CN109437692A - 减噪保温墙体材料及其制备方法和减噪保温砌块及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种减噪保温墙体材料及其制备方法和减噪保温砌块及其制作方法。该方法包括步骤：1）准备原料；2）将骨料、氧化石墨烯、水泥和硅灰混合，得到混合物A；3）向混合物A中依次加入减水剂、粘结剂、激发剂和水泥质量30～40%的水，搅拌混合，得混合浆料B；4）将作物秸秆制作成秸秆框架；5）将混合浆料B倒入模具中进行浇筑，并在浇筑过程中将步骤4）得到的秸秆框架放入到模具中，脱模后经过养护，即得。本发明主要原料为建筑垃圾，解决了建筑垃圾处置问题和废物资源化利用。秸秆与骨料间的空隙结构增长了声波传递的距离并多次折射，削弱了=声波的能量，具有良好的减噪作用。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种减噪保温墙体材料及其制备方法和减噪保温砌块及其制作方法。
背景技术
据报道，中国每年仅农作物秸秆就有几亿多吨，就地焚烧不仅浪费资源，还导致严重的环境污染。秸秆的处理及资源化利用已经引起人们的广泛关注，现有针对秸秆的处理方式主要包括堆肥、饲料化、氨化、固化焚烧及热解。本发明灵感来自于劳动人民的智慧与经验。
另外，随着我国建筑行业的发展，旧城改造以及新城开发产生了大量建筑垃圾，占据空间，影响环境。目前对建筑废弃物的处理方法主要有回填矿坑，填沟，粉碎做透水砖，近些年也有研究部门将其粉碎重新做建筑材料。
氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，因其具有层状结构以及丰富的含氧官能团，在混凝土的成型过程中可以发挥不可估量的作用，而且成型后的混凝土具有更强的力学强度，因此选用氧化石墨烯作为添加剂。
目前，墙体的材料多以红砖、混泥土梁框架填青灰砖等为主。多年来我国建筑大多以红砖为主，造成了大量农田被侵占，土资源被严重破坏；近年来国家提出土地红线不能逾越，越来越多的替代砖应用而生，青灰砖就是一种新兴的替代砖。
本发明是基于以上材料及背景，研发一种以建筑垃圾为主要原料的新型减噪、保温砌块作为墙体主要材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用农作物秸秆、氧化石墨烯和建筑废弃物制备的减噪保温墙体材料及其制备方法和减噪保温砌块及其制作方法。该技术方案具有投资成本低、工艺流程简单，保温性能好的优点，符合绿色化学的理念，对创建资源节约型和环境友好型社会提供了一种新的实施方案。
本发明所提供的技术方案如下：
一种减噪保温墙体材料，按重量百分比计，包括以下各分为：骨料65%～70%，水泥20%～30%，硅灰2%～3%，氧化石墨烯0.5%～1%，粘结剂2%～3%，减水剂0.4%～0.6%，激发剂0.4%～0.6%，作物秸秆4%～6%，分散剂0.4%～0.6%。
本发明所制备的减噪保温墙体材料，相对于普通红砖，能解放原来用于生产红砖的原料（即耕地用土），其中所添加的秸秆不仅解决了秸秆堆集或焚烧造成的环境污染问题，更找到了一种废物利用的途径，而且秸秆具有质轻、增韧、保温的作用，较青灰砖更轻；氧化石墨烯的利用进一步增强了墙体材料的力学性能，使其具备更强的抗压抗折性能。所用主要原料建筑垃圾解决了建筑垃圾堆放和处置占用土地资源问题，而且成功的进行了废物利用。秸秆与骨料间较多的空隙结构增长了声波传递的距离，而且会产生多次折射，削弱了声波的能量，具有良好的减噪作用。以其制作建筑砌块，可以减噪保温。
其中，骨料含量低于65%，会导致砌块结构松散，力学强度差；骨料高于70%，会导致骨料间缺乏足够的粘结性，砌块不易成型、易碎不稳定。
水泥含量低于20%，会导致水泥浆料不足，无法保证骨料之间的粘结，导致试件无法成型；水泥含量高于30%，会导致水泥浆料过多，容易堵塞骨料之间的空隙，影响墙体材料的降噪性能。
氧化石墨烯含量低于0.5%，会导致氧化石墨烯无法发挥自身强度大的特点，进而影响砌块的强度；氧化石墨烯含量高于1%，会导致砌块成本大幅度提高，增加了建筑成本，导致砌块的实用性降低。.
作物秸秆含量低于4%，会导致试件保温性能降低；作物秸秆含量高于6%，会导致水泥水化产物与骨料被秸秆纤维隔离，影响砌块的力学强度。
进一步的，所述骨料为：将除杂的建筑垃圾进行筛分，得到不同级配的骨料，将粒径大于10mm的骨料破碎，破碎好的骨料筛分成粒径分别为4.75～10mm的粗骨料和2.5～4.74mm的细骨料，再将粗骨料与细骨料按照重量比0.8～1.25:1混合得到。
基于上述配级的骨料，可以提高墙体材料的强度以及材料的保温降噪性能。
进一步的，所述分散剂为木质素磺酸钠。
减噪保温墙体材料中，采用木质素磺酸钠作为分散剂，可以提高氧化石墨烯在水中的分散性，使氧化石墨烯均匀的分散在混凝土浆料中，促进水化反应的进行，提高试件的力学强度。
进一步的，所述粘结剂为聚乙烯醇。
减噪保温墙体材料中，采用聚乙烯醇作为粘结剂，可以提高秸秆与浆料的粘结性，充分发挥秸秆与骨料各自的性能，进而提高墙体材料的力学性能。
进一步的，所述激发剂为硅酸钠。
减噪保温墙体材料中，采用硅酸钠作为激发剂，可以快速激发水化反应的进行，缩短浆料的初凝时间。
进一步的，所述减水剂为聚羧酸。
减噪保温墙体材料中，采用聚羧酸作为减水剂，可以减少水的用量，节约水资源。
本发明还提供了本发明所提供的减噪保温墙体材料的制备方法，其包括以下步骤：
1）按照配方的量，将骨料、氧化石墨烯、水泥和硅灰混合；
2）再依次加入减水剂、粘结剂、激发剂和水泥质量30~40%的水，搅拌混合；
3）再加入作物秸秆，即得。
上述方法具有投资成本低、工艺流程简单优点，所得产品保温、减噪性能好，符合绿色发展的理念，对创建资源节约型和环境友好型社会提供了一种新的实施方案。
本发明还提供了一种减噪保温砌块的制作方法，包括以下步骤：
1）准备原料，所述原料按重量百分比计，包括以下各分为：骨料（主要为建筑垃圾）65%～70%，水泥20%～30%，硅灰2%～3%，氧化石墨烯0.5%～1%，粘结剂2%～3%，减水剂0.4%～0.6%，激发剂0.4%～0.6%，作物秸秆4%～6%，分散剂0.4%～0.6%，所述骨料为建筑垃圾经过分选除杂、破碎、筛分、颗粒整形和去除微粉，分离掉渣土、废金属、墙体材料和有机杂物得到，其粒径为2.5～10mm；
2）将骨料、氧化石墨烯、水泥和硅灰混合，得到混合物A；
3）向步骤2）得到的混合物A中依次加入减水剂、粘结剂、激发剂和水泥质量30~40%的水，搅拌混合，得混合浆料B；
4）将作物秸秆制作成秸秆框架；
5）将步骤3）得到的混合浆料B倒入模具中进行浇筑，并在浇筑过程中将步骤4）得到的秸秆框架放入到模具中，脱模后经过养护，得到减噪保温砌块。
通过上述技术方案制作得到的减噪保温砌块，较普通的红砖相比能解放原来生产原料耕地用土，其中所添加的秸秆不仅解决了秸秆就地焚烧造成的环境污染问题，更找到了一种废物利用的途径，而且秸秆具有质轻、增韧、保温的作用，较青灰砖更轻；氧化石墨烯的利用进一步增强了墙体材料的力学性能，使其具备更强的抗压抗折性能。所用主要原料建筑垃圾解决了垃圾堆放问题，而且成功的进行了废物利用。秸秆与骨料间较多的空隙结构增长了声波传递的距离，而且会产生多次折射，削弱了声波的能量，具有良好的减噪作用。
方法具有投资成本低、工艺流程简单优点，所得产品保温、减噪性能好，符合绿色发展的理念，对创建资源节约型和环境友好型社会提供了一种新的实施方案。
进一步的，所述骨料为：将除杂的骨料进行筛分，得到不同级配的骨料，将粒径大于10mm的骨料破碎，破碎好的骨料筛分成粒径分别为4.75～10mm的粗骨料和2.5～4.74mm的细骨料，再将粗骨料与细骨料按照重量比0.8～1.25:1混合得到。
基于上述配级的骨料，可以提高墙体材料的力学性能。
进一步的，所述分散剂为木质素磺酸钠。
减噪保温墙体材料中，采用木质素磺酸钠作为分散剂，可以提高氧化石墨烯在水中的分散性，使氧化石墨烯均匀的分散在混凝土浆料中，促进水化反应的进行，提高试件的力学强度。
进一步的，所述粘结剂为聚乙烯醇。
减噪保温墙体材料中，采用聚乙烯醇作为粘结剂，可以提高秸秆与浆料的粘结性，充分发挥秸秆与骨料各自的性能，进而提高墙体材料的力学性能。
进一步的，所述激发剂为硅酸钠。
减噪保温墙体材料中，采用硅酸钠作为激发剂，可以快速激发水化反应的进行，缩短浆料的初凝时间。
进一步的，所述减水剂为聚羧酸。
减噪保温墙体材料中，采用聚羧酸作为减水剂，可以减少水的用量，节约水资源。
进一步的，氧化石墨烯采用Hummer法制备得到。
具体的，利用Hummer制备氧化石墨烯可如下。配混酸200 mL浓硫酸(98%):浓磷酸(85%)=180mL:20mL放入干净干燥的烧杯中，待用；称取9g高锰酸钾，待用；取1.5g石墨置于反复洗刷干净干燥的500 mL大烧杯中，将上述混酸慢慢沿杯壁倒入盛有石墨的烧杯中，待用；然后将上述混合反应物置于已经预先加热到50℃的磁力搅拌水浴锅中(此时磁力搅拌器已经开始搅拌，搅拌一直持续到整个实验结束)，并开始慢慢加入高锰酸钾；加完高锰酸钾后，用一张大滤纸盖住烧杯口，以免杂质等掉入烧杯中。再将反应体系在50℃下加热6小时；然后，继续在50℃加热搅拌情况下向混合物中加入稀释之后的双氧水，加多少双氧水的标准是：溶液颜色由黑色变成略带紫色最后到亮黄色，直到不再产生气泡为止。再将上述反应体系继续在50℃下加热搅拌3小时后，冷却至室温，待离心洗涤处理；经过上述步骤反应得到的产物太黏，要慢慢分到好几个烧杯中，分别加水稀释。将上述加水稀释后的反应物以9000r/h每次离心三到五分钟，只用水离心就行，最后pH大约等于6。在离心洗涤过程中以及到洗了5次之后，离心沉淀都很粘稠，最后将得到的离心沉淀物在90℃下烘干；烘干产物即为氧化石墨烯。
进一步的，步骤4）中，所述的秸秆框架包括两列平行设置的水平横向秸秆，各所述水平横向秸秆间隔设置有若干节点，在各节点处分别设置有一根竖向秸秆，两列水平横向秸秆对应的节点处设置有同一根水平纵向秸秆。结构如图1所示。
更进一步的，所述的秸秆框架包括两列平行设置的水平横向秸秆，两列水平横向秸秆对应的节点处的水平纵向秸秆相互连接。
具体的，将步骤3）所得的混合浆料B倒入模具内，浇筑过程中将步骤4）排好的秸秆有序放入模中，如图2所示。加压或震荡成型后得到试件，用塑料薄膜将试件覆盖，两天后脱模，之后将脱模的试件在标准条件（温度20±2℃，相对湿度95%以上）下养护28天，即得所述降噪、保温墙体材料。
本发明还提供了根据本发明所提供的减噪保温砌块的制作方法制作得到的减噪保温砌块。
通过上述技术方案制作得到的减噪保温砌块，较普通的红砖相比能解放原来生产原料耕地用土，其中所添加的秸秆不仅解决了秸秆就地焚烧造成的环境污染问题，更找到了一种废物利用的途径，而且秸秆具有质轻、增韧、保温的作用，较青灰砖更轻；氧化石墨烯的利用进一步增强了墙体材料的力学性能，使其具备更强的抗压抗折性能。所用主要原料建筑垃圾解决了垃圾堆放问题，而且成功的进行了废物利用。秸秆与骨料间较多的空隙结构增长了声波传递的距离，而且会产生多次折射，削弱了声波的能量，具有良好的减噪作用。
附图说明
图1是本发明所提供的减噪保温墙体材料的制备方法中的秸秆框架的结构示意图。
图2是本发明实施例中秸秆框架的浇筑方式模具图。
附图1、2中，各标号所代表的结构列表如下：
1、水平横向秸秆，2、竖向秸秆，3、水平纵向秸秆。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
按质量份数建筑垃圾65%，水泥28%，硅灰2.5%，氧化石墨烯1%，粘结剂2%，减水剂0.5%，激发剂0.5%，分散剂0.5%的比例混合物料；再加入水泥质量35%的水搅拌均匀，得到混合物A；将作物秸秆按图1的方式排列到模具中，得到如图2所示的网状秸秆模具图。将混合物A浇筑到如图2的模具中，在一定压力下加压成型，24小时后拆模，标准条件（温度20±2℃，相对湿度95%以上）下养护28天，得到减噪保温墙体材料。
对减噪保温墙体材料分别按照国标《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T 10294-2008和《用混响室法测定吸声及吸声系数的标准试验方法》ASTM C423-2009a方法进行测试，测得热导率为0.27W/(m∙K)，吸声系数为0.4。
实施例2
按质量份数建筑垃圾69%，水泥25%，硅灰2%，氧化石墨烯0.8%，粘结剂2%，减水剂0.4%，激发剂0.4%，分散剂0.4%的比例混合物料；再加入水泥质量40%的水搅拌均匀，得到混合物A。将作物秸秆按图1的方式排列到模具中，得到如图2所示的网状秸秆模具图。将混合物A浇筑到如图2的模具中，在一定压力下加压成型，24小时后拆模，标准条件（温度20±2℃，相对湿度95%以上）下养护28天，得到减噪保温墙体材料。
对减噪保温墙体材料分别按照国标《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T 10294-2008和《用混响室法测定吸声及吸声系数的标准试验方法》ASTM C423-2009a方法进行测试，测得热导率为0.26W/(m∙K)，吸声系数为0.4。
实施例3
按质量份数建筑垃圾65%，水泥27%，硅灰3%，氧化石墨烯1%，粘结剂2.5%，减水剂0.5%，激发剂0.5%，分散剂0.5%的比例混合物料；再加入水泥质量43%的水水搅拌均匀，得到混合物A；将作物秸秆按图1的方式排列到模具中，得到如图2所示的网状秸秆模具图。将混合物A浇筑到如图2的模具中，在一定压力下加压成型，24小时后拆模，标准条件（温度20±2℃，相对湿度95%以上）下养护28天，得到减噪保温墙体材料。
对减噪保温墙体材料分别按照国标《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T 10294-2008和《用混响室法测定吸声及吸声系数的标准试验方法》ASTM C423-2009a方法进行测试，测得热导率为0.27W/(m∙K)，吸声系数为0.4。
实施例4
按质量份数建筑垃圾65%，水泥27%，硅灰3%，氧化石墨烯1%，粘结剂2.5%，减水剂0.5%，激发剂0.5%，分散剂0.5%的比例混合物料；再加入水泥质量36%的水搅拌均匀，得到混合物A；将作物秸秆按图1的方式排列到模具中，得到如图2所示的网状秸秆模具图。将混合物A浇筑到如图2的模具中，震荡成型，24小时后拆模，标准条件（温度20±2℃，相对湿度95%以上）下养护28天，得到减噪保温墙体材料。
对减噪保温墙体材料分别按照国标《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T 10294-2008和《用混响室法测定吸声及吸声系数的标准试验方法》ASTM C423-2009a方法进行测试，测得热导率为0.28W/(m∙K)，吸声系数为0.38。
实施例5
按质量份数建筑垃圾68%，水泥25%，硅灰2.5%，氧化石墨烯0.9%，粘结剂2%，减水剂0.6%，激发剂0.5%，分散剂0.5%的比例混合物料；再加入水泥质量36%的水搅拌均匀，得到混合物A；将作物秸秆按图1的方式排列到模具中，得到如图2所示的网状秸秆模具图。将混合物A浇筑到如图2的模具中，震荡成型，24小时后拆模，标准条件（温度20±2℃，相对湿度95%以上）下养护28天，得到减噪保温墙体材料。
对减噪保温墙体材料分别按照国标《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T 10294-2008和《用混响室法测定吸声及吸声系数的标准试验方法》ASTM C423-2009a方法进行测试，测得热导率为0.28W/(m∙K)，吸声系数为0.4。
实施例6
按质量份数建筑垃圾65%，水泥27%，硅灰3%，氧化石墨烯1%，粘结剂2.6%，减水剂0.5%，激发剂0.5%，分散剂0.4%的比例混合物料；再加入水泥质量40%的水搅拌均匀，得到混合物A；将作物秸秆按图1的方式排列到模具中，得到如图2所示的网状秸秆模具图。将混合物A浇筑到如图2的模具中，震荡成型，24小时后拆模，标准条件（温度20±2℃，相对湿度95%以上）下养护28天，得到减噪保温墙体材料。
对减噪保温墙体材料分别按照国标《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T 10294-2008和《用混响室法测定吸声及吸声系数的标准试验方法》ASTM C423-2009a方法进行测试，测得热导率为0.26W/(m∙K)，吸声系数为0.4。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种减噪保温墙体材料，其特征在于，按重量百分比计，包括以下各组分：骨料65%～70%，水泥20%～30%，硅灰2%～3%，氧化石墨烯0.5%～1%，粘结剂2%～3%，减水剂0.4%～0.6%，激发剂0.4%～0.6%，作物秸秆4%～6%，分散剂0.4%～0.6%。
2.根据权利要求1所述的减噪保温墙体材料，其特征在于，所述骨料为：将除杂的建筑垃圾进行筛分，得到不同级配的骨料，将粒径大于10mm的骨料破碎，破碎好的骨料筛分成粒径分别为4.75～10mm的粗骨料和2.5～4.74mm的细骨料，再将粗骨料与细骨料按照重量比0.8～1.25:1混合得到；所述分散剂为木质素磺酸钠；所述粘结剂为聚乙烯醇；所述激发剂为硅酸钠；所述减水剂为聚羧酸。
3.一种根据权利要求1或2所述的减噪保温墙体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照配方的量，将骨料、氧化石墨烯、水泥和硅灰混合；
2）再依次加入减水剂、粘结剂、激发剂和水泥质量30～40%的水，搅拌混合；
3）再加入作物秸秆，即得。
4.一种减噪保温砌块的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）准备原料，所述原料按重量百分比计，包括以下各分为：骨料65%～70%，水泥20%～30%，硅灰2%～3%，氧化石墨烯0.5%～1%，粘结剂2%～3%，减水剂0.4%～0.6%，激发剂0.4%～0.6%，作物秸秆4%～6%，分散剂0.4%～0.6%，所述骨料为建筑垃圾经过分选除杂、破碎、筛分、颗粒整形和去除微粉，分离掉渣土、废金属、墙体材料和有机杂物得到，其粒径为2.5～10mm；
2）将骨料、氧化石墨烯、水泥和硅灰混合，得到混合物A；
3）向步骤2）得到的混合物A中依次加入减水剂、粘结剂、激发剂和水泥质量30～40%的水，搅拌混合，得混合浆料B；
4）将作物秸秆制作成秸秆框架；
5）将步骤3）得到的混合浆料B倒入模具中进行浇筑，并在浇筑过程中将步骤4）得到的秸秆框架放入到模具中，脱模后经过养护，得到减噪保温砌块。
5.根据权利要求4所述的减噪保温砌块的制作方法，其特征在于，所述骨料为：将除杂的骨料进行筛分，得到不同级配的骨料，将粒径大于10mm的骨料破碎，破碎好的骨料筛分成粒径分别为4.75～10mm的粗骨料和2.5～4.74mm的细骨料，再将粗骨料与细骨料按照重量比0.8～1.25:1混合得到。
6.根据权利要求4所述的减噪保温砌块的制作方法，其特征在于：所述的秸秆框架包括两列平行设置的水平横向秸秆，各所述水平横向秸秆间隔设置有若干节点，在各节点处分别设置有一根竖向秸秆，两列水平横向秸秆对应的节点处设置有同一根水平纵向秸秆。
7.根据权利要求4所述的减噪保温砌块的制作方法，其特征在于：步骤5）中，脱模的试件在温度20±2℃、相对湿度95%以上的条件下养护28天。
8.根据权利要求4所述的减噪保温砌块的制作方法，其特征在于：氧化石墨烯采用Hummer法制备得到。
9.根据权利要求4至8任一所述的减噪保温砌块的制作方法，其特征在于：所述分散剂为木质素磺酸钠；所述粘结剂为聚乙烯醇；所述激发剂为硅酸钠；所述减水剂为聚羧酸。
10.一种根据权利要求4至9任一所述的减噪保温砌块的制作方法制作得到的减噪保温砌块。
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