CN113636772B - 一种钢渣基保温填料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种钢渣基保温填料及其制备方法和应用，所述制备方法，包括以下步骤：（S.1）将钢渣粉碎成粉料后进行磁筛，除去其中的铁屑，然后向粉料均匀喷洒硅烷偶联剂溶液，干燥待用；（S.2）按照配方称取原料备用，所述配方按照重量份数计包括：钢渣100份、粘结剂40~60份、渗透剂5~10份、造孔剂30~50份以及助熔剂1~5份；（S.3）将各原料混合均匀后，模压形成球形颗粒；（S.4）将球形颗粒进行烧结，得到保温填料前驱体；（S.5）将保温填料前驱体用超临界二氧化碳处理，得到钢渣基保温填料成品。本发明克服了现有技术中的钢渣的回收利用率较低的缺陷，能够将钢渣进行回收再利用，且有良好的隔热效果，能够在保温混凝土中有效应用。

Description

一种钢渣基保温填料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种钢渣基保温填料及其制备方法和应用。

背景技术

钢渣是冶金工业中产生的废渣，其产生率为粗钢产量的8%～15%，2012年全世界排钢渣量约1.8亿t。中国的钢渣产生量随着钢铁工业的快速发展而迅速递增，因此，钢铁企业废渣的处理和资源化利用问题也越来越受到重视。

目前对于钢渣的回收利用率较低，尤其是对素有“劣质水泥熟料”之称的转炉钢渣的利用率仅为10%~20%。由于国内钢铁企业产生的钢渣不能及时处理，致使大量钢渣占用土地，污染环境。然而钢渣并非不可用固体废弃物，其中含有大量的氧化钙、铁以及氧化镁等可利用组分。所以，作为一种“放错了地方的资源”，钢渣的综合利用能够使钢铁企业创造经济和环境效益，选择合适的处理工艺和利用途径来开发钢渣的再利用价值是十分必要和迫切的。

例如申请号为CN202010246204.9的一种钢渣代替碎石的钢渣混凝土及其制备方法。该发明提供的钢渣代替碎石的钢渣混凝土制备原料包括：钢渣、水泥、粉煤灰、矿粉、砂、聚羧酸减水剂。利用废弃的钢渣作为骨料，对其进行热焖处理使钢渣中的游离氧化钙与游离氧化镁水化反应，减少其自身的膨胀收缩；并且使钢渣含水达到饱和，解决钢渣代替碎石的钢渣混凝土在生产过程中塌落度损失快的问题。其虽然能够对废弃的钢渣当做碎石进行回收利用，但是制备得到的混凝土并不具备其他独特的效果，导致与传统的混凝土相比，其优势并不明显。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的钢渣的回收利用率较低，同时在回收利用过程中无特殊功能的缺陷，因此提供了一种钢渣基保温填料及其制备方法和应用，以克服上述技术问题。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种钢渣基保温填料的制备方法，包括以下步骤：

（S.1）将钢渣粉碎成粉料后进行磁筛，除去其中的铁屑，然后向粉料均匀喷洒硅烷偶联剂溶液，干燥待用；

（S.2）按照配方称取原料备用，所述配方按照重量份数计包括：钢渣100份、粘结剂40~60份、渗透剂5~10份、造孔剂30~50份以及助熔剂1~5份；

其中，所述粘结剂为端基为具有反应活性的含硼化合物结构单元的超支化聚硅氧烷

（S.3）将各原料混合均匀后，模压形成球形颗粒；

（S.4）将球形颗粒进行烧结，得到保温填料前驱体；

（S.5）将保温填料前驱体用超临界二氧化碳处理，得到钢渣基保温填料成品。

本发明中的钢渣基保温填料采用钢渣作为原材料，将钢渣粉碎成粉后与粘结剂、造孔剂等添加剂一起混合，最后制成球状颗粒，通过烧结之后将其中的粘结剂以及造孔剂除去，从而得到多孔结构。由于多孔结构的存在，使得其具有良好的隔热效果，因此其能够应用于需要保温隔热的领域。同时，多孔结构还同时赋予了该填料良好的隔音的效果，延伸了其应用范围。

本发明中的钢渣经过粉碎后首先经过磁筛，从而能够将其中存在的铁粉进行筛分，从而将其作为炼钢原料进行回收再利用。在去除铁粉之后，硅烷偶联剂的加入能够对钢渣进行表面改性，从而提升了钢渣与粘结剂之间的连接强度，使得在模压成型后，得到的球形颗粒的稳定性能够得到大幅提升。

本发明中的粘结剂采用端基为具有反应活性的含硼化合物结构单元的超支化聚硅氧烷，其目的在于，有机硅结构在烧结过程中其中的有机链段会因此分解，从而得到二氧化硅骨架，其能够提升钢渣中的硅含量，当本发明中的保温填料添加到混凝土中时，能够有效提升填料与混凝土之间的相容性。同时，其中的含硼化合物结构单元在其能够与硅烷偶联剂进行偶联反应，从而使得模压形成的球形颗粒更加稳定。同时含硼化合物结构单元在烧结过程中会逐渐分解成带有硼氧结构单元的化合物（例如硼酸、硼砂以及氧化硼），其能够降低周边氧化钙、二氧化硅、氧化镁等物质的熔点，从而将其熔融粘结形成质地均一，形成力学性能良好的硅酸盐硼酸盐结构，提高了钢渣的稳定性。

同时，由于钢渣为无机物，而粘结剂为有机化合物，因此两者的相容性有待进一步提升，因此本发明在配方中还添加有一定量的渗透剂，从而帮助粘结剂渗透到钢渣粉末中，提升了两者的相容性。同时，助熔剂的加入也能够使得钢渣中的一部分在烧结过程中形成熔融态，在冷却后即可形成性质均一稳定的玻璃结晶，使得整个保温填料的力学性能以及稳定性能够得到明显提升。

在烧结之后本发明还将保温填料进行超临界二氧化碳处理，其第一个目的在于将其中未完全除去的造孔剂通过二氧化碳溶解除去，同时除去保温填料的多孔结构中的杂物，使得多孔结构的孔隙率提升，进而提升了保温效果。同时，由于钢渣中含有较大量的氧化钙以及氧化镁，其具有极高的反应活性，在遇水后能够反应膨胀，导致其存在稳定性以及结构强度较低的问题，本发明中将其通过超临界二氧化碳处理后，其中的氧化钙以及氧化镁等氧化物会与二氧化碳反应，从而形成质地坚硬的碳酸钙、碳酸镁等物质，使得本保温填料的硬度能够在短时间内迅速硬化，提升其力学性能。同时，降低了保温填料的反应性，提升了其化学稳定性能，使其化学惰性提升从而在遇水后不会发生膨胀变形的问题。

现有技术中虽然也存在通过使用二氧化碳将将钢渣碳化的方案，但是通常是采用气态的二氧化碳，因此其速度较慢，而本发明采用超临界二氧化碳处理，能够有效提升碳化速率，提高了保温填料的生产效率。同时，由于超临界二氧化碳具有良好的渗透性，使得其还能够提升钢渣的碳化率，与多孔结构配合之后能够使得位于保温填料内部的钢渣也能够得到有效的碳化。

作为优选，所述步骤（S.1）中粉料的粒径为1~50μm，所述硅烷偶联剂溶液的添加量为粉料质量的1~5wt%。

作为优选，所述硅烷偶联剂溶液中按照质量百分数计包括带有氨基以及烷氧基的硅烷偶联剂15~25%、乙醇40~60%以及水余量。

本发明中采用带有氨基以及烷氧基的硅烷偶联剂作为所需的偶联剂，其原因在于其具有较快的水解速度，因此在与水混合后能够快速得到预水解溶液。同时，由于钢渣呈碱性，从而能够提升钢渣与硅烷偶联剂之间的相容性，防止其两者发生无谓的中和反应。

作为优选，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、双[(3-三乙氧基硅基)丙基]胺、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。

作为优选，所述步骤（S.2）中粘结剂的结构式如下式（Ⅰ）所示：

式（Ⅰ）。

作为优选，所述粘结剂的制备方法如下：

（a）超支化单体的合成：氮气条件下，按照摩尔量1:3依次称取乙烯基三甲氧基硅烷以及二甲基氯硅烷，溶解于有机溶剂后加入到反应器中，向反应器中加入催化剂氯化铁，45~60℃下反应2~5h，去除催化剂以及有机溶剂后，得到超支化单体；

（b）超支化树脂的合成：氮气条件下，将超支化单体溶于有机溶剂后加入到反应器中，然后加入铂催化剂，85~95℃下搅拌反应3~5h，去除催化剂以及有机溶剂后，得到端基为硅氢的超支化树脂；

（c）端基改性：氮气条件下，将超支化树脂溶于有机溶剂后，向其中加入催化剂三五氟苯硼烷，搅拌均匀后向其中滴加硼酸三甲酯，20~40℃下反应1~3h，蒸除溶剂后得到所述粘结剂。

粘结剂的合成路线如下式（Ⅱ）所示：

式（Ⅱ）。

作为优选，所述渗透剂可选自羟基硅油、聚乙二醇、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸酯钠、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种的组合物。

作为优选，所述造孔剂可选自植物纤维、聚合物纤维、淀粉、碳酸铵、碳酸氢铵、甲壳素、蔗糖中的一种多种的组合物。

本发明中的造孔剂可以在高温下进行分解，从而留下与原本尺寸相同的孔洞，这些孔洞能够有效阻隔热量，提升保温填料的保温效果。

作为优选，所述助熔剂为萤石粉、氧化铝、硼砂或者冰晶石。

助熔剂的加入能够使得粉料在烧结过程中降低烧结温度，使得能够在较低温度下能够使得各组分烧结成一个主体。

作为优选，所述步骤（S.4）中烧结程序如下：

固化：110~150℃下，保温10~45min；

预烧：250~300℃下，保温1~3h；

后烧：600~800时℃下，保温3~5h。

本发明中的烧结程序采用分段式升温程序，其中在110~150℃下能够将其中的粘结剂进行固化，从而将钢渣的形状进行固定，防止在烧结过程中产生变形。在固化结束后升温至250~300℃进行预烧，能够使得其中的一部分有机物进行分解形成孔洞，并且使得钢渣的表面以及一部分内部钢渣能够在助熔剂以及分解的粘结剂的作用下发生熔融，形成性质稳定的玻璃态，从而能够分布释放球形颗粒内部的内应力，防止在直接高温下烧结而存在开裂的现象。最后在600~800时下进行后烧能够完全除去其中的造孔剂，从而留下孔洞，并且能够将原本松散的钢渣结构烧结成一体式结构，消除了内部的内应力，提升了整理保温填料的稳定性。此外，为了提升烧结以及造孔效率，本发明在烧结过程中优选空气氛围，从那能够使得其中的造孔剂能够分解更加均匀。

作为优选，所述步骤（S.5）中超临界二氧化碳处理时的压力为10~25MPa，温度为35~45℃，超临界处理时间为0.5~3h。

一种通过上述制备方法得到的钢渣基保温填料，所述保温填料的直径为0.5~3cm，所述孔洞的直径为50~2000μm，孔洞长度为50~50000μm。

一种通过所述制备方法得到的钢渣基保温填料在保温混凝土中的应用。

因此，本发明具有以下有益效果：

（1）能够将钢渣进行回收再利用，具有良好的环保效果，同时能够有效提升企业的收益；

（2）具有结构稳定的多孔结构，能够起到具有良好的隔热效果，因此其能够应用于需要保温隔热的领域；

（3）具有讲好的化学惰性以及力学强度，不会在遇水条件下发生膨胀开裂的现象，因而能够有效应用于混凝土中；

（4）在应用到混凝土中后能够为传统混凝土带来独特的效果，延伸了其应用范围。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种钢渣基保温填料的制备方法，包括以下步骤：

（S.1）将钢渣粉碎成粒径为1~50μm的粉料后进行磁筛，除去其中的铁屑，然后向粉料均匀喷洒粉料质量的1wt%的硅烷偶联剂溶液，该硅烷偶联剂溶液中按照质量百分数计，包括氨丙基三乙氧基硅烷15%、乙醇40%以及水余量，干燥待用。

（S.2）按照配方称取原料备用，所述配方按照重量份数计包括：钢渣100份、粘结剂40份、羟基硅油5份、纤维素30份以及萤石粉1份。

其中，所述粘结剂为端基为具有反应活性的含硼化合物结构单元的超支化聚硅氧烷，其制备方法如下：

（a）超支化单体的合成：氮气条件下，按照摩尔量1:3依次称取乙烯基三甲氧基硅烷以及二甲基氯硅烷，溶解于甲苯后加入到反应器中，向反应器中加入催化剂氯化铁，45℃下反应2h，反应结束后加入活性炭吸附氯化铁，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到超支化单体；

（b）超支化树脂的合成：氮气条件下，将超支化单体溶于甲苯后加入到反应器中，然后加入铂催化剂，85℃下搅拌反应5h，反应结束后加入活性炭吸附铂催化剂，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到端基为硅氢的超支化树脂；

（c）端基改性：氮气条件下，将超支化树脂溶于甲苯后，向其中加入催化剂三五氟苯硼烷，搅拌均匀后向其中滴加2倍超支化单体摩尔量的硼酸三甲酯，20℃下反应1h，蒸除溶剂后得到所述粘结剂。

（S.3）将各原料混合均匀后，模压形成0.5cm的球形颗粒；

（S.4）将球形颗粒进行按照烧结程序进行烧结，烧结程序如下：

固化：110℃下，保温45min；

预烧：250℃下，保温3h；

后烧： 800时℃下，保温5h，得到保温填料前驱体，保温填料前驱体内部均匀分布有直径为50~200μm，长度为500~50000μm的孔洞。

（S.5）将保温填料前驱体用超临界二氧化碳处理，得到钢渣基保温填料成品，超临界二氧化碳处理时的压力为10MPa，温度为35℃，超临界处理时间为3h。

实施例2

一种钢渣基保温填料的制备方法，包括以下步骤：

（S.1）将钢渣粉碎成粒径为1~50μm的粉料后进行磁筛，除去其中的铁屑，然后向粉料均匀喷洒粉料质量的5wt%的硅烷偶联剂溶液，该硅烷偶联剂溶液中按照质量百分数计包括氨丙基三甲氧基硅烷25%、乙醇60%以及水余量，干燥待用。

（S.2）按照配方称取原料备用，所述配方按照重量份数计包括：钢渣100份、粘结剂60份、聚乙二醇10份、聚酯纤维50份以及氧化铝5份。

其中，所述粘结剂为端基为具有反应活性的含硼化合物结构单元的超支化聚硅氧烷，其制备方法如下：

（a）超支化单体的合成：氮气条件下，按照摩尔量1:3依次称取乙烯基三甲氧基硅烷以及二甲基氯硅烷，溶解于甲苯后加入到反应器中，向反应器中加入催化剂氯化铁， 60℃下反应2h，反应结束后加入活性炭吸附氯化铁，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到超支化单体；

（b）超支化树脂的合成：氮气条件下，将超支化单体溶于甲苯后加入到反应器中，然后加入铂催化剂， 95℃下搅拌反应3h，反应结束后加入活性炭吸附铂催化剂，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到端基为硅氢的超支化树脂；

（c）端基改性：氮气条件下，将超支化树脂溶于甲苯后，向其中加入催化剂三五氟苯硼烷，搅拌均匀后向其中滴加1.5倍超支化单体摩尔量的硼酸三甲酯， 40℃下反应1h，蒸除溶剂后得到所述粘结剂。

（S.3）将各原料混合均匀后，模压形成3cm的球形颗粒；

（S.4）将球形颗粒进行按照烧结程序进行烧结，烧结程序如下：

固化： 150℃下，保温10min；

预烧： 300℃下，保温1h；

后烧： 800时℃下，保温3h，得到保温填料前驱体，保温填料前驱体内部均匀分布有直径为50~200μm，长度为500~50000μm的孔洞。

（S.5）将保温填料前驱体用超临界二氧化碳处理，得到钢渣基保温填料成品，超临界二氧化碳处理时的压力为25MPa，温度为45℃，超临界处理时间为3h。

实施例3

一种钢渣基保温填料的制备方法，包括以下步骤：

（S.1）将钢渣粉碎成粒径为1~50μm的粉料后进行磁筛，除去其中的铁屑，然后向粉料均匀喷洒粉料质量的3wt%的硅烷偶联剂溶液，该硅烷偶联剂溶液中按照质量百分数计包括双[(3-三乙氧基硅基)丙基]胺20%、乙醇50%以及水余量，干燥待用。

（S.2）按照配方称取原料备用，所述配方按照重量份数计包括：钢渣100份、粘结剂50份、烷基苯磺酸钠8份、淀粉40份以及硼砂3份。

其中，所述粘结剂为端基为具有反应活性的含硼化合物结构单元的超支化聚硅氧烷，其制备方法如下：

（a）超支化单体的合成：氮气条件下，按照摩尔量1:3依次称取乙烯基三甲氧基硅烷以及二甲基氯硅烷，溶解于甲苯后加入到反应器中，向反应器中加入催化剂氯化铁，50℃下反应3h，反应结束后加入活性炭吸附氯化铁，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到超支化单体；

（b）超支化树脂的合成：氮气条件下，将超支化单体溶于甲苯后加入到反应器中，然后加入铂催化剂，90℃下搅拌反应4h，反应结束后加入活性炭吸附铂催化剂，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到端基为硅氢的超支化树脂；

（c）端基改性：氮气条件下，将超支化树脂溶于甲苯后，向其中加入催化剂三五氟苯硼烷，搅拌均匀后向其中滴加2.5倍超支化单体摩尔量的硼酸三甲酯，35℃下反应2h，蒸除溶剂后得到所述粘结剂。

（S.3）将各原料混合均匀后，模压形成2cm的球形颗粒；

（S.4）将球形颗粒进行按照烧结程序进行烧结，烧结程序如下：

固化：130℃下，保温30min；

预烧：280℃下，保温2h；

后烧：700时℃下，保温4h，得到保温填料前驱体，保温填料前驱体内部均匀分布有直径为50~100μm，长度为50~100μm的孔洞。

（S.5）将保温填料前驱体用超临界二氧化碳处理，得到钢渣基保温填料成品，超临界二氧化碳处理时的压力为15MPa，温度为40℃，超临界处理时间为2h。

实施例4

一种钢渣基保温填料的制备方法，包括以下步骤：

（S.1）将钢渣粉碎成粒径为1~50μm的粉料后进行磁筛，除去其中的铁屑，然后向粉料均匀喷洒粉料质量的4.5wt%的硅烷偶联剂溶液，该硅烷偶联剂溶液中按照质量百分数计包括氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷20%、乙醇55%以及水余量，干燥待用。

（S.2）按照配方称取原料备用，所述配方按照重量份数计包括：钢渣100份、粘结剂55份、烷基酚聚氧乙烯醚9份、甲壳素35份以及冰晶石2.5份。

其中，所述粘结剂为端基为具有反应活性的含硼化合物结构单元的超支化聚硅氧烷，其制备方法如下：

（a）超支化单体的合成：氮气条件下，按照摩尔量1:3依次称取乙烯基三甲氧基硅烷以及二甲基氯硅烷，溶解于甲苯后加入到反应器中，向反应器中加入催化剂氯化铁，50℃下反应4h，反应结束后加入活性炭吸附氯化铁，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到超支化单体；

（b）超支化树脂的合成：氮气条件下，将超支化单体溶于甲苯后加入到反应器中，然后加入铂催化剂，90℃下搅拌反应3.5h，，反应结束后加入活性炭吸附铂催化剂，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到端基为硅氢的超支化树脂；

（c）端基改性：氮气条件下，将超支化树脂溶于甲苯后，向其中加入催化剂三五氟苯硼烷，搅拌均匀后向其中滴加1.5倍超支化单体摩尔量的硼酸三甲酯，35℃下反应2.5h，蒸除溶剂后得到所述粘结剂。

（S.3）将各原料混合均匀后，模压形成1cm的球形颗粒；

（S.4）将球形颗粒进行按照烧结程序进行烧结，烧结程序如下：

固化：135℃下，保温30min；

预烧：260℃下，保温2h；

后烧：750时℃下，保温3.5h，得到保温填料前驱体，保温填料前驱体内部均匀分布有直径为50~200μm，长度为50~500μm的孔洞。

（S.5）将保温填料前驱体用超临界二氧化碳处理，得到钢渣基保温填料成品，超临界二氧化碳处理时的压力为12MPa，温度为40℃，超临界处理时间为1h。

实施例5

一种钢渣基保温填料的制备方法，包括以下步骤：

（S.1）将钢渣粉碎成粒径为1~50μm的粉料后进行磁筛，除去其中的铁屑，然后向粉料均匀喷洒粉料质量的2.5wt%的硅烷偶联剂溶液，该硅烷偶联剂溶液中按照质量百分数计包括、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷22%、乙醇45%以及水余量，干燥待用。

（S.2）按照配方称取原料备用，所述配方按照重量份数计包括：钢渣100份、粘结剂55份、烷基苯磺酸钠6份、蔗糖35份以及萤石粉1.5份。

其中，所述粘结剂为端基为具有反应活性的含硼化合物结构单元的超支化聚硅氧烷，其制备方法如下：

（a）超支化单体的合成：氮气条件下，按照摩尔量1:3依次称取乙烯基三甲氧基硅烷以及二甲基氯硅烷，溶解于甲苯后加入到反应器中，向反应器中加入催化剂氯化铁， 60℃下反应2h，反应结束后加入活性炭吸附氯化铁，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到超支化单体；

（b）超支化树脂的合成：氮气条件下，将超支化单体溶于甲苯后加入到反应器中，然后加入铂催化剂， 95℃下搅拌反应5h，，反应结束后加入活性炭吸附铂催化剂，过滤后得滤液，除去滤液中的甲苯后，得到端基为硅氢的超支化树脂；

（c）端基改性：氮气条件下，将超支化树脂溶于甲苯后，向其中加入催化剂三五氟苯硼烷，搅拌均匀后向其中滴加2.5倍超支化单体摩尔量的硼酸三甲酯， 40℃下反应3h，蒸除溶剂后得到所述粘结剂。

（S.3）将各原料混合均匀后，模压形成3cm的球形颗粒；

（S.4）将球形颗粒进行按照烧结程序进行烧结，烧结程序如下：

固化：145℃下，保温25min；

预烧：285℃下，保温2h；

后烧：750时℃下，保温4.5h，得到保温填料前驱体，保温填料前驱体内部均匀分布有直径为50~100μm，长度为50~200μm的孔洞。

（S.5）将保温填料前驱体用超临界二氧化碳处理，得到钢渣基保温填料成品，超临界二氧化碳处理时的压力为20MPa，温度为40℃，超临界处理时间为1.5h。

应用例1

按照重量份数计，将250份硅酸盐水泥、800份实施例2制备得到的钢渣基保温填料、650份砂子、200份水混合均匀后，进行浇筑，得到混凝土砌块。

应用例2

按照重量份数计，将250份硅酸盐水泥、800份实施例1制备得到的钢渣基保温填料、650份砂子、200份水混合均匀后，进行浇筑，得到混凝土砌块。

对比应用例1

按照重量份数计，将250份硅酸盐水泥、800份实施例2中未经制超临界二氧化碳处理的钢渣基保温填料前驱体、650份砂子、200份水混合均匀后，进行浇筑，得到混凝土砌块。

对比应用例2

按照重量份数计，将250份硅酸盐水泥、800份石子、650份砂子、200份水混合均匀后，进行浇筑，得到混凝土砌块。

应用例1~2以及对比应用例1~2中制备得到的混凝土砌块进行测试，其中：

1、导热系数：将各实施例和各对比例制备的混凝土浇筑在尺寸为30cm×30cm×5cm的模具内，将模具置于温度20±2℃，湿度为95％以上的标准养护室内养护28天，实施例1-3和对比例1-6制成的试样各10块，按照GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测定，试验温度为25℃，环境保持干燥状态避免湿度对混凝土导热系数的影响，冷板温度为25℃，热板温度为35℃，冷热板温度梯度为10k，每个实施例或对比例中 10个试样的测试结果取平均值。

2、抗压强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测。

3、抗折强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测。

检测数据如下表所示：

从上表中数据可知，通过将应用例1与应用例2进行对比，我们发现保温填料的颗粒大小对混凝土的导热系数、抗压强度和抗折强度均具有一定的影响。其原理在于保温填料的颗粒越大，其内部所含有的孔洞数量也越多，因而使得其保温隔热性能更加优异。同时，大颗粒能够作为骨料对混凝土起到增强骨架的作用，因此在一定程度上提升了应用例1的力学强度。

将应用例1与对比应用例1进行对比，由于对比应用例1中的钢渣基保温填料前驱体没有经过二氧化碳超临界处理，使得其内部的氧化钙氧化镁等组分没有被碳化，因此其结构强度较低，导致对比应用例1中的机械性能是几个样品中最差的。同时，由于其内部的氧化钙氧化镁等组分在水的作用下会发生反应膨胀凝胶化，从而会导致其内部孔洞被破坏，导致其保温效果发生明显的下降，但是由于其在与水反应后内部孔洞并不会完全破坏，因此相较于对比应用例2而言仍然具有一定的保温效果。

将应用例1与对比应用例2进行对比，我们发现两者的机械性能较为接近，因此本发明中的保温填料完全可以替代对比应用例2中作为骨料的石子，并且不会对混凝土的力学性能产生影响。但是，从导热系数数据中可知，通过将本发明中的保温填料替换石子后，其导热效果大幅下降，因而具有更加优异的隔热保温效果，从而具有更加良好的绿色节能效果。

Claims (8)

1.一种钢渣基保温填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（S.1）将钢渣粉碎成粉料后进行磁筛，除去其中的铁屑，然后向粉料均匀喷洒硅烷偶联剂溶液，干燥待用；

（S.2）按照配方称取原料备用，所述配方按照重量份数计包括：钢渣100份、粘结剂40~60份、渗透剂5~10份、造孔剂30~50份以及助熔剂1~5份；

其中，所述粘结剂为端基为具有反应活性的含硼化合物结构单元的超支化聚硅氧烷；

（S.3）将各原料混合均匀后，模压形成球形颗粒；

（S.4）将球形颗粒进行烧结，得到保温填料前驱体；

（S.5）将保温填料前驱体用超临界二氧化碳处理，得到钢渣基保温填料成品；

所述步骤（S.2）中粘结剂的结构式如下式（Ⅰ）所示：

式（Ⅰ）。

2.根据权利要求1所述的一种钢渣基保温填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（S.1）中粉料的粒径为1~50μm，所述硅烷偶联剂溶液的添加量为粉料质量的1~5wt%。

3.根据权利要求1或2所述的一种钢渣基保温填料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液中按照质量百分数计包括带有氨基以及烷氧基的硅烷偶联剂15~25%、乙醇40~60%以及水余量。

4.根据权利要求1所述的一种钢渣基保温填料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂的制备方法如下：

（a）超支化单体的合成：氮气条件下，按照摩尔量1:3依次称取乙烯基三甲氧基硅烷以及二甲基氯硅烷，溶解于有机溶剂后加入到反应器中，向反应器中加入催化剂氯化铁，45~60℃下反应2~5h，去除催化剂以及有机溶剂后，得到超支化单体；

（b）超支化树脂的合成：氮气条件下，将超支化单体溶于有机溶剂后加入到反应器中，然后加入铂催化剂，85~95℃下搅拌反应3~5h，去除催化剂以及有机溶剂后，得到端基为硅氢的超支化树脂；

（c）端基改性：氮气条件下，将超支化树脂溶于有机溶剂后，向其中加入催化剂三五氟苯硼烷，搅拌均匀后向其中滴加硼酸三甲酯，20~40℃下反应1~3h，蒸除溶剂后得到所述粘结剂。

5.根据权利要求1所述的一种钢渣基保温填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（S.4）中烧结程序如下：

固化：110~150℃下，保温10~45min；

预烧：250~300℃下，保温1~3h；

后烧：600~800时℃下，保温3~5h。

6.根据权利要求1所述的一种钢渣基保温填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（S.5）中超临界二氧化碳处理时的压力为10~25MPa，温度为35~45℃，超临界处理时间为0.5~3h。

7.一种通过权利要求1~6中任意一项所述制备方法得到的钢渣基保温填料，其特征在于，所述保温填料的直径为0.5~3cm，所述孔洞的直径为50~200μm，孔洞长度为50~50000μm。

8.一种通过权利要求1~6中任意一项所述制备方法得到的钢渣基保温填料在保温混凝土中的应用。