CN115010513A - 一种水泥基多孔吸音板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多孔材料领域，具体涉及一种水泥基多孔吸音板及其制备方法；所述吸音板由以下重量份的原料制备而成：尾矿0～40份、建筑垃圾0～30份、石膏0～5份、粉煤灰0～30份、水泥20～70份、稳泡剂0.0005～0.001份、双氧水0.0005～0.001份、发泡剂0.002～5份。本发明利用双氧水的分解，在吸音板的表面和内部形成大量圆形的孔，为高开口孔隙率吸音板的制备提供基础；然后，通过控制发泡剂在蒸压养护过程中的受热分解过程，促使吸音板内形成大量新的孔结构，并随着蒸压养护的进行而长大、连通，旨在显著提升吸音板的开口孔隙率和孔结构的复杂性，拓展了吸音板的吸声频带和吸声效率。
Description
技术领域
本发明属于多孔材料领域，具体涉及一种水泥基多孔吸音板及其制备方法。
背景技术
吸音板是指板(块)状的、具有吸声降噪性能的材料，有无机纤维材料(如玻璃棉、岩棉及其制品等)、有机纤维材料(如棉、麻等植物纤维，木质纤维、及人造纤维等)、泡沫材料(如泡沫塑料、泡沫玻璃等)、金属材料(如金属纤维、多孔泡沫金属等)、建筑材料(如泡沫吸声板、多孔陶瓷吸声材料、膨胀珍珠岩、泡沫混凝土等)，主要应用于影剧院、音乐厅、报告厅、琴房、演播室、录音室、KTV包房、工业厂房、机房、城市交通(地铁轨道交通以及快速路)、电梯井等对声学环境要求较高的场所。
水泥基材料吸音板是一种刚性骨架的泡沫混凝土吸音材料，具有安全无毒、透水、耐火、耐候、抗震、防腐、轻质高强、保温隔热、吸声降噪、制造工艺简单等优点，是一种非常适合用于噪声防控的全天候吸声材料。目前，水泥基材料吸音板主要是以吸音陶粒为骨料、以水泥为胶凝材料制备而成的水泥基陶粒吸音板，其吸声性能主要通过以下几种方式优化、提升：(1)提高陶粒的开口孔隙率；(2)提高陶粒内部孔结构的复杂性；(3)在水泥基吸音板中掺入纤维。目前，虽然关于水泥基吸声板有相关报道，但是至今为止，由水泥基浆料经多阶段发泡制备吸音板尚未见相关报道。
现有技术一的技术方案与本专利最相关的技术为广西科技大学吴辉琴、盘荣俊等提出的、以乙酸铵(Materials,2019,12,4124)和碳酸氢铵(材料科学与工程学报,2020,38(4)579-584)为发泡剂制备免烧多孔陶粒的技术方案。在上述陶粒制备的整个过程中，分别使用了乙酸铵和碳酸氢铵作为发泡剂；在养护过程中，以不同的升温速率将生陶粒从室温加热至需要的温度，并养护一定时间后得到所述的多孔免烧陶粒。该技术只涉及到单一发泡剂的使用，不涉及两种或者多种发泡剂的使用；此外，该技术不是蒸压养护，而且只涉及了升温速率，没有涉及升温过程中采取多个保温阶段。
现有技术二的技术方案与本专利具有一定相关性的技术为卓达新材料科技集体有限公司的发明专利《一种轻质吸声水泥基板的制作方法》，CN105645893A。该技术以硫铝酸盐、粉煤灰、木粉、改性剂、植物纤维为主要原料，制备了轻质吸声水泥基板。本技术与卓达新材料科技集体有限公司的技术均以水泥为胶凝材料，但是与该技术具有显著区别的是，本技术经过多次化学发泡，孔结构更加丰富，更加复杂。
现有技术三的技术方案与本专利具有一定相关性的技术为西南科技大学王玉婷的论文《高速铁路用水泥基多孔吸声材料的研究》。该技术以水泥、膨胀珍珠岩、高炉矿渣、纤维和发泡剂制备了高速铁路用水泥基多孔吸声材料。与西南科技大学所述技术不同的是，本技术由于增加了稳泡剂，使得第一次形成的孔呈圆形的空腔结构；而且，由于使用了多种发泡剂，并且在蒸压养护过程中使发泡剂受热分解，使得吸音板的孔结构更加丰富，更加复杂。
现有技术四的技术方案与本专利具有一定相关性的技术为中国科学院过程工程研究所和中国科学院声学研究所在《多孔水泥基复合吸声材料的研制》中所述的技术(李兆军，程明昆.噪声与振动控制，2009.S2:292-294)。该技术以水泥、无机矿物添加剂为主要原料，利用专用的发泡机，将发泡剂制得泡沫，然后再将泡沫加入浆料中，制备了水泥基多孔吸声材料。与该技术不同的是，本发明所述技术无需发泡机制泡；而且，本技术使用了多种发泡剂，并且在蒸压养护过程中促进发泡剂受热分解。
基于此，本发明提出以水泥基浆料为主要成分，首先利用双氧水的分解在吸音板的表面及内部获得大量圆形的孔，为提高吸音板的开口孔隙率提供基础；然后，再利用分解温度稍高的发泡剂在蒸压养护过程中受热分解，实现造孔，提升吸音板的孔结构的复杂性及孔隙率(尤其是开口孔隙率)。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种水泥基多孔吸音板及其制备方法；所述方法利用双氧水的分解，在吸音板的表面和内部形成大量圆形的孔，为高开口孔隙率吸音板的制备提供基础；然后，通过控制发泡剂在蒸压养护过程中的受热分解过程，促使吸音板内形成大量新的孔结构，并随着蒸压养护的进行而长大、连通，旨在显著提升吸音板的开口孔隙率和孔结构的复杂性，拓展了吸音板的吸声频带和吸声效率。
本发明采取的技术方案为：
一种水泥基多孔吸音板，由以下重量份的原料制备而成：尾矿0～40份、建筑垃圾0～30份、石膏0～5份、粉煤灰0～30份、水泥20～70份、稳泡剂0.0005～0.001份、双氧水0.0005～0.001份、发泡剂0.002～5份。
进一步地，所述稳泡剂为硅酮酰胺。
进一步地，所述发泡剂为碳酸氢铵和碳酸氢钠中的一种或二者的混合物。
优选地，所述发泡剂由质量比为1:1的碳酸氢铵和碳酸氢钠组成。
上述的一种水泥基多孔吸音板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将尾矿、建筑垃圾、石膏、粉煤灰及水泥分别破碎、磨细；称取磨细后的原料，按重量份比例混合均匀，得到混合物料；
(2)按重量份比例称取稳泡剂和发泡剂溶于水中，得到A溶液；
(3)按重量份比例称取双氧水溶于水中，得到B溶液；
(4)将步骤(1)的混合物料与步骤(2)的A溶液混合、搅拌均匀，接着加入步骤(3)的B溶液，搅拌均匀，制得浆料；将浆料注模成型，得到板状物；
(5)将步骤(4)的板状物置于蒸压养护设施内养护，控制蒸压养护时的升温速率和养护温度，使发泡剂受热分解完全；
(6)将板状物从蒸压养护设施内移出，继续自然养护25-30天，得到所述吸音板。
进一步地，步骤(1)中，所述磨细后的原料粉体细度为-100目。
进一步地，步骤(4)中，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至80-120℃，并在80-120℃下保温60分钟，然后，自然冷却至室温。
进一步地，步骤(4)中，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至80℃，并在80℃下保温30分钟；然后，设置升温速率为10℃/分钟，使温度从80℃升至120℃，并在120℃下保温60分钟，然后，自然冷却至室温。
本发明具有如下有益效果：
首先，所述水泥基多孔吸音板直接由原料粉体制备而成，无需要将原料制备成陶粒后再制备吸音板，因而比传统的陶粒吸音板的制备工艺过程更加简单；
其次，造孔时，双氧水首先分解，在吸音板的表面和内部形成大量圆形的孔，为高性能吸音板的制备提供很好的条件；
再次，通过对吸音板的蒸压养护，使发泡剂受热分解，促使吸音板内部形成大量新的孔，并随着蒸压养护的进行而进一步长大、连通，在吸音板内部形成更加复杂的孔结构。根据本发明制得的吸音板，由于在吸音板的表面具有大量的圆形孔洞，而且吸音板内部的孔结构复杂，使得其在200Hz～2000Hz的频率范围内都具有良好的吸声性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的吸音板的实物图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种水泥基多孔吸音板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将尾矿、石膏、粉煤灰及水泥分别破碎、磨细，得到-100目的粉体；按重量份比例称取磨细后的原料：尾矿23份、石膏1.994份、粉煤灰15份、水泥40份，混合均匀，得到混合物料；
(2)按重量份比例称取稳泡剂0.001份和发泡剂0.004份溶于18份水中，得到A溶液；
所述稳泡剂为硅酮酰胺；所述发泡剂为碳酸氢铵；
(3)按重量份比例称取双氧水0.001份溶于2份水中，得到B溶液；
(4)将步骤(1)的混合物料与步骤(2)的A溶液混合、搅拌均匀，接着加入步骤(3)的B溶液，搅拌均匀，制得浆料；将浆料注模成型，得到板状物；
(5)将步骤(4)的板状物置于蒸压养护设施内养护，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至80℃，并在80℃下保温60分钟，然后，自然冷却至室温；
(6)将板状物从蒸压养护设施内移出，继续自然养护28天，得到所述吸音板。
所制得的吸音板的孔径分布在10nm～1.5mm，开口孔隙率大于64％。
实施例2：
一种水泥基多孔吸音板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将尾矿、建筑垃圾、石膏、粉煤灰及水泥分别破碎、磨细，得到-100目的粉体；按重量份比例称取磨细后的原料：尾矿10份、建筑垃圾10份、石膏1.994份、粉煤灰15份、水泥43份，混合均匀，得到混合物料；
(2)按重量份比例称取稳泡剂0.001份和发泡剂0.004份溶于18份水中，得到A溶液；
所述稳泡剂为硅酮酰胺；所述发泡剂为碳酸氢钠；
(3)按重量份比例称取双氧水0.001份溶于2份水中，得到B溶液；
(4)将步骤(1)的混合物料与步骤(2)的A溶液混合、搅拌均匀，接着加入步骤(3)的B溶液，搅拌均匀，制得浆料；将浆料注模成型，得到板状物；
(5)将步骤(4)的板状物置于蒸压养护设施内养护，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至120℃，并在120℃下保温60分钟，然后，自然冷却至室温；
(6)将板状物从蒸压养护设施内移出，继续自然养护28天，得到所述吸音板。
所制得的吸音板的孔径分布在10nm～1.5mm，开口孔隙率大于70％。
实施例3：
一种水泥基多孔吸音板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将建筑垃圾、石膏、粉煤灰及水泥分别破碎、磨细，得到-100目的粉体；按重量份比例称取磨细后的原料：建筑垃圾20份、石膏1.994份、粉煤灰13份、水泥45份，混合均匀，得到混合物料；
(2)按重量份比例称取稳泡剂0.001份和发泡剂0.004份溶于18份水中，得到A溶液；
所述稳泡剂为硅酮酰胺；所述发泡剂由质量比为1:1的碳酸氢铵和碳酸氢钠组成；
(3)按重量份比例称取双氧水0.001份溶于2份水中，得到B溶液；
(4)将步骤(1)的混合物料与步骤(2)的A溶液混合、搅拌均匀，接着加入步骤(3)的B溶液，搅拌均匀，制得浆料；将浆料注模成型，得到板状物；
(5)将步骤(4)的板状物置于蒸压养护设施内养护，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至80℃，并在80℃下保温30分钟，然后，设置升温速率为10℃/分钟，使温度从80℃升至120℃，并在120℃下保温60分钟，然后，自然冷却至室温；
(6)将板状物从蒸压养护设施内移出，继续自然养护28天，得到所述吸音板。
所制得的吸音板的孔径分布在10nm～2mm，开口孔隙率大于67％。
实施例4：
一种水泥基多孔吸音板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将尾矿、建筑垃圾、粉煤灰及水泥分别破碎、磨细，得到-100目的粉体；按重量份比例称取磨细后的原料：尾矿40份、建筑垃圾30份、粉煤灰30份、水泥20份，混合均匀，得到混合物料；
(2)按重量份比例称取稳泡剂0.0005份和发泡剂5份溶于18份水中，得到A溶液；
所述稳泡剂为硅酮酰胺；所述发泡剂由质量比为1:1的碳酸氢铵和碳酸氢钠组成；
(3)按重量份比例称取双氧水0.001份溶于2份水中，得到B溶液；
(4)将步骤(1)的混合物料与步骤(2)的A溶液混合、搅拌均匀，接着加入步骤(3)的B溶液，搅拌均匀，制得浆料；将浆料注模成型，得到板状物；
(5)将步骤(4)的板状物置于蒸压养护设施内养护，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至80℃，并在80℃下保温30分钟，然后，设置升温速率为10℃/分钟，使温度从80℃升至120℃，并在120℃下保温60分钟，然后，自然冷却至室温。
(6)将板状物从蒸压养护设施内移出，继续自然养护30天，得到所述吸音板。
所制得的吸音板的孔径分布在10nm～1.5mm，开口孔隙率大于66％。
实施例5：
一种水泥基多孔吸音板的制备方法，包括以下步骤：
(1)将尾矿、建筑垃圾、石膏及水泥分别破碎、磨细，得到-100目的粉体；按重量份比例称取磨细后的原料：尾矿30份、建筑垃圾20份、石膏5份、水泥70份，混合均匀，得到混合物料；
(2)按重量份比例称取稳泡剂0.001份和发泡剂0.002份溶于18份水中，得到A溶液；
所述稳泡剂为硅酮酰胺；所述发泡剂由质量比为1:1的碳酸氢铵和碳酸氢钠组成；
(3)按重量份比例称取双氧水0.0005份溶于2份水中，得到B溶液；
(4)将步骤(1)的混合物料与步骤(2)的A溶液混合、搅拌均匀，接着加入步骤(3)的B溶液，搅拌均匀，制得浆料；将浆料注模成型，得到板状物；
(5)将步骤(4)的板状物置于蒸压养护设施内养护，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至80℃，并在80℃下保温30分钟，然后，设置升温速率为10℃/分钟，使温度从80℃升至120℃，并在120℃下保温60分钟，然后，自然冷却至室温；
(6)将板状物从蒸压养护设施内移出，继续自然养护25天，得到所述吸音板。
所制得的吸音板的孔径分布在10nm～1.5mm，开口孔隙率大于68％。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (8)
1.一种水泥基多孔吸音板，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：尾矿0～40份、建筑垃圾0～30份、石膏0～5份、粉煤灰0～30份、水泥20～70份、稳泡剂0.0005～0.001份、双氧水0.0005～0.001份、发泡剂0.002～5份。
2.如权利要求1所述的一种水泥基多孔吸音板，其特征在于，所述稳泡剂为硅酮酰胺。
3.如权利要求1所述的一种水泥基多孔吸音板，其特征在于，所述发泡剂为碳酸氢铵和碳酸氢钠中的一种或二者的混合物。
4.如权利要求1所述的一种水泥基多孔吸音板，其特征在于，所述发泡剂由质量比为1:1的碳酸氢铵和碳酸氢钠组成。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种水泥基多孔吸音板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将尾矿、建筑垃圾、石膏、粉煤灰及水泥分别破碎、磨细；称取磨细后的原料，按重量份比例混合均匀，得到混合物料；
(2)按重量份比例称取稳泡剂和发泡剂溶于水中，得到A溶液；
(3)按重量份比例称取双氧水溶于水中，得到B溶液；
(4)将步骤(1)的混合物料与步骤(2)的A溶液混合、搅拌均匀，接着加入步骤(3)的B溶液，搅拌均匀，制得浆料；将浆料注模成型，得到板状物；
(5)将步骤(4)的板状物置于蒸压养护设施内养护，控制蒸压养护时的升温速率和养护温度，使发泡剂受热分解完全；
(6)将板状物从蒸压养护设施内移出，继续自然养护25-30天，得到所述吸音板。
6.如权利要求5所述的一种水泥基多孔吸音板的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述磨细后的原料粉体细度为-100目。
7.如权利要求5所述的一种水泥基多孔吸音板的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至80-120℃，并在80-120℃下保温60分钟，然后，自然冷却至室温。
8.如权利要求5所述的一种水泥基多孔吸音板的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述养护为设置升温速率为15℃/分钟，使温度从室温升至80℃，并在80℃下保温30分钟，然后，设置升温速率为10℃/分钟，使温度从80℃升至120℃，并在120℃下保温60分钟；
然后，自然冷却至室温。
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