素的变化上述条件可以进行灵活地调整。此外，免烧砌块原料中，铝粉可以为市售工业级铝粉，氢氧化钠可以为市售工业级片碱，水玻璃可以为工业级，当然，实际应用中制备免烧砌块的原料并不限于此。
对应于上述免烧砌块的制备方法，本发明实施例还提供了一种采用上述制备方法制备的免烧砌块，就成分构成来说，这种免烧砌块各原料成分为：黑棉土30～55质量份、玄武岩15～35质量份、铝粉0.1～0.5质量份、氢氧化钠10～15 质量份、水玻璃15～20质量份。
进一步地，本发明提供的免烧砌块原料、免烧砌块制备方法及免烧砌块还具备以下特征：
一、原材料选择的多样性。本发明提供的免烧砌块原料所用的黑棉土和玄武岩在自然界中大量分布、成本低廉，而目前泡沫混凝土中的胶凝材料主要是高能耗高污染的水泥，而且本发明产品制备方式为免烧方式，可以大大减少生产能耗、节约资源。
二、生产规模化。本发明提供的免烧砌块制备方法简单，不需要特殊的工艺，适于大规模工业化生产，且采用本发明所提供的制备方法所生产的免烧砌块成品具备良好的防水保温性能和力学性能。与传统泡沫混凝土相比，本发明免烧砌块成品不仅能满足泡沫混凝土的力学强度标准要求，还具有优异的保温性能。
三、低成本。本发明提供的免烧砌块制备方法简单，并大量利用一类热带常见的水化高膨胀性粘土——黑棉土，玄武岩在世界各地多有分布，成本低廉，可以进一步降低免烧砌块成品的生产成本。
因此，本发明提供的技术方法比传统的类似技术方法更具有实用价值。本发明提供的防水保温材料中，各种原材料既具有不同作用，又相互作用，制备工艺设计也都各具特色。
针对上述实施例提供的技术方案，发明人选取了的多组不同配比的免烧砌块原料来制备了免烧砌块，并对所制备出的免烧砌块的性能进行了测试。
实施例1
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土47质量份、玄武岩20质量份；氢氧化钠13质量份、水玻璃20质量份及微量铝粉。
各成分具体质量可以为：黑棉土35g；玄武岩15g；铝粉0.25g；氢氧化钠10g，水玻璃15g。优选地，本实施例所用黑棉土土样取自肯尼亚内罗毕路基土，取样深度2.0m。
基于上述免烧砌块原料的免烧砌块制备方法包括：
1.首先粉碎黑棉土和玄武岩，过400目筛，将粉碎后的黑棉土和玄武岩以及铝粉按配比组成配料，研磨均匀后，得到混料；
2.制备浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液与水玻璃混合得到成型剂；
3.将成型剂倒入混料中充分混合均匀后，迅速注入模型中预压成型，静置陈化，脱模后得到初坯；
4.将初坯放在烘箱中烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为12h；
5.将烘干后的初坯放在蒸养釜中进行养护,养护温度为90℃，养护湿度为90％，养护时间12h；
6.将养护后的初坯冷却至室温，得到免烧砌块。
上述实施例的免烧砌块制备方法总流程图如图2所示，将黑棉土、玄武岩以及铝粉机械混匀后得到混料，将氢氧化钠溶液与水玻璃混合搅拌至溶解后得到成型剂，将混料和成型剂混合搅拌，充分混匀后注模成型，后经陈化、脱模、烘干、养护即可得到免烧砌块成品。
基于上述实施例1制备而成的免烧砌块的实物图如图3所示，SEM (ScanningElectron Microscope，扫描电子显微镜)图如图4所示。
实施例2
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土47质量份、玄武岩20质量份；氢氧化钠13质量份、水玻璃20质量份。各成分具体质量为：黑棉土35g；玄武岩15g；铝粉0.05g；氢氧化钠10g，水玻璃15g。本实施例免烧砌块制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土47质量份、玄武岩20质量份；氢氧化钠13质量份、水玻璃20质量份。各成分具体质量为：黑棉土35g；玄武岩15g；铝粉0.15g；氢氧化钠10g，水玻璃15g。本实施例免烧砌块制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土47质量份、玄武岩20质量份；氢氧化钠13质量份、水玻璃20质量份。各成分具体质量为：黑棉土35g；玄武岩15g；铝粉0.35g；氢氧化钠10g，水玻璃15g。本实施例免烧砌块制备方法与实施例1相同。
实施例5
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土34质量份、玄武岩34质量份；氢氧化钠13质量份、水玻璃20质量份。各成分具体质量为：黑棉土25g；玄武岩25g；铝粉0.25g；氢氧化钠10g，水玻璃15g。本实施例免烧砌块制备方法与实施例1相同。
实施例6
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土20质量份、玄武岩47质量份；氢氧化钠13质量份、水玻璃20质量份。各成分具体质量为：黑棉土15g；玄武岩35g；铝粉0.25g；氢氧化钠10g，水玻璃15g。本实施例免烧砌块制备方法与实施例1相同。
另外，本发明还提供了多组由不同免烧砌块的原料及配比所制备的免烧砌块，与上述各实施例进行对比。
对比例1
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土54质量份；玄武岩23质量份；不加氢氧化钠。各成分具体质量为：黑棉土35g；玄武岩15g；不加铝粉；水玻璃15。本实施例免烧砌块制备方法与实施例1相同。图2也示出了由对比例1制得的免烧砌块实物图。
基于上述对比例1制备而成的免烧砌块的实物图如图5所示。
对比例2
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土47质量份、玄武岩20质量份；氢氧化钠13质量份、水玻璃20质量份。各成分具体质量为：黑棉土35g；玄武岩15g；铝粉0.5g；氢氧化钠10g，水玻璃15g。本实施例免烧砌块制备方法与实施例1相同。
对比例3
本实施例的免烧砌块的原料成分按质量份的构成为：黑棉土67质量份、不加玄武岩；氢氧化钠13质量份、水玻璃20质量份。各成分具体质量为：黑棉土50g；铝粉0.25g；氢氧化钠10g，水玻璃15g。本实施例免烧砌块制备方法与实施例1相同。
上述各实施例所得的免烧砌块的性能如表1所示，将其与JC 422-91的性能进行对比，可知九组配料的免烧砌块抗压强度和吸水率基本都达到JC 422-91中的标准。
表1
序号 密度kg/m3 抗压强度Mpa 吸水率(％) 导热系数(W/(m·K))
实施例1 691.2 1.013 18.6 0.0813
实施例2 1280 3.332 11.35 0.1011
实施例3 776.7 1.811 16.87 0.0842
实施例4 676 0.833 19.5 0.0624
实施例5 714 1.26 13.21 0.0822
实施例6 758.4 1.78 10.1 0.0877
对比例1 1450 3.276 9.92 0.1210
对比例2 396 0.32 22.9 0.0611
对比例3 654 0.41 24.1 0.0547
上述各实施例及对比例所获得的免烧砌块的性能如表1所示,通过实施例 1-6发现实施例1综合性能较为优异，在实施例1配比基础上减小铝粉质量份以及增大玄武岩质量份均使免烧砌块的密度增大，导热系数增大。反之，增加铝粉含量和减小玄武岩质量会使强度降低。对比例1-3与实施例1-6对比分析发现。对比例1不加铝粉没有泡沫密度过大超出建材行业标准，同样对比例2 与对比例3分别加入过量铝粉与过量黑棉土导致制得免烧砌块强度大大降低，不符合建材行业强度标准。因此在本发明实施例配比范围内制得的免烧砌块各项性能均可达到中国建材行业标准JC/T 1062-2007，其中抗压强度达到A1.0 级，导热系数达到最高级B03级，密度达到B08级，综上，该保温材料各项性能均能达到建材行业标准中上水平等级。
图6示出了基于上述实施例1与对比例1制备而成的免烧砌块实物对比图，由图6分析发现，加入铝粉后砌块发泡明显，体积扩大近一倍，由SEM图可知，除宏观孔之外，砌块内部也广泛分布微米级孔道，这种微孔也大大提升了砌块的保温性能
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种免烧砌块原料，所述免烧砌块原料的成分包括：黑棉土30～55质量份、玄武岩15～35质量份、铝粉0.1～0.5质量份、氢氧化钠10～15质量份、水玻璃15～20质量份。
2.一种免烧砌块制备方法，包括：
粉碎黑棉土和玄武岩，将粉碎后的黑棉土和玄武岩与铝粉按配比混合，研磨均匀后得到混料；
称取适量氢氧化钠后制备氢氧化钠溶液，并将氢氧化钠溶液与水玻璃混合，得到成型剂；
将所述混料与所述成型剂充分混匀，注入模具中预压成型，静置陈化后脱模，得到初坯；
将所述初坯放在烘箱中烘干；
将烘干后的初坯放在蒸养釜中以特定条件进行养护后，冷却至室温，得到免烧砌块。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述免烧砌块各原料成分的配比为：黑棉土30～55质量份、玄武岩15～35质量份、铝粉0.1～0.5质量份、氢氧化钠10～15质量份、水玻璃15～20质量份。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为7～12mol/L。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粉碎后的黑棉土和玄武岩的粒径数≥100目。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初坯在烘箱中的烘干温度为60℃～80℃、烘干时间为8～14h。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，烘干后的初坯放在蒸养釜的养护时间为8～24h，养护温度为90℃～220℃，养护湿度≥90％。
8.一种免烧砌块，使用权利要求2-7任一项所述的免烧砌块制备方法制备而成。
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