CN114773023A - 一种高性能保温砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高性能保温砖，包括以下原料：活性激发剂、尾矿粉、聚苯乙烯泡沫颗粒、三乙醇胺、秸秆、水泥和水。本发明还公开了一种所述高性能保温砖的制备方法。本发明具有制备成本低、整体质量轻、力学性能强、保温效果优等特点。

Description

一种高性能保温砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及保温砖技术领域，具体是一种高性能保温砖及其制备方法。
背景技术
随着我国对矿产需求的不断增加，因选矿产生的尾矿量也在逐年升高。结合相关统计，2020年我国的尾矿总量约为225亿吨。传统的堆积、筑坝等处理方式不仅占用土地、威胁当地生态环境，且对周边居民带来巨大安全隐患。如何将尾矿高效利用成为当前亟待解决的问题。
截至2021年，我国聚苯乙烯(EPS)泡沫制品已超过180万吨。产生的废弃EPS泡沫因质量轻、回收难且无法自然降解，容易造成“白色污染”。采用填埋、焚烧等方式处理，将直接导致二次污染。如何将废弃EPS泡沫资源化利用，对推动社会可持续发展具有重要意义。中国作为粮食生产大国，每年产生的秸秆在9.4亿吨以上。受技术水平限制，农村常采用就地焚烧的方式处理，由此造成严重的大气污染。近些年来，国家陆续出台相关政策，禁止焚烧秸秆，积极推广秸秆资源化技术。
另一方面，2021年我国建筑面积已超过700亿㎡，产生的建筑能耗占日常总能耗的50％左右。在倡导节能减排的大背景下，积极推广高效、环保的建筑保温材料，可有效降低能源消耗、减少污染物排放。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提出一种高性能免烧保温砖及其制备方法，该保温砖具有制备成本低、整体质量轻、力学性能强、保温效果优等特点，同时可提高尾矿砂、废弃聚苯乙烯泡沫和秸秆的资源化利用水平。本发明在提高固体废弃物利用率、降低建筑能耗等方面具有重要意义。
本发明提供的一种高性能保温砖，包括以下原料：活性激发剂、尾矿粉、聚苯乙烯泡沫颗粒、三乙醇胺、秸秆、水泥和水。
优选地，所述活性激发剂的用量为尾矿粉质量的1.0-3.0％。
优选地，所述聚苯乙烯泡沫颗粒的用量为尾矿粉质量的1.5-4.5％。所述聚苯乙烯泡沫颗粒的粒径为2.0mm，堆积密度为5.3Kg/m3，使用前用水将表面清洗干净，于自然条件下风干后使用。
优选地，所述秸秆的用量为尾矿粉质量的2.0-6.0％。所述秸秆回收自小麦农作物，主要成分为纤维素、半纤维素以及木质素等。
优选地，所述水泥的用量为尾矿粉质量的11-13％。所述水泥用作胶凝材料，采用32.5级普通硅酸盐水泥。
优选地，按质量分数计，所述活性激发剂包括：4％水玻璃、4％Na2SO4和2％NaOH。其中，所述水玻璃的模数为1.5，波美度为40，水玻璃的组成成分包括：36.85％Na2SiO3、9.73％Na2O和20.13％SiO2，所述Na2SO4纯度≥98％，所述NaOH呈片状，纯度≥97％。
优选地，所述尾矿粉由铜尾矿与铁尾矿按质量比1：1制备形成，所述尾矿粉采用精细化处理工艺，先经高温环境下干燥，除去结合水、铜铁离子及硫磷固体等杂质，经研磨后细度控制在1200-1500目。
所述尾矿粉在精细化处理后的主要化学成分见表1。
表1尾矿粉主要化学组分
Figure BDA0003635829860000021
所述活性激发剂用量为尾矿粉质量的1.0％、2.0％和3.0％时，尾矿粉的S95-7、S95-28活性指数见表2。
表2尾矿粉活性指数
Figure BDA0003635829860000022
优选地，所述三乙醇胺的纯度≥98％。
本发明还公开一种所述高性能保温砖的制备方法，包括下述步骤：
S1、按设计配比，将聚苯乙烯泡沫颗粒与三乙醇胺混合均匀，得到改性聚苯乙烯泡沫颗粒；
S2、按设计配比，将尾矿粉、秸秆和水泥混合均匀，加水搅拌形成具有可塑性而无明显泌水现象的混合体；
S3、将所述改性聚苯乙烯泡沫颗粒加入到所述混合体中，经搅拌使改性聚苯乙烯泡沫颗粒均匀分布在所述混合体内部，得到二次混合体；
S4、将所述二次混合体通过挤压制成坯体，经养护得到高性能保温砖
优选地，S2中，所述秸秆在混合前，先用水浸泡5-7h，使其中糖分和纤维质素析出，自然条件下烘干，切割成长度为0.8-1.2cm，宽度小于1mm的条状体。
优选地，S4中，将所述二次混合体投入挤砖机，经1-3MPa的挤出压力，制成孔隙率为26-30％的坯体，经常温环境下养护26-30d得到高性能保温砖。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明中，所述水泥先参加水化反应，生成C-S-H凝胶、钙矾石并提供碱性环境。所述尾矿粉在精细化处理过程中，因破碎、高度研磨使颗粒体表面的致密结构破坏，造成Si-O和Al-O键的断裂，进而形成火山灰活性；活性激发剂中的Na2SO4在碱性环境下可与游离Ca2+及AlO2-等反应继续生成钙矾石和钠沸石；在碱性环境下，超细尾矿粉中的活性SiO2、Al2O3与OH-反应生成C-S-H凝胶、C-A-H晶体以及斜方钙沸石；水玻璃水解不仅释放大量H4SiO4凝胶和OH-，且促使超细尾矿粉溶解出SiO4 4-和AlO4 5-，在与Na+、K+及水玻璃中的游离态基团反应后可生成其他胶凝产物。本发明采用的超细尾矿粉细度在1200～1500目，拥有超大比表面积，可使上述反应进行得更快、更充分。同时，超细尾矿粉可发挥微填充效应，对秸秆表面的孔隙，聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆与胶凝材料间形成的界面孔隙进行填充，将保温砖内部的流通孔隙转化为封闭型孔洞，进而提高保温砖的力学性能和保温效果。
2、本发明中，所述聚苯乙烯泡沫颗粒质量轻、保温且隔音，但其表面呈憎水性，无法与原材料充分融合，使用三乙醇胺可对聚苯乙烯表面进行改性，可缓解聚苯乙烯泡沫颗粒始终上浮的问题，使其均匀分散在混合料体系中。
3、本发明中，所述秸秆含有木质纤维，具有柔韧性强、保温效果好等特点，适量掺入可提高保温砖的抗压、抗折强度和保温性能。秸秆中含有可溶性纤维质素及糖分，对胶凝材料的凝结硬化产生一定影响。在使用前可用水浸泡5-7h，以减少纤维质素及糖分含量。在活性激发剂中添加Na2SO4，除改善超细尾矿粉的火山灰活性，也能与超细尾矿粉结合对秸秆表面孔隙进行封堵，以减少纤维质素和糖分的析出。
4、本发明对尾矿砂采用精细化处理，通过剔除有害物质、提高颗粒体细度以及活性激发剂的作用，制备成具有一定化学活性且力学性能强的超细尾矿粉。与现有研究相比较，该项技术可显著提高尾矿砂的资源化利用水平。本发明充分利用超细尾矿粉的化学活性与微填充效应，改性聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆的柔韧性与保温隔热效果。活性激发剂除提高超细尾矿粉的化学活性外，也可减轻秸秆中糖分及纤维质素造成的水泥缓凝等不利影响。本发明提供的一种高性能免烧保温砖，将原材料的特性充分利用，具有制备成本低、抗压抗折强度高以及保温隔热效果强等优点。同时，该保温砖制备过程可控，适合大规模生产。
具体实施方式
为了使本发明所提供的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面将结合具体实施案例，对本发明进行详细阐述。同时为阐明活性激发剂、改性聚苯乙烯泡沫颗粒和秸秆用量对保温砖抗压抗折强度、导热系数的影响程度及规律，以活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒和秸秆用量为三因素设计正交试验，共9组实施案例。表3为正交试验设计表。
表3正交试验设计表
Figure BDA0003635829860000041
实施例1
利用水玻璃、Na2SO4和NaOH按照4％、4％和2％的质量分数配制活性激发剂；将铜尾矿和铁尾矿按质量比1：1混合并采取精细化处理，制成1200-1500目的超细尾矿粉；取聚苯乙烯泡沫颗粒，用量为超细尾矿粉质量的1.5％，先用清水将表面冲洗干净，于自然条件下风干后用三乙醇胺进行表面改性；取小麦秸秆用水浸泡6h后自然烘干，切割成长度为1cm、宽度小于1mm的丝状体；取32.5级普通硅酸盐水泥为胶凝材料。将活性激发剂、秸秆和水泥按超细尾矿粉质量的1.0％、2％和12％与超细尾矿粉搅拌，经加水拌和均匀后形成具有可塑性而无明显泌水现象的混合体。将改性后聚苯乙烯泡沫颗粒与混合体搅拌均匀，投入挤砖机后，经2MPa的挤出压力，制备尺寸为240mm×115mm×90mm，圆孔直径10mm，孔隙率为28％的坯体，在常温环境下养护28d制备成高性能保温砖。表4列出了该组保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
实施例2
重复实施例1的做法，将活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆和水泥的用量控制为超细尾矿粉质量的1.0％、3.0％、4％和12％，表4列出了该组保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
实施例3
重复实施例1的做法，将活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆和水泥的用量控制为超细尾矿粉质量的1.0％、4.5％、6％和12％，表4列出了该保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
实施例4
重复实施例1的做法，将活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆和水泥的用量控制为超细尾矿粉质量的2.0％、1.5％、4％和12％，表4列出了该组保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
实施例5
重复实施例1的做法，将活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆和水泥的用量控制为超细尾矿粉质量的2.0％、3.0％、6.0％和12％，表4列出了该保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
实施例6
重复实施例1的做法，将活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆和水泥的用量控制为超细尾矿粉质量的2.0％、4.5％、2.0％和12％，表4列出了该组保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
实施例7
重复实施例1的做法，将活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆和水泥的用量控制为超细尾矿粉质量的3.0％、1.5％、6.0％和12％，表4列出了该组保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
实施例8
重复实施例1的做法，将活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆和水泥的用量控制为超细尾矿粉质量的3.0％、3.0％、2.0％和12％，表4列出了该组保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
实施例9
重复实施例1的做法，将活性激发剂、聚苯乙烯泡沫颗粒、秸秆和水泥用量控制为超细尾矿粉质量的3.0％％、4.5％、4.0％和12％，表4列出了该组保温砖的7d、28d抗压抗折强度和导热系数。
表4 9组实施例的7d、28d抗压抗折和导热系数
Figure BDA0003635829860000061
结合表4数据，提高活性激发剂和秸秆用量使保温砖7d、28d抗压抗折强度增加，导热系数降低；提高改性聚苯乙烯泡沫颗粒用量使保温砖7d、28d抗压抗折强度和导热系数均降低。三因素对7d抗压抗折强度的影响程度为：秸秆用量＞活性激发剂用量＞改性聚苯乙烯泡沫颗粒用量；28d抗压抗折强度影响程度为：活性激发剂用量＞秸秆用量＞改性聚苯乙烯泡沫颗粒用量；导热系数影响程度为：改性聚苯乙烯泡沫颗粒用量＞秸秆用量＞活性激发剂用量。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能保温砖，其特征在于，包括以下原料：活性激发剂、尾矿粉、聚苯乙烯泡沫颗粒、三乙醇胺、秸秆、水泥和水。
2.如权利要求1所述的高性能保温砖，其特征在于，所述活性激发剂的用量为尾矿粉质量的1.0-3.0%。
3.如权利要求1或2所述的高性能保温砖，其特征在于，所述聚苯乙烯泡沫颗粒的用量为尾矿粉质量的1.5-4.5%。
4.如权利要求1或2所述的高性能保温砖，其特征在于，所述秸秆的用量为尾矿粉质量的2.0-6.0%。
5.如权利要求1或2所述的高性能保温砖，其特征在于，所述水泥的用量为尾矿粉质量的11-13%。
6.如权利要求1或2所述的高性能保温砖，其特征在于，按质量分数计，所述活性激发剂包括：4%水玻璃、4%Na2SO4和2%NaOH。
7.如权利要求1或2所述的高性能保温砖，其特征在于，所述尾矿粉的细度为1200-1500目。
8.一种如权利要求1-7任一项所述高性能保温砖的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、按设计配比，将聚苯乙烯泡沫颗粒与三乙醇胺混合均匀，得到改性聚苯乙烯泡沫颗粒；
S2、按设计配比，将尾矿粉、秸秆和水泥混合均匀，加水搅拌形成具有可塑性而无明显泌水现象的混合体；
S3、将所述改性聚苯乙烯泡沫颗粒加入到所述混合体中，经搅拌使改性聚苯乙烯泡沫颗粒均匀分布在所述混合体内部，得到二次混合体；
S4、将所述二次混合体通过挤压制成坯体，经养护得到高性能保温砖。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述秸秆在混合前，先用水浸泡5-7h，自然条件下烘干，切割成长度为0.8-1.2cm，宽度小于1mm的条状体。
10.如权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，S4中，将所述二次混合体投入挤砖机，经1-3MPa的挤出压力，制成孔隙率为26-30%的坯体，经常温环境下养护26-30d得到高性能保温砖。
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