CN109748599B

CN109748599B - 一种轻质碱矿渣保温材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109748599B
Application number: CN201910130638.XA
Authority: CN
Inventors: 崔晓玲; 杨丹丹; 桑国臣; 朱轶韵; 赵钦
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2039-02-21
Also published as: CN109748599A

Abstract

本发明公开了一种轻质碱矿渣保温材料及其制备方法，保温材料由84.85～86.92％质量百分比的碱矿渣浆体、2.422～4.74％的发泡倍数为16～19且泌液量为0～3.5％的微细泡沫、10.41～10.66％的水组成；上述各组分的质量百分比之和为100％。制备方法包括三步，步骤1：制备微细泡沫；步骤2：制备碱矿渣浆体；步骤3：制备轻质碱矿渣保温材料。本发明以碱矿渣作为基体材料，将微细泡沫固化于基体当中，形成无机保温材料具有导热系数小、不燃烧且力学强度高等优点。

Description

一种轻质碱矿渣保温材料及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种轻质碱矿渣保温材料，还涉及一种制备轻质碱矿渣保温材料的方法。

背景技术

传统的保温材料是指在围护结构中用于控制室内热量外流且导热系数小于0.3W/(m·K)的绝热材料，其具有轻质、疏松、多孔、导热系数小等特点。保温材料一般分为有机、无机和复合三种，其中应用所占比例最大的是有机高分子发泡材料，例如：聚苯乙烯泡沫塑料(EPS、XPS)、聚氨酯硬质泡沫体(PU)和挤塑聚苯板等，具有保温隔热性能好、可加工性强、致密性好等优点，但其耐久性和防火阻燃性能比较差。无机保温材料是由无机非金属类材料经过专业化加工处理而得到的，具有防火阻燃性能好等优点。但此类材料常存在导热系数偏高、容重较大、节能效果差等不足之处。复合型保温材料是将有机和无机保温材料的复合，相比无机材料和有机高分子材料，复合保温材料具有导热系数小、防火性能好等优点，但有机材料与无机材料间的界面结合问题不易有效解决，并且复合保温材料的燃烧等级难以达到A级不燃的标准，故其在市场上并未获得普遍认可。兼具良好的保温隔热、力学强度、防火阻燃性能是保温节能材料发展趋势，也是亟待解决的节能材料技术瓶颈。

近年来，随着工业化的迅速发展，矿渣作为钢铁企业的副产品，其产量日益增加。对工业废渣-矿渣的资源化利用，已经成为国内外关注的热点。已有研究学者利用NaOH、CaCl₂、Na₂SO₄、硅酸钠溶液等作为碱激发剂制备出高性能无机聚合物混凝土，但以碱矿渣作为基体材料制备保温节能材料的研究成果，目前尚未见到公开报道。综合国内外研究可以发现，现有的无机多孔类保温材料普遍存在力学强度偏低、导热系数大、保温隔热性能差等不足。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种轻质碱矿渣保温材料，解决了现有技术中存在的无机多孔保温材料力学强度低、导热系数大的问题。

本发明的第二个目的是提供一种制备轻质碱矿渣保温材料的方法，解决了现有技术中存在的无机多孔保温材料力学强度低、导热系数大的问题。

本发明所采用的第一个技术方案是，一种轻质碱矿渣保温材料，保温材料由84.85～86.92％质量百分比的碱矿渣浆体、2.422～4.74％的发泡倍数为16～19且泌液量为0～3.5％的微细泡沫、10.41～10.66％的水组成；上述各组分的质量百分比之和为100％。

本发明的特点还在于：

碱矿渣浆体由65.0～75.0％质量百分比的矿渣粉、25.0～35.0％质量百分比的水玻璃组成；上述各组分的质量百分比之和为100％。

矿渣粉为S95级矿渣粉；所述水玻璃的模数为1.2。

微细泡沫由0.50～2.50％质量百分比的a-烯烃基磺酸钠、0.60～1.40％质量百分比的增稠剂、0.4～1.2％质量百分比的改性硅树脂聚醚乳液、 94.9～98.58％质量百分比的水组成；上述各组分的质量百分比之和为 100％。

增稠剂为羟丙基甲基纤维素。

本发明所采用的第二个技术方案是，一种制备轻质碱矿渣保温材料的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：微细泡沫的制备

照以下质量百分比称取各原料：a-烯烃基磺酸钠0.50～2.50％、增稠剂0.60～1.40％、改性硅树脂聚醚乳液0.4～1.2％、水94.9～98.58％，称量至少精确至0.1g，并依次倒入烧杯；搅拌a使其混合均匀；倒入水泥净浆搅拌机中再进行搅拌b，得到微细泡沫；放置待用，放置时间不超过30min；

步骤2：碱矿渣浆体的制备

照以下质量百分比称取各原料：矿渣粉65.0～75.0％、水玻璃 25.0～35.0％，并依次加至搅拌机进行搅拌c；得到碱矿渣浆体；

步骤3：轻质碱矿渣保温材料的制备

照以下质量百分比称取各原料：碱矿渣浆体84.85～86.92％、微细泡沫2.422～4.74％、水10.41～10.66％，并依次加至搅拌机进行搅拌d，使其混合均匀，得到混合均匀的泡沫浆体材料；将泡沫浆体材料装入试模中，待24h～48h后，进行拆模；在标准养护条件下养护至规定龄期，得到轻质碱矿渣保温材料。

本发明的特点还在于：

步骤1中，搅拌a的条件为：玻璃棒至少搅拌1min。

步骤1中，搅拌b的条件为：转速285±10r/min，至少搅拌10min。

步骤2中，搅拌c的条件为：转速140±5r/min，至少搅拌3min。

步骤3中，搅拌d的条件为：转速285±10r/min，至少搅拌1min。

本发明的有益效果是：

(1)本发明以碱矿渣作为基体材料，将微细泡沫固化于基体当中，形成无机保温材料具有导热系数小、不燃烧且力学强度高等优点；相对于无机多孔保温材料，如普通泡沫水泥基保温材料，具有更好的热性能和力学强度，能更好的满足节能建筑对保温材料的性能要求；

(2)本发明利用钢铁冶炼的副产品矿渣制备保温材料，可使大量工业废渣再利用，且制备的保温材料可产生一定的经济效益，节约资源、降低建筑能耗，符合资源可持续发展战略。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

步骤1：微细泡沫的制备

照以下质量百分比称取各原料：a-烯烃基磺酸钠2.5％、增稠剂 1.4％、改性硅树脂聚醚乳液1.2％、水94.9％，称量至少精确至0.1g，并依次倒入烧杯；用玻璃棒搅拌1min，使其混合均匀；倒入水泥净浆搅拌机中以285±10r/min的转速至少搅拌10min，得到微细泡沫；放置待用，放置时间不超过30min；

步骤2：碱矿渣浆体的制备

照以下质量百分比称取各原料：矿渣粉75.0％、水玻璃25.0％，并依次加至搅拌机以140±5r/min的转速至少搅拌3min；得到碱矿渣浆体；

步骤3：轻质碱矿渣保温材料的制备

照以下质量百分比称取各原料：碱矿渣浆体86.92％、微细泡沫 2.42％、水10.66％，并依次加至搅拌机以285±10r/min的转速至少搅拌1min，使其混合均匀，得到混合均匀的泡沫浆体材料；将泡沫浆体材料装入试模中，24h后拆模；在标准养护条件下养护至规定龄期，得到轻质碱矿渣保温材料。

实施例2

步骤1与实施例1的步骤1大致相同；区别在于：a-烯烃基磺酸钠1.5％、增稠剂1％、改性硅树脂聚醚乳液0.8％、水95.7％；

步骤2与实施例1的步骤2大致相同；区别在于：矿渣粉70.0％、水玻璃30.0％；

步骤3与实施例1的步骤3大致相同，区别在于：碱矿渣浆体 85.87％、水10.54％、微细泡沫3.59％。

实施例3

步骤1与实施例1的步骤1大致相同；区别在于：a-烯烃基磺酸钠0.5％、增稠剂0.6％、改性硅树脂聚醚乳液0.4％、水98.5％；

步骤2与实施例1的步骤2大致相同；区别在于：矿渣粉65.0％、水玻璃35.0％；

步骤3与实施例1的步骤3大致相同，区别在于：碱矿渣浆体 84.85％、微细泡沫4.74％、水10.41％。

实施例1～3制备得到的轻型碱矿渣保温材料的表观密度、抗压强度、导热系数，如表1所示。

表1

从表1中可见，实施例1的表观密度为1035kg/m³，导热系数为 0.1510W/(m·K)，并且7d的抗压强度为3.6MPa。实施例2和实施例3较实施例1的配比有所变化，主要是泡沫掺量增加，而其它组份含量相应减少。从测试数据可以看出，随着泡沫掺量的增加，实施例2 和实施例3具有更低的表观密度，分别为835kg/m³和741kg/m³，与实施例1相比，分别降低了19.3％和28.4％。对比三个实施例可以发现，虽然泡沫掺量增加使轻型碱矿渣保温材料的抗压强度略有降低，但保温性能依然良好。实施例2和实施例3的7天抗压强度分别为2.4MPa、1.2MPa，导热系数分别为0.1304W/(m·K)和0.1284W/(m·K)，与实施例1相比，抗压强度分别降低了33.3％和66.7％，导热系数分别降低了13.64％和14.97％。综合三个实施例的性能参数可见，本发明的轻型碱矿渣保温材料不仅具有表观密度小、导热系数低，并且具有较高的抗压强度。

本发明保温材料及其制备方法，以碱矿渣作为基体材料，将微细泡沫固化于基体当中，形成无机保温材料具有导热系数小、不燃烧且力学强度高等优点；相对于无机多孔保温材料，如普通泡沫水泥基保温材料，具有更好的热性能和力学强度，能更好的满足节能建筑对保温材料的性能要求；同时，可使大量工业废渣再利用，且制备的保温材料可产生一定的经济效益，节约资源、降低建筑能耗，符合资源可持续发展战略。

Claims

1.一种轻质碱矿渣保温材料，其特征在于，所述保温材料由84.85~86.92%质量百分比的碱矿渣浆体、2.422~4.74%的发泡倍数为16~19且泌液量为0~3.5%的微细泡沫、10.41~10.66%的水组成；上述各组分的质量百分比之和为100%；

所述碱矿渣浆体由65.0~75.0%质量百分比的矿渣粉、25.0~35.0%质量百分比的水玻璃组成；上述各组分的质量百分比之和为100%；

所述矿渣粉为S95级矿渣粉；所述水玻璃的模数为1.2；

所述微细泡沫由0.50~2.50%质量百分比的α-烯烃基磺酸钠、0.60~1.40%质量百分比的增稠剂、0.4~1.2%质量百分比的改性硅树脂聚醚乳液、94.9~98.58%质量百分比的水组成；上述各组分的质量百分比之和为100%；

所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。

2.一种制备权利要求1所述的轻质碱矿渣保温材料的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：微细泡沫的制备

照以下质量百分比称取各原料：α-烯烃基磺酸钠0.50~2.50%、增稠剂0.60~1.40%、改性硅树脂聚醚乳液0.4~1.2%、水94.9~98.58%，称量至少精确至0.1g，并依次倒入烧杯；搅拌a使其混合均匀；倒入水泥净浆搅拌机中再进行搅拌b，得到微细泡沫；放置待用，放置时间不超过30min；

步骤2：碱矿渣浆体的制备

照以下质量百分比称取各原料：矿渣粉65.0~75.0%、水玻璃25.0~35.0%，并依次加至搅拌机进行搅拌c；得到碱矿渣浆体；

步骤3：轻质碱矿渣保温材料的制备

照以下质量百分比称取各原料：碱矿渣浆体84.85~86.92%、微细泡沫2.422~4.74%、水10.41~10.66%，并依次加至搅拌机进行搅拌d，使其混合均匀，得到混合均匀的泡沫浆体材料；将泡沫浆体材料装入试模中，待24h~48h后，进行拆模；在标准养护条件下养护至规定龄期，得到轻质碱矿渣保温材料。

3.如权利要求2所述的制备保温材料的方法，其特征在于，所述步骤1中，搅拌a的条件为：玻璃棒至少搅拌1min。

4.如权利要求2所述的制备保温材料的方法，其特征在于，所述步骤1中，搅拌b的条件为：转速285±10 r/min，至少搅拌10 min。

5.如权利要求2所述的制备保温材料的方法，其特征在于，所述步骤2中，搅拌c的条件为：转速140±5 r/min，至少搅拌3min。

6.如权利要求2所述的制备保温材料的方法，其特征在于，所述步骤3中，搅拌d的条件为：转速285±10 r/min，至少搅拌1min。