CN112049266B - 一种可再生的环保建筑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可再生的环保建筑材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域，所述建筑材料由底层和表层构成的双层结构，所述底层为再生发泡真空板，所述表层为复合石英纤维板，原料包括水泥块废料、陶瓷碎片、煤灰、粘土等，制备的环保建筑材料用于建筑的外墙保温。该建筑材料利用可再生的无机建筑废料作为原料进行制备，实现可循环绿色发展，制备得到的建筑材料能达到隔热、保温、防火、无毒无害的目的，同时还具有环保、低碳、节能和可再生的特点，为建筑行业的可持续发展、为建筑节能减排事业做出相应的贡献。

Description

一种可再生的环保建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种可再生的环保建筑材料及其制备方法。
背景技术
建筑是民生之大事，安居乐业社会稳定之基础，而建筑墙体实行节能保温已经列入我国的基本国策，因此，建筑外保温市场需求量将巨大。但是近年来，我国发生多起因为外墙保温材料引发的火灾事故，造成了巨大的经济损失和人身伤亡。传统的有机保温材料虽然具有一定的保温效果，但是不具备防火性能。我国每年新建建筑面积近20亿平方米，其中约80%为高能耗建筑物，因此我国建筑物面积采暖能耗约为发达国家的4倍，所以我国现在急需产品质量优良，节能效果好，防火性能佳，性能价格比高的建筑外保温材料。
目前我国建筑用保温材料，特别是外墙外保温用材料以有机材料为主体，其中聚苯乙烯市场占有率为90%左右，聚氨酯约为10%，用聚苯板、挤塑聚苯板、聚氨酯等有机材料做保温材料的楼房，从着火到烧至100米高只需30秒，并且在燃烧中会产生大量剧毒气体，人只要吸入便可致命，并且这类材料使用寿命一般为5-20年，而建筑设计寿命为50-70年，这意味着同一建筑在其寿命期间得做几次保温，而每翻新一次所花费用是新建时的三到四倍。因此我们急需一种新型的环保建筑材料，同时具有隔热、保温、防火、无毒无害的功能，该环保建筑材料原料为再生的无机建筑废料，不仅节约原料，达到资源最大化利用，同时还尽量减少建筑垃圾，实现绿色建材，为建筑行业的可持续发展、为建筑节能减排事业做出相应的贡献。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可再生的环保建筑材料及其制备方法，制备的环保建筑材料用于建筑的外墙保温。该建筑材料利用可再生的无机建筑废料作为原料进行制备，实现可循环绿色发展，制备得到的建筑材料能达到隔热、保温、防火、无毒无害的目的，同时还具有环保、低碳、节能和可再生的特点，为建筑行业的可持续发展、为建筑节能减排事业做出相应的贡献。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种可再生的环保建筑材料，所述建筑材料由底层和表层构成的双层结构，所述底层为再生发泡真空板，所述表层为复合石英纤维板。
进一步，所述建筑材料的厚度为1-1.5cm，其中再生发泡真空板的厚度0.6-0.8cm。
进一步，所述复合石英纤维板是通过硅气凝胶与石英纤维毡复合而成。
进一步，所述再生发泡真空板包括以下重量份的原料：100-150份水泥块废料、50-60份陶瓷碎片、20-30份煤灰、10-20份粘土、50-70份水泥、3-5份有机硅树脂、10-15份水泥发泡剂。
进一步，所述复合石英纤维板与再生发泡真空板之间通过助黏剂复合制备而成。
进一步，所述复合石英纤维板的制备方法如下：
石英纤维毡改性：将石英纤维毡于900℃的条件下煅烧5min，取出冷却至室温后将石英纤维毡浸入丙酮溶液中，浸润48h后取出，用去离子水清洗干净后烘干，将烘干的石英纤维毡进行电晕处理，电晕处理完成后将石英纤维毡取出，与氟硅烷偶联剂、滑石粉混合，加入去离子水，于50-60℃、0.01-0.02Mpa的条件下，以500-800rpm的速率机械搅拌2-3h，搅拌完成后除水干燥，得到改性后的石英纤维毡；
凝胶复合石英纤维毡：将正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水按照体积比为1:3:3的比例混合均匀，随后添加25wt%的盐酸，于常温常压下搅拌1h后将pH调至中性，继续搅拌30min后加入改性后的石英纤维毡，将pH调至9，于50-55℃的条件下进行凝胶化，得到凝胶复合石英纤维毡；
增强处理：将得到的凝胶复合石英纤维毡浸入醇酸树脂，10-20min后取出，再于50℃去离子水中静置12h，取出于40℃的条件下干燥2h，得到复合石英纤维板。
石英纤维虽然在理论上强度高，热稳定性高，但是在实际生产过程中因各种因素的影响实际值远低于理论值，且容易产生微裂纹，造成热稳定性不均匀，因此，为了保持外墙整体的保温性能需要对其改性，制成复合石英纤维板，保持整体的热稳定和强度一致。石英纤维毡在高温下煅烧，析出晶体，纤维网络结构断裂，纤维更加松散，与氟硅烷偶联剂反应后在一定压强与温度下缓慢搅拌重结晶，得到改性后的石英纤维毡。随后在正硅酸乙酯的作用下石英纤维毡之间松散的纤维粘结，相互之间的作用力增强，在松散的纤维之间形成硅气凝胶，随后经过醇酸树脂的增强和凝固，得到复合石英纤维板，其耐热性提高，导热系数、密度降低，同时复合石英纤维板的热稳定和强度保持一致。
进一步，所述再生发泡真空板的制备方法如下：
将水泥块废料、陶瓷碎片粉碎，过筛，得到粒径为1-2mm的废料颗粒，将废料颗粒于乙醇溶液中浸泡12h，取出清洗干净，自然干燥得到再生颗粒；
将再生颗粒、煤灰、粘土混合均匀，于300-350℃的条件下烘干30-60min，随后加入去离子水、有机硅树脂、水泥混合均匀，制成砂浆；
将水泥发泡剂发泡后与砂浆混合均匀，倒入模具中，随后将模具于真空度为25Kpa，温度为40℃的条件静置凝固10-15min，再于10Kpa，温度为45℃的条件下静置凝固10-15min，再于5Kpa，温度为50℃的条件下静置凝固10-15min，再于1KPa的条件下静置凝固10-12h后置于明胶溶液中浸泡20-30min，于10℃的条件下静置凝固5-6h后恢复至常温常压，得到发泡板；
于发泡板表面包裹一层PVA阻气膜，随后于PVA阻气膜表面涂覆一层保温砂浆，静置干燥后得到再生发泡真空板。
将建筑废料水泥块、陶瓷碎片等其他原料与水泥发泡剂一起制成具有多孔结构的发泡板，可以降低导热系数，达到保温、隔热的目的，在制备过程中将梯度真空和梯度升温结合起来，使发泡板空隙内部呈现真空状态，进一步降低发泡板内部的空气含量，降低导热系数，之后将真空后的发泡板置于明胶溶液中，冷藏后发泡板表面凝结一层凝胶，可以减缓空气进入发泡板的速度，尽量保持发泡板内部真空，发泡板外部包裹PVA阻气膜后附上一层保温砂浆，可以隔绝空气进入，提高保温、隔热性能，延长使用寿命。
进一步，所述电晕处理的条件为处理电压为6-8KV，处理时间为30-40s，处理时间对应每组电压为10s/3cm，处理温度为50-60℃。经过电晕处理，石英纤维毡内部纤维的分散性提高，纤维骨架的结构也变得疏松，易于进行改性处理。
进一步，所述建筑材料用于建筑外墙保温。
有益效果：
1、本发明制备的再生发泡真空板中间空气含量低，平均导热系数低，起到良好的隔热保温作用。
2、本发明制备的复合石英纤维板强度高，无毒无害，阻燃等级高，起到良好的防火性能。
3、再生发泡真空板利用可再生的无机建筑废料水泥块或陶瓷碎片作为原料进行制备，实现可循环绿色发展，具有环保、低碳、节能和可再生的特点，具有良好的发展前景。
4、本发明制备的建筑材料隔热效果良好，平均导热系数低，能起到隔热保温作用。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明进行详细说明：
本发明实施例选取的石英纤维针刺毡，厚度为2-5mm，面密度为200g/m2±10%，单丝直径为7-9μm，透气率35m/s。
本发明实施例选取的水泥发泡剂为亚设建材YS-600水泥发泡剂。
本发明实施例选取的水泥块废料、陶瓷碎片中金属杂质含量低于2%，使用之前可以用磁铁进行吸附。
本发明实施例选取的有机硅树脂为聚甲基硅树脂。
实施例1：建筑材料一
制备建筑材料需要先制备再生发泡真空板和复合石英纤维板。
复合石英纤维板的制备方法如下：
石英纤维毡改性：将500g石英纤维毡于900℃的条件下煅烧5min，取出冷却至室温后将石英纤维毡浸入丙酮溶液中，浸润48h后取出，用去离子水清洗干净后烘干，将烘干的石英纤维毡进行电晕处理，处理电压为6KV，处理时间为30s，处理时间对应每组电压为10s/3cm，处理温度为50℃,电晕处理完成后将石英纤维毡取出，与50g氟硅烷偶联剂、10g滑石粉混合，加入去离子水，于50℃、0.01Mpa的条件下，以500rpm的速率机械搅拌3h，搅拌完成后除水干燥，得到改性后的石英纤维毡；
凝胶复合石英纤维毡：将正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水按照体积比为400ml:1200ml:1200ml的比例混合均匀，随后添加300ml 25wt%的盐酸，于常温常压下搅拌1h后将pH调至中性，继续搅拌30min后加入改性后的石英纤维毡，将pH调至9，于50℃的条件下进行凝胶化，得到凝胶复合石英纤维毡；
增强处理：将得到的凝胶复合石英纤维毡浸入醇酸树脂，20min后取出，再于50℃去离子水中静置12h，取出于40℃的条件下干燥2h，得到复合石英纤维板，其厚度为0.2cm。
再生发泡真空板的制备方法：
将100g水泥块废料、50g陶瓷碎片粉碎，过筛，得到粒径为1-2mm的废料颗粒，将废料颗粒于无水乙醇溶液中浸泡12h，取出清洗干净，自然干燥得到再生颗粒；
将再生颗粒、20g煤灰、10g粘土混合均匀，于300℃的条件下烘干30-60min，随后加入2L去离子水、3g有机硅树脂、50g水泥混合均匀，制成砂浆；
将水泥发泡剂发泡后与砂浆混合均匀，倒入模具中，随后将模具于真空度为25Kpa，温度为40℃的条件静置凝固10min，再于10Kpa，温度为45℃的条件下静置凝固10min，再于5Kpa，温度为50℃的条件下静置凝固10min，再于1KPa的条件下静置凝固10h后置于明胶溶液中浸泡20min，于10℃的条件下静置凝固5h后恢复至常温常压，得到发泡板；
于发泡板表面包裹一层PVA阻气膜，随后于PVA阻气膜表面涂覆一层保温砂浆，静置干燥后得到再生发泡真空板，其厚度为0.8cm。
将复合石英纤维板与再生发泡真空板之间通过3M94助黏剂复合制备而成。
实施例2：建筑材料二
制备建筑材料需要先制备再生发泡真空板和复合石英纤维板。
复合石英纤维板的制备方法如下：
石英纤维毡改性：将300g石英纤维毡于900℃的条件下煅烧5min，取出冷却至室温后将石英纤维毡浸入丙酮溶液中，浸润48h后取出，用去离子水清洗干净后烘干，将烘干的石英纤维毡进行电晕处理，处理电压为7KV，处理时间为40s，处理时间对应每组电压为10s/3cm，处理温度为60℃,电晕处理完成后将石英纤维毡取出，与30g氟硅烷偶联剂、8g滑石粉混合，加入去离子水，于50℃、0.02Mpa的条件下，以800rpm的速率机械搅拌2h，搅拌完成后除水干燥，得到改性后的石英纤维毡；
凝胶复合石英纤维毡：将正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水按照体积比为400ml:1200ml:1200ml的比例混合均匀，随后添加300ml 25wt%的盐酸，于常温常压下搅拌1h后将pH调至中性，继续搅拌30min后加入改性后的石英纤维毡，将pH调至9，于50℃的条件下进行凝胶化，得到凝胶复合石英纤维毡；
增强处理：将得到的凝胶复合石英纤维毡浸入醇酸树脂， 20min后取出，再于55℃去离子水中静置12h，取出于40℃的条件下干燥2h，得到复合石英纤维板，其厚度为0.4cm。
再生发泡真空板的制备方法：
将120g水泥块废料、55g陶瓷碎片粉碎，过筛，得到粒径为1-2mm的废料颗粒，将废料颗粒于无水乙醇溶液中浸泡12h，取出清洗干净，自然干燥得到再生颗粒；
将再生颗粒、25g煤灰、15g粘土混合均匀，于300℃的条件下烘干60min，随后加入2L去离子水、4g有机硅树脂、60g水泥混合均匀，制成砂浆；
将水泥发泡剂发泡后与砂浆混合均匀，倒入模具中，随后将模具于真空度为25Kpa，温度为40℃的条件静置凝固12min，再于10Kpa，温度为45℃的条件下静置凝固12min，再于5Kpa，温度为50℃的条件下静置凝固12min，再于1KPa的条件下静置凝固12h后置于明胶溶液中浸泡20min，于10℃的条件下静置凝固6h后恢复至常温常压，得到发泡板；
于发泡板表面包裹一层PVA阻气膜，随后于PVA阻气膜表面涂覆一层保温砂浆，静置干燥后得到再生发泡真空板，其厚度为0.6cm。
将复合石英纤维板与再生发泡真空板之间通过3M94助黏剂复合制备而成。
实施例3：建筑材料三
制备建筑材料需要先制备再生发泡真空板和复合石英纤维板。
复合石英纤维板的制备方法如下：
石英纤维毡改性：将200g石英纤维毡于900℃的条件下煅烧5min，取出冷却至室温后将石英纤维毡浸入丙酮溶液中，浸润48h后取出，用去离子水清洗干净后烘干，将烘干的石英纤维毡进行电晕处理，处理电压为7KV，处理时间为40s，处理时间对应每组电压为10s/3cm，处理温度为55℃,电晕处理完成后将石英纤维毡取出，与25g氟硅烷偶联剂、8g滑石粉混合，加入去离子水，于55℃、0.02Mpa的条件下，以700rpm的速率机械搅拌2h，搅拌完成后除水干燥，得到改性后的石英纤维毡；
凝胶复合石英纤维毡：将正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水按照体积比为300ml:900ml:900ml的比例混合均匀，随后添加250ml 25wt%的盐酸，于常温常压下搅拌1h后将pH调至中性，继续搅拌30min后加入改性后的石英纤维毡，将pH调至9，于50℃的条件下进行凝胶化，得到凝胶复合石英纤维毡；
增强处理：将得到的凝胶复合石英纤维毡浸入醇酸树脂，15min后取出，再于55℃去离子水中静置12h，取出于40℃的条件下干燥2h，得到复合石英纤维板，其厚度为0.7cm。
再生发泡真空板的制备方法：
将150g水泥块废料、60g陶瓷碎片粉碎，过筛，得到粒径为1-2mm的废料颗粒，将废料颗粒于无水乙醇溶液中浸泡12h，取出清洗干净，自然干燥得到再生颗粒；
将再生颗粒、30g煤灰、20g粘土混合均匀，于320℃的条件下烘干40min，随后加入2.5L去离子水、5g有机硅树脂、70g水泥混合均匀，制成砂浆；
将水泥发泡剂发泡后与砂浆混合均匀，倒入模具中，随后将模具于真空度为25Kpa，温度为40℃的条件静置凝固15min，再于10Kpa，温度为45℃的条件下静置凝固15min，再于5Kpa，温度为50℃的条件下静置凝固15min，再于1KPa的条件下静置凝固12h后置于明胶溶液中浸泡25min，于10℃的条件下静置凝固6h后恢复至常温常压，得到发泡板；
于发泡板表面包裹一层PVA阻气膜，随后于PVA阻气膜表面涂覆一层保温砂浆，静置干燥后得到再生发泡真空板，其厚度为0.7cm。
将复合石英纤维板与再生发泡真空板之间通过3M94助黏剂复合制备而成。
对实施例1-3制备的建筑材料室温下进行测试，测试尺寸为200×200mm得到的数据如表1所示：
Figure 85842DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，实施例1-3制备的建筑材料导热系数较低，隔热性能较好，适合作为外墙保温、隔热材料，同时防火等级到达A级，防火效果良好，采用废弃建筑物料作为原料还具有环保、低碳、节能和可再生的特点，为建筑行业的可持续发展、为建筑节能减排事业做出相应的贡献，为建筑保温领域提供了更多可能性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (6)

1.一种可再生的环保建筑材料，其特征在于，所述建筑材料由底层和表层构成的双层结构，所述底层为再生发泡真空板，所述表层为复合石英纤维板，所述复合石英纤维板的制备方法如下：
石英纤维毡改性：将石英纤维毡于900℃的条件下煅烧5min，取出冷却至室温后将石英纤维毡浸入丙酮溶液中，浸润48h后取出，用去离子水清洗干净后烘干，将烘干的石英纤维毡进行电晕处理，电晕处理完成后将石英纤维毡取出，与氟硅烷偶联剂、滑石粉混合，加入去离子水，于50-60℃、0.01-0.02Mpa的条件下，以500-800rpm的速率机械搅拌2-3h，搅拌完成后除水干燥，得到改性后的石英纤维毡；
凝胶复合石英纤维毡：将正硅酸乙酯与无水乙醇、去离子水按照体积比为1:3:3的比例混合均匀，随后添加25wt%的盐酸，于常温常压下搅拌1h后将pH调至中性，继续搅拌30min后加入改性后的石英纤维毡，将pH调至9，于50-55℃的条件下进行凝胶化，得到凝胶复合石英纤维毡；
增强处理：将得到的凝胶复合石英纤维毡浸入醇酸树脂，10-20min后取出，再于50℃去离子水中静置12h，取出于40℃的条件下干燥2h，得到复合石英纤维板。
2.根据权利要求1权利要求所述的一种可再生的环保建筑材料，其特征在于，所述建筑材料的厚度为1-1.5cm，其中再生发泡真空板的厚度0.6-0.8cm。
3.根据权利要求2权利要求所述的一种可再生的环保建筑材料，其特征在于，所述再生发泡真空板包括以下重量份的原料：100-150份水泥块废料、50-60份陶瓷碎片、20-30份煤灰、10-20份粘土、50-70份水泥、3-5份有机硅树脂、10-15份水泥发泡剂。
4.根据权利要求3所述的一种可再生的环保建筑材料，其特征在于，所述再生发泡真空板的制备方法如下：
将水泥块废料、陶瓷碎片粉碎，过筛，得到粒径为1-2mm的废料颗粒，将废料颗粒于乙醇溶液中浸泡12h，取出清洗干净，自然干燥得到再生颗粒；
将再生颗粒、煤灰、粘土混合均匀，于300-350℃的条件下烘干30-60min，随后加入去离子水、有机硅树脂、水泥混合均匀，制成砂浆；
将水泥发泡剂发泡后与砂浆混合均匀，倒入模具中，随后将模具于真空度为25Kpa，温度为40℃的条件静置凝固10-15min，再于10Kpa，温度为45℃的条件下静置凝固10-15min，再于5Kpa，温度为50℃的条件下静置凝固10-15min，再于1KPa的条件下静置凝固10-12h后置于明胶溶液中浸泡20-30min，于10℃的条件下静置凝固5-6h后恢复至常温常压，得到发泡板；
于发泡板表面包裹一层PVA阻气膜，随后于PVA阻气膜表面涂覆一层保温砂浆，静置干燥后得到再生发泡真空板。
5.根据权利要求4所述的一种可再生的环保建筑材料，其特征在于，所述电晕处理的条件为处理电压为6-8KV，处理时间为30-40s，处理时间对应每组电压为10s/3cm，处理温度为50-60℃。
6.根据权利要求5所述的一种可再生的环保建筑材料，其特征在于，所述建筑材料用于建筑外墙保温。
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