CN116553876B - 一种节能型绿色建筑材料及其制备方法 - Google Patents

一种节能型绿色建筑材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种节能型绿色建筑材料及其制备方法，以重量份数计，包括以下组分：水泥800‑1000份、再生骨料400‑600份、石英粉100‑200份、玄武岩纤维50‑100份、泡沫颗粒10‑30份、助剂5‑10份、水200‑300份，本发明利用再生骨料制备的建筑材料具有较高的力学性能，而且导热系数较低，保温隔热性能良好，能够有效地减少热量的传递，从而达到节能减排的目的。

Description

一种节能型绿色建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体为一种节能型绿色建筑材料及其制备方法。
背景技术
将建筑垃圾作为原料来源生产再生骨料，并将其用于制备建筑材料，是一项非常具有现实意义的工作。然而再生骨料比天然骨料密度更低、孔隙率更大、吸水率更高、压碎指标更高，导致所制备建筑材料的的各项性能有所不足。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种节能型绿色建筑材料及其制备方法。
所采用的技术方案如下：
一种节能型绿色建筑材料，以重量份数计，包括以下组分：
水泥800-1000份、再生骨料400-600份、石英粉100-200份、玄武岩纤维50-100份、泡沫颗粒10-30份、助剂5-10份、水200-300份；
所述再生骨料的粒径为1-20mm；
所述石英粉的粒径≤50μm。
进一步地，所述再生骨料是以废旧混凝土和水玻璃为原料制备得到的。
进一步地，所述再生骨料的制备方法如下：
利用电化学原位碳化法在所述废旧混凝土表面生成纳米碳酸钙得到初级再生骨料，将所述初级再生骨料于乙醇中陈化后再于水玻璃中浸渍一段时间后烘干即可得到所述再生骨料。
进一步地，所述再生骨料的制备方法如下：
阳极液为恒定摩尔浓度的CaCl2循环液，阴极液是添加有柠檬酸铵、多羟基醇和表面活性剂的氢氧化钠溶液，将所述废旧混凝土加入所述阴极液中并不断搅拌，控制阴极液温度维持在20-30℃，直流电压为10-15V，CO2流速为50-100mL/min，反应时间为3-5h，生成纳米碳酸钙附着在所述废旧混凝土表面得到初级再生骨料，将其滤出后置于乙醇中陈化12h，再加入到水玻璃中浸渍12-24h后滤出烘干即可。
进一步地，所述多羟基醇为季戊四醇、甘油、木糖醇、甘露醇中的任意一种或多种组合。
进一步地，所述表面活性剂包括琥珀酸二异辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，所述琥珀酸二异辛酯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1-5：1-5。
进一步地，所述泡沫颗粒为亲水改性聚苯颗粒。
进一步地，所述亲水改性聚苯颗粒的制备方法如下：
将聚苯颗粒分散在Tris-HCL缓冲液与乙醇组成的混合溶液中，超声波处理后得到分散液，将盐酸多巴胺加入分散液中，用氢氧化钠溶液将调节体系pH至8-10，再加入硫酸铜和双氧水，搅拌反应2-5h后，将固体分离后洗涤、烘干即可。
进一步地，所述助剂包括聚羧酸减水剂、憎水剂和膨胀剂，所述聚羧酸减水剂、憎水剂和膨胀剂的质量比为5-10：0.5-1：1-2。
本发明还提供了上述节能型绿色建筑材料的制备方法：
将水泥、再生骨料、石英粉、玄武岩纤维、助剂混合搅拌均匀，得到混合物料，将混合物料与水混合，搅拌直至得到混合均匀的初级浆料，将泡沫颗粒匀速倒入所述初级浆料中，低速搅拌60-120s，再高速搅拌10-30s得到混合浆料，将混合浆料倒入模具中成型，再经拆模、养护即可。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种节能型绿色建筑材料，利用原位生成的纳米碳酸钙对废旧混凝土进行再生，发挥诱导水化作用和填充作用，使得废旧混凝土表面和内部的孔隙和裂缝得到填充，变得更加密实，再使用水玻璃浸渍，能够全面覆盖骨料缺陷，并且外包裹水泥浆时，水玻璃中SiO3 2-与Ca2+结合，形成C-S-H凝胶，使得再生骨料和水泥浆界面处属于连续过渡，水玻璃析出的硅酸凝胶与水泥水化产生的C-S-H凝胶互相填充，没有明显的界面，增加强化效果，柠檬酸铵和多羟基醇作为晶型控制剂，会抑制碳酸钙不同晶型间的转化，使得纳米碳酸钙以球形形式成核长大，而球形相比于针状、棒状、立方形的纳米碳酸钙对于废旧混凝土具有更好的增强效果，聚苯颗粒在混凝土中分散性差，利用聚多巴胺对聚苯颗粒进行包覆，可以提高其亲水性以及在混凝土中的分散性，在聚苯颗粒表面形成了活性极性基团，使其与基体之间有更多的氢键作用，提高了两者间的相容性和结合强度，在亲水改性聚苯颗粒的制备过程中加入硫酸铜和双氧水，能够加速活性氧的产生，快速氧化多巴胺，诱导其发生聚合反应，提高聚合速度和聚合效果，本发明利用再生骨料制备的建筑材料具有较高的力学性能，而且导热系数较低，保温隔热性能良好，能够有效地减少热量的传递，从而达到节能减排的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备建筑材料的切面照片。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术，除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。
水泥：P.O42.5，购自安徽海螺水泥股份有限公司；
再生骨料：自制，粒径为1-20mm；
石英粉：粒径≤50μm，购自灵寿县嘉硕建材加工有限公司；
玄武岩纤维：长度1-6mm，丝径8-20μm，购自山东路易达新材料有限公司；
亲水改性聚苯颗粒：自制；
聚羧酸减水剂：QSC-聚羧酸减水剂B，购自武汉润兴源科技有限公司；
憎水剂：TEGOXP22078憎水剂，购自北京凯米特科技发展有限公司；
膨胀剂：液体UEA混凝土膨胀剂，购自吉林众鑫新型建筑材料有限公司；
水：自来水。
实施例1
一种节能型绿色建筑材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：
水泥900份、再生骨料450份、石英粉150份、玄武岩纤维60份、亲水改性聚苯颗粒20份、聚羧酸减水剂6份、憎水剂0.5份、膨胀剂2份、水280份；
其中，再生骨料的制备方法如下：
废旧混凝土为湖南衡东县某地旧建筑拆除经过破碎、磁选、筛分后得到，压碎值为23.62%，电化学原位碳化反应装置中阳极室的电极为钌铱钛电极，阴极室的电极为纯钛电极，中间放置阳离子交换膜，阳极液为0.25mol/L的CaCl2循环液，阴极液是0.1mol/L的氢氧化钠溶液，阴极液中还添加有2.5mmol/L的柠檬酸铵、5mmol/L的甘露醇、0.5mmol/L的琥珀酸二异辛酯磺酸钠和1.5mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵，将废旧混凝土加入阴极液中并不断搅拌，控制阴极液温度维持在20±2℃，直流电压为15V，CO2流速为80mL/min，反应时间为5h，生成纳米碳酸钙附着在废旧混凝土表面得到初级再生骨料，将其滤出后水洗，再置于乙醇中静置陈化12h，滤出后再加入到模数为3.3的水玻璃中浸渍12h后滤出80℃干燥24h，测得压碎值为14.62%。
亲水改性聚苯颗粒的制备方法如下：
将100g聚苯颗粒分散在1.5L 0.01mol/L Tris-HCL缓冲液与500mL乙醇组成的混合溶液中，超声波处理30min后得到分散液，将40g盐酸多巴胺加入分散液中，用质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节体系pH至8.5，再加入1.8g硫酸铜和25mL双氧水，搅拌反应4h后，将固体分离后洗涤、烘干即可。
上述节能型绿色建筑材料的制备方法：
将水泥、再生骨料、石英粉、玄武岩纤维、聚羧酸减水剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌均匀，得到混合物料，将混合物料与水混合，搅拌直至得到混合均匀的初级浆料，将亲水改性聚苯颗粒匀速倒入所述初级浆料中，低速搅拌100s，再高速搅拌20s得到混合浆料，将混合浆料倒入模具中成型1d，再经拆模、标准养护28d即可。
实施例2
一种节能型绿色建筑材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：
水泥1000份、再生骨料600份、石英粉200份、玄武岩纤维100份、亲水改性聚苯颗粒20份、聚羧酸减水剂6份、憎水剂0.5份、膨胀剂2份、水300份；
其中，再生骨料和亲水改性聚苯颗粒的制备方法同实施例1。
上述节能型绿色建筑材料的制备方法：
将水泥、再生骨料、石英粉、玄武岩纤维、聚羧酸减水剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌均匀，得到混合物料，将混合物料与水混合，搅拌直至得到混合均匀的初级浆料，将亲水改性聚苯颗粒匀速倒入所述初级浆料中，低速搅拌120s，再高速搅拌30s得到混合浆料，将混合浆料倒入模具中成型1d，再经拆模、标准养护28d即可。
实施例3
一种节能型绿色建筑材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：
水泥800份、再生骨料400份、石英粉100份、玄武岩纤维50份、亲水改性聚苯颗粒20份、聚羧酸减水剂6份、憎水剂0.5份、膨胀剂2份、水200份；
其中，再生骨料和亲水改性聚苯颗粒的制备方法同实施例1。
上述节能型绿色建筑材料的制备方法：
将水泥、再生骨料、石英粉、玄武岩纤维、聚羧酸减水剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌均匀，得到混合物料，将混合物料与水混合，搅拌直至得到混合均匀的初级浆料，将亲水改性聚苯颗粒匀速倒入所述初级浆料中，低速搅拌60s，再高速搅拌10s得到混合浆料，将混合浆料倒入模具中成型1d，再经拆模、标准养护28d即可。
实施例4
一种节能型绿色建筑材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：
水泥1000份、再生骨料400份、石英粉200份、玄武岩纤维50份、亲水改性聚苯颗粒20份、聚羧酸减水剂6份、憎水剂0.5份、膨胀剂2份、水200份；
其中，再生骨料和亲水改性聚苯颗粒的制备方法同实施例1。
上述节能型绿色建筑材料的制备方法：
将水泥、再生骨料、石英粉、玄武岩纤维、聚羧酸减水剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌均匀，得到混合物料，将混合物料与水混合，搅拌直至得到混合均匀的初级浆料，将亲水改性聚苯颗粒匀速倒入所述初级浆料中，低速搅拌120s，再高速搅拌10s得到混合浆料，将混合浆料倒入模具中成型1d，再经拆模、标准养护28d即可。
实施例5
一种节能型绿色建筑材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：
水泥800份、再生骨料600份、石英粉100份、玄武岩纤维100份、亲水改性聚苯颗粒20份、聚羧酸减水剂6份、憎水剂0.5份、膨胀剂2份、水300份；
其中，再生骨料和亲水改性聚苯颗粒的制备方法同实施例1。
上述节能型绿色建筑材料的制备方法：
将水泥、再生骨料、石英粉、玄武岩纤维、聚羧酸减水剂、憎水剂、膨胀剂混合搅拌均匀，得到混合物料，将混合物料与水混合，搅拌直至得到混合均匀的初级浆料，将亲水改性聚苯颗粒匀速倒入所述初级浆料中，低速搅拌60s，再高速搅拌30s得到混合浆料，将混合浆料倒入模具中成型1d，再经拆模、标准养护28d即可。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，阴极液中不加入琥珀酸二异辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，所制得再生骨料压碎值为18.40%。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，阴极液中不加入柠檬酸铵，所制得再生骨料压碎值为15.34%。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，阴极液中不加入甘露醇，所制得再生骨料压碎值为17.25%。
对比例4：
与实施例1基本相同，区别在于，聚苯颗粒不经过亲水改性处理。
对比例5：
与实施例1基本相同，区别在于，将再生骨料用相同粒径的河砂代替。
性能测试：
对实施例1-5及对比例1-5中所制备建筑材料进行抗压强度、抗折强度和导热系数的测试，试件尺寸以及计算方法依据《纤维混凝土试验方法标准》(CECS 13:2009)中6.1.3中抗压强度测试，试件的尺寸为100*100*100的立方体试块以及《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)里10.0.4中抗折强度的计算公式，抗压强度的测试使用通用压力试验机以1.0MPa/s的力控制方式进行加载，抗折强度的测试使用抗折试验机以0.4mm/s的位移控制方式进行加载，导热系数利用便携式热传导仪测定，结果如下表1所示：
表1：
抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 导热系数/（W/(m·K)
实施例1 13.5 2.3 0.3585
实施例2 12.7 2.0 0.3596
实施例3 8.2 1.4 0.3631
实施例4 11.9 1.7 0.3608
实施例5 13.1 2.1 0.3589
对比例1 5.4 0.9 0.3453
对比例2 10.3 1.5 0.3621
对比例3 7.9 1.2 0.3640
对比例4 3.5 0.4 0.3317
对比例5 18.4 2.5 0.3821
由上表1可知，本发明利用再生骨料制备的建筑材料具有较高的力学性能，而且导热系数较低，保温隔热性能良好，能够有效地减少热量的传递，从而达到节能减排的目的。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种节能型绿色建筑材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：
水泥800-1000份、再生骨料400-600份、石英粉100-200份、玄武岩纤维50-100份、泡沫颗粒10-30份、助剂5-10份、水200-300份；
所述再生骨料的粒径为1-20mm；
所述石英粉的粒径≤50μm；
所述再生骨料是以废旧混凝土和水玻璃为原料制备得到的；
所述再生骨料的制备方法如下：
阳极液为恒定摩尔浓度的CaCl2循环液，阴极液是添加有柠檬酸铵、多羟基醇和表面活性剂的氢氧化钠溶液，将所述废旧混凝土加入所述阴极液中并不断搅拌，控制阴极液温度维持在20-30℃，直流电压为10-15V，CO2流速为50-100mL/min，反应时间为3-5h，生成纳米碳酸钙附着在所述废旧混凝土表面得到初级再生骨料，将其滤出后置于乙醇中陈化12h，再加入到水玻璃中浸渍12-24h后滤出烘干即可；
所述多羟基醇为季戊四醇、甘油、木糖醇、甘露醇中的任意一种或多种组合；
所述表面活性剂包括琥珀酸二异辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵，所述琥珀酸二异辛酯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1-5：1-5；
所述泡沫颗粒为亲水改性聚苯颗粒；
所述亲水改性聚苯颗粒的制备方法如下：
将聚苯颗粒分散在Tris-HCL缓冲液与乙醇组成的混合溶液中，超声波处理后得到分散液，将盐酸多巴胺加入分散液中，用氢氧化钠溶液将调节体系pH至8-10，再加入硫酸铜和双氧水，搅拌反应2-5h后，将固体分离后洗涤、烘干即可。
2.如权利要求1所述的节能型绿色建筑材料，其特征在于，所述助剂包括聚羧酸减水剂、憎水剂和膨胀剂，所述聚羧酸减水剂、憎水剂和膨胀剂的质量比为5-10：0.5-1：1-2。
3.一种如权利要求1或2所述的节能型绿色建筑材料的制备方法，其特征在于，将水泥、再生骨料、石英粉、玄武岩纤维、助剂混合搅拌均匀，得到混合物料，将混合物料与水混合，搅拌直至得到混合均匀的初级浆料，将泡沫颗粒匀速倒入所述初级浆料中，低速搅拌60-120s，再高速搅拌10-30s得到混合浆料，将混合浆料倒入模具中成型，再经拆模、养护即可。
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