CN114085065B

CN114085065B - 一种多元耦合改性的低碳胶凝材料、板材及其制备方法

Info

Publication number: CN114085065B
Application number: CN202210073724.3A
Authority: CN
Inventors: 高玉宗; 高原晨曦
Original assignee: Beijing Sifanglian New Technology Development Co ltd
Current assignee: Beijing Sifanglian New Technology Development Co ltd
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: CN114085065A

Abstract

本发明涉及新材料领域，涉及建筑新材料及应用，具体涉及一种多元耦合改性的低碳胶凝材料、板材及其制备方法。本发明公开了一种多元耦合改性的低碳胶凝材料，包括基料：氯化镁、氧化镁、改性剂以及余量水，改性剂包括煅烧高岭土粉、石墨烯；再利用该材料作为基料层以及加气混凝土、植物纤维、工业、建筑废弃物等填充物作为填充层得到了一种改良后的含氯化镁轻质板材，解决了反卤问题同时增强了耐水性；利用本发明的制备方法得到的高强度板材，可直接建造建筑物等。本发明实现了资源的再生利用、改良了氯化镁建筑板材制品的性能，制作方法简单，更加绿色环保，还提供了一种建筑用气硬性粘合剂，一种建筑方式，可以缩短工期，便于建筑装饰等。

Description

一种多元耦合改性的低碳胶凝材料、板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及新材料领域，涉及建筑新材料的应用，具体涉及一种多元耦合改性的低碳胶凝材料、板材及其制备方法。

背景技术

随着国家基建的快速发展，建筑材料等绿色建材的研发是极为核心的关键技术。在现有建筑材料领域中，钢筋-混凝土组合是主要应用的材料，但是这种传统的建筑材料及建筑结构仍然面临着建筑装修周期长、造价高以及不环保等问题；虽然现有的木质板材和塑料板材，便于加工，可缩短工期，但也存在防火性能差、力学结构性能差且使用寿命较低等不可避免的缺点。

目前，较为先进的是装配式钢(轻钢)结构、装配式钢-混凝土组合结构体系的应用，然而轻钢制结构虽然满足力学结构性能的要求，但是仍然存在不可避免的缺陷，即轻钢制结构由于其装配时采用螺栓等连接处破坏了防锈的热镀铝锌防腐层并不耐受长时间的环境腐蚀，尤其是海边、海岛、南方等高温、高湿、高盐的湿热环境。

目前市面上的轻质复合隔墙板材，包括聚苯颗粒，陶粒板，硅酸钙板，水泥，石墨聚苯板，石膏板，虽然具有轻质、防水、保温的等性能，但聚苯颗粒不满足环保的要求，硅酸钙板、水泥会成为主要的建筑垃圾，石墨烯制板成本比较高，陶粒板强度低，石膏板强度太低。高层建筑大多使用轻质型板材，比如以石膏或珍珠岩水泥为原料加工得到的墙板等，但是，石膏板强度低、抗水性能差，珍珠岩水泥板的强度和刚度都较差。为了提高轻质内隔墙体材料的强度，目前开始研究以氯氧镁水泥为胶凝材料体系的常温空气中固化墙体板材。

氯镁水泥也称氯氧镁水泥，氯化镁是形成氯镁水泥硬化体的基础材料。它与氧化镁和水共同反应，形成水化生成物结晶相，赋予菱镁制品强度以及各种优良性能。氯化镁在建筑行业中作为生产镁水泥的原料，用煅烧菱镁矿石所得的轻烧粉或低温煅烧白云石所得的灰粉（主要成分为MgO）为胶结剂，以六水氯化镁（MgCL₂·6H₂O）等水溶性镁盐为调和剂，再加入水，所形成的轻烧镁粉和六水氯化镁作为主要原料，因此，在一般情况下，氯镁水泥就是指氯氧镁水泥。氯镁水泥硬化体具有极高的强度，可承受极大的压力，还具有极好的隔热防冻、防火等性能。

虽然使用氯氧镁水泥的复合材料具有上述优点，但是由于其含有氯化镁，会对镁水泥性能的产生一些不可忽略的影响，包括使镁水泥硬化体耐水性下降，这主要是由于它与氧化镁共同形成的结晶相的结晶触点极易被水所溶解，造成晶相体不复存在，而导致制品的耐水性下降。它的这种容易被水从相中溶解出来的特点，给镁水泥带来了很大的负面影响。也会使镁水泥容易反卤：六水的氯化镁成相后会有大量游离状态的氯化镁的存在。尤其是在海边、南方等湿热环境中，极其容易导致制品的耐水性很快下降，降低制品的耐久性。

此外，建筑垃圾随意堆放不仅直接造成对土壤、水质、空气等的污染，同时也存在隐性的安全隐患。随着城市建筑垃圾量的增加，垃圾堆放点也在增加，露天堆放的城市建筑垃圾在种种外力作用下，较小的碎石块也会进入附近的土壤,改变土壤的物质组成，破坏土壤的结构，降低土壤的生产力。建筑垃圾是放错的资源，建筑垃圾处理再利用已经是我们国家正在研究固体废弃物处理中的重中之重。中国每年产生的废旧轮胎以8%至10%的速度递增。2010年，中国废旧轮胎产生量约达2.5亿条，回收利用率仅为50%左右，不到西方发达国家的50%，造成巨大的资源浪费。矿渣排放在自然界中，会污染环境，使植被不能生长，矿渣的粉尘会污染空气，大量矿渣排放到自然水域，污染水源，阻塞河道。因此，如何再生利用这个废旧资源也是亟待解决的问题。

因此，如何开发出一种耐久性好易维护又能具有绿色环保的优势的防水密封材料、防腐材料、建筑装修材料等绿色建材，是目前建筑建材行业亟待解决的问题，也是符合国家基建中的环境友好型、耐久性好的建筑建材的关键的技术。

发明内容

为解决含有氯化镁的板材制品中的耐水性低、反卤等问题，将工业、建筑等废弃物等资源再利用，减低生产以及建造成本，加快建造的工期，本发明提供一种绿色环保的、符合建筑标准的多元耦合改性的低碳胶凝材料及制备的板材、制备方法。

本发明请求保护以下技术方案，

本发明提供了一种多元耦合改性的低碳胶凝材料，其特征在于，包括氧化镁、氯化镁、改性剂和水组成的基料，其质量含量为：氧化镁28~67%，氯化镁10~27%，改性剂2~8%，余量为水；所述改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，其质量比为9：0.8~2.0；所述煅烧高岭土为500-1000℃煅烧的微米级高岭土，所述石墨烯为纳米级石墨烯。

本发明还提供一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材，包含基料层和填充物层，其特征在于，所述基料层由构成权利要求1所述建筑材料的基料组成，所述基料质量含量：氧化镁28~67%，氯化镁10~27%，改性剂2~8%，余量为水；

所述改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：0.8~2.0；所述氯化镁是指无水氯化镁；

所述填充物层包括以下填充物：加气混凝土、粉煤灰、活化煤矸石、矿渣、火山灰、陶粒、废旧轮胎碎屑、建筑残渣、植物纤维的一种或多种的组合。

进一步的，所述基料质量含量包含：氧化镁28%，氯化镁27%，改性剂8%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：2.0；所述填充物是加气混凝土；

或所述基料质量含量包含：氧化镁55%，氯化镁19%，改性剂5%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：1.5；所述填充物是加气混凝土；

或所述基料质量含量包含：氧化镁67%，氯化镁10%，改性剂2%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：0.8；所述填充物是加气混凝土、植物纤维、粉煤灰和矿渣的任意比例组合，或所述填充物是绿植的生长基底，具体可以是青苔的生长基底；

所述板材包括外壳体、填充块，或/和加强芯；所述板材大小和厚度符合建筑标准的要求。

本发明还提供一种所述多元耦合气硬性低碳胶凝板材的制备方法，包括如下步骤：

第一步：由煅烧高岭土粉、石墨烯制得混合均匀的粉状混合改性剂，备用；

第二步：将第一步制得的改性剂与氯化镁、氧化镁与水混合，搅拌均匀，得到在空气中硬化后具有高强度的半固态（粥状）多元耦合改性的低碳胶凝基料；

第三步：将第二步得到的所述基料在板材模具底部均匀铺设厚度2~50mm，作为板面I，构成基料层的底层；

第四步：按照板材承载设计要求，根据第三步浇注板面I后，30分钟内将填充物在模具中的板面I上均匀铺设厚度10-300mm，或填充物按一定长度间隔预留一个或多个3-25mm间隙；将填充物与板面I压实，使填充物与板面I无间隙，但距离模具的顶部留有空间，所述填充物构成填充物层；

第五步：将半固态（粥状）状的所述基料在第四步中的模具中再堆放刮平在填充物上，并使得所述基料流入并铺满填充物上，将上下两层板面I和II粘结在一起，或使得所述基料流入并充满到预留间隙里并将上下两层板面I和II粘结在一起；且上面均匀铺设一层厚度为2~50mm，作为板面II，构成基料层的顶层；

第六步：铺设完成后，空气中硬化风干超过至少24h，得到仅由外壳体及填充物构成的所述板材；或得到包含由填充物间填充有所述基料的间隙形成加强芯的所述板材。

进一步的，所述间隙包括在模具底部和顶部外的内表面区域形成的间隙，脱模后的板材的基料层为基料形成的包含底层、顶层和中间侧壁的封闭体；制备后的所述板材大小和厚度符合建筑标准的要求，通常规格尺寸均为3的整数倍。

进一步的，第四步中将绿植设置在墙板外面，做成绿色植被覆盖的墙板，板面I的外表面铺设绿色植物生长基底。

进一步的，所述模具为带有可移动的用于固定和限制填充空间的模板固定隔断的模具；所述模具被放置在传送带上。

进一步的，铺设所述基料的是通过送料机的送料口均匀铺设在模具中；所述传送带速度与所述送料口大小及送料口与距离模具的高度相关，使得在模具中铺设的混合基料与填充物的厚度符合所述板材的厚度及大小的要求。

进一步的，所述外壳体与所述加强芯在模具中铺设所述基料后，固化形成一个整体。

进一步的，所述外壳体与所述加强芯衔接处有倒角；所述模具通过在布置填充物的顶角处留有符合倒角大小的空间，如所述第五步中使得所述基料流入并充满预留的倒角大小的空间，空气中固化后可以得到加强芯和外壳体相连的间隙处的倒角。

本发明还提供一种高强度粘合剂，其特征在于，包含所述建筑材料的基料以及石英砂，其质量比为1:6.0~6.5。

本发明还提供一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材，其特征在于，单独由权利要去1所述建筑材料的基料直接构成单层无芯板材，厚度范围为2~25mm；或，单独由权利要求1所述建筑材料的基料与混合材混合后形成单层无芯混合板材，厚度范围为2~25mm；所述混合材包括陶粒、植物纤维或其组合。

在本发明中还包括以上所述板材的应用，所述板材用于建筑建造，可以作为建筑内外墙、内部装修、隔断墙使用，还可以用于制作成小型桥梁或工艺品。

本发明还提供一种建筑建造方法，其特征在于，使用以上所述板材采用所述的高强度粘合剂粘接成建筑构件或建筑物；或其他建筑材料通过所述高强度粘合剂粘接构成建筑构件或建筑物。

进一步的，根据建筑场景的需求，将所述板材切割成需要的大小后，使用所述粘合剂涂抹在需要粘接的面或切割面进行粘接，并将多与的粘合剂抹去，粘接后空气中固化至少24h，具有一定的强度即可成型，再进行常规装修；

或，

根据建筑场景的需求，将所述板材打孔、切洞、切边、切角等操作后形成所需要的形状后，使用所述粘合剂涂抹在需要粘接的面或切割面进行粘接，并将多余的粘合剂抹去，粘接后空气中固化至少24h，具有一定的强度即可成型，再进行常规装修，或将所述板材打孔、切洞切边、切角等操作后形成所需要的形状后，再进行常规装修。

进一步的，采用所述制备方法制备的所述板材的所述基料层、所述单层无芯板材及单层无芯混合板材可以被设计为多样式的，得到多样式的且复合国家建筑标准的板材

进一步的，在所制备方法中的所述模具表面设计成浮雕状，成型后使得板面I表面制成与所述模具反向的浮雕图案；或

所述的模具表面或辊面设计成浮雕状，成型后使得板面II表面制成与所述模具反向的浮雕图案；或所述外壳体板面I或II通过掺混的树脂颜料形成迷彩或大理石纹路或其它图案。

进一步的，所述板材包括板材彩色外壳体；所述彩色外壳体是由掺混树脂颜料的基料和改性剂制备而成的迷彩或大理石纹路或其它图案；所述掺混树脂颜料的基料和改性剂是指，如所述基料及包含煅烧高岭土粉、石墨烯、树脂颜料的改性剂，且所述煅烧高岭土粉、石墨烯、树脂颜料的质量比为9：0.8~2.0：0.1~0.2。

本发明还提供一种建筑构件，其特征在于，由所述板材通过所述高强度粘合剂粘接固化而成。

本发明还提供一种建筑物，其特征在于，由所述建筑构件或构件的裁切部分通过所述高强度粘合剂粘接固化而成。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明提供了一种多元耦合改性的低碳胶凝材料，通过采用微纳米级石墨烯及煅烧高岭土实现对其的改性，使得制备得到的板材，不仅能保持氯氧镁制品的轻质、强度、韧性，甚至在多元耦合改性的条件下，获得了比不加改性材料更高强性能的气硬性低碳胶凝板材；而且有效的解决了含有氯化镁的板材制品中的耐水性低、反卤等问题，增加的轻质的氯氧镁水泥为胶凝材料体系板材的耐久性。

（2）本发明摒弃了不环保的包含聚苯颗粒的硅酸钙板、石墨聚苯板，更加低碳环保；同时将加气混凝土、粉煤灰、矿渣、火山灰、活化煤矸石、植物纤维、陶粒、废旧轮胎颗粒、残渣等作为填充物，实现资源再生利用，建筑板材内表面铺设绿色植物（比如青苔）生长基底（隔热隔音轻质高强），减少碳排放，更加绿色环保。

（3）本发明制作工艺简单，相比于石墨聚苯板等石墨烯板材造价更为低廉而且工艺简单，采用固定的特有的模具及机械可以批量的机械化智能化制备，本发明制得的板面是采用在空气中即可常温固化的混合基料固化而来的墙体，固化后具有极高的强度，可承受极大的压力，还具有极好的隔热防冻、防火等性能，高强度体积小，隔热节能效果好，隔音环保。

（4）利用本发明制得的粘合剂具有极好的粘接性能，并且在空气中即可常温固化即可和本发明的板材粘接，且粘接后无粘接痕迹，在装修建造时更加便捷美观，粘接后的各种性能强度符合建筑学要求。

（5）采用本发明制得的板材，较为轻质，抗压强度可达120 MPa，具有优异的软化系数，可减少自身载荷并降低建筑成本，结合本发明制得的粘合剂，可以完成集成化装配化，减少装配件数，施工周期短操作简单，便于施工的机械化和智能自动化，周期短，建造成本低。所述板材可以连续生产百米或更长，可以按要求加工成任意长度或形状，直接运输到施工现场进行组装。

（6）本发明的材料制作成的板材可以用于建筑装饰用板，也可以直接作为建筑外墙的承重墙板、省去表面装饰和建筑中的梁和柱，外墙表面可以直接制作成具有装饰效果的浮雕、彩绘、个性化图案等，节约装修成本。门窗用开孔可以在厂加工而成，也可以在现场组装时或组装完成后切割而成，准确而省时。

综上，本发明实现了资源的再生利用、改良了氯化镁建筑板材制品的性能，提高了强度，制作方法简单，更加绿色环保，还提供了一种建筑粘合剂，提供一种建筑方式，可以缩短工期，便于建筑装饰等。

附图说明

图1. 本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材一种成品的构造图，其中位于上方的A为板材竖直方向纵截面图；位于下方的B是板材水平方向纵截面图, 其中数值的单位是mm。

图2. 本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材一种成品的断面图, 其中数值的单位是mm。

图3. 本发明的另外一种带有倒角的多元耦合气硬性低碳胶凝板材水平方向纵截面图, 其中数值的单位是mm。

图4.本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材一种成品的载荷测试图。

图5. 利用本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及粘合剂的一种粘接方式图。

图6. 利用本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及粘合剂的另一种粘接方式图。

图7. 利用本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及粘合剂的一种建造方式图。

图8. 利用本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及粘合剂的另一种建造方式图。

图9. 利用本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及粘合剂的建造的一种建筑物结构平面图。

具体实施方式

本发明一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材，包含基料层和填充物层，通过基料层中的基料包含的多元耦合的改性剂，解决了含有氯化镁的板材制品中的耐水性低、反卤等问题，并将工业、建筑等废弃物等资源作为填充物再利用，减低生产以及建造成本，加快建造的工期，提供了一种绿色环保的、符合建筑标准的多元耦合改性低碳空硬胶凝材料及其板材及其制备方法。

本发明采用的多元耦合的改性剂中的制剂的特性如下：

高岭土：高岭土是一种无机非金属的混合物。高岭土与水结合形成的泥料，在外力作用下能够变形，外力除去后，仍能保持这种形变的性质即为可塑性。陶瓷工业是应用高岭土最早、用量较大的行业。其化学稳定，高岭土具有强的耐酸性能，但其耐碱性能差。利用这一性质可用它合成分子筛。高岭土还具有典型的固结、渗透、吸附性等特点。高岭土用途十分广泛，主要用于造纸、陶瓷和耐火材料，其次用于涂料、橡胶填料、搪瓷釉料和白水泥原料，少量用于塑料、油漆、颜料、砂轮、铅笔、日用化妆品、肥皂、农药、医药、纺织、石油、化工、建材、国防等工业部门。本发明采用微纳米级别的煅烧高岭土，除了上述特性外，还利用其微纳米分子的特点，填充硬化材料的微观孔隙，显著改善了硬化材料孔分布特征，降低硬化材料的孔隙率，从而降低了硬化材料的吸水率。

石墨烯对稳定控制氧化镁和氯化镁形成凝胶状的水化产物，从而避免了传统5.1.8型晶体与3.1.8型晶体之间的转化带来的力学性能不稳定性。另外，石墨烯具有明显的疏水性能，可以显著降低胶凝材料硬化后的吸收率，从而显著提高了硬化材料的软化系数。更重要的是，石墨烯可以通过插层化学机理固结过量的氯离子，从而显著降低了反卤现象发生。

气硬性是指：气硬性胶凝材料是非水硬性胶凝材料的一种。只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的称气硬性胶凝材料，如石灰、石膏、菱苫土和水玻璃等；气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不可用于水中。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化并保持或维持提高其强度的胶凝材料。

低碳胶凝材料的产生是适应于目前提倡的低碳环保。如现行水泥、胶凝材料体系以及混凝土生产存在诸多问题，水泥细度大、早期强度高后期强度增长幅度低、与外加剂相容性差、水化速率快、水化温升高以及收缩大；普通水泥中混合材存在黑障区导致胶凝材料体系存在“黑障区”、没有良好的级配、整体SO_3缺失等问题；所配制的混凝土匀质性差、坍损大以及长期耐久性能差等诸多问题。另一方面，水泥基材料的低碳发展是当今建筑材料发展的大势所趋，混凝土作为用量最大的土木工程材料，也应服从节能减排的发展趋势，但是其主要原材料水泥的生产过程却是一个碳排放量很大的环节，低碳胶凝材料的开发与应用具有重要意义。

以下结合具体实施例进一步描述本发明，需要理解的是，下述实施例仅用于解释和说明，不以任何方式限制本发明的范围。

本发明提供一种多元耦合改性的低碳胶凝材料，包括氧化镁、氯化镁、改性剂和水组成的基料，其质量含量为：氧化镁28~67%，氯化镁10~27%，改性剂2~8%，余量为水；所述改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，其质量比为9：0.8~2.0；所述煅烧高岭土为500-1000℃煅烧，所述石墨烯为横向长度~20μm的石墨烯。优选的，所述基料质量含量包含：氧化镁28%，氯化镁27%，改性剂8%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：2.0；或所述基料质量含量包含：氧化镁55%，氯化镁19%，改性剂5%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：1.5；或所述基料质量含量包含：氧化镁67%，氯化镁10%，改性剂2%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：0.8。

在本实施例中，材料具体为：

氯化镁：分子式MgCl₂，分子量：203. 3，CAS7786-30-3，密度2.325，规格含量≥70%，公司产品德闻化工，产地山东；

氧化镁：分子式：MgO，分子量 40.3044 ，CAS 1309-48-4，型号 7845，规格比表面积大于3000cm²/g，公司产品奥创；

煅烧高岭土粉：普通采购。品牌盛飞，公司灵寿县盛飞矿产品加工厂，产地河北灵寿；

石墨烯：纳米石墨烯片，产品编号TNGNPs，纯度99.5%，厚度4-20nm，层数<20，密度0.6g/cm³，直径：5-10μm，中国科学院成都有机化学有限公司产品；

石英砂：成分 SiO2>95%，20-40目25%，40-80目50%，80-120目25%。

若未特别说明，以下实施例所使用的材料均为本领域常规材料，可商购获得或按照本领域常规方法配制而得。若未特别说明，以下实施例所使用的实验方法和实验条件均为本领域常规的实验方法和实验条件，可参考相关实验手册、公知文献或厂商说明书。除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。

基于上述实施例中的材料，本发明还提供一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材，包含基料层和填充物层，其中，所述基料层由构成权利要求1所述建筑材料的基料组成，所述基料质量含量：氧化镁28~67%，氯化镁10~27%，改性剂2~8%，余量为水；所述改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：0.8~2.0；所述氯化镁是指无水氯化镁；所述填充物层包括以下填充物：加气混凝土、粉煤灰、活化煤矸石、矿渣、火山灰、陶粒、废旧轮胎碎屑、建筑残渣、植物纤维的一种或多种的组合。

优选的，所述基料质量含量包含：氧化镁28%，氯化镁27%，改性剂8%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：2.0；所述填充物是加气混凝土。

优选的，所述基料质量含量包含：氧化镁55%，氯化镁19%，改性剂5%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：1.5；所述填充物是加气混凝土。

优选的，所述基料质量含量包含：氧化镁67%，氯化镁10%，改性剂2%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：0.8；所述填充物是加气混凝土、植物纤维、粉煤灰和矿渣的任意比例组合。优选的，所述填充物是绿植的生长基底，具体可以是青苔的生长基底。

在本实施例中，所述板材包括外壳体、填充块，或/和加强芯；所述板材大小和厚度符合建筑标准的要求。

为了得到上面所述板材，本发明还提供一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材的制备方法，包括如下步骤：

通过上述制备方法，可得到如图1所示的板材，图1是本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材一种成品的构造图，其中位于上方的A为板材竖直方向纵截面图；位于下方的B是板材水平方向上纵截面图，其中数值的单位为mm。其中，填充物层1被整个板材外壳体2与加强芯3包围起来，且被板材内部多个等距排列的加强芯3分隔开，分隔的间距相同都是292.5mm，即单个填充物的长度，填充物之间的间隙为5mm；其中外壳体2的壳的厚度是5mm；板材的长度为2980mm，宽度为600mm，厚度为180mm，填充物厚度170mm，每一块填充物长和宽都是292.5mm。本发明提供的制备后的板材成品可根据具体的建筑需求来定，所述外壳体、所述加强芯两者是在模具中铺设混合基料后，固化形成的一个整体；所述多元耦合气硬性低碳胶凝板材大小和厚度符合建筑标准的要求，通常规格尺寸均为3的整数倍；所述板材可以连续生产百米或更长，可以按要求加工成任意长度或形状，直接运输到施工现场进行组装。

结合图2，本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材一种成品的断面图，加强芯3实际上是一种网状结构分布在板材内部，其是填充物间的间隙注入所述基料后固化形成的，该间隙宽度与板材外壳体2的壳的厚度相同都是5mm。这样设计的目的主要是在保证更轻质的条件下，为了加强板材的强度。

如在所制备方法中，将所述模具表面设计成浮雕状，成型后使得板面I表面制成与所述模具反向的浮雕图案；或所述的模具表面或辊面设计成浮雕状，成型后使得板面II表面制成与所述模具反向的浮雕图案；或所述外壳体板面I或II通过掺混的树脂颜料形成迷彩或大理石纹路或其它图案。

根据上述多样式设计方法得到的所述板材包括板材彩色外壳体；所述彩色外壳体是由掺混树脂颜料的基料和改性剂制备而成的迷彩或大理石纹路或其它图案；所述掺混树脂颜料的基料和改性剂是指，如所述的基料及包含煅烧高岭土粉、石墨烯、树脂颜料的改性剂，且所述煅烧高岭土粉、石墨烯、树脂颜料的质量比为9：0.8~2.0：0.1~0.2。

在本发明提供的板材中，还包括：所述外壳体与所述加强芯衔接处有倒角；如图3所示，本发明的另外一种带有倒角的多元耦合气硬性低碳胶凝板材的垂直于厚度方向上的板面的截面图；其中倒角4的边长为20mm；加强芯3的间隙的宽度与外壳体2的壳的厚度都是5mm的厚度；倒角4位于板材的两端的外壳体2与加强芯3所形成的空间的内部角落处。倒角的设置：所述模具通过在布置填充物的顶角处留有符合倒角大小的空间，如板材制备方法所述的第五步中使得所述基料流入并充满预留的倒角大小的空间，空气中固化后可以得到加强芯和外壳体相连的间隙处的倒角。利用所述模具通过将填充材料块留有间隙的断开布置，可以得到加强芯和外壳体间隙的倒角的纵截面图。

本发明要求保护的不局限于图3所示的设置倒角的方式，还包括板材仅在某些加强芯处设置倒角或者全部的外壳体与加强芯都设置倒角，以及不设置倒角等的组合。

另外，本发明要求所述的加强芯3不仅局限于图1-3所示的，还包括一些本领域常用的设置的加强筋的结构，以及其组合的结构。

在本实施例中，优选的第四步中将绿植设置在墙板外面，做成绿色植被覆盖的墙板，板面I的外表面铺设绿色植物生长基底。可以用于外墙的绿化，美化环境，隔热，隔音，吸收二氧化碳。

除了上述方法制备的板材外，本发明还涉及通过其他方式制备多样式的板材，且制备的板材大小和厚度符合建筑标准的要求。

包括另一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材，其单独由所述建筑材料的基料直接构成单层无芯板材，厚度范围为2~25mm；或，单独由所述建筑材料的基料与混合材混合后形成单层无芯混合板材，厚度范围为2~25mm；所述混合材包括陶粒、植物纤维或其组合。直接构成单层无芯板材或混合后形成单层无芯混合板材都满足建筑板材强度的要求。

在本实施例中，采用所述制备方法制备的板材的所述基料层、所述板材的单层无芯板材及单层无芯混合板材可以被设计为多样式的，得到多样式的且复合国家建筑标准的板材。

这里明确的是，除了上述制备多样式的板材外，本发明应当还包括本领域常规的一些制备多样式板材的方法。为了进一步说明本发明所述板材及板材性能，通过以下实验例进行介绍。

实验一>探究板材性能的影响

1 基料配比不同时，对制备的板材性能的影响：

1.1制备板材

第一步：分别按份量称取以下填充物以及改性剂组合各5份，备用；

填充物：加气混凝土等；

改性剂：煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9 ：1.5；

将上述改性剂组分充分研磨，混合均匀制得改性剂，备用；

另外，准备称取下述5组不同重量配比的基料中的氯化镁、氧化镁以及水，备用；

A1组：氧化镁28%，氯化镁27%，改性剂8%，余量为水；

B1组：氧化镁55%，氯化镁19%，改性剂5%，余量为水；

C1组：氧化镁67%，氯化镁10%，改性剂2%，余量为水；

D1组：氧化镁35%，氯化镁25%，改性剂5%，余量为水；

E1组：氧化镁60%，氯化镁15%，改性剂5%，余量为水；

第二步：将第一步制得的5份改性剂分别与A1组、B1组、C1组、D1组、E1组中的其他基料混合后，叶片或滚筒搅拌机搅拌均匀，分别得到A1组、B1组、C1组、D1组、E1组对应的在空气中硬化后具有高强度的半固态（粥状）多元耦合改性的低碳胶凝基料；

第三步：将第二步得到的混合基料在模具底部均匀铺设5mm，作为板面I，构成基料层的底层；

第四步：按照板材承载设计要求，根据第三步浇注板面I后，板面I半干状态时，30分钟内将第一步备好的5份填充物在模具中的板面I上均匀铺设厚度170mm，填充物按一定长度间隔预留5mm间隙，将填充物与板面I间并压实，使填充物与板面I无间隙，但距离模具的顶部留有空间，所述填充物构成填充物层；

第五步：将半固态（粥状）状的混合基料在第四步中的模具中再堆放刮平在填充物上，使得混合基料流入并充满到预留间隙里并将上下两层板面I和II粘结在一起，且下面均匀铺设一层厚度为5mm，作为板面II，构成基料层的顶层；

第六步：铺设完成后，空气中硬化风干超过24h，得到具有初步强度的所述多元耦合气硬性低碳胶凝板材；填充物间填充有所述多元耦合改性的低碳胶凝基料的间隙形成加强芯。分别得到包含加强芯的对应的单个板材A1、板材B1、板材C1、板材D1、板材E1；所述间隙包括在模具底部和顶部外的内表面区域形成的间隙，脱模后的板材的基料层为基料形成的包含底层、顶层和中间侧壁的封闭体；制备后的所述板材大小和厚度符合建筑标准的要求，通常规格尺寸均为3的整数倍。

性能检测

本实施例中，将发明人自制的未改性的轻质氯氧镁水泥制板作为对照组。

根据GB/T 30100-2013建筑墙板试验方法，K=f/F。其中，K——材料的软化系数；f——材料在水饱和状态下的无侧限抗压强度，MPa；F——材料在干燥状态下的无侧限抗压强度，MPa。

软化系数的取值范围在0—1之间，其值越大，表明材料的耐水性越好。软化系数的大小，有时被作为选择材料的依据。长期处于水中或潮湿环境的重要建筑物或构筑物，必须选用软化系数大于0.85的材料。用于受潮湿较轻或次要结构的材料，则软化系数不得小于0.75。通常认为软化系数大于0.85的材料是耐水性材料。

如图3所示，检测本发明板材的承载能力的一个示意图，均布载荷为300kg/m²，检测及计算结果如下表：其挠度经过直接测量。

测试结果数据表1

项目	A1组	B1组	C1组	D1组	E1组	对照组
							软化系数	0.93	0.95	0.89	0.91	0.95	0.83
抗压MPa	125	120	118	120	123	109

结论：参照上表可知，板材A1、板材B1、板材C1、板材D1、板材E1的材料的软化系数指标都高于0.85，且明显高于对照组；抗压强度值都能达到约120MPa。可以用于在长期处于水中或潮湿环境的重要建筑物或构筑物的建造，满足南方以及沿海地区的湿热环境要求。

改性剂中的组分配比不同时，对制备的板材性能的影响：

2.1制备板材

填充物：加气混凝土；

基料：氧化镁55%，氯化镁19%，改性剂5%，余量为水；

另外，准备称取下述5组不同配比的改性剂中的煅烧高岭土粉、石墨烯，等备用；

A2组（B1组，后面使用B1数据，不在进行试验制备）：煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：1.5；

B2组：煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：0.8；

C2组：煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：2.0；

D2组：煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：1.0；

E2组：煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：1.8；

将上述改性剂组分充分研磨，混合均匀制得改性剂，备用

第二步：将第一步制得的4份基料组分分别与B2组、C2组、D2组、E2组中的改性剂混合后，叶片或滚筒搅拌机搅拌均匀，分别得到A2组、B2组、C2组、D2组、E2组对应的混合基料；

第四步：按照板材承载设计要求，根据第三步浇注板面I后，板面I半干状态时，30分钟内将第一步备好的4份填充物在模具中的板面I上均匀铺设厚度170mm，填充物间按一定长度间隔预留5mm间隙，将填充物与板面I间并压实，使填充物与板面I无间隙，所述填充物构成填充物层；

第六步：铺设完成后，风干超过24h，分别得到对应的单个板材B2、板材C2、板材D2、板材E2。

性能检测

对照组及检测方法与标准同实验例中的1.2。

测试结果数据表2

项目	A2（B1）组	B2组	C2组	D2组	E2组	对照组
							材料的软化系数	0.95	0.91	0.96	0.93	0.95	0.83
抗压MPa	120	120	122	119	120	109

结论：参照上表可知，板材A2(B1)、板材B2、板材C2、板材D2、板材E2的材料的软化系数均高于0.85，且高于对照组；且在上述配比范围内能明显看出制备的板材的材料的软化系数较为稳定且均值较高；板材的抗压强度值约为120 MPa。可以用于在长期处于水中或潮湿环境的重要建筑物或构筑物的建造，满足南方以及沿海地区的湿热环境要求。

填充物的组分不同时，对制备的板材性能的影响：

3.1制备板材

第一步：分别按份量称取以下基料以及其改性剂组合各4份，备用；

基料：氧化镁67%，氯化镁10%，改性剂2%，余量为水；

其中改性剂：煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9：0.8；将上述改性剂组分充分研磨，混合均匀制得改性剂，备用；

另外，准备称取下述4组不同组分的填充物，备用；

A3组（采用C1组实验数据）：填充物是加气混凝土；

B3组：填充物是加气混凝土、植物纤维、粉煤灰、矿渣的组合，其比例为： 2:2:1:1;

C3组：填充物是植物纤维、粉煤灰、矿渣的组合，其比例为：4:2:1；

D3组：填充物是植物纤维、粉煤灰的组合，其比例为：1:1；

E3组：填充物是火山灰、活化煤矸石、陶粒、废旧轮胎、建筑残渣的组合，其比例为：1:1:1:1:1。

第二步：将第一步制得的4份基料及其改性剂混合后，叶片或滚筒搅拌机搅拌均匀，分别得到B3组、C3组、D3组、E3组对应的混合基料；

第四步：按照板材承载设计要求，根据第三步浇注板面I后，板面I半干状态时，30分钟内将第一步备好的4份填充物在模具中的板面Ⅰ上均匀铺设厚度170mm，填充物间按一定长度间隔预留5mm间隙，将填充物与板面I间并压实，使填充物与板面Ⅰ无间隙,但距离模具的顶部留有空间，所述填充物构成填充物层；

第六步：铺设完成后，风干超过24h，分别得到对应的单个板材B3、板材C3、板材D3、板材E3。

性能检测

对照组及检测方法与标准同实验例中的1.2。

测试结果数据表3

项目	A3（C1）组	B3组	C3组	D3组	E3组	对照组
							材料的软化系数	0.89	0.89	0.90	0.90	0.89	0.83
抗弯强度MPa	118	120	118	118	121	109

结论：参照上表可知，板材A3（C1）、板材B3、板材C3、板材D3、板材E3的材料的软化系数均高于0.85，且高于对照组；虽然板材中的填充物组分不同，但是基本不影响其性能。可以用于在长期处于水中或潮湿环境的重要建筑物或构筑物的建造，满足南方以及沿海地区的湿热环境要求。

制备的板材外壳体壳的厚度对板材性能的影响：

4.1制备板材

采用实验例中的1.1所述基料组合，B1组：氧化镁55%，氯化镁19%，改性剂5%，余量为水；改性剂：煅烧高岭土粉、石墨烯，质量比为9 ：1.5；填充物是加气混凝土。

除上述实验例中的1.1所述的制备板材的方法外，本发明还提供了本领域常用的制备混凝土板材的一般方法制备的另一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材的制备方法，其中，单独由所述基料直接构成单层无芯板材，厚度范围为2~25mm；或者，本发明还提供了另一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材的制备方法，单独由所述基料与混合材混合后形成的单层无芯混合板材，厚度范围为2~25mm；所述混合材包括陶粒、植物纤维等材料或其组合。

在本实施例中，采用实验例中的1.1的B1组相同的基料，制备得到如下几种板材：

A4（B1）组：外壳体壳的厚度5mm，填充层厚度170mm，加强芯的厚度均是5mm；板材的长度为2980mm，宽度为600mm，厚度为180mm；

B4组：外壳体壳的厚度2mm，填充层厚度176mm，加强芯的厚度均是5mm；板材的长度为2980mm，宽度为600mm，厚度为180mm；

C4组：单层无芯板材；板材的长度为2980mm，宽度为600mm，厚度为2mm；

D4组：单层无芯板材；板材的长度为2980mm，宽度为600mm，厚度为10mm；

E4组：单层无芯混合板材；板材的长度为2980mm，宽度为600mm，厚度为2mm。

性能检测

测试结果数据表4

项目	A4（B1）组	B4组	C4组	D4组	E4组
						软化系数	0.95	0.94	0.86	0.91	0.84
抗压MPa	120	118	101	114	100

结论：由上表可知，当单层无芯板材或单层无芯混合板材的厚度为2mm时候同样能够达到约100以上MPa的抗压强度值，而且材料的软化系数均高于0.85，无论板材是否添加填充物，也对其性能的影响不大，填充物层起到整个板材的支撑作用。可见本发明提供的改性后的基料，制作的板材具有极好的抗压强度以及耐水性，可以用于在长期处于水中或潮湿环境的重要建筑物或构筑物的建造，满足南方以及沿海地区的湿热环境要求。

实验例二>高强度粘合剂的制备

1 粘合剂的制备：

第一步：按份取用实验例一中的准备基料的组合，A1组基料；

第二步：分别称取步骤一A1组分量的4、6、8倍的石英砂，直接加入步骤一A1组基料中搅拌；得到三种粘合剂。

本发明所述的粘合剂可以与本领域混凝土粘合剂用于同样的粘合应用，但是本发明所述粘合剂，如上述制备的三种粘合剂都是气硬性粘合剂，即在空气中风干至少24小时即可形成所需建筑结构。本发明的粘合剂不限于与本发明所述板材配套使用，也可以用于其他板材或建筑材料的搭配使用。

本发明的一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及由其制得的粘合剂的应用

本发明提供一种所述板材的具体的应用，提供一种建筑构件，由所述板材通过所述高强度粘合剂粘接固化而成。

如附图5所示，是发明的板材与上述方法得到的粘接方式之一的示意图，其中如I所示可以进行平面粘接、截面或端面粘接，以及粘接一组后再粘接一组或一个板材。如II所示，位于墙体处的板材可以倾斜搭接，接缝处用本发明粘合剂填充。

如附图6所示是发明的板材与上述方法得到的另一种粘接方式的示意图，包括L型粘接柱III，S型粘接柱IV，I型粘接柱V，T型粘接柱VI；图6中，I型粘接柱V上方还包含了方型的粘接柱；这些粘接柱通过和板材相同宽度的固定板固定于粘合剂与板材的粘接处。

本实施例中，还包括所述板材的切割或开孔应用：

板材的切割或开孔：

如图7所示，利用本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及由其制得的粘合剂的一种建造方式图。可以将四个板材拼接后作为一面内墙，可以根据具体的装修建造需求，切割斜角、方形孔、圆孔、三角孔、多边形孔以及半开口角开口等。主要用于粘接后可以任意切割或开孔，可以是制作为建筑中的门、窗、通风孔，以及搭接用的卡口。

粘接后的板材的切割或开孔：

如图8. 利用本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及由其制得的粘合剂的另一种建造方式图。将三块板材平面错开粘接后，在上面再立面粘接板材或粘接切割开口的板材；或者倾斜粘接板材。三块平面粘接的板材，还可以在粘接处开深口。还可以切开搭接用的卡口，用于搭接或粘接板材。

优选的所述板材用于建筑建造，可以作为建筑内外墙、内部装修、隔断墙使用，还可以用于制作成小型桥梁或工艺品。

板材与粘合剂建造建筑物的应用：

板材与粘合剂建造建筑物的应用在于提供一种建筑物，由所述建筑构件或构件的裁切部分通过所述高强度粘合剂粘接固化而成。

在本发明中还提供一种建筑建造方法，来实现构筑所述建筑物，使用所述板材采用所述的高强度粘合剂粘接成建筑构件或建筑物；或其他建筑材料通过所述高强度粘合剂粘接构成建筑构件或建筑物。

在实际应用中，根据建筑场景的需求，将所述板材切割成需要的大小后，使用所述粘合剂涂抹在需要粘接的面或切割面进行粘接，并将多与的粘合剂抹去，粘接后空气中固化至少24h，具有一定的强度即可成型，再进行常规装修；或，根据建筑场景的需求，将所述板材打孔、切洞、切边、切角等操作后形成所需要的形状后，使用所述粘合剂涂抹在需要粘接的面或切割面进行粘接，并将多余的粘合剂抹去，粘接后空气中固化至少24h,具有一定的强度即可成型，再进行其他常规装修，或将所述板材打孔、切洞、切边、切角等操作后形成所需要的形状后，再进行其他常规装修。

如图9. 利用本发明的多元耦合气硬性低碳胶凝板材以及由其制得的粘合剂的建造的一种建筑物结构平面图。

在已经建好的地基上，利用多个板材粘接成的平板建造基础平面。

之后，将竖立的板材与基础平面之间用粘合剂粘接固定，建造墙面与支撑柱；

再用板材粘接出楼板，并90度直接粘接在支撑柱与墙面上，在此基础上建造第二层；

二层中将竖立的板材与基础平面之间用粘合剂粘接固定，建造墙面与支撑柱；

再用板材粘接出顶层楼板，并90度直接粘接在支撑柱与墙面上，在此基础上建造顶层；

将板材粘接成两个相同的大板后，再倾斜粘接固定于楼顶，作为屋顶。

在实际应用中，所述板材可以连续生产百米或更长，可以按要求加工成任意长度或形状，直接运输到施工现场进行组装。可以用于建筑装饰用板，也可以直接作为建筑外墙的承重墙板、省去表面装饰和建筑中的梁和柱，外墙表面可以直接制作成具有装饰效果的浮雕、彩绘、个性化图案等，节约装修成本。门窗用开孔可以在厂加工而成，也可以在现场组装时或组装完成后切割而成，准确而省时。还可以作为建筑内外墙、内部装修、隔断墙使用；还可以制作成小型桥梁或工艺品。

利用本发明的制得的板材以及粘合剂可以直接建造建筑物，无需其他建材，建造后的建筑符合国家安全标准；很明显可以缩短建造的工期，尤其适合建造底层建筑；满足南方以及沿海地区的湿热环境要求。

根据国家装配式建筑评价等级的划分标准：装配率为60％～75％时，评价为A级装配式建筑；装配率为76％～90％时，评价为AA级装配式建筑；装配率为91％及以上时，评价为AAA级装配式建筑。使用本发明提供的材料、及其制备的板材及粘合剂的组合使用，可以得到AAA级装配式建筑。

Claims

1.一种多元耦合气硬性低碳胶凝板材的制备方法，其特征在于，制备原料包括基料和填充物；所述基料质量含量：氧化镁28~67%，氯化镁10~27%，改性剂2~8%，余量为水；所述改性剂包含煅烧高岭土粉、纳米级石墨烯，质量比为9：0.8~2.0；所述氯化镁是指无水氯化镁；

所述填充物包括：加气混凝土、粉煤灰、活化煤矸石、矿渣、火山灰、陶粒、废旧轮胎碎屑、建筑残渣、植物纤维的一种或多种的组合，或所述填充物是绿植的生长基底；

包括如下步骤：

第一步：由煅烧高岭土粉、纳米级石墨烯制得混合均匀的粉状混合改性剂，备用；

第二步：将第一步制得的改性剂与氯化镁、氧化镁与水混合，搅拌均匀，得到在空气中硬化后具有高强度的半固态多元耦合改性的低碳胶凝基料；

第五步：将半固态状的所述基料在第四步中的模具中再堆放刮平在填充物上，并使得所述基料流入并铺满填充物上，将上下两层板面I和II粘结在一起，或使得所述基料流入并充满到预留间隙里并将上下两层板面I和II粘结在一起；且上面均匀铺设一层厚度为2~50mm，作为板面II，构成基料层的顶层；

第六步：铺设完成后，空气中硬化风干超过至少24h，得到仅由外壳体及填充物构成的所述板材；或得到包含由填充物间填充有所述基料的间隙形成加强芯的所述板材；

其中，所述模具为带有可移动的用于固定和限制填充空间的模板固定隔断的模具；所述模具被放置在传送带上；铺设所述基料的是通过送料机的送料口均匀铺设在模具中；所述传送带速度与所述送料口大小及送料口与距离模具的高度相关，使得在模具中铺设的混合基料与填充物的厚度符合所述板材的厚度及大小的要求。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基料质量含量包含：氧化镁28%，氯化镁27%，改性剂8%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、纳米级石墨烯，质量比为9：2.0；所述填充物是加气混凝土；

或所述基料质量含量包含：氧化镁55%，氯化镁19%，改性剂5%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、纳米级石墨烯，质量比为9：1.5；所述填充物是加气混凝土；

或所述基料质量含量包含：氧化镁67%，氯化镁10%，改性剂2%，余量为水；其中改性剂包含煅烧高岭土粉、纳米级石墨烯，质量比为9：0.8；所述填充物是加气混凝土、植物纤维、粉煤灰和矿渣的组合，或所述填充物是绿植的生长基底，具体是青苔的生长基底。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述间隙包括在模具底部和顶部外的内表面区域形成的间隙，脱模后的板材的基料层为基料形成的包含底层、顶层和中间侧壁的封闭体；制备后的所述板材大小和厚度符合建筑标准的要求。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征还在于，所述外壳体与所述加强芯衔接处有倒角；所述模具通过在布置填充物的顶角处留有符合倒角大小的空间，在第五步中使得所述基料流入并充满预留的倒角大小的空间，空气中固化后可以得到加强芯和外壳体相连的间隙处的倒角。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述模具表面设计成浮雕状，成型后使得板面I表面制成与所述模具反向的浮雕图案。

6.一种如权利要求1所述的制备方法得到的多元耦合气硬性低碳胶凝板材。

7.权利要求6所述板材的应用，所述板材用于建筑建造或工艺品。