CN111268950B - 保温隔热建筑制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种保温隔热建筑制品及其制备方法。该保温隔热建筑制品，由以下原料组成：第一混合物料，碱性激发剂，发泡液；其中，第一混合物料由60％‑70％的盾构渣土与30％‑40％的活性废渣组成；碱性激发剂与活性废渣的质量比为0.5‑1.8:1；发泡液由发泡剂，稳泡剂和水配制，其中，发泡剂与稳泡剂的质量比为1‑5:1，发泡剂与稳泡剂总的质量与水的质量比为1:20‑50；盾构渣土的粒径为0‑2mm，发泡液发泡后的体积与盾构渣土和活性废渣总的体积比为0.25‑1:1。本发明还包括上述制品的制备方法。本发明提供了一种基于盾构渣土的体积密度小、抗压强度高、力学性能稳定、导热系数低的轻质保温隔热建筑制品。

Description

保温隔热建筑制品及其制备方法
技术领域
本发明涉及建材材料技术和固废处理领域，尤其涉及一种保温隔热建筑制品及其制备方法。
背景技术
渣土的现有的处理方式一般是将渣土运输至指定的渣土消纳场露天堆放或者在项目回填区进行填埋。由于盾构渣土含水率高、危害性大，露天堆放极易产生滑坡等事故，存在极大地安全隐患，同时会占用大量土地资源且污染周边水土环境。
粒化高炉矿渣、粉煤灰、硅灰等都是工业生产过程中产生的废渣，每年产量大、来源丰富，且具有一定的显性或隐性活性，是很好的辅助胶凝材料。将最难处理的2mm以下的盾构渣土结合活性废渣，可以生产各种类型的免烧制品，达到以废治废的目的。而基于盾构渣土自身容重大的特点，所生产的产品密度接近于混凝土，因此，在重量上没有优势。
基于盾构渣土制备轻质建筑制品，既符合可持续发展和绿色发展的理念，又将产生巨大的社会效益、环境效益和经济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何基于盾构渣土的体积密度小、抗压强度高、力学性能稳定、导热系数低的轻质保温隔热建筑制品。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种保温隔热建筑制品及其制备方法。
本发明提出一种保温隔热建筑制品，由以下原料组成：第一混合物料，碱性激发剂，发泡液；其中，所述第一混合物料按重量份计算，由60％-70％的盾构渣土与30％-40％的活性废渣组成；所述碱性激发剂与所述活性废渣的质量比为0.5-1.8:1；所述发泡液由发泡剂，稳泡剂和水配制，其中，所述发泡剂与所述稳泡剂的质量比为1-5:1，所述发泡剂与所述稳泡剂总的质量与所述水的质量比为1:20-50；所述盾构渣土的粒径为0-2mm，所述发泡液发泡后的体积与所述盾构渣土和所述活性废渣总的体积比为0.25-1:1。
优选地，活性废渣包括粒化高炉矿渣、粉煤灰和硅灰中的一种或多种。
优选地，所述活性废渣的比表面积不小于300m2/kg。
优选地，发泡剂为阴离子型十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。
优选地，所述稳泡剂为改性FM-550型硅树脂聚醚乳液，聚醚含量55％。
优选地，粒径为0-2mm所述盾构渣土中粒径在0.075mm-2mm的所述盾构渣土占35％以上。
优选地，所述碱性激发剂包括氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液中的一种或两种、以及水玻璃；其中，所述氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液的物质的量浓度为8-10mol/L，所述水玻璃与所述氢氧化钾溶液或所述氢氧化钠溶液中的一种或两种的质量比为1-5:1，水玻璃模数为3.1-3.4。
本发明还提出了一种上述保温隔热建筑制品的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比将盾构渣土和活性废渣混合并搅拌均匀得第一混合物料，之后按配比加入碱性激发剂继续搅拌；之后加入水继续搅拌得到流动状态的第二混合物料；
2)按照发泡剂和稳泡剂的总质量与水的质量比1:20-50将发泡剂和稳泡剂加水混合得发泡液，将所述发泡液发泡至所述第一混合物料体积的0.25-1倍制得泡沫；
3)将步骤2)制得的所述泡沫和步骤1)制得的所述的第二混合物料混合，之后浇筑入模养护，得所述保温隔热建筑制品。
优选地，在步骤3)中，将步骤2)的所述泡沫和步骤1)的所述第一混合物料以120-150r/min的速度搅拌2-3min混合。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：盾构渣土和活性废渣的主要氧化物为SiO2和Al2O3，与活性废渣的质量比为0.5-1.8:1的碱性激发剂溶液加入后，物料中的铝硅酸盐玻璃相在碱性作用下发生溶解，部分Si-O-Si、Al-O-Al键发生断裂，形成分散的[SiO4]4-和[AlO4]5-絮凝状产物，并向颗粒间隙扩散，发生缩聚反应，最后形成胶凝物质。同时，硅酸盐溶液的复合使用加速了胶凝相的形成，从而使制品获得更好的强度。另一方面，占主要成分的粒径在0-2mm的盾构渣土构成了制品整体的骨架结构。与此同时，占次要组分的活性废渣产生的水化生成硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙凝胶，进一步填充并密实制品的孔隙，从而提高制品的抗压强度，稳泡剂用于稳定发泡剂所发起的泡，发泡液起的泡的体积与盾构渣土与活性废渣总的体积比为0.25-1:1能够降低混合物料(盾构渣土、活性废渣和碱性激发剂溶液的混合物)的表面张力，并形成封闭的气孔在物料中，因此减小了制品表观密度，从而导致制品轻，因此，该保温隔热建筑制品在确保产品强度的基础上材质轻。本发明提供了一种基于盾构渣土的体积密度小、抗压强度高、力学性能稳定、导热系数低的轻质保温隔热建筑制品。
本发明通过采用发泡的形式，将性能稳定的泡沫均匀混合在2mm以下盾构渣土和活性废渣的混合物料中，从而达到减轻产品自身重量的目的。由于不同类型渣土粉粒、黏粒含量不同，活性废渣差异也较大，导致不同物料的液限有所区别。因此，根据物料液限值调节液体和固体质量比，在加入碱性激发剂溶液的基础上加入不同质量的水，使物料达到均匀的流动状态，进一步通过泡沫与混合干物料的体积比控制气泡率，从而达到最佳的发泡效果。同时，由于氢氧化钠及水玻璃溶液属于无机物水溶液，其表面张力随着浓度的增加基本不变，即针对不同配比来说基本不影响其加入后混合物料的发泡效果。因此，根据不同的气泡率，可以获得不同体积密度、抗压强度以及导热系数等级的盾构渣土轻质保温隔热建筑制品。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本具体实施方式中的盾构渣土取自长沙地铁某区间的渣土样，左线为中风化砾岩渣土，右线为泥质粉砂岩渣土。对盾构隧道内取的新鲜渣土样晾干或烘干，破碎、筛分出2mm以下的渣土。取300g过2mm筛的渣土样，并用0.075mm的筛子筛洗干净后烘干，进行颗粒分析，2mm以下泥质粉砂岩和中风化砾岩渣土粒径分布如下表1所示，可以看出，筛洗后0.075mm以上的砂粒达到35％以上，构成了制品的整体骨架结构。泥质粉砂岩渣土1-2mm、0.5-1mm、0.25-0.5mm、0.075-0.25mm粒径区间质量占比相较于中风化砾岩渣土分别减少0.9％、3.1％、1.0％、2.5％。因此，对于同种配合比来说，采用泥质粉砂岩渣土制备的轻质制品强度要低于中风化砾岩渣土。
表1 2mm以下渣土筛洗后的粒径分布(质量百分比)
Figure BDA0002416939230000041
经检测，本具体实施方式中的盾构渣土(不同区间及取样点会有部分差别)、粉煤灰、高炉矿渣的主要化学成分如下表2所示：
表2主要化学成分分析表
Figure BDA0002416939230000051
本具体实施方式提出一种保温隔热建筑制品，由以下原料组成：第一混合物料，碱性激发剂，发泡液；其中，所述第一混合物料按重量份计算，由60％-70％的盾构渣土与30％-40％的活性废渣组成；所述碱性激发剂与所述活性废渣的质量比为0.5-1.8:1；所述发泡液由发泡剂，稳泡剂和水配制，其中，所述发泡剂与所述稳泡剂的质量比为1-5:1，所述发泡剂与所述稳泡剂总的质量与所述水的质量比为1:20-50；所述盾构渣土的粒径为0-2mm，所述发泡液发泡后的体积与所述盾构渣土和所述活性废渣总的体积比为0.25-1:1。
在本具体实施方式中，所述活性废渣包括粒化高炉矿渣、粉煤灰和硅灰中的一种或多种，优选地，所述活性废渣的比表面积不小于300m2/kg。由于高炉矿渣活性较粉煤灰高，对于同种渣土、同种配合比来说，采用高炉矿渣作为活性废渣制备的轻质制品强度要高于粉煤灰。
在本具体实施方式中，发泡剂优选为阴离子型十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种；所述稳泡剂优选为改性FM-550型硅树脂聚醚乳液，聚醚含量55％。
在本具体实施方式中，粒径为0-2mm所述盾构渣土中粒径在0.075mm-2mm的所述盾构渣土占35％以上，粒径为0-2mm所述盾构渣土含水率低于2％。
在本具体实施方式中，所述碱性激发剂包括氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液中的一种或两种、以及水玻璃；其中，所述氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液的物质的量浓度为8-10mol/L，所述水玻璃与所述氢氧化钾溶液或所述氢氧化钠溶液中的一种或两种的质量比为1-5:1，水玻璃模数为3.1-3.4。
本具体实施方式还包括上述保温隔热建筑制品的制备方法，包括以下步骤：
1)按配比将盾构渣土和活性废渣在混合机中混合并搅拌5-10min至均匀得第一混合物料，之后按配比加入碱性激发剂继续搅拌1-2min；之后加入水继续搅拌1-2min得到流动状态的第二混合物料；
2)按照发泡剂和稳泡剂的总质量与水的质量比1:20-50将发泡剂和稳泡剂加水混合得发泡液，将所述发泡液在发泡机中发泡至所述第一混合物料体积的0.25-1倍制得泡沫；
3)将步骤2)制得的所述泡沫和步骤1)制得的所述的第二混合物料以120-150r/min的速度搅拌2-3min混合混合，之后浇筑覆膜自然养护1-3d后拆模，然后继续覆膜自然养护至28d，得保温隔热建筑制品。
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但不作为对本发明的限制。
实施例1
本实施例中的盾构渣土取自长沙地铁某区间的泥质粉砂岩，将渣土料晾干或烘干，破碎、过2mm筛，备用；粒化高炉矿渣目数200；碱性激发剂中，氢氧化钠溶液浓度为10mol/L，水玻璃模数为3.26，水玻璃与所述氢氧化钠溶液的质量比为2:1；发泡剂为阴离子型十二烷基硫酸钠(SDS)；稳泡剂为改性FM-550型硅树脂聚醚乳液，聚醚含量55％，均为市售。
本实施例中的保温隔热建筑制品，由以下原料组成：泥质粉砂岩盾构渣土，粒化高炉矿渣，碱性激发剂，发泡液；其中，所述第一混合物料按重量份计算，由70％的盾构渣土与30％的活性废渣组成；所述碱性激发剂与所述粒化高炉矿渣的质量比为0.75:1；所述发泡液由阴离子型十二烷基硫酸钠，改性FM-550型硅树脂聚醚乳液和水配制，其中，所述阴离子型十二烷基硫酸钠与改性FM-550型硅树脂聚醚乳液的质量比为2:1，所述阴离子型十二烷基硫酸钠与改性FM-550型硅树脂聚醚乳液总的质量与所述水的质量比为1:20；所述盾构渣土的粒径为0-2mm，所述发泡剂发泡后的体积与所述盾构渣土与所述活性废渣总的体积比为0.25:1；发泡液占物料质量的5.6wt％；根据物料的液限值，外加物料质量16.7wt％的水。
本实施例中的保温隔热建筑制品的制备方法如下：
1)将2mm以下泥质粉砂岩盾构渣土和粒化高炉矿渣在搅拌机中干拌5min至均匀得第一混合物料，然后按配比加入碱性激发剂继续搅拌1min；之后加入第一混合物料和碱性激发剂总的物料的16.7wt％质量的水搅拌2min，至物料达到均匀的流动状态的第二混合物料；
2)将发泡液按照0.25倍于第一混合物料的体积在发泡机中制泡；
3)再将制备好的泡沫和制备好的第二混合物料缓慢混合，以150r/min的速度搅拌2min至均匀之后浇筑入模，覆膜自然养护1d后拆模，然后继续覆膜自然养护至28d，得最终的保温隔热建筑制品。
经测试，所制备轻质保温隔热建筑制品的体积密度为1203kg/m3，抗压强度为4.0MPa，导热系数为0.1763W/(m★K)。
实施例2
本实施例中的盾构渣土取自长沙地铁某区间的中风化砾岩，将渣土料晾干或烘干，破碎、过2mm筛，备用；粒化高炉矿渣目数200；碱性激发剂中，氢氧化钠溶液浓度为10mol/L，水玻璃模数为3.26，水玻璃与所述氢氧化钠溶液的质量比为2:1；发泡剂为阴离子型十二烷基硫酸钠(SDS)；稳泡剂为改性FM-550型硅树脂聚醚乳液，聚醚含量55％，均为市售。
本实施例中的保温隔热建筑制品，由以下原料组成：中风化砾岩盾构渣土，粒化高炉矿渣，碱性激发剂，发泡液；其中，所述第一混合物料按重量份计算，由70％的盾构渣土与30％的活性废渣组成；所述碱性激发剂与所述粒化高炉矿渣的质量比为0.75:1；所述发泡液由阴离子型十二烷基硫酸钠，改性FM-550型硅树脂聚醚乳液和水配制，其中，所述阴离子型十二烷基硫酸钠与改性FM-550型硅树脂聚醚乳液的质量比为2:1，所述阴离子型十二烷基硫酸钠与改性FM-550型硅树脂聚醚乳液总的质量与所述水的质量比为1:20；所述盾构渣土的粒径为0-2mm，所述发泡剂发泡后的体积与所述盾构渣土与所述活性废渣总的体积比为0.25:1；发泡液占物料质量的5.6wt％；根据物料的液限值，外加物料质量11.9wt％的水。本实施例中的保温隔热建筑制品的制备方法如下：
1)将2mm以下中风化砾岩盾构渣土和粒化高炉矿渣在搅拌机中干拌5min至均匀得第一混合物料，然后按配比加入碱性激发剂继续搅拌1min；之后加入第一混合物料和碱性激发剂总的物料的11.9wt％质量的水搅拌2min，至物料达到均匀的流动状态的第二混合物料；
2)将发泡液按照0.25倍于第一混合物料的体积在发泡机中制泡；
3)再将制备好的泡沫和制备好的第二混合物料缓慢混合，以150r/min的速度搅拌2min至均匀之后浇筑入模，覆膜自然养护1d后拆模，然后继续覆膜自然养护至28d，得保温隔热建筑制品。
经测试，所制备轻质保温隔热建筑制品的体积密度为1491kg/m3，抗压强度为12.4MPa，导热系数为0.1950W/(m★K)。
实施例3
本实施例中制备的保温隔热建筑制品的方法与实施例2的区别在于：将发泡液按照0.5倍于第一混合物料的体积在发泡机中制泡。
经测试，所制备轻质保温隔热建筑制品的体积密度为1253kg/m3，抗压强度为8.9MPa，导热系数为0.1515W/(mZK)，通过增大发泡液的发泡体积，制得的产品具有更小的体积密度和导热系数。
实施例4
本实施例中的盾构渣土取自长沙地铁某区间的中风化砾岩，将渣土料晾干或烘干，破碎、过2mm筛，备用；粉煤灰目数200；碱性激发剂中，氢氧化钠溶液浓度为10mol/L，水玻璃模数为3.26，水玻璃与所述氢氧化钠溶液的质量比为2:1；发泡剂为阴离子型十二烷基硫酸钠(SDS)；稳泡剂为改性FM-550型硅树脂聚醚乳液，聚醚含量55％，均为市售。
本实施例中的保温隔热建筑制品，由以下原料组成：中风化砾岩盾构渣土，粉煤灰，碱性激发剂，发泡液；其中，所述第一混合物料按重量份计算，由70％的盾构渣土与30％的活性废渣组成；所述碱性激发剂与所述粉煤灰的质量比为1.5:1；所述发泡液由阴离子型十二烷基硫酸钠，改性FM-550型硅树脂聚醚乳液和水配制，其中，所述阴离子型十二烷基硫酸钠与改性FM-550型硅树脂聚醚乳液的质量比为2:1，所述阴离子型十二烷基硫酸钠与改性FM-550型硅树脂聚醚乳液总的质量与所述水的质量比为1:20；所述盾构渣土的粒径为0-2mm，所述发泡剂发泡后的体积与所述盾构渣土与所述活性废渣总的体积比为0.25:1；发泡液占物料质量的5.6wt％；根据物料的液限值，外加物料质量22.2wt％的水。
本实施例中的保温隔热建筑制品的制备方法如下：
1)将2mm以下中风化砾岩盾构渣土和粉煤灰在搅拌机中干拌5min至均匀得第一混合物料，然后按配比加入碱性激发剂继续搅拌1min；之后加入第一混合物料和碱性激发剂总的物料的22.2wt％质量的水搅拌2min，至物料达到均匀的流动状态的第二混合物料；
2)将发泡液按照0.25倍于第一混合物料的体积在发泡机中制泡；
3)再将制备好的泡沫和制备好的第二混合物料缓慢混合，以150r/min的速度搅拌2min至均匀之后浇筑入模，覆膜自然养护3d后拆模，然后继续覆膜自然养护至28d，得保温隔热建筑制品。
经测试，所制备轻质保温隔热建筑制品的体积密度为1331kg/m3，抗压强度为3.8MPa。
本发明其他有益效果：
1)本发明原材料来源丰富，成本低，可获得性强。对盾构渣土结合传统的活性废渣进行资源化处理及利用，制作绿色环保的轻质隔热保温建筑制品，为盾构渣土的处理及发泡提供了一种方法，制备过程简便、自然养护成型，生产成本低。同时，消纳了巨量的土压平衡盾构渣土，既符合可持续发展和绿色发展的理念，又将产生巨大的社会效益、环境效益和经济效益，实现“以废治废，变废为宝”。
2)由于渣土中0.075mm及以上砂粒占比达到35％以上，构成了制品整体的骨架结构强度。与此同时，活性废渣特别是粒化高炉矿渣还能直接水化生成硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙凝胶，进一步填充并密实制品的孔隙。因此，胶凝物质或活性废渣的水化产物以及渣土自身的骨架结构共同构成了轻质制品整体的抗压强度。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (8)

1.一种保温隔热建筑制品，其特征在于，由以下原料组成：第一混合物料，碱性激发剂，发泡液；其中，所述第一混合物料按重量份计算，由60％-70％的盾构渣土与30％-40％的活性废渣组成；所述碱性激发剂与所述活性废渣的质量比为0.5-1.8:1；所述发泡液由发泡剂，稳泡剂和水配制，其中，所述发泡剂与所述稳泡剂的质量比为1-5:1，所述发泡剂与所述稳泡剂总的质量与所述水的质量比为1:20-50；所述盾构渣土的粒径为0-2mm，所述发泡液发泡后的体积与所述盾构渣土和所述活性废渣总的体积比为0.25-1:1；粒径为0-2mm所述盾构渣土中粒径在0.075mm-2mm的所述盾构渣土占35％以上，为所述制品提供整体的骨架结构强度。
2.根据权利要求1所述的保温隔热建筑制品，其特征在于，活性废渣包括粒化高炉矿渣、粉煤灰和硅灰中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的保温隔热建筑制品，其特征在于，所述活性废渣的比表面积不小于300m2/kg。
4.根据权利要求1所述的保温隔热建筑制品，其特征在于，发泡剂为阴离子型十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的保温隔热建筑制品，其特征在于，所述稳泡剂为改性FM-550型硅树脂聚醚乳液，聚醚含量55％。
6.根据权利要求1所述的保温隔热建筑制品，其特征在于，所述碱性激发剂包括氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液中的一种或两种、以及水玻璃；其中，所述氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液的物质的量浓度为8-10mol/L，所述水玻璃与所述氢氧化钾溶液或所述氢氧化钠溶液中的一种或两种的质量比为1-5:1，水玻璃模数为3.1-3.4。
7.一种权利要求1-6任一项所述的保温隔热建筑制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按配比将盾构渣土和活性废渣混合并搅拌均匀得第一混合物料，之后按配比加入碱性激发剂继续搅拌；之后加入水继续搅拌得到流动状态的第二混合物料；
2)按照发泡剂和稳泡剂的总质量与水的质量比1:20-50将发泡剂和稳泡剂加水混合得发泡液，将所述发泡液发泡至所述第一混合物料体积的0.25-1倍制得泡沫；
3)将步骤2)制得的所述泡沫和步骤1)制得的所述的第二混合物料混合，之后浇筑入模养护，得所述保温隔热建筑制品。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，将步骤2)的所述泡沫和步骤1)的所述第一混合物料以120-150r/min的速度搅拌2-3min混合。
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