CN109809789B - 一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，步骤为：水玻璃用水稀释，加入盐酸搅拌水解后，滴加氨水调节溶液pH在6~10，然后静置直至形成凝胶，然后加热老化，得到二氧化硅水凝胶；将铁尾矿粉末与水泥、上述所得二氧化硅水凝胶以及水泥胶粉混合，加入水和膨胀珍珠岩搅拌混合，得到混凝土浆料倒入模具中，加压保持，随后常压干燥，混凝土浆料在模具中形成砖块固体，模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得建筑墙体保温夹心层。本发明以水泥和铁尾矿作为骨架，胶粉、羧甲基纤维素以及树脂增加其组分之间的粘度，在二氧化硅水凝胶和膨胀珍珠岩的协同作用下进一步的降低保温砖干密度。

Description

一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的 方法

技术领域

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法。

背景技术

我国矿产资源开发总规模居于世界前列，我国铁矿资源的突出特点是品位低、共生伴生矿多，导致在选矿过程中会产生大量的铁尾矿，每生产1t铁精矿要排出2.5-3.0t尾矿。堆存铁尾矿不仅占用了大量土地，还对土壤、水体、空气等造成污染，破坏生态环境，影响很大。

铁尾矿的堆存对环境有很大的负面影响，还需修建尾矿库，不仅占用了大量的土地，而且也要使用大量的人力资源和巨额的财力资源来维护，大大增加了对于尾矿废弃物的资金投入。并且尾矿利用是大颗粒部分，用于建筑填充物。筛选后较细的尾矿利用的方面较为少。

如今人们对住要求越来越高，对墙体保温效果也越来越看重。保温效果好的材料能有效的带来经济上的效益。就目前的情况来说，我国的建筑节能工程多数采用有机泡沫材料，缺点在于易于燃烧。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，本发明的方法可以大量处理铁尾矿这种固体废弃物，且建筑墙体保温夹心层的制备条件简单，原料易得，易于工业化，制得的保温夹心层又有着广泛的应用。

所述的一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于按重量份数计，主要包括以下步骤：

1）水玻璃与水以1 : 1~2的体积比进行稀释混合，混合液再加入到盐酸中调节pH在1~5之间，搅拌水解20~40min；

2）向步骤1）水解后的溶液中滴加氨水，调节溶液pH在6~10之间，然后静置直至完全凝固形成凝胶；

3）将步骤2）形成的凝胶在40~50℃温度下加热老化22~26h，得到二氧化硅水凝胶；

4）将铁尾矿研磨粉碎并过筛，所得铁尾矿粉末20~50份与水泥50~150份、步骤3）所得二氧化硅水凝胶50~100份以及水泥胶粉1~5份混合，然后加入水40~150份、环氧树脂0~10份和膨胀珍珠岩10~80份搅拌混合，得到混凝土浆料；

5）将步骤4）所得混凝土浆料倒入模具中，于0.8~1.2MPa加压条件下保持3~5min，使混凝土浆料在模具中形成高度紧致状态，随后在20~35℃下常压干燥10~15h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

6）将步骤5）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层。

所述的一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于步骤1）中，所述盐酸浓度为3~5mol/L，优选为4mol/L；所述氨水的浓度为0.8~1.2mol/L，优选为1mol/L。

所述的一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于步骤3）中，加热老化的温度为45℃，加热老化的时间为24h。

所述的一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于步骤4）中，过筛所得铁尾矿粉末的目数在120目以上。

所述的一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于步骤5）中，所述模具为长方形硅胶模具；混凝土浆料倒入模具前，模具内表面进行抹油处理，以便于后期脱模。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明采用铁尾矿等固体废弃物为原料，对其中粒径较小的尾矿进行了合理利用。二氧化硅水凝胶以二氧化硅为骨架形成三维网状结构，包裹着大量的水，它有一定的几何形状，因而显示出固体的某些性质，二氧化硅水凝胶干燥脱水后，体积急剧减小，因此它可以减少混凝土中水的用量并且降低最终保温砖产品的导热系数。而膨胀珍珠岩一种多孔的保温材料，具有较高的阻燃性，但膨胀珍珠岩较高的吸水率限制了其在建筑工程中的应用。本发明通过二氧化硅水凝减少水的用量从而减小膨胀珍珠岩的吸水率。通过二氧化硅水凝胶和膨胀珍珠岩的协同作用，保持最终保温砖产品的保温性和轻特性。其次由于二氧化硅水凝胶干燥脱水后体积急剧减小，二氧化硅水凝胶占据的体积变小，从而使得最终保温砖产品形成一部分的多孔空心结构，从而进一步提高保温砖产品的保温性能。

2）本发明以水泥作为骨架，铁尾矿代替部分水泥作为骨架作用，水泥胶粉以及环氧树脂增加其组分之间的粘度，以膨胀珍珠岩作为保温材料，在二氧化硅水凝胶和珍珠岩的协同作用下进一步的降低保温砖干密度，通过利用二氧化硅水凝胶、膨胀珍珠岩的保温和轻特性，制备出水凝胶珍珠岩保温夹心层，从而实现大量处理细粒径铁尾矿的目的，一方面缓解了环境压力，降低了环境污染，同时提高了铁尾矿的回收利用率，符合绿色环保要求；

3）本发明制备的建筑墙体保温夹心层，拥有非常低的导热系数和干密度以及优良的阻燃性能。本发明在制备建筑墙体保温夹心层的过程中，混凝土浆料倒入模具中后加压保持3~5min，是为使混凝土浆料在模具中形成高度紧致状态，从而使铁尾矿粉末和水泥填充在膨胀珍珠岩颗粒之间的空隙内，使得最终制备得到的建筑墙体保温夹心层具有一定的耐压强度，保持砖块状结构，方便使用；

4）本发明制备建筑墙体保温夹心层的时间较短，制备成本较低，比起常用的有机物保温板，成本较为价格低廉且具有较高防火性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

以下实施例和比较例中：

铁尾矿来自于华北地区，铁尾矿的组分质量百分含量为：SiO2 45.43%、CaO13.81%、MgO 13.10%、Al2O3 11.35%、Fe2O3 10.13%，余量为杂质。

水泥型号是P.O 32.5。

水玻璃为硅酸钠的水溶液，其标注的硅酸钠质量浓度为40~50%，购自于济南盛意隆化工科技有限公司。

水泥胶粉购自于南昌雨思盾建筑材料公司、环氧树脂购自于任丘市金誉化工有限公司、膨胀珍珠岩购自于信阳诚飞新材料科技有限公司。

实施例1：

制备建筑墙体保温夹心层，按重量份数计，包括以下步骤：

1）水玻璃与水以1 : 1的体积比进行稀释混合，混合液再加入到4mol/L的盐酸中调节pH在2~4之间，搅拌水解30min；

2）向步骤1）水解后的溶液中滴加1mol/L的氨水，调节溶液pH在8~9之间，然后静置直至完全凝固形成凝胶；

3）将步骤2）形成的凝胶在45℃温度下加热老化24h，得到二氧化硅水凝胶；

4）将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；所得铁尾矿粉末30份与水泥50份、步骤3）所得二氧化硅水凝胶50份以及水泥胶粉2份混合，加入水50份和膨胀珍珠岩15份搅拌混合，得到混凝土浆料；

5）将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。再将步骤4）所得混凝土浆料倒入模具中，于1MPa加压条件下保持3~5min，使混凝土浆料形成高度紧致状态，随后在25℃温度下常压干燥15h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

6）将步骤5）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层。

实施例1制备的建筑墙体保温夹心层进行性能参数测定，测定结果如表1所示。

实施例2：

制备建筑墙体保温夹心层，按重量份数计，包括以下步骤：

1）水玻璃与水以1 : 1的体积比进行稀释混合，混合液再加入到4mol/L的盐酸中调节pH在2~4之间，搅拌水解30min；

2）向步骤1）水解后的溶液中滴加1mol/L的氨水，调节溶液pH在8~9之间，然后静置直至完全凝固形成凝胶；

3）将步骤2）形成的凝胶在45℃温度下加热老化24h，得到二氧化硅水凝胶；

4）将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；所得铁尾矿粉末40份与水泥50份、步骤3）所得二氧化硅水凝胶50份以及水泥胶粉2份混合，加入水50份、膨胀珍珠岩25份、环氧树脂5份搅拌混合，得到混凝土浆料；环氧树脂的目的在于增强其内部组分之间的粘接度从而增加其整体强度。

5）将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。再将步骤4）所得混凝土浆料倒入模具中，于1MPa加压条件下保持3~5min，使混凝土浆料形成高度紧致状态，随后在25℃下常压干燥15h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

6）将步骤5）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层。

实施例2制备的建筑墙体保温夹心层进行性能参数测定，测定结果如表1所示。

实施例3：

制备建筑墙体保温夹心层，按重量份数计，包括以下步骤：

1）水玻璃与水以1 : 1的体积比进行稀释混合，混合液再加入到4mol/L的盐酸中调节pH在2~4之间，搅拌水解30min；

2）向步骤1）水解后的溶液中滴加1mol/L的氨水，调节溶液pH在8~9之间，然后静置直至完全凝固形成凝胶；

3）将步骤2）形成的凝胶在45℃温度下加热老化24h，得到二氧化硅水凝胶；

4）将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；所得铁尾矿粉末50份与水泥50份、步骤3）所得二氧化硅水凝胶50份以及水泥胶粉2份混合，加入水50份、膨胀珍珠岩25份搅拌混合，得到混凝土浆料；

5）将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。再将步骤4）所得混凝土浆料倒入模具中，于1MPa加压条件下保持3~5min，使混凝土浆料形成高度紧致状态，随后在25℃下常压干燥15h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

6）将步骤5）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层。

实施例3制备的建筑墙体保温夹心层进行性能参数测定，测定结果如表1所示。

实施例4：

制备建筑墙体保温夹心层，包括以下步骤：

1）水玻璃与水以1 : 1的体积比进行稀释混合，混合液再加入到4mol/L的盐酸中调节pH在2~4之间，搅拌水解30min；

2）向步骤1）水解后的溶液中滴加1mol/L的氨水，调节溶液pH在8~9之间，然后静置直至完全凝固形成凝胶；

3）将步骤2）形成的凝胶在45℃温度下加热老化24h，得到二氧化硅水凝胶；

4）将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；所得铁尾矿粉末30份与水泥50份、步骤3）所得二氧化硅水凝胶50份以及水泥胶粉1份混合，加入水50份、环氧树脂3份、膨胀珍珠岩75份搅拌混合，得到混凝土浆料；环氧树脂的目的在于增强其内部组分之间的粘接度从而增加其整体强度；

5）将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。再将步骤4）所得混凝土浆料倒入模具中，于1MPa加压条件下保持3~5min，使混凝土浆料形成高度紧致状态，随后在25℃下常压干燥15h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

6）将步骤5）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层。

实施例4制备的建筑墙体保温夹心层进行性能参数测定，测定结果如表1所示。

比较例1：

制备建筑墙体保温夹心层，按照重量份数计，包括以下步骤：

1）水玻璃与水以1 : 1的体积比进行稀释混合，混合液再加入到4mol/L的盐酸中调节pH在2~4之间，搅拌水解30min；

2）向步骤1）水解后的溶液中滴加1mol/L的氨水，调节溶液pH在8~9之间，然后静置直至完全凝固形成凝胶；

3）将步骤2）形成的凝胶在45℃温度下加热老化24h，得到二氧化硅水凝胶；

4）将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；所得铁尾矿粉末30份与水泥50份、步骤3）所得二氧化硅水凝胶50份以及水泥胶粉1份混合，加入水50份、膨胀珍珠岩150份搅拌混合，得到混凝土浆料；

5）将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。再将步骤4）所得混凝土浆料倒入模具中，于1MPa加压条件下保持3~5min，使混凝土浆料形成高度紧致状态，随后在25℃下常压干燥15h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

6）将步骤5）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层。

比较例1制备的建筑墙体保温夹心层进行性能参数测定，测定结果如表1所示。

比较例2：

制备建筑墙体保温夹心层，按照重量份数计，包括以下步骤：

1）水玻璃与水以1 : 1的体积比进行稀释混合，混合液再加入到4mol/L的盐酸中调节pH在2~4之间，搅拌水解30min；

2）向步骤1）水解后的溶液中滴加1mol/L的氨水，调节溶液pH在8~9之间，然后静置直至完全凝固形成凝胶；

3）将步骤2）形成的凝胶在45℃温度下加热老化24h，得到二氧化硅水凝胶；

4）将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；所得铁尾矿粉末30份与水泥50份、步骤3）所得二氧化硅水凝胶50份以及水泥胶粉5份混合，加入水50份、膨胀珍珠岩10份搅拌混合，得到混凝土浆料；

5）将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。再将步骤4）所得混凝土浆料倒入模具中，在25℃下常压干燥12h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

6）将步骤5）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层。

比较例2制备的建筑墙体保温夹心层进行性能参数测定，测定结果如表1所示。

比较例3：

制备建筑墙体保温夹心层与实施例2进行比较，按照重量份数计，包括以下步骤：

1）将铁尾矿研磨粉碎并过120目筛，得到目数大于120目的铁尾矿粉末；所得铁尾矿粉末30份与水泥50份以及水泥胶粉1份混合，加入水50份、膨胀珍珠岩5份搅拌混合，得到混凝土浆料；

2）将模具内表面预先进行抹油处理，以便于后期脱模。再将步骤1）所得混凝土浆料倒入模具中，于1MPa加压条件下保持3~5min，使混凝土浆料形成高度紧致状态，随后在25℃下常压干燥15h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

3）将步骤2）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层。

比较例3制备的建筑墙体保温夹心层进行性能参数测定，测定结果如表1所示。

表1

从表1可以看出，随着膨胀珍珠岩的用量增加，最终制备得到的建筑墙体保温夹心层的干密度随之下降但导热系数变化不大，由于建筑墙体保温夹心层对强度要求较小，因此从成本上考虑减小膨胀珍珠岩的用量，相应的增加水泥以及铁尾矿的用量。

实施例4制备过程中加入了环氧树脂，最终制得的建筑墙体保温夹心层的整体较为有棱有角，强度较高，不出现掉粉现象。

比较例1制备的建筑墙体保温夹心层干密度急剧下降，不能正常保持砖块状结构，影响其正常使用，这是因为膨胀珍珠岩加入过多，水泥和铁尾矿无法作为骨架支撑起整体结构。比较例2制备的建筑墙体保温夹心层的过程中，模具中未进行加压处理，使制得的保温夹心层体积过于蓬松，在干燥的过程水凝胶发生收缩，在内部形成大孔，使得强度偏低，且干燥后保温夹心层较软且有出现掉粉的情况，影响保温夹心层产品的使用效果。比较例3制备的建筑墙体保温夹心层的过程中，未添加二氧化硅水凝胶，因为二氧化硅水凝胶再加入时体积较大，能替代部分水泥和铁尾矿的填充作用，且干燥后质量几乎为零，并有小孔形成能和膨胀珍珠岩协同来降低夹心层的导热系数，所以未加二氧化硅水凝胶的夹心层的干密度与导热系数均较大。

由以上实施例和比较例可知，本发明提供了一种以铁尾矿、水凝胶、珍珠岩为原料制备制备建筑墙体保温夹心层的方法，包括：对颗粒较细铁尾矿资源进行回收利用；在进行一系列的原料筛选、原料配比、后处理之后，使制得的保温板具有得较好的阻燃性能和较低的导热系数；制得的夹心层也在保温、建筑等领域有着广泛应用。

本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims (4)

1.一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于按重量份数计，主要包括以下步骤：

1）水玻璃与水以1 : 1~2的体积比进行稀释混合，混合液再加入到盐酸中调节pH在1~5之间，搅拌水解20~40min；

2）向步骤1）水解后的溶液中滴加氨水，调节溶液pH在6~10之间，然后静置直至完全凝固形成凝胶；

3）将步骤2）形成的凝胶在40~50℃温度下加热老化22~26h，得到二氧化硅水凝胶；

4）将铁尾矿研磨粉碎并过筛，所得铁尾矿粉末20~50份与水泥50~150份、步骤3）所得二氧化硅水凝胶50~100份以及水泥胶粉1~5份混合，然后加入水40~150份、环氧树脂0~10份和膨胀珍珠岩10~80份搅拌混合，得到混凝土浆料；

5）将步骤4）所得混凝土浆料倒入模具中，于0.8~1.2MPa加压条件下保持3~5min，使混凝土浆料在模具中形成高度紧致状态，随后在20~35℃下常压干燥10~15h，混凝土浆料在模具中形成砖块固体；

6）将步骤5）模具中的砖块固体进行脱模，然后干燥硬化，使砖块固体中的水分蒸发，即制得所述建筑墙体保温夹心层；

步骤1）中，所述盐酸浓度为3~5mol/L；所述氨水的浓度为0.8~1.2mol/L；

步骤5）中，所述模具为长方形硅胶模具；混凝土浆料倒入模具前，模具内表面进行抹油处理，以便于后期脱模。

2.如权利要求1所述的一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于步骤1）中，所述盐酸浓度为4mol/L；所述氨水的浓度为1mol/L。

3.如权利要求1所述的一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于步骤3）中，加热老化的温度为45℃，加热老化的时间为24h。

4.如权利要求1所述的一种以二氧化硅水凝胶为原料制备建筑墙体保温夹心层的方法，其特征在于步骤4）中，过筛所得铁尾矿粉末的目数在120目以上。