CN110924588A - 一种适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料 - Google Patents

一种适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料。在低温状态下，所述低温发泡剂释放气体，对所述浆料进行低温化学发泡，获得一定气孔率的多孔坯体；所述多孔坯体在高温状态、高温发泡剂的作用下进行高温发泡，在这个温度下，具有一定气孔率的坯体因含有高温发泡剂，会继续起作用，继续产生发泡效果，会产生二次发泡效果，进一步增加气孔率，由于生坯已经有大量气孔，将原料自重充分分散，坯体可以继续轻松膨胀增厚，最终轻松获得300mm以上厚度的发泡板材。通过在发泡板材的表面设置建筑领域用的碳纤维布或玻璃纤维布制备的功能性面层，提高材料韧性和抗冲击能力，使之更加适合作为装饰、保温、一体化的装配式建筑墙体材料。

Description

一种适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料
技术领域
本发明涉及墙体材料,具体涉及一种适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料。
背景技术
微晶发泡板材领域，现有材料缺陷：在保证密度不超过0.4g/cm3的条件下，强度不高，一般很难超过10MPa，且材质较脆，抗冲击能力较差，很难直接作为装配式建筑领域使用。
装配式建筑近年发展提速，但受制于基础材料的限制，发展一度放慢。主要原因是现有装配式建筑领域缺乏合适的墙体材料。目前装配建筑领域所用材料主要是混凝土预制件，难以发挥装配式建筑的强大优势。
装配式建筑领域对墙材的要求，轻质高强，密度低于0.4g/cm3，导热系数要低(低于0.1w/m.k)，符合节能要求，强度高于10MPa，抗冲击力强，具有一定韧性，从而才能使建筑物具备一定抗震能力。现有装配式建筑墙体材料主要还是加有钢筋的混凝土预制件，重量大，导热系数高，不节能。加气砌块等水泥墙体材料强度较低，只能作为填充墙材使用，不能满足承重墙和建筑外墙使用，在装配式建筑领域难以作为主要材料使用，发展前景受限。目前市面上出现的各种发泡陶瓷、发泡微晶材料，主要存在的问题也是强度不高，抗冲击性差，韧性低，不能满足装饰建筑对墙体材料抗震性能关键性能的要求，且很难发泡制备厚度超过200mm的发泡材料，因此目前主要作为建筑物墙体的保温材料使用，使用范围也受到很大限制。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料。
根据本发明的一个方面，提供了一种发泡板材的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
浆料经化学发泡、烘干固化得多孔坯体，其中，所述浆料中含有低温发泡剂、高温发泡剂，在低温状态下，所述低温发泡剂释放气体，对所述浆料进行低温化学发泡；
所述多孔坯体在高温状态、高温发泡剂的作用下进行高温发泡，在所述多孔坯体的基础上继续膨胀增厚，并经烧制得发泡板材。
常规的发泡陶瓷做法就是把含有发泡剂的混合料在1000度以上的高温下高温发泡，这种工艺发泡厚度很难超过200mm，因为高温发起来的气孔，在材料内部到了一定厚度，物料自重就会发生挤压作用，把发起来的气孔压塌。而本发明通过两次发泡可以极大增加发泡厚度。
原理如下：
由于浆料中加入一定量低温发泡剂，所述低温发泡剂在低温状态下即可释放气体，进行低温化学发泡，即可获得一定气孔率的坯体，该坯体在烘干固化的过程中，增塑用粘土会提供一定生坯强度。生坯干燥后送入窑炉进行高温发泡，这个温度下，具有一定气孔率的坯体因含有高温发泡剂，会继续起作用，继续产生发泡效果，会产生二次发泡效果，进一步增加气孔率，由于生坯已经有大量气孔，将原料自重充分分散，坯体可以继续轻松膨胀增厚，从而增加最终制品的厚度。
进一步的，所述低温化学发泡的温度不高于烘干固化温度。
所述低温发泡剂占所述浆料重量含量的4.8-15％，所述高温发泡剂占所述浆料重量含量的3-10wt％。所述高温发泡剂具体可为325目碳化硅粉。
所述低温发泡剂包括过氧化氢。所用发泡剂为一般为市售浓度30％左右的H2O2溶液，一般用量5-15wt％(按粉料用量计)，用量越多，发泡越大，坯体越轻，原理为H2O2室温下即可分解产生O2气体，微微加热即可加剧分解速度)。
高温发泡温度在950-1050℃，一般保温1-2小时即可发泡完全。
进一步的，发泡板材的厚度在300mm以上。但厚度有上限，原因是发泡厚度主要受原料重力影响，当厚度增加到一定极限时，在稳泡过程中，上层原料的自重会对下层发泡产生的气泡孔产生挤压，导致底层气孔挤压破裂，降低底层空隙率。故本发明发泡板材的厚度低于440mm。
进一步的，浆料的原料还包括硅铝系废料、助熔剂、增粘剂、耐高温陶瓷纤维。
以重量份计，
所述硅铝系废料 60-80份；
所述助熔剂 5-15份；
所述增粘剂 3-5份；
所述耐高温陶瓷纤维 5-10份。
进一步的，浆料的原料还包括稳泡剂。
进一步的，所述硅铝系废料一般包括黄金尾矿/无机非金属工业固废(主要是含少量氧化钾钠的硅铝系废料，或熔点在1000-1300℃的硅铝系废料)。黄金尾矿、无机非金属固废基本都是硅铝系固废，在高温下，产生熔体作为基体，这些基体材质是硅酸矿物相，具有玻璃或陶瓷的材质，具有耐高温、高强度、耐火、隔热，化学稳定性好，和建筑材料水泥等材料具有很好的相容性等作用。
所述助熔剂可用钾钠长石、花岗岩锯泥、废玻璃粉等至少一种。
所述增粘剂可用膨润土、苏州土等高塑性粘土等至少一种。
所述耐高温陶瓷纤维(熔点≥1250℃)可用含锆氧化铝纤维、多晶氧化铝纤维等至少一种。
所述稳泡剂可为硼酸、硼砂等至少一种。
本发明将无机非金属工业固废料作为原材料使用，通过利用工业固废，解决现有工业固废污染环境，但处理困难，处理费用高的问题，由于工业固废的大量使用，无形中大大降低了产品的成本。随着装配式建筑发展，作为装配式建筑领域基础材料-工业固废的大规模使用，可以使很多工业固废再次资源化利用，变废为宝，同时产生极大经济效益。
其中，浆料中稳泡剂的添加，可以使制备的材料内部发泡细密，使材料具有较低的导热系数，小的比重，和较高的基体强度。
耐高温陶瓷纤维的添加，可以使发泡后纤维结构保持在墙体材料内，起到增强增韧作用，可使发泡材料的强度和韧性获得较大提高。
进一步的，无机非金属工业固废料包括石材加工废料、陶瓷废料。
根据本发明的另一个方面，提供了一种发泡板材，根据上述任一所述方法制得。
进一步的，在所述发泡板材的表面设置沟槽，以供加装加强筋。该加强筋的加装方式为通过结构胶或高强水泥和发泡基材胶结在一起。这样形成的加强板材可以作为主梁柱等受力结构部位。
所述加强筋为建筑用高强玻璃纤维杆件。
根据本发明的另一个方面，提供了一种适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料，在上述任一所述的发泡板材的表面设置建筑领域用的碳纤维布或玻璃纤维布，形成发泡板材表面设置的功能性面层，碳纤维布或玻璃纤维布的固定方式采用通过高强水泥或结构胶粘接的方式，可以极大的提高材料的韧性和抗冲击能力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明示例的发泡板材及其制备方法，在低温状态下，所述低温发泡剂释放气体，对所述浆料进行低温化学发泡，获得一定气孔率的多孔坯体；所述多孔坯体在高温状态、高温发泡剂的作用下进行高温发泡，在这个温度下，具有一定气孔率的坯体因含有高温发泡剂，会继续起作用，继续产生发泡效果，会产生二次发泡效果，进一步增加气孔率，由于生坯已经有大量气孔，将原料自重充分分散，坯体可以继续轻松膨胀增厚，最终轻松获得300mm以上厚度的发泡板材。
2、本发明示例的适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料，通过在发泡板材的表面设置建筑领域用的碳纤维布或玻璃纤维布制备的功能性面层，进一步提高材料韧性和抗冲击能力，使之更加适合作为装饰、保温、一体化的装配式建筑墙体材料，进而使之更加符合装配式建筑领域对墙材材料的要求。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
目前国内发泡陶瓷类材料制品的工艺主要是原料混均匀后，用布料机在匣钵内布料，然后高温发泡，冷却后切割加工。为了解决现有工艺所制材料强度不高，抗冲击性差，韧性低，不能满足装饰建筑对墙体材料抗震性能关键性能的要求，且很难发泡制备厚度超过200mm的发泡材料的弊端，提供了本实施例发泡板材的制备方法，具体步骤：
S1、将硅铝系废料黄金尾矿60kg、助熔剂钾钠长石15kg、高温发泡剂325目碳化硅粉8kg、增粘剂膨润土4kg、稳泡剂硼酸2kg、耐高温陶瓷纤维含锆氧化铝纤维5kg混匀后，加入价格较低廉的液体发泡剂：市售浓度30％左右的H2O2溶液6kg，制成浆料；
S2、将浆料置于匣钵内先进行低温化学发泡，然后经烘干固化后制得一定强度的多孔坯体，该坯体在烘干过程中，增塑用粘土会提供一定生坯强度；
S3、将装有多孔坯体的匣钵，送入窑内二次950-1050℃高温发泡，冷却后切割加工得发泡板材。这样的工艺可以得到大厚度的轻质高强发泡材料，且很容易使增强纤维均匀分散在基体中，使发泡材料的强度和韧性获得较大提高。
本实施例的适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料的制备步骤：
S1、在所得发泡板材表面设置沟槽，后期将预制建筑用高强玻璃纤维杆件置于所述沟槽内，通过结构胶或高强水泥和发泡基材胶结在一起，形成结构加强筋，所得加强板材可以作为主梁柱等受力结构部位；
S2、将采用建筑领域用的碳纤维布或玻璃纤维布通过高强水泥或结构胶粘接在加装加固筋的发泡板材的面层，形成功能性面层，极大的提高材料的韧性和抗冲击能力。
所述制品厚度：300-400mm；
密度：0.25g/cm3；
导热系数：0.07w/(m.k)；
抗压强度：8-10MPa；
抗冲击性显著增强。
实施例二
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
本实施例的适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料的制备步骤：
S1、在所得发泡板材表面设置沟槽，后期将预制建筑用高强玻璃纤维杆件置于所述沟槽内，通过结构胶和发泡基材胶结在一起，形成结构加强筋，所得加强板材可以作为主梁柱等受力结构部位；
S2、将采用建筑领域用的碳纤维布或玻璃纤维布通过高强水泥粘接在加装加固筋的发泡板材的面层，形成功能性面层，极大的提高材料的韧性和抗冲击能力。
实施例三
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
本实施例的适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料的制备步骤：
S1、在所得发泡板材表面设置沟槽，后期将预制建筑用高强玻璃纤维杆件置于所述沟槽内，通过高强水泥和发泡基材胶结在一起，形成结构加强筋，所得加强板材可以作为主梁柱等受力结构部位；
S2、将采用建筑领域用的碳纤维布或玻璃纤维布通过高强水泥粘接在加装加固筋的发泡板材的面层，形成功能性面层，极大的提高材料的韧性和抗冲击能力。
实施例四
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
本实施例发泡板材的制备方法，具体步骤：
S1、将硅铝系废料石材加工废料(主要是含少量氧化钾钠的硅铝系废料)80kg、助熔剂花岗岩锯泥5kg、高温发泡剂325目碳化硅粉6kg、增粘剂苏州土等高塑性粘土3kg、稳泡剂硼砂1kg、耐高温陶瓷纤维多晶氧化铝纤维5kg混匀后，加入价格较低廉的液体发泡剂：市售浓度30％左右的H2O2溶液5kg，制成浆料；
S2、将浆料置于匣钵内先进行低温化学发泡，然后经烘干固化后制得一定强度的多孔坯体，该坯体在烘干过程中，增塑用粘土会提供一定生坯强度；
S3、将装有多孔坯体的匣钵，送入窑内二次1000℃高温发泡，冷却后切割加工得发泡板材。这样的工艺可以得到大厚度的轻质高强发泡材料，且很容易使增强纤维均匀分散在基体中，使发泡材料的强度和韧性获得较大提高。
所述墙体材料制品厚度：300-400mm；
密度：0.22-0.25g/cm3；
导热系数：0.06-0.08w/(m.k)；
抗压强度：8-10MPa；
抗冲击性显著增强。
实施例五
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
本实施例发泡板材的制备方法，具体步骤：
S1、将熔点在1000-1300℃的硅铝系废料陶瓷废料60kg、助熔剂废玻璃粉7kg、高温发泡剂325目碳化硅粉10kg、增粘剂膨润土2kg、苏州土等高塑性粘土3kg、稳泡剂硼酸1kg、硼砂1kg、耐高温陶瓷纤维含锆氧化铝纤维8kg混匀后，加入价格较低廉的液体发泡剂：市售浓度30％左右的H2O2溶液8kg，制成浆料；
S2、将浆料置于匣钵内先进行低温化学发泡，然后经烘干固化后制得一定强度的多孔坯体，该坯体在烘干过程中，增塑用粘土会提供一定生坯强度；
S3、将装有多孔坯体的匣钵，送入窑内二次1050℃高温发泡，冷却后切割加工得发泡板材。这样的工艺可以得到大厚度的轻质高强发泡材料，且很容易使增强纤维均匀分散在基体中，使发泡材料的强度和韧性获得较大提高。
实施例六
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
本实施例发泡板材的制备方法，具体步骤：
S1、将硅铝系废料黄金尾矿20kg、熔点在1000-1300℃的硅铝系废料陶瓷废料40kg、助熔剂钾钠长石5kg、高温发泡剂325目碳化硅粉3kg、增粘剂膨润土4kg、稳泡剂硼砂3kg、耐高温陶瓷纤维含锆氧化铝纤维10kg混匀后，加入价格较低廉的液体发泡剂：市售浓度30％左右的H2O2溶液15kg，制成浆料；
S2、将浆料置于匣钵内先进行低温化学发泡，然后经烘干固化后制得一定强度的多孔坯体，该坯体在烘干过程中，增塑用粘土会提供一定生坯强度；
S3、将装有多孔坯体的匣钵，送入窑内二次950-1050℃高温发泡，冷却后切割加工得发泡板材。这样的工艺可以得到大厚度的轻质高强发泡材料，且很容易使增强纤维均匀分散在基体中，使发泡材料的强度和韧性获得较大提高。
实施例七
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
本实施例发泡板材的制备方法，具体步骤：
S1、将硅铝系废料黄金尾矿70kg、助熔剂废玻璃粉6kg、高温发泡剂325目碳化硅粉6kg、增粘剂膨润土5kg、稳泡剂硼酸3kg、耐高温陶瓷纤维含锆氧化铝纤维7kg混匀后，加入价格较低廉的液体发泡剂：市售浓度30％左右的H2O2溶液10kg，制成浆料；
S2、将浆料置于匣钵内先进行低温化学发泡，然后经烘干固化后制得一定强度的多孔坯体，该坯体在烘干过程中，增塑用粘土会提供一定生坯强度；
S3、将装有多孔坯体的匣钵，送入窑内二次980℃高温发泡，冷却后切割加工得发泡板材。这样的工艺可以得到大厚度的轻质高强发泡材料，且很容易使增强纤维均匀分散在基体中，使发泡材料的强度和韧性获得较大提高。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种发泡板材的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
浆料经化学发泡、烘干固化得多孔坯体，其中，所述浆料中含有低温发泡剂、高温发泡剂，在低温状态下，所述低温发泡剂释放气体，对所述浆料进行低温化学发泡；
所述多孔坯体在高温状态、高温发泡剂的作用下进行高温发泡，在所述多孔坯体的基础上继续膨胀增厚，并经烧制得发泡板材。
2.根据权利要求1所述的发泡板材的制备方法，其特征是，所述低温化学发泡的温度不高于烘干固化温度。
3.根据权利要求1所述的发泡板材的制备方法，其特征是，所述低温发泡剂占所述浆料重量含量的4.8-15％，所述高温发泡剂占所述浆料重量含量的3-10wt％。
4.根据权利要求1所述的发泡板材的制备方法，其特征是，所述低温发泡剂包括过氧化氢。
5.根据权利要求1所述的发泡板材的制备方法，其特征是，发泡板材的厚度在300mm以上。
6.根据权利要求1所述的发泡板材的制备方法，其特征是，浆料的原料还包括硅铝系废料、助熔剂、增粘剂、耐高温陶瓷纤维。
7.根据权利要求1所述的发泡板材的制备方法，其特征是，以重量份计，
所述硅铝系废料60-80份；
所述助熔剂5-15份；
所述增粘剂3-5份；
所述耐高温陶瓷纤维5-10份。
8.一种发泡板材，其特征是，根据权利要求1-7任一所述方法制得。
9.一种适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料，其特征是，在权利要求8任一所述的发泡板材的表面设置功能性面层。
10.根据权利要求9所述的适合装配式建筑用多功能轻质高强微晶发泡墙体材料，其特征是，所述功能性面层通过建筑领域用的碳纤维布或玻璃纤维布制得。
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