CN109734377A

CN109734377A - 一种节能环保型建筑材料及其制备方法

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Publication number: CN109734377A
Application number: CN201910097729.8A
Authority: CN
Inventors: 宋现军; 杨洋; 张成军; 秦静聪; 闫亚东; 李永平; 刘姿
Original assignee: Water Bureau Of Suiyang District Shangqiu City
Current assignee: Water Bureau Of Suiyang District Shangqiu City
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2019-05-10
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: CN109734377B

Abstract

本发明公开了一种节能环保型建筑材料，由以下重量份组分制成：水泥20‑40份、污水处理厂剩余污泥10‑20份、碎石60‑80份、钢渣粉30‑50份、梧桐絮10‑20份、单宁酸3‑5份、三氯化铁0.5‑1份、六偏磷酸钠0.5‑1份、聚丙烯酰胺0.5‑1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5‑1份、减水剂0.5‑1份、水50‑80份。本发明还提供了该节能环保型建筑材料的制备方法。本发明利用废弃物为主要原料制备节能环保型建筑材料，一方面利用了废弃物的特性，另一方面，代替了天然细集料和保温材料，降低了生产成本，开发了二次资源、变废为宝、减少了环境污染，同时制备出的节能环保型建筑材料保温效果优异，具备广泛应用前景。

Description

一种节能环保型建筑材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种节能环保型建筑材料及其制备方法。

背景技术

建筑物中使用的材料统称为建筑材料，建筑材料是土木工程和建筑工程中使用的材料的统称。混凝土也是建筑材料的一种，其通常是以水泥作胶凝材料，砂、石作为集料，与水按照一定比例配合后经搅拌而得到的，具有易成型、能耗低、耐久性好的优点，是应用最广泛的建筑材料。

但是混凝土在制备过程中需要用到大量的粗集料和细集料，从而会消耗大量的天然矿石和砂石，进而导致天然集料过度开采，导致环境遭受破坏。此外，随着人们生活水平和节能环保意识的提高，建筑的舒适性和节能环保性也成为人们关注的重点，各种各样的新型建筑材料进入人们的视野，其中最受关注的为保温隔热型建筑材料，这种建筑材料在制备过程中往往需要添加保温材料，如聚氨酯、石棉等，这些原料一方面成本高，另一方面还存在毒性，从而影响了其使用效果。因此，寻找合适的代用材料，从而开发出一种保温效果好的节能环保型建筑材料成为本领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明提供了一种节能环保型建筑材料，采用废弃物替代传统节能环保型建筑材料中使用的集料以及保温材料，既变废为宝，又制备出了保温效果优异的节能环保型建筑材料。

本发明的第一个目的是提供一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：水泥20-40份、污水处理厂剩余污泥10-20份、碎石60-80份、钢渣粉30-50份、梧桐絮10-20份、单宁酸3-5份、三氯化铁0.5-1份、六偏磷酸钠0.5-1份、聚丙烯酰胺0.5-1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5-1份、减水剂0.5-1份、水50-80份。

优选的，所述节能环保型建筑材料由以下重量份数的组分制成：水泥30份、污水处理厂剩余污泥15份、碎石70份、钢渣粉40份、梧桐絮15份、单宁酸4份、三氯化铁0.5份、六偏磷酸钠0.5份、聚丙烯酰胺1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、减水剂1份、水60份。

优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度为42.5。

优选的，所述碎石为石灰岩碎石，且在9.5-26.5mm连续级配。

优选的，所述钢渣粉的细度模数为2.56，且所述钢渣粉中各化学组分的质量百分比为：CaO：36.54％、Fe₂O₃：25.16％、SiO₂：19.60％、MgO：12.15％、Al₂O₃：3.69％、MnO：2.43％、TiO₂：0.38％、Cr₂O₃：0.05％。

优选的，所述污水处理厂剩余污泥为城市污水处理厂经过脱水处理后得到的剩余污泥，且所述污水处理厂剩余污泥的含水率为30％。

优选的，所述减水剂为RSD-8型高效减水剂。

本发明的第二个目的是提供一种节能环保型建筑材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，按照重量份数称取水泥20-40份、污水处理厂剩余污泥10-20份、碎石60-80份、钢渣粉30-50份、梧桐絮10-20份、单宁酸3-5份、三氯化铁0.5-1份、六偏磷酸钠0.5-1份、聚丙烯酰胺0.5-1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5-1份、减水剂0.5-1份、水50-80份；

步骤2，将步骤1中称取的梧桐絮在1.5MPa压力下维持0.5h后进行蒸汽爆破，然后用水洗涤，洗涤干净后再浸泡于质量浓度为5％的三氟乙酸水溶液中，浸泡1h后取出，得到预处理梧桐絮；将预处理梧桐絮浸泡于改性溶液中，浸泡30min后取出，并洗涤至中性，干燥，制得改性梧桐絮；将改性梧桐絮粉碎后过40目筛，备用；

其中，所述改性溶液由木质素磺酸钠、乙酸镁与水按照5：15：80的质量比混合配制而成；

步骤3，将步骤1中称取的单宁酸配制成质量浓度为0.5g/mL的水溶液，得到单宁酸溶液；

将步骤1中称取的三氯化铁配制成浓度为0.5g/mL的水溶液，得到三氯化铁溶液；

将所述单宁酸溶液与所述三氯化铁溶液全部混合，然后加碱调节体系pH为8-9，搅拌30min后收集下层固相，得到单宁酸包覆氢氧化铁；将单宁酸包覆氢氧化铁干燥后粉碎，过40目筛，备用；

步骤4，将步骤1中称取的聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮溶于1/2重量的步骤1称取的水中，混合均匀后得到混合物一；

步骤5，将步骤1中称取的减水剂、六偏磷酸钠溶于剩余的步骤1称取的水中，混合均匀后得到混合物二；

步骤6，将步骤1中称取的水泥、污水处理厂剩余污泥、碎石、钢渣粉、步骤2中得到的改性梧桐絮、步骤3中得到的单宁酸包覆氢氧化铁、步骤4中混合物一、步骤5中混合物二混合均匀，即得到所述节能环保型建筑材料。

优选的，步骤2中蒸汽爆破条件为在压力2.8MPa下持续5min。

优选的，步骤3中调节体系pH的碱为生石灰。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明的配方中添加了梧桐絮，试验中发现，梧桐絮具有和石棉类似的储热保温效果，还具备一定的吸音效果，与石棉相比，其基本没有毒性，可以考虑用其替代石棉应用于环保型建筑材料中；考虑到梧桐絮是一种植物果实，为了避免其添加到建筑材料中后发生腐败、变质，影响材料性能，本发明对梧桐絮进行了处理，利用蒸汽爆破和改性液改性的方法，将梧桐絮中的脂肪、蛋白质类组成除掉，同时利用木质素磺酸钠和乙酸镁组成的改性溶液增强了梧桐絮的耐腐蚀性能；

本发明的配方中添加了由单宁酸和三氯化铁制成的单宁酸包覆氢氧化铁，这种材料是一种仿贻贝材料，具备很好的阻燃性，同时也具备一定的隔热保温效果，和梧桐絮配合使用后能够使材料的保温效果更好；

本发明的配方中添加了污水处理厂剩余污泥，污水处理厂剩余污泥是污水处理厂产量较高的废弃物，一般采用填埋法处理，其具有结构蓬松，孔隙率高的特点，可以使梧桐絮粉和单宁酸包覆氢氧化铁粉填充到空隙中，降低了材料的导热系数以及和其他原料之间的对流换热作用；

聚丙烯酰胺是一种阴离子聚合物，聚乙烯吡咯烷酮是一种非离子聚合物，二者可聚合交联形成含阴离子和非离子基团的网状结构，该网状结构的骨架大，功能团的数量与种类众多，官能团的分布也均匀，因此能够很好的将本发明配方中的各原料紧密结合；六偏磷酸钠可以控制各物料之间团聚作用的影响，使原料分散性能更好，有利于发挥各原料组分的特性。

2)本发明利用废弃物如污水处理厂剩余污泥、钢渣、梧桐絮为主要原料来制备节能环保型建筑材料(混凝土)，一方面利用了上述废弃物的独特性能，另一方面，上述废弃物代替了天然细集料和保温材料，既降低了材料的生产成本，又有效的开发了二次资源、变废为宝、减少了环境污染；同时制备出的节能环保型建筑材料保温效果优异，具备广泛应用前景。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

下述实施例中，石灰岩碎石在9.5-26.5mm内连续级配，污水处理厂剩余污泥为城市污水处理厂经过脱水处理后得到的剩余污泥，且所述污水处理厂剩余污泥的含水率为30％。

下面各实施例中未注明具体条件的试验方法，均按照本领域的常规方法和条件进行，所述原料如无特殊说明，均为市售。

实施例1

一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥15份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、梧桐絮15份、单宁酸4份、三氯化铁0.5份、六偏磷酸钠0.5份、聚丙烯酰胺1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份。

具体按照以下步骤实施：

步骤1，按照重量份数称取强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥15份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、梧桐絮15份、单宁酸4份、三氯化铁0.5份、六偏磷酸钠0.5份、聚丙烯酰胺1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份；

步骤2，将步骤1中称取的梧桐絮在1.5MPa压力下维持0.5h后进行蒸汽爆破，蒸汽爆破条件为在压力2.8MPa下持续5min，蒸汽爆破完毕后用水洗涤，洗涤干净后再浸泡于质量浓度为5％的三氟乙酸水溶液中，浸泡1h后取出，得到预处理梧桐絮；将预处理梧桐絮浸泡于改性溶液中，浸泡30min后取出，并洗涤至中性，干燥，制得改性梧桐絮；将改性梧桐絮粉碎后过40目筛，备用；

其中，改性溶液由木质素磺酸钠、乙酸镁与水按照5：15：80的质量比混合配制而成；

将上述配制出的单宁酸溶液与三氯化铁溶液全部混合在一起，然后加生石灰调节体系pH为8，搅拌30min后收集下层固相，得到单宁酸包覆氢氧化铁；将单宁酸包覆氢氧化铁干燥后粉碎，过40目筛，备用；

步骤5，将步骤1中称取的RSD-8型高效减水剂、六偏磷酸钠溶于剩余的步骤1称取的水中，混合均匀后得到混合物二；

步骤6，将步骤1中称取的普通硅酸盐水泥、污水处理厂剩余污泥、石灰岩碎石、钢渣粉、步骤2中得到的改性梧桐絮、步骤3中得到的单宁酸包覆氢氧化铁、步骤4中混合物一、步骤5中混合物二混合均匀，即得到节能环保型建筑材料。

实施例2

一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：强度为42.5的普通硅酸盐水泥20份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥20份、石灰岩碎石60份、细度模数为2.56的钢渣粉50份、梧桐絮10份、单宁酸5份、三氯化铁0.5份、六偏磷酸钠1份、聚丙烯酰胺0.6份、聚乙烯吡咯烷酮1份、RSD-8型高效减水剂0.5份、水50份。

具体制备方法同实施例1，不同之处在于将实施例1中的配方替换成实施例2的。需要说明的是，制备方法的步骤3中，加生石灰调节体系pH为8.2。

实施例3

一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：强度为42.5的普通硅酸盐水泥40份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥10份、石灰岩碎石80份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、梧桐絮20份、单宁酸3份、三氯化铁0.8份、六偏磷酸钠0.8份、聚丙烯酰胺0.5份、聚乙烯吡咯烷酮0.8份、RSD-8型高效减水剂0.8份、水80份。

具体制备方法同实施例1，不同之处在于将实施例1中的配方替换成实施例3的。需要说明的是，制备方法的步骤3中，加生石灰调节体系pH为9。

为了进一步说明本发明的效果，本发明还设置了对比例，具体如下。

对比例1

一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥15份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、单宁酸4份、三氯化铁0.5份、六偏磷酸钠0.5份、聚丙烯酰胺1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份。

具体制备方法同实施例1，不同之处在于将实施例1中的配方替换成对比例1的，同时删除掉实施例1中关于梧桐絮处理的步骤。

对比例2

一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥15份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、梧桐絮15份、六偏磷酸钠0.5份、聚丙烯酰胺1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份。

具体制备方法同实施例1，不同之处在于将实施例1中的配方替换成对比例2的，同时删除掉实施例1中关于单宁酸和三氯化铁处理的步骤。

对比例3

一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥15份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、梧桐絮15份、单宁酸4份、三氯化铁0.5份、六偏磷酸钠0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份。

具体制备方法同实施例1，不同之处在于将实施例1中的配方替换成对比例3的，同时删除掉实施例1中关于聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮的处理步骤。

对比例4

一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、六偏磷酸钠0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份。

具体按照以下步骤实施：

步骤1，按照重量份数称取强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、六偏磷酸钠0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份；

步骤2，将步骤1中称取的RSD-8型高效减水剂、六偏磷酸钠溶于步骤1称取的水中，混合均匀后得到混合物；

步骤3，将步骤1中称取的普通硅酸盐水泥、石灰岩碎石、钢渣粉、步骤2中的混合物混合均匀，即得到节能环保型建筑材料。

对比例5

一种节能环保型建筑材料，由以下重量份数的组分制成：强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥15份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、石棉15份、六偏磷酸钠0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份。

具体按照以下步骤实施：

步骤1，按照重量份数称取强度为42.5的普通硅酸盐水泥30份、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥15份、石灰岩碎石70份、细度模数为2.56的钢渣粉40份、石棉15份、六偏磷酸钠0.5份、RSD-8型高效减水剂1份、水60份；

步骤3，将步骤1中称取的普通硅酸盐水泥、含水率为30％的污水处理厂剩余污泥15份、石灰岩碎石、钢渣粉、石棉15份、步骤2中的混合物混合均匀，即得到节能环保型建筑材料。

上述实施例和对比例中所用钢渣粉中各化学组分的质量百分比为：CaO：36.54％、Fe₂O₃：25.16％、SiO₂：19.60％、MgO：12.15％、Al₂O₃：3.69％、MnO：2.43％、TiO₂：0.38％、Cr₂O₃：0.05％。

实施例1-3和对比例1-5均制备出了节能环保型建筑材料，将实施例1-3和对比例1-5制备出的节能环保型建筑材料按照测试方法所需样品制备成混凝土试样后进行测试，其中，导热系数采用混凝土导热系数测定仪测定；抗压强度采用试压法测试；阻燃等级依据《建筑材料不燃性试验方法》(GBT5464-2010)相关方法测定混凝土的燃烧性能，并依据《建筑材料及制品燃烧性能分级》(GB 8624-2012)进行判断；吸声系数依据《驻波管法吸声系数与声阻抗率测量规范》(GBJ 88-85)相关方法测定；具体结果见表1。

表1节能环保型建筑材料的性能指标

从表1可以看出，实施例1-3制备出的节能环保型建筑材料的导热系数均较对比例1-4低，与对比例5相当，说明实施例1-3的节能环保型建筑材料的保温隔热效果好，与对比例5中添加有石棉后制备出的材料的保温隔热性能相当，说明本发明中用到的梧桐絮和单宁酸包覆氢氧化铁配合使用后，能起到和石棉相当的保温效果；

实施例1-3的节能环保型建筑材料的阻燃效果均较对比例1-5好，这是因为实施例1-3的制备出的建筑材料中均含有单宁酸包覆氢氧化铁这一仿贻贝的阻燃材料；

实施例1-3的节能环保型建筑材料的抗压强度均较对比例1-5好，但是差别不大，因为实施例和对比例配方中能够决定力学性能的原料如水泥、粗集料、细集料的种类基本上是相同的，不同之处在于实施例1-3中都添加了聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮，这两种物质形成的网状结构能够促进原料之间的粘结，从而能够增强材料的力学性能；

实施例1-3的节能环保型建筑材料的吸声效果均较对比例1-4好，与对比例5相当，原因同保温效果类似，即起到吸声作用的主要是梧桐絮、单宁酸包覆氢氧化铁和石棉；

对比例1中因为没有添加梧桐絮，所以虽然阻燃等级和抗压强度基本不受影响，但是导热系数和吸声效果均受到较大影响；

对比例2中因为没有添加单宁酸和三氯化铁，所以虽然抗压强度受到的影响较小，但是导热系数和吸声效果均受到比对比例1大的影响，这也进一步说明了梧桐絮对导热系数和吸声效果的影响均较单宁酸包覆氢氧化铁大；

对比例3中因为没有添加聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮，其阻燃等级不受影响，但是抗压强度明显降低，但是导热系数和吸声效果受到的影响不大，这说明了聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮有增强材料力学性能的作用；

对比例4相当于一个普通混凝土的配方，因此，其各个方面的性能均和普通混凝土性能相当，且不及对比例1-3和对比例5的效果好；

对比例5相当于在对比例1的基础上将梧桐絮、单宁酸和三氯化铁换成了石棉，除了阻燃等级较对比例1差，其他性能参数相当，说明本发明采用梧桐絮和单宁酸包覆氢氧化铁配合使用后，能起到和石棉相当的保温效果。

本发明描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种节能环保型建筑材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：水泥20-40份、污水处理厂剩余污泥10-20份、碎石60-80份、钢渣粉30-50份、梧桐絮10-20份、单宁酸3-5份、三氯化铁0.5-1份、六偏磷酸钠0.5-1份、聚丙烯酰胺0.5-1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5-1份、减水剂0.5-1份、水50-80份。

2.根据权利要求1所述的节能环保型建筑材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：水泥30份、污水处理厂剩余污泥15份、碎石70份、钢渣粉40份、梧桐絮15份、单宁酸4份、三氯化铁0.5份、六偏磷酸钠0.5份、聚丙烯酰胺1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、减水剂1份、水60份。

3.根据权利要求1或2所述的节能环保型建筑材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，强度为42.5。

4.根据权利要求1或2所述的节能环保型建筑材料，其特征在于，所述碎石为石灰岩碎石，且在9.5-26.5mm连续级配。

5.根据权利要求1或2所述的节能环保型建筑材料，其特征在于，所述钢渣粉的细度模数为2.56，且所述钢渣粉中各化学组分的质量百分比为：CaO：36.54％、Fe₂O₃：25.16％、SiO₂：19.60％、MgO：12.15％、Al₂O₃：3.69％、MnO：2.43％、TiO₂：0.38％、Cr₂O₃：0.05％。

6.根据权利要求1或2所述的节能环保型建筑材料，其特征在于，所述污水处理厂剩余污泥为城市污水处理厂经过脱水处理后得到的剩余污泥，且所述污水处理厂剩余污泥的含水率为30％。

7.根据权利要求1或2所述的节能环保型建筑材料，其特征在于，所述减水剂为RSD-8型高效减水剂。

8.根据权利要求1所述的节能环保型建筑材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

9.根据权利要求8所述的节能环保型建筑材料的制备方法，其特征在于，步骤2中蒸汽爆破条件为在压力2.8MPa下持续5min。

10.根据权利要求8所述的节能环保型建筑材料的制备方法，其特征在于，步骤3中调节体系pH的碱为生石灰。