CN109574586A - 抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材及其制备工艺，包括以下重量份原料：白水泥40‑60份、羟基化粉煤灰30‑50份、矿渣15‑25份、河砂10‑20份、碎石25‑40份、废旧轮胎粉10‑15份、甲基丙烯酸单体10‑15份、端羧基液体丁腈橡胶15‑20份、引发剂0.5‑1份、催化剂0.5‑1份、尿素5‑15份、激活剂10‑15份、硅烷偶联剂1‑3份、水60‑70份；所述羟基化粉煤灰由粉煤灰与氢氧化钠溶液水热反应，再酸化制出的；所述激活剂由过氧化钠、氧化钙、硫酸锌按2：5：1的质量比混合而成。本发明水泥基人造石材质轻、韧性好、抗拉伸强度高，保温性能优异，易于施工。

Description

抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材及其制备工艺
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材及其制备工艺。
背景技术
水泥基人造石材是以各种水泥为胶结材料，以天然碎石粒、砂为粗细骨料，经配制、搅拌、加压蒸养、磨光和抛光后制成的人造石材，原料来源广、取材方便、成本低廉，但是其脆性高，韧性差，抗拉伸强度低，且成型人造石材密度较高，过于笨重，加大施工难度。
粉煤灰是从燃煤电厂以及煤矸石、煤泥资源综合利用电厂锅炉烟气中收捕的细灰和炉底渣，平均每消耗2吨煤会产生1吨粉煤灰，主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一，粉煤灰的大量堆积不仅造成土地资源的浪费，其中有毒化学物质还会危害人类健康、污染环境。利用粉煤灰代替部分水泥生产人造石材，不仅实现了粉煤灰的资源化开发利用，变废为宝，节约生产成本，降低环境污染，还提高水泥的和易性和可泵性及粉煤灰的附加价值。
因此，如何利用粉煤灰生产出一种轻质、高韧性、抗拉伸的环保型水泥基人造石材是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材及其制备工艺。
本发明的技术方案概述如下：
一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材，包括以下重量份原料：
所述羟基化粉煤灰的制备方法如下：将粉煤灰加入3.5mol/L氢氧化钠溶液中，在超声波辅助下，120-160℃水热反应6h,过滤后，水洗至PH降为7-8，加入混合酸溶液中，混合酸溶液由1mol/L硝酸溶液和2mol/L硫酸溶液按1：3的体积比混合而成，65-80℃搅拌反应6h，过滤、真空冷冻干燥，即得羟基化粉煤灰；
所述激活剂由过氧化钠、氧化钙、硫酸锌按2：5：1的质量比混合而成。
优选的是，所述碎石粒径介于5-8mm。
优选的是，所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈中的一种或多种。
优选的是，所述催化剂包括对甲苯磺酸、氯化亚锡、DMAP的一种或多种。
一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材的制备工艺，包括以下步骤：
S1：将甲基丙烯酸单体、端羧基液体丁腈橡胶混合并加热至75-90℃，加入羟基化粉煤灰、引发剂、催化剂，搅拌反应6h，得第一浆料；
S2：将白水泥、矿渣、河砂、碎石、废旧轮胎粉、硅烷偶联剂加入水中，搅拌均匀，得第二浆料；
S3：合并第一浆料与第二浆料，加入尿素、激活剂，迅速搅拌分散并浇注至模具中，65-80℃蒸养至半凝固状态，再加热至180-200℃，保温反应4-6h，以形成闭孔型气泡结构；
S4：将S3中内部含有闭孔型气泡结构的胚料在50-60℃温度下进行二次蒸养，使之完全固化成型，脱模后，室温下，自然养护15d，即得所述水泥基人造石材。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用利用羟基化粉煤灰作为轻质细骨料，代替部分水泥生产人造石材，不仅减轻了成型人造石材密度和重量(普通水泥密度为3.0-3.15g/cm3,粉煤灰密度均值为2.1g/cm3，改性后粉煤灰密度更低)，降低施工难度，还提高了水泥的和易性和可泵性及粉煤灰的附加价值。
(2)本发明利用废旧轮胎粉、甲基丙烯酸聚合物及端羧基液体丁腈橡胶等柔性高分子进行改性，在脆性无机骨料颗粒表面形成一层保护膜，大幅度降低水泥砂浆的脆性，提高水泥基人造石材的韧性和抗拉伸性能。
(3)本发明利用尿素热解和水解性质，在180-200℃条件下，迅速释放大量NH3、CO2、H2O(g)，在胚料内部产生闭孔气泡，形成泡沫型水泥基石材，进一步降低其密度和重量，并极大提高石材的保温性能。
(4)本发明以粉煤灰、矿渣作为生产原料，以废旧轮胎粉作为柔性添加剂，材料易得，成本低廉，实现了废弃物的资源化开发利用，变废为宝，减少环境负担和空气污染。
(5)本发明利用酸碱水热法对粉煤灰进行羟基化处理，大幅度增加粉煤灰表面活性位点，利用表面活性羟基与甲基丙烯酸单体及端羧基液体丁腈橡胶反应，生成羟基化粉煤灰接枝聚甲基丙烯酸酯及羟基化粉煤灰接枝端羧基液体丁腈橡胶，显著提高无机骨料与有机柔性高聚物间相容性，防止界面分层现象，提供人造石材的结构稳定性。
(6)本发明利用氢氧化钠溶液的水热合成改性及超声波作用直接破坏硅酸盐网络，使SiO2的Si-O-Si键断裂，并利用硝酸和硫酸进行氧化和酸化，提供[O]和[H]，最终生成Si-O-H，羟基化处理还使粉煤灰颗粒更加疏松多孔，进一步提高其比表面积，减轻自身密度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材的制备工艺，包括以下步骤：
S1：将粉煤灰加入3.5mol/L氢氧化钠溶液中，在超声波辅助下，120℃水热反应6h,过滤后，水洗至PH降为7-8，加入混合酸溶液中，混合酸溶液由1mol/L硝酸溶液和2mol/L硫酸溶液按1：3的体积比混合而成，65℃搅拌反应6h，过滤、洗涤、真空冷冻干燥，即得羟基化粉煤灰；
S2：按2：5：1的质量比混合过氧化钠、氧化钙、硫酸锌，得激活剂；
S3：将10份甲基丙烯酸单体、15份端羧基液体丁腈橡胶混合并加热至75℃，加入30份羟基化粉煤灰、0.5份过硫酸钾、0.5份对甲苯磺酸，搅拌反应6h，得第一浆料；
S4：将40份白水泥、15份矿渣、10份河砂、25份粒径介于5-8mm的碎石、10份废旧轮胎粉、1份硅烷偶联剂加入60份水中，搅拌均匀，得第二浆料；
S5：合并第一浆料与第二浆料，加入5份尿素、10份激活剂，迅速搅拌分散并浇注至模具中，65℃蒸养至半凝固状态，再加热至180℃，保温反应4h，以形成闭孔型气泡结构；
S6：将S3中内部含有闭孔型气泡结构的胚料在50℃温度下进行二次蒸养，使之完全固化成型，脱模后，室温下，自然养护15d，即得所述水泥基人造石材。
表1列出实施例2-6中各原料及重量份数：
表1：
实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
白水泥/份 44 48 52 56 60
羟基化粉煤灰/份 34 38 42 46 50
矿渣/份 17 19 21 23 25
河砂/份 12 14 16 18 20
碎石/份 28 31 34 37 40
废旧轮胎粉/份 11 12 13 14 15
甲基丙烯酸单体/份 11 12 13 14 15
端羧基液体丁腈橡胶/份 16 17 18 19 20
引发剂/份 0.6 0.7 0.8 0.9 1
催化剂/份 0.6 0.7 0.8 0.9 1
尿素/份 7 9 11 13 15
激活剂/份 11 12 13 14 15
硅烷偶联剂/份 1.5 2 2.5 2.5 3
水/份 62 64 66 68 70
附表1列出实施例2-6中引发剂和催化剂的具体成分：
附表1：
实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
引发剂 过硫酸钾 过硫酸铵 过硫酸铵 偶氮二异丁腈 偶氮二异丁腈
催化剂 对甲苯磺酸 氯化亚锡 氯化亚锡 DMAP DMAP
实施例2-6的制备工艺同实施例1，区别在于：
实施例2
S1：水热反应温度为128℃，水洗至PH降为7.2，搅拌反应温度为68℃；
S3：加热至78℃；
S5：蒸养温度为68℃，加热至185℃，保温反应4h；
S6：二次蒸养温度为52℃。
实施例3
S1：水热反应温度为135℃，水洗至PH降为7.4，搅拌反应温度为70℃；
S3：加热至80℃；
S5：蒸养温度为70℃，加热至188℃，保温反应5h；
S6：二次蒸养温度为55℃。
实施例4
S1：水热反应温度为145℃，水洗至PH降为7.6，搅拌反应温度为75℃；
S3：加热至85℃；
S5：蒸养温度为75℃，加热至192℃，保温反应5h；
S6：二次蒸养温度为56℃。
实施例5
S1：水热反应温度为152℃，水洗至PH降为7.8，搅拌反应温度为78℃；
S3：加热至88℃；
S5：蒸养温度为78℃，加热至196℃，保温反应6h；
S6：二次蒸养温度为58℃。
实施例6
S1：水热反应温度为160℃，水洗至PH降为8，搅拌反应温度为80℃；
S3：加热至90℃；
S5：蒸养温度为80℃，加热至200℃，保温反应6h；
S6：二次蒸养温度为60℃。
表2列出实施例1-6的性能参数：
表2：
由表2可知，本发明显著提高了水泥基人造石材的韧性、防水、抗冻融、抗拉伸性能，易于施工。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材，其特征在于，包括以下重量份原料：
所述羟基化粉煤灰的制备方法如下：将粉煤灰加入3.5mol/L氢氧化钠溶液中，在超声波辅助下，120-160℃水热反应6h,过滤后，水洗至PH降为7-8，加入混合酸溶液中，混合酸溶液由1mol/L硝酸溶液和2mol/L硫酸溶液按1：3的体积比混合而成，65-80℃搅拌反应6h，过滤、洗涤、真空冷冻干燥，即得羟基化粉煤灰；
所述激活剂由过氧化钠、氧化钙、硫酸锌按2：5：1的质量比混合而成。
2.根据权利要求1所述一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材，其特征在于，所述碎石粒径介于5-8mm。
3.根据权利要求1所述一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材，其特征在于，所述催化剂包括对甲苯磺酸、氯化亚锡、DMAP的一种或多种。
5.一种抗拉伸轻质环保型水泥基人造石材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将甲基丙烯酸单体、端羧基液体丁腈橡胶混合并加热至75-90℃，加入羟基化粉煤灰、引发剂、催化剂，搅拌反应6h，得第一浆料；
S2：将白水泥、矿渣、河砂、碎石、废旧轮胎粉、硅烷偶联剂加入水中，搅拌均匀，得第二浆料；
S3：合并第一浆料与第二浆料，加入尿素、激活剂，迅速搅拌分散并浇注至模具中，65-80℃蒸养至半凝固状态，再加热至180-200℃，保温反应4-6h，以形成闭孔型气泡结构；
S4：将S3中内部含有闭孔型气泡结构的胚料在50-60℃温度下进行二次蒸养，使之完全固化成型，脱模后，室温下，自然养护15d，即得所述水泥基人造石材。
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