CN115784702A - 一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法。属于建筑施工材料领域。它解决了现有的保温抹灰砂浆的制备存在生产成本高、生产过程中二氧化碳排放量高以及制得的抹灰砂浆的保温性能和防火性能不能兼顾的问题。该制备方法如下：（一）将生物质废弃物烘干并热解；（二）将颗粒状生物炭置于容器中，加入生物炭改性溶液，抽真空，期间持续搅拌；过滤多余的溶液，得到改性生物炭；（三）将改性生物炭、制备混合料A和混合料B，将混合料A和混合料B混合均匀，即得到碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆。本发明具有生产成本低、兼具保温和防火性能、生产过程中二氧化碳排放量少并可实现负碳排放以及便于施工的优点。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工材料领域，具体涉及一种保温抹灰砂浆的制备方法。
背景技术
保温抹灰砂浆是一种以胶凝材料和多孔材料作为主要成分制作而成的建筑材料，多应用于建筑墙体和屋顶的隔热。目前，市场上的保温抹灰砂浆所采用的胶凝材料多以普通硅酸盐水泥为主，其缺点是导热系数高，保温性能差，容易造成开裂空鼓。另一方面，普通硅酸盐水泥在生产过程会产生大量的二氧化碳气体排放，将加剧全球变暖，引发各种极端天气和气候危机，对人类社会造成巨大的危害。而现有抹灰砂浆所采用的多孔保温隔热功能材料以膨胀珍珠岩、膨胀玻化微珠和聚苯颗粒为主，这些材料存在价格昂贵、防火性能差等缺点。如采用聚苯颗粒作为保温隔热功能材料的抹灰砂浆难以同时保证保温隔热效果和A 级防火效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的保温抹灰砂浆的制备存在生产成本高、生产过程中二氧化碳排放量高以及制得的抹灰砂浆的保温性能和防火性能不能兼顾的问题，而提供一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法。
该碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法如下：
（一）生物炭的制备：将生物质废弃物在50-70℃条件下烘干，在350-650℃厌氧条件下热解1-3小时，得到颗粒状生物炭；
（二）生物炭的改性：将步骤（一）得到的颗粒状生物炭置于容器中，加入生物炭改性溶液至颗粒状生物炭完全浸泡，容器密封后抽真空，使其内部压力降至0.5Mpa以下并维持0.5-2小时，期间使用磁力搅拌器持续搅拌，使颗粒充分浸渍和吸收；然后过滤多余的溶液，使生物炭颗粒饱和面干燥，得到改性生物炭；所述的生物炭改性溶液为碱、氧化剂、造孔剂的混合溶液；
（三）保温抹灰砂浆的制备：按质量分数将步骤（二）中得到的100-200份的改性生物炭、400-800份的脱硫石膏、200-400份的磷石膏、100-200份的矿渣粉、50-150份的贝壳粉、50-200份的蛭石粉、100-250份的细集料和20-60份的抗裂纤维放入搅拌机中搅拌2-5分钟，得到混合料A；按质量分数将1-5份的石膏缓凝剂、1-5份的可再分散乳胶和2-6份的植物胶粉充分混合5-8分钟，得到混合料B；将混合料A 和混合料B混合均匀，即得到碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆。
进一步的，步骤（一）中的生物质废弃物为落叶、枯树枝、秸秆、稻壳、木质废弃物中的一种或几种的混合。
进一步的，步骤（二）中的生物炭改性溶液中的碱为NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)2溶液，溶液浓度为0.05~1mol/L；所述的氧化剂为H2O2溶液、CaO2溶液或过硼酸盐溶液，溶液浓度为1-10%；所述的造孔剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或多种；碱、氧化剂、造孔剂三者等质量混合；
进一步的，步骤（三）中的细集料为粒径2.5mm以下的铁尾矿砂、再生集料、钢渣颗粒中的一种或几种的混合。
进一步的，步骤（三）中的抗裂纤维为纤维长度为2-5mm的短切聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维中的一种或两种的混合。
进一步的，步骤（三）中的石膏缓凝剂为柠檬酸钠、六偏磷酸钠或多聚磷酸钠。
本发明具有如下有益效果：
本发明的碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆制备方法包括对生物炭进行改性处理，其所采用的改性溶液中的碱用于调控生物炭表面的官能团，清除生物炭表面的残留有机物，并引入羟基；氧化剂用于调控生物炭表面的含氧官能团，提升生物炭的吸附效果，为防止生物炭老化；造孔剂可以在碱性条件下释放气体，经过生物炭吸附后在内部再次造孔。经过改性的生物炭具有优异的多孔结构，该结构使得最终制得的抹灰砂浆具有高效的保温隔热性能，其导热系数可以降低至0.6~0.8 W/mK，相较于传统水泥抹灰砂浆0.93W/MK的导热系数，具有大幅度的改进，这也使得最终制得的抹灰砂浆实现了A级防火耐热特性，有效解决了现有的抹灰砂浆隔热性能和防火性能不能兼顾的问题。由于改性生物炭的多孔特性，抹灰砂浆的密度也得到了降低。同时，生物炭经过改性，增加了生物炭的亲水性，能够减少生物炭和石膏的界面过渡区。
含有改性生物炭的抹灰砂浆具有独特的固碳特性——能够将二氧化碳以固体炭的形式固定在生物炭中，在墙面以及天花板等应用场景中可以长期吸收和封存空气中的二氧化碳，实现负碳排放, 预计每吨抹灰砂浆能减少二氧化碳排放超过300kg，进而能够降低建筑负荷。同时，抹灰砂浆具有调节湿度、降低噪音、净化空气、吸附油烟和甲醛等作用，是一种高性能的的负碳排放材料。
本发明的抹灰砂浆制备方法所采用的粘结剂为脱硫石膏、磷石膏、矿渣粉、贝壳粉、蛭石粉，其中，脱硫石膏为火电厂采用湿法烟气脱硫技术的工业副产物，磷石膏为制造化肥时的副产品，二者的主要成分为二水石膏；矿渣粉为冶金高炉炼铁过程中产生的炉渣用水急冷却后形成的粒状高炉渣，经过粉磨后得到矿渣粉，主要化学成份范围为CaO 30%-50%, SiO2 20-36%, Al2O3 8-21%, MgO 3-18%；贝壳粉为废弃扇贝壳、生蚝壳和鲍鱼壳经过清洗、烘干、破碎和粉磨后得到的粉末。脱硫石膏、磷石膏、矿渣粉、贝壳粉均为工业废弃物，通过对工业废弃物的充分利用，实现了废弃物的高值化和建材化，降低了对自然资源的消耗和因砂石开采造成的污染，进而有效降低本发明的隐形碳排放和材料成本；同时，上述材料具有轻质、高强度的特性。本发明通过脱硫石膏、磷石膏、矿渣粉、贝壳粉以及蛭石粉材料的搭配，提供胶凝作用，相较于传统水泥材料，具有轻质、高强、防火耐热的优点。
本发明的抹灰砂浆制备方法所采用的石膏缓凝剂为柠檬酸钠、六偏磷酸钠或多聚磷酸钠，上述材料具有优异的流动性和较好的凝结时间，因而更便于施工。抗裂纤维采用短切聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维，上述材料能够增强抹灰砂浆的抗折强度、抗冲击能力和抗拉伸性能。
本发明的抹灰砂浆制备方法所制备的保温抹灰砂浆可应用于建筑墙体和屋顶的绝热，具有生产成本低、兼具保温和防火性能、生产过程中二氧化碳排放量少并可实现负碳排放的优点。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法如下：（一）生物炭的制备：将落叶、枯树枝和秸秆的混合物在50℃条件下烘干，在350℃厌氧条件下热解3小时，得到颗粒状生物炭；（二）生物炭的改性：将步骤（一）得到的颗粒状生物炭置于容器中，加入生物炭改性溶液至颗粒状生物炭完全浸泡，容器密封后抽真空，使其内部压力降至0.5Mpa以下并维持0.5小时，期间使用磁力搅拌器持续搅拌，使颗粒充分浸渍和吸收；然后过滤多余的溶液，使生物炭颗粒饱和面干燥，得到改性生物炭；生物炭改性溶液由浓度为0.05mol/L的Ca(OH)2溶液、浓度为1%的过硼酸钠溶液和碳酸氢铵按等质量混合后的溶液；（三）保温抹灰砂浆的制备：按质量分数将步骤（二）中所到的100份的改性生物炭、400份的脱硫石膏、200份的磷石膏、100份的矿渣粉、50份的贝壳粉、50份的蛭石粉、100份的细集料和20份的抗裂纤维放入搅拌机中搅拌2分钟，得到混合料A；其中，细集料为粒径2.5mm以下的铁尾矿砂、再生集料、钢渣颗粒的混合，抗裂纤维为纤维长度为2-5mm的短切聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维的混合；按质量分数将1份的柠檬酸钠、1份的可再分散乳胶和2份的植物胶粉充分混合5分钟，得到混合料B；将混合料A 和混合料B混合均匀，即得到碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆。经测定，制得的抹灰砂浆达到A级防火标准，导热系数为0.78 W/mK。
该碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆使用过程中应注意：
1、基面需要坚实、平整并具有一定粗糙度；
2、在使用前应将混合料A加入水充分混合搅拌，按照水：混合料A=1:0.8-1:1的比例搅拌均匀后使用；
3、为保证材料的最优工作性能，加水搅拌后的材料应在3-4小时内使用；
4、抹灰砂浆的使用温度为20-40℃，应避免在极端天气、雨天、下雪天、大风天使用；
5、最优条件下，应保证抹灰砂浆的在施工后24小时内覆膜养护，避免与多余水分接触和碰撞。
具体实施方式二：本实施方式的碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法如下：
本实施方式的碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法如下：（一）生物炭的制备：将稻壳、木质废弃物的混合物在70℃条件下烘干，在650℃厌氧条件下热解1小时，得到颗粒状生物炭；（二）生物炭的改性：将步骤（一）得到的颗粒状生物炭置于容器中，加入生物炭改性溶液至颗粒状生物炭完全浸泡，容器密封后抽真空，使其内部压力降至0.5Mpa以下并维持2小时，期间使用磁力搅拌器持续搅拌，使颗粒充分浸渍和吸收；然后过滤多余的溶液，使生物炭颗粒饱和面干燥，得到改性生物炭；所述的生物炭改性溶液由浓度为0.6mol/L的KOH溶液、浓度为6%的CaO2溶液和碳酸氢钠等质量混合后的溶液；（三）保温抹灰砂浆的制备：按质量分数将步骤（二）中所到的200份的改性生物炭、800份的脱硫石膏、400份的磷石膏、200份的矿渣粉、150份的贝壳粉、200份的蛭石粉、250份的细集料和60份的抗裂纤维放入搅拌机中搅拌5分钟，得到混合料A；其中，细集料为粒径2.5mm以下的铁尾矿砂，抗裂纤维为纤维长度为2-5mm的短切聚丙烯纤维；按质量分数将5份的六偏磷酸钠、5份的可再分散乳胶和6份的植物胶粉充分混合8分钟，得到混合料B；将混合料A 和混合料B混合均匀，即得到碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆。经测定，制得的抹灰砂浆达到A级防火标准，导热系数为0.72 W/mK。
本实施方式的碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆使用过程中的注意事项同具体实施方式一。
具体实施方式三：本实施方式的碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法如下：
本实施方式的碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法如下：（一）生物炭的制备：将秸秆在60℃条件下烘干，在500℃厌氧条件下热解2.5小时，得颗粒状生物炭；（二）生物炭的改性：将步骤（一）得到的颗粒状生物炭置于容器中，加入生物炭改性溶液至颗粒状生物炭完全浸泡，容器密封后抽真空，使其内部压力降至0.5Mpa以下并维持1.5小时，期间使用磁力搅拌器持续搅拌，使颗粒充分浸渍和吸收；然后过滤多余的溶液，使生物炭颗粒饱和面干燥，得到改性生物炭；所述的生物炭改性溶液由浓度为1mol/L的NaOH溶液、浓度为10%的H2O2溶液和造孔剂等质量混合后的溶液；造孔剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠和碳酸氢钾的等质量混合物；（三）保温抹灰砂浆的制备：按质量分数将步骤（二）中所到的150份的改性生物炭、350份的脱硫石膏、150份的磷石膏、150份的矿渣粉、90份的贝壳粉、150份的蛭石粉、190份的细集料和45份的抗裂纤维放入搅拌机中搅拌4分钟，得到混合料A；其中，细集料为粒径2.5mm以下的钢渣颗粒，抗裂纤维为纤维长度为2-5mm的聚乙烯醇纤维；按质量分数将3份的柠檬酸钠、4份的可再分散乳胶和4份的植物胶粉充分混合6分钟，得到混合料B；将混合料A 和混合料B混合均匀，即得到碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆。经测定，制得的抹灰砂浆达到A级防火标准，导热系数为0.6 W/mK。
本实施方式的碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆使用过程中的注意事项同具体实施方式一。
Claims (6)
1.一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法，其特征在于该制备方法如下：
（一）生物炭的制备：将生物质废弃物在50-70℃条件下烘干，在350-650℃厌氧条件下热解1-3小时，得到颗粒状生物炭；
（二）生物炭的改性：将步骤（一）得到的颗粒状生物炭置于容器中，加入生物炭改性溶液至颗粒状生物炭完全浸泡，容器密封后抽真空，使其内部压力降至0.5Mpa以下并维持0.5-2小时，期间使用磁力搅拌器持续搅拌，使颗粒充分浸渍和吸收；然后过滤多余的溶液，使生物炭颗粒饱和面干燥，得到改性生物炭；所述的生物炭改性溶液为碱、氧化剂、造孔剂的混合溶液；
（三）保温抹灰砂浆的制备：按质量分数将步骤（二）中得到的100-200份的改性生物炭、400-800份的脱硫石膏、200-400份的磷石膏、100-200份的矿渣粉、50-150份的贝壳粉、50-200份的蛭石粉、100-250份的细集料和20-60份的抗裂纤维放入搅拌机中搅拌2-5分钟，得到混合料A；按质量分数将1-5份的石膏缓凝剂、1-5份的可再分散乳胶和2-6份的植物胶粉充分混合5-8分钟，得到混合料B；将混合料A 和混合料B混合均匀，即得到碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆。
2.根据权利要求1所述的一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（一）中的生物质废弃物为落叶、枯树枝、秸秆、稻壳、木质废弃物中的一种或几种的混合。
3.根据权利要求1所述的一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（二）中的生物炭改性溶液中的碱为NaOH溶液、KOH溶液或Ca(OH)2溶液，溶液浓度为0.05~1mol/L；所述的氧化剂可以为H2O2溶液、CaO2溶液或过硼酸盐溶液，溶液浓度为1-10%；所述的造孔剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（三）中的细集料为粒径2.5mm以下的铁尾矿砂、再生集料、钢渣颗粒中的一种或几种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（三）中的抗裂纤维为纤维长度为2-5mm的短切聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维中的一种或两种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法，其特征在于：步骤（三）中的石膏缓凝剂为柠檬酸钠、六偏磷酸钠或多聚磷酸钠。
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|---|---|---|---|---|
| CN101386511A (zh) * | 2008-10-21 | 2009-03-18 | 武汉理工大学 | 一种石膏基水硬性建筑砂浆及其制备方法 |
| CN109665794A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-23 | 泰山石膏有限公司 | 一种重质脱硫抹灰石膏 |
| CN112876119A (zh) * | 2021-02-09 | 2021-06-01 | 华蓝设计（集团）有限公司 | 一种水泥基材料固碳内养护剂及其制备和应用 |
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| CN101386511A (zh) * | 2008-10-21 | 2009-03-18 | 武汉理工大学 | 一种石膏基水硬性建筑砂浆及其制备方法 |
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| Title |
|---|
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