CN108046738A - 一种低温固化海砂为智能调湿建筑材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温固化海砂为智能调湿建筑材料的方法，属于调湿建筑材料技术领域。先按照质量百分比量取海砂：消石灰：介孔矿物：水＝40～80％：10～30％：10～30％：5～20％，总量满足100％，搅匀，在10～40Mpa下压制成型得到生坯后置于水热釜中，在150℃～220℃下固化处理3～24h，干燥即为本发明产品，经检测产品由于自身介孔特性从而具有智能调湿功能，抗折强度达12～20Mpa，不仅可用于道路铺设、海岛基建等方面，而且还能用于室内建筑墙体材料，可将室内空气相对湿度稳定在40％～70％。本发明就地取材把沿海城市及海岛周围储量丰富但利用率低的海砂进行利用，并且海岛环境湿度变化大，对调湿材料需求大于内地，因此本发明特别适合应用于偏远海岛(例如南沙诸岛)的开发利用。

Description

一种低温固化海砂为智能调湿建筑材料的方法

技术领域

本发明涉及一种低温固化海砂为智能调湿建筑材料的方法。属于利用自然资源海砂制备智能调湿建筑材料技术领域。

背景技术

海岛建设过程中需要大量的建筑材料，而目前我国海岛基建建材主要依赖于 从内陆运输，这样不仅使得建设成本非常高昂，同时也使得建设时间大大加长。 海砂是仅次于石油天然气的第二大海洋矿产，我国海砂资源非常丰富，仅浅海海 砂储量就有约为1.6万亿吨，然而目前利用率却很低。如果能将海砂就地取材变 为建筑材料，就可大大地节约成本和时间。

在建筑材料的应用上，海砂的应用限制主要是因为其中含有相对较高的盐 分，盐分中的氯离子会侵蚀钢筋，给工程带来安全隐患。2004年8月份，国家 建设部《关于严格建筑用海砂管理的意见》中规定：建筑工程中采用的海砂必须 是经过专门的淡化处理，如果要使用在钢筋混凝土中，海砂的氯离子溶出量不应 大于万分之六。因此，海砂的利用技术中，氯离子的溶出量低于该规定值是基本 条件。

“调湿材料”这一概念是由日本学者西藤宫野等首先提出来的，是指不需要借 助任何人工能源和机械设备，依靠自身的吸放湿性能，感应空间空气温湿度的变 化，从而自动调节空气相对湿度的材料。当空间湿度较高时，调湿材料能够吸附 环境中的水蒸气，使空间的湿度降低；当空间的湿度较低时，材料将释放出自身 吸附的水蒸气，增加空间的相对湿度，从而保持环境空间湿度的相对恒定，因此 又可以称为“智能空调材料”。利用调湿材料自身的吸放湿特性来调节湿度，虽然 是一种被动的控制措施，但它无需任何机械设备和能源消耗，因而是一种生态性 的控制调节方法。这不仅能极大程度上减少空调等采暖设备的使用，节约能耗， 降低温室气体排放，而且可以有效改善人居环境。

中国专利《一种将海砂湿式烧成为高强度建筑材料的方法》(专利号ZL201510100658.4)提供了一种将海砂湿式烧成为高强度建筑材料的方法，该方 法所得产品强度高，耐久性好，氯离子溶出量达标，可用于海岛建设中的道路， 堤坝等方面。但是该方法所得产品孔径结构尺寸小，无智能吸湿放湿特性。中国 专利《一种调湿材料的制备方法》(专利号ZL201510017134.9)公开了一种利 用江河淤积泥沙和海泡石制备调湿材料的方法，该法所需原料主要为江河淤积泥 沙，难以满足海岛建设中就地取材的节能理念。

发明内容

本发明目的是提供一种低温下将海砂固化为具有智能调湿功能的建筑材料的 方法。用本发明方法能在低温下把沿海城市及海岛周围储量丰富但利用率低的海砂 进行湿式烧制，成为强度符合要求，同时具有智能吸湿放湿特性的新型建筑材料， 用于道路铺设、建筑物用材料和海岛建设等方面，特别适用于偏远海岛(例如南沙 诸岛)的开发建设。

为了达到上述目的，本发明采用水热固化的方法，就是利用在水热釜中 150℃～220℃的温度下，模拟自然界堆积岩成岩过程，反应过程中生成水化硅酸 钙类矿物，经实验证实对氯离子具有明显的吸附能力，因此该法可以将海砂直接 固化成建筑材料(墙地砖、广场砖、人工鱼礁和海洋江河护堤等)，避免海砂的 氯离子与钢筋的接触，侵蚀钢筋。这一特性也是本发明中利用水热固化的方式 制备智能调湿建筑材料的基础。

建筑材料是否具有调湿特性，主要是由孔道(或层状)结构以及水蒸气分子 在孔中的扩散决定。当空气中的水蒸气分压高于孔内凹液面上水的饱和蒸汽压时， 水蒸气就被吸附；反之，就被放出。研究计算表明，40％相对湿度对应的细孔直径 约为3nm，70％相对湿度对应的细孔直径约为7nm，90％相对湿度对应的细孔直径 约为22nm。因此，直径为3-22nm的细孔的存在对于调湿材料的调湿性能有重要 的意义。考虑到吸放湿速度以及吸放湿量等因素，一般认为将材料的孔径控制在介 孔范围内(2～50nm)可获得最优异的调湿性能。水热固化获得介孔结构主要有两 种方式：一是由于是低温下的材料硬化方式，使得原材料中原有的介孔结构不被破 坏而得到保留；二是通过控制水热过程，产生的水化硅酸钙类矿物也具有介孔范围 内的孔径结构。

本发明基于以上原理，利用水热固化的方法将海砂固化为具有智能调湿功能的建筑材料的具体步骤为：

首先按照质量比取海砂：消石灰：介孔矿物：水＝40～80％：10～30％：10～30％：5～20％，以上各组分总量之和应等于100％，均匀研磨搅拌得到混合物，在10～40Mpa 的压力下压制成型得到生坯，生坯脱模后置于水热釜中，在150℃～220℃下固化处 理3～24h，处理完成后自然干燥即为所述产品；最终产品抗折强度可达12～20Mpa， 应用于室内建筑墙体材料，可将室内空气相对湿度稳定在40％～70％。

本发明所述海砂为直接开采得到的受海水侵蚀而没有经过淡化处理的砂石；当制备产品体积小于或等于标砖体积(240mm×115mm×53mm)的1/3时，需将其粉 磨后过100目筛，以满足小尺寸的建筑材料结构性能要求。

本发明所述介孔矿物包括海泡石或硅藻土或氯化钙等本身具有介孔微观结构 的矿物。

本发明最大的优点是能在低温下把沿海城市及海岛周围储量丰富但利用率 低的海砂进行湿式烧制，成为强度符合要求，同时具有智能吸湿放湿特性的新型 建筑材料，不仅可以用于道路铺设、海岛基建等方面，也可以用作室内新型空调 材料，特别适用于偏远海岛(例如南沙诸岛)的开发建设。

附图说明

图1为本发明的固化海砂为智能调湿建筑材料的工艺流程。

图2为本发明制备得到的调湿建筑材料的吸放湿性能测试装置示意图。

图3为本发明实施例1制备得到的调湿建筑材料样品循环吸放湿性能曲线。

图4为本发明实施例1制备得到的样品的相对湿度变化曲线。

图5为本发明实施例1制备得到的样品的孔径结构分析。

图2中：

1—电脑；2—电子天平；3—恒温恒湿箱；4—密闭箱；5—样品架；6—样品；

7—饱和盐溶液；8—温湿度探头；9—温湿度计。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

将粉磨过100目筛得到的粉磨后的海砂、消石灰、海泡石为原料，按照质量比 称取60％海砂，20％消石灰，10％海泡石，10％水，将原料充分研磨搅拌后，在FW-4 压片机下压制成型，得到生坯，样品形状为直径50mm，厚约8mm的圆柱体，成 型压力35MPa；将成型好的生坯转移至水热釜中，水热釜中加入水，水的具体添加 量为水热釜容积的约9％，将水热釜密封后进行加热处理，水热处理温度为200℃， 时间为10h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h，即可得到固化体 产品调湿建筑材料样品。测得样品抗折强度为17Mpa，满足建筑材料强度需求。

为了研究所得产品调湿建筑材料样品的吸放湿特性，采用湿度应答法进行样品的吸放湿性能试验。试验装置示意图见图2。主要由1—电脑；2—电子天平；3—恒 温恒湿箱；4—密闭箱；5—样品架；6—样品；7—饱和盐溶液；8—温湿度探头；9— 温湿度计等部件组装而成。该装置的使用方法为：将密闭箱4放入恒温恒湿箱3中， 样品架5置于密闭箱4内，温湿度计9的外接探头8亦伸入密闭箱4内；将电子天 平2放置于恒温恒湿箱3正上方，通过铜线将电子天平2的下称钩与密闭箱4内的 样品架5相连。电子天平2与温湿度计9均与电脑1相连，在整个测试过程内，温 湿度及质量数据均通过电脑1自动采集。

将测试样品干燥后用铝箔纸将样品的下表面及侧面完全包裹，仅留出上表面 作为水蒸气吸放测试面。由于人类感到最舒适的湿度范围为40％～70％，因此实 验中考察样品在相对湿度75％(75％RH)和33％(33％RH)下的水蒸气吸放性 能。将恒温恒湿箱设定为温度25℃，相对湿度75％，控制密闭箱内相对湿度为 75％(通过饱和盐溶液实现)，稳定后，将包裹好的调湿建筑材料样品放入密闭箱 内的样品架上，每隔10分钟记录一次样品的重量变化，保持24h，每次测试同时 使用两块试样；然后，将恒温恒湿箱和密闭箱内的相对湿度调节为33％，重复以 上过程。至此可以得到样品在该湿度范围的一次循环吸放湿的量随时间变化的曲 线。结果见图3。本实施例1与仅添加消石灰的水热固化样品做了对比以及所述 的添加消石灰及海泡石样品的湿度应答曲线。从图3中可见，两个调湿建筑材料 样品都表现出良好的循环稳定性，表明所述调湿建筑材料产品可长期循环使用， 同时，添加海泡石对调试性能的提升效果非常明显。

图4为在一定密闭环境中，通过控制温度变化改变固有湿度，并测试实施例1 所述样品对湿度变化的调节能力的试验结果，即自然环境下样品对湿度变化的调节 能力的试验结果。由图4可知，未经水热固化的样品无调湿能力，仅添加消石灰的 固化体，可将环境湿度控制在55％±13％，基本满足40％～70％的湿度控制需求，而 添加消石灰及海泡石的固化体，可将环境湿度控制在55％±7％，调湿能力最佳，有 望大量应用于具有智能调湿功能的海砂固化体的生产及应用。

实施例2：

以实施例1粉磨后的海砂、消石灰、氯化钙为原料，称取质量比为50％海砂， 30％消石灰，15％海泡石，5％水，将原料充分研磨搅拌后，在FW-4压片机下压制 成型得到生坯，样品形状为直径50mm，厚约8mm的圆柱体，成型压力30MPa； 将成型好的生坯转移至水热釜中，水热釜中加入一定体积的水，具体添加量为水热 釜容积的约9％，将水热釜密封后进行加热处理，水热处理温度为190℃，时间为15h； 处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到调湿建筑材料样品。测 得样品的抗折强度为20Mpa，满足建筑材料强度需求。测试其湿度调节能力，结果 表明样品可将空气湿度控制在55％±10％。

实施例3：

以不经粉磨的海砂、消石灰、海泡石为原料，称取质量比为70％海砂，15％消 石灰，5％海泡石，10％水，将原料充分研磨搅拌后，在FW-4压片机下压制成型得 到生坯，样品形状为直径50mm，厚约8mm的圆柱体，成型压力35MPa；将成型 好的生坯转移至水热釜中，水热釜中加入一定体积的水，具体添加量为水热釜容积 的约9％，将水热釜密封后进行加热处理，水热处理温度为210℃，时间8h；处理完 成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到调湿建筑材料样品。测得样品 的抗折强度为15Mpa，满足建筑材料强度需求。测试其湿度调节能力，结果表明样 品可将空气湿度控制在55％±8％。

实施例4：

以粉磨后的海砂、消石灰、氯化钙为原料，称取质量比为40％海砂，10％消石 灰，40％海泡石，10％水，将原料充分研磨搅拌后，在FW-4压片机下压制成型得到 生坯，样品形状长约40mm，宽约15mm，厚约5mm的长方体，成型压力35MPa； 将成型好的生坯转移至水热釜中，水热釜中加入一定体积的水，具体添加量为水热 釜容积的约9％，将水热釜密封后进行加热处理，水热处理温度为210℃，时间为12h； 处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到调湿建筑材料样品。利 用三点法进行抗折强度测试，结果表明样品抗折强度可达13Mpa，满足建筑材料强 度需求。测试其湿度调节能力，结果表明样品可将空气湿度控制在55％±5％。

以上对本发明进行了详细的介绍，文中应用了具体的实例对本发明进行阐述， 这是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的人员 可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在本发明的思想应用到其他实施例中 而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根 据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低温固化海砂为智能调湿建筑材料的方法，其步骤为：首先按照质量百分比量取海砂：消石灰：介孔矿物：水＝40～80％：10～30％：10～30％：5～20％，总量满足100％，研磨搅拌均匀得到混合物，在10～40MPa的压力下压制成型得到生坯，生坯脱模后置于水热釜中，在150℃～220℃下固化处理3～24h，处理完成后自然干燥，即为智能调湿建筑材料。

2.根据权利要求1所述的一种低温固化海砂为智能调湿建筑材料的方法，其特征在于：所述海砂为直接开采得到的受海水侵蚀而没有经过淡化处理的砂石；当制备产品体积小于或等于标砖体积的1/3时，需将其粉磨后过100目筛，以满足小尺寸的建筑材料结构性能要求。

3.根据权利要求1所述的一种低温固化海砂为智能调湿建筑材料的方法，其特征在于：所述介孔矿物包括本身具有介孔微观结构的矿物海泡石、硅藻土或氯化钙。

4.根据权利要求1所述的一种低温固化海砂为智能调湿建筑材料的方法，其特征在于：所述智能调湿建筑材料产品应用于室内建筑墙体材料，可将室内空气相对湿度稳定在40％～70％，是一种调湿性能优异的生态智能空调材料。