CN111423160A - 一种轻质地聚物保温材料及其制备方法 - Google Patents

一种轻质地聚物保温材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种轻质地聚物保温材料及其制备方法，具体涉及一种轻质地聚物保温材料及其制备方法。本发明的目的是为了解决现有泡沫混凝土耐久性差、抗压强度差以及制备方法成本高、不环保的问题，本发明由粉煤灰、偏高岭土、氢氧化钠、水玻璃、水、发泡剂、稳泡剂和轻骨料组成。制备方法为：粉煤灰、偏高岭土干料搅拌混合均匀，加入碱激发剂和水搅拌制得地聚物料浆，将发泡剂和稳泡剂加入浆料中快速搅拌再加入轻骨料继续搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料，最后注模成型，脱模，室温养护。本发明获得了强度较高、质量较轻、保温性能较好的绿色地聚物泡沫混凝土。本发明应用于建筑材料技术领域领域。

Description

一种轻质地聚物保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轻质地聚物保温材料及其制备方法。
背景技术
泡沫混凝土作为一种轻质多孔材料，在我国广泛应用于保温构件中。泡沫混凝土的密度通常为普通混凝土的10-50％，有效地降低了结构重量。普通泡沫混凝土，由硅酸盐水泥基泡沫混凝土制成的大量产品，由于水泥凝结时间较漫长，泡沫混凝土中含有大量密闭气孔且水灰比较大，导致制品易出现早期塌模、强度偏低等问题，无法形成理想结构进而发挥泡沫混凝土自身优势，大大限制了其在工程中的应用；且水泥的生产带来严重的资源浪费和环境污染，不符合当今绿色建材主题。
聚苯乙烯(EPS)颗粒是一种轻质热塑性塑料，具有低导热性、低成本和高耐久性。我国具有大量的聚苯乙烯包装废料，作为回收处理EPS方式之一，用来生产水泥基保温材料。大量研究和应用实例表明，由于EPS颗粒是憎水性有机材料，与水硬性胶凝材料不易粘结，必须使用高活性矿物掺合料和表面活性剂来改善水泥基界面过渡区的特性，因此对硅酸盐水泥混凝土的力学性能或生产成本有不利影响。现有技术有以硅酸盐水泥为主要胶凝材料，采用EPS颗粒为骨料，但其为了保证强度，需对水泥基浆体进行湿磨以细化颗粒粒度，产品制备能耗高。且泡沫发泡只能采用物理发泡方式，泡沫质量受空气压缩机性能影响大，产品稳定性差。还有技术加入最大质量比的偏高岭土，但偏高岭土价格昂贵，成本较高，且偏高领土地聚物泡沫混凝土干燥收缩率大，混凝土抗压强度有所不足。或为提高粉煤灰活性，对混合料进行多次磨细加工，加工工艺复杂，且粉煤灰质混凝土耐久性差，抗压强度也有所欠缺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有泡沫混凝土耐久性差、抗压强度差以及制备方法成本高、不环保的问题，提供了一种轻质地聚物保温材料及其制备方法。
本发明一种轻质地聚物保温材料按重量份数由30～60份粉煤灰、5～20份偏高岭土、3～5份氢氧化钠、10～20份水玻璃、9～18份水、0.8～1.8份发泡剂、0.1～0.3份稳泡剂和1.0～3.0份轻骨料组成。
本发明一种轻质地聚物保温材料的制备方法，包括如下步骤：
一、称取原料：按重量份数称取粉煤灰30～60份、偏高岭土5～20份、氢氧化钠3～5份、水玻璃10～20份、水9～18份、发泡剂0.8～1.8份、稳泡剂0.1～0.3份和轻骨料1.0～3.0份；
二、制备碱激发剂：将氢氧化钠倒入水玻璃中混合均匀，得到碱激发剂；
三、制备地聚物浆料：将粉煤灰和偏高岭土混合均匀，加入碱性激发剂和水混合，得到地质聚合物浆料；
四、混和发泡剂和骨料：在地质聚合物浆料中加入稳泡剂和发泡剂，搅拌0.5～1min；加入轻骨料，搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料；
五、浇筑成型养护：将地聚物泡沫混凝土浆料注模，1～2h后成型拆模，室温条件下养护7～14d，即完成轻质地聚物保温材料的制备。
本发明具有如下优点：
(1)充分利用废料，节能环保。本发明采用大量回收处理的EPS板材颗粒和粉煤灰等工业废料，减少生产能耗和环境污染。
(2)密度低，强度高。本发明以粉煤灰-偏高岭土基地聚物作为胶凝材料，粉煤灰占偏高岭土和粉煤灰总质量的60％～90％，加入一定量的偏高岭土可以弥补粉煤灰在早期反应中的不足，提高反应速率，缩短硬化过程，防止泡沫消泡，从而提高地聚物泡沫混凝土的内部结构稳定性，提高地聚物泡沫混凝土的强度。根据泡沫混凝土设计密度，确定泡沫含量和EPS掺量，通过调节粉煤灰-偏高岭土的组成比例可以较好的控制地聚物凝结时间，使地聚物凝结时间和气泡发泡时间一致，新拌浆体能够更好粘结EPS颗粒，尽快的固定气泡，在混凝土内形成大量封闭且均匀的气孔，使泡沫混凝土具有更好的保温隔热性能。且EPS作为地聚物泡沫混凝土轻骨料，以20％～60％的体积掺量加入泡沫混凝土中，可大幅度降低胶凝材料用量，进一步降低泡沫混凝土的密度，在降低泡沫混凝土密度提高保温性能的同时，可有效抑制聚合物干缩变形导致的裂缝，提高地聚物泡沫混凝土的力学性能。
(3)吸水率低。泡沫混凝土在吸水后会降低保温性能，因此吸水率对泡沫混凝土抗渗、抗冻以及长期保温等耐久性能影响较大。在正常压力下，由于毛细张力作用，浆体中连通的孔隙是水渗透的主要通道。EPS的加入降低了浆体用量，同时也减少了孔隙率，由于EPS颗粒为有机材料，具有显著的疏水性，因此可有效降低泡沫混凝土的吸水率，提高泡沫混凝土的耐久性能。
(4)发泡工艺简单。本发明制备泡沫采用化学发泡方式，利用化学制剂在混凝土中发生化学反应产生气体从而发泡，相比物理发泡工艺简单，气泡尺寸一般大于物理发泡的泡沫，在超轻泡沫混凝土制备上具有一定优势，由于地聚物浆料凝结速度快，可快速固定化学发泡方式生成的气孔，更适合化学发泡，产品稳定性好。
(5)生产周期短，效益高。地聚物泡沫混凝土的凝结硬化可在1～2h之内完成，之后即可脱模自然条件下养护7～14天可达到80％以上强度，产品生产周期短，模板使用率高，生产成本低、经济效益高。
本发明提出了绿色轻质高强地聚物泡沫混凝土的配合比方案及制备工艺。通过实施本发明的配合比方案及制备工艺，可制得泡沫混凝土的干表观密度为300～700kg/m3、抗压强度为2.0～6.0MPa、导热系数为0.080～0.120W/(m·k)。即可批量生产获得强度较高、质量较轻、保温性能较好的绿色地聚物泡沫混凝土，解决泡沫混凝土强度低、耐久性差的问题，扩大了地聚物泡沫混凝土在建筑工程领域的应用范围。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种轻质地聚物保温材料按重量份数由30～60份粉煤灰、5～20份偏高岭土、3～5份氢氧化钠、10～20份水玻璃、9～18份水、0.8～1.8份发泡剂、0.1～0.3份稳泡剂和1.0～3.0份轻骨料组成。
本实施方式中偏高岭土为高岭土在800～900℃的温度下煅烧所形成的高活性无水硅酸铝物质。
本实施方式制得泡沫混凝土的干表观密度为300～700kg/m3、抗压强度为2.0～6.0MPa、导热系数为0.080～0.120W/(m·k)。即可批量生产获得强度较高、质量较轻、保温性能较好的绿色地聚物泡沫混凝土，解决泡沫混凝土强度低、耐久性差的问题。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的粉煤灰为F类I级粉煤灰。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的氢氧化钠为纯度大于96％的固体。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的水玻璃为硅酸钠溶液，模数为3.3。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的发泡剂为质量浓度为30％的过氧化氢溶液。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的稳泡剂为硬脂酸钙。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的轻骨料为EPS颗粒，粒径2～5mm，堆积密度为10～14kg/m3。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式一种轻质地聚物保温材料的制备方法，包括如下步骤：
一、称取原料：按重量份数称取粉煤灰30～60份、偏高岭土5～20份、氢氧化钠3～5份、水玻璃10～20份、水9～18份、发泡剂0.8～1.8份、稳泡剂0.1～0.3份和轻骨料1.0～3.0份；
二、制备碱激发剂：将氢氧化钠倒入水玻璃中混合均匀，得到碱激发剂；
三、制备地聚物浆料：将粉煤灰和偏高岭土混合均匀，加入碱性激发剂和水混合，得到地质聚合物浆料；
四、混和发泡剂和骨料：在地质聚合物浆料中加入稳泡剂和发泡剂，搅拌0.5～1min；加入轻骨料，搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料；
五、浇筑成型养护：将地聚物泡沫混凝土浆料注模，1～2h后成型拆模，室温条件下养护7～14d，即完成轻质地聚物保温材料的制备。
本实施方式以粉煤灰-偏高岭土基地聚物胶凝材料代替水泥作为泡沫混凝土的胶凝材料，不仅可以充分利用工业废料、节约资源，同时还可以最大程度地降低水泥生产及使用过程中二氧化碳的排放量，起到保护环境的作用。采用回收处理的EPS板材颗粒，以20％～60％的体积掺量加入泡沫混凝土中，可大幅度降低胶凝材料用量，进一步降低泡沫混凝土的密度，节能环保。生产周期短，效益高。地聚物泡沫混凝土的凝结硬化可在1～2h之内完成，之后即可脱模自然条件下养护7～14天可达到80％以上强度，产品生产周期短，模板使用率高，生产成本低、经济效益高。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤二中混合均匀后在常温条件下密封静置24h或采取水浴降温处理至室温，得到碱激发剂。其他与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九不同的是：室温条件是指温度为20±2℃、相对湿度大于60％。其他与具体实施方式八或九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1、本实施例轻质地聚物保温材料按重量份数由55份粉煤灰、6份偏高岭土、3.55份氢氧化钠、16份硅酸钠溶液、14份水、0.93份过氧化氢溶液、0.26份硬脂酸钙和2.8份EPS颗粒组成。
制备方法：一、制备碱激发剂：将3.55份氢氧化钠倒入16份硅酸钠溶液中混合均匀，在常温条件下密封静置24h，得到碱激发剂；
二、制备地聚物浆料：将55份粉煤灰和6份偏高岭土混合均匀，加入碱性激发剂和14份水，得到地质聚合物浆料；
三、混和发泡剂和骨料：在地质聚合物浆料中加入0.93份过氧化氢溶液和0.26份硬脂酸钙，搅拌1min；加入2.8份EPS颗粒，搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料；
四、浇筑成型养护：将地聚物泡沫混凝土浆料注模，2h后成型拆模，室温条件下养护7d，得到轻质地聚物保温材料。
测定产品的干表观密度为385kg/m3，抗压强度为3.55MPa，导热系数为0.107W/m·K，体积吸水率为5.1％
实施例2：本实施例轻质地聚物保温材料按重量份数由41份粉煤灰、20份偏高岭土、3.65份氢氧化钠、17份硅酸钠溶液、15份水、0.84份过氧化氢溶液、0.24份硬脂酸钙和2.55份EPS颗粒组成。
制备方法：一、制备碱激发剂：将3.65份氢氧化钠倒入17份硅酸钠溶液中混合均匀，在常温条件下密封静置24h，得到碱激发剂；
二、制备地聚物浆料：将41份粉煤灰和20份偏高岭土混合均匀，加入碱性激发剂和15份水，得到地质聚合物浆料；
三、混和发泡剂和骨料：在地质聚合物浆料中加入0.84份过氧化氢溶液和0.24份硬脂酸钙，搅拌1min；加入2.55份EPS颗粒，搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料；
四、浇筑成型养护：将地聚物泡沫混凝土浆料注模，2h后成型拆模，室温条件下养护7d，得到轻质地聚物保温材料。
测定产品的干表观密度为379kg/m3，抗压强度为2.66MPa，导热系数为0.087W/m·K，体积吸水率为6.3％
实施例3：本实施例轻质地聚物保温材料按重量份数由38份粉煤灰、16份偏高岭土、4.2份氢氧化钠、20份硅酸钠溶液、17份水、1.66份过氧化氢溶液、0.23份硬脂酸钙和2.5份EPS颗粒组成。
制备方法：一、制备碱激发剂：将4.2份氢氧化钠倒入20份硅酸钠溶液中混合均匀，在常温条件下密封静置24h，得到碱激发剂；
二、制备地聚物浆料：将38份粉煤灰和16份偏高岭土混合均匀，加入碱性激发剂和17份水，得到地质聚合物浆料；
三、混和发泡剂和骨料：在地质聚合物浆料中加入1.66份过氧化氢溶液和0.23份硬脂酸钙，搅拌1min；加入2.5份EPS颗粒，搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料；
四、浇筑成型养护：将地聚物泡沫混凝土浆料注模，2h后成型拆模，室温条件下养护7d，得到轻质地聚物保温材料。
测定产品的干表观密度为403kg/m3，抗压强度为3.67MPa，导热系数为0.092W/m·K，体积吸水率为5.5％
实施例4：本实施例轻质地聚物保温材料按重量份数由45份粉煤灰、19份偏高岭土、3.35份氢氧化钠、15份硅酸钠溶液、14.7份水、0.97份过氧化氢溶液、0.28份硬脂酸钙和1.6份EPS颗粒组成。
制备方法：一、制备碱激发剂：将3.35份氢氧化钠倒入15份硅酸钠溶液中混合均匀，在常温条件下密封静置24h，得到碱激发剂；
二、制备地聚物浆料：将45份粉煤灰和19份偏高岭土混合均匀，加入碱性激发剂和14.7份水，得到地质聚合物浆料；
三、混和发泡剂和骨料：在地质聚合物浆料中加入0.97份过氧化氢溶液和0.28份硬脂酸钙，搅拌1min；加入1.6份EPS颗粒，搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料；
四、浇筑成型养护：将地聚物泡沫混凝土浆料注模，2h后成型拆模，室温条件下养护7d，得到轻质地聚物保温材料。
测定产品的干表观密度为612kg/m3，抗压强度为5.2MPa，导热系数为0.118W/m·K，体积吸水率为6.4％
实施例5：本实施例轻质地聚物保温材料按重量份数由42.5份粉煤灰、18份偏高岭土、3.9份氢氧化钠、18.2份硅酸钠溶液、14.6份水、0.92份过氧化氢溶液、0.26份硬脂酸钙和1.46份EPS颗粒组成。
制备方法：一、制备碱激发剂：将3.9份氢氧化钠倒入18.2份硅酸钠溶液中混合均匀，在常温条件下密封静置24h，得到碱激发剂；
二、制备地聚物浆料：将42.5份粉煤灰和18份偏高岭土混合均匀，加入碱性激发剂和14.6份水，得到地质聚合物浆料；
三、混和发泡剂和骨料：在地质聚合物浆料中加入0.92份过氧化氢溶液和0.26份硬脂酸钙，搅拌1min；加入1.46份EPS颗粒，搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料；
四、浇筑成型养护：将地聚物泡沫混凝土浆料注模，2h后成型拆模，室温条件下养护7d，得到轻质地聚物保温材料。
测定产品的干表观密度为481kg/m3，抗压强度为4.83MPa，导热系数为0.103W/m·K，体积吸水率为7.2％。
实施例1-实施例5中，粉煤灰为F类I级粉煤灰；偏高岭土为高岭土在800～900℃的温度下煅烧所形成的高活性无水硅酸铝物质。EPS颗粒为破碎聚苯乙烯泡沫板得到的,粒径为2～4mm，堆积密度为12kg/m3。硅酸钠溶液中氧化钠质量含量为8.5％，二氧化硅质量含量为27％，模数为3.3。所述的发泡剂为质量浓度为30％的过氧化氢溶液；所述的氢氧化钠为纯度大于96％的固体；步骤四中室温条件是指温度为20±2℃、相对湿度大于60％。
综上所述，本发明提出了绿色轻质高强地聚物泡沫混凝土的配合比方案及制备工艺。通过实施本发明的配合比方案及制备工艺，可制得泡沫混凝土的干表观密度为300～700kg/m3、抗压强度为2.0～6.0MPa、导热系数为0.080～0.120W/(m·k)。即可批量生产获得强度较高、质量较轻、保温性能较好的绿色地聚物泡沫混凝土，解决泡沫混凝土强度低、耐久性差的问题，扩大了地聚物泡沫混凝土在建筑工程领域的应用范围。

Claims (10)

1.一种轻质地聚物保温材料，其特征在于该保温材料按重量份数由30～60份粉煤灰、5～20份偏高岭土、3～5份氢氧化钠、10～20份水玻璃、9～18份水、0.8～1.8份发泡剂、0.1～0.3份稳泡剂和1.0～3.0份轻骨料组成。
2.根据权利要求1所述的一种轻质地聚物保温材料，其特征在于所述的粉煤灰为F类I级粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的一种轻质地聚物保温材料，其特征在于所述的氢氧化钠为纯度大于96％的固体。
4.根据权利要求1所述的一种轻质地聚物保温材料，其特征在于所述的水玻璃为硅酸钠溶液，模数为3.3。
5.根据权利要求1所述的一种轻质地聚物保温材料，其特征在于所述的发泡剂为质量浓度为30％的过氧化氢溶液。
6.根据权利要求1所述的一种轻质地聚物保温材料，其特征在于所述的稳泡剂为硬脂酸钙。
7.根据权利要求1所述的一种轻质地聚物保温材料，其特征在于所述的轻骨料为EPS颗粒，粒径2～5mm，堆积密度为10～14kg/m3。
8.制备如权利要求1所述的一种轻质地聚物保温材料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
一、称取原料：按重量份数称取粉煤灰30～60份、偏高岭土5～20份、氢氧化钠3～5份、水玻璃10～20份、水9～18份、发泡剂0.8～1.8份、稳泡剂0.1～0.3份和轻骨料1.0～3.0份；
二、制备碱激发剂：将氢氧化钠倒入水玻璃中混合均匀，得到碱激发剂；
三、制备地聚物浆料：将粉煤灰和偏高岭土混合均匀，加入碱性激发剂和水混合，得到地质聚合物浆料；
四、混和发泡剂和骨料：在地质聚合物浆料中加入稳泡剂和发泡剂，搅拌0.5～1min；加入轻骨料，搅拌混合均匀得到地聚物泡沫混凝土浆料；
五、浇筑成型养护：将地聚物泡沫混凝土浆料注模，1～2h后成型拆模，室温条件下养护7～14d，即完成轻质地聚物保温材料的制备。
9.根据权利要求8所述的一种轻质地聚物保温材料的制备方法，其特征在于步骤二中混合均匀后在常温条件下密封静置24h或采取水浴降温处理至室温，得到碱激发剂。
10.根据权利要求8所述的一种轻质地聚物保温材料的制备方法，其特征在于室温条件是指温度为20±2℃、相对湿度大于60％。
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