CN103553516B - 一种多孔锰渣-玻化微珠复合保温砂浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆。保温砂浆以轻质保温骨料（玻化微珠、多孔锰渣）、胶凝材料和改性外加剂为主要原料，以玻化微珠、多孔锰渣为保温主体，以水泥、钢渣微粉、粉煤灰和石灰石为胶结料，以可分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素、木质纤维、聚丙烯纤维合剑麻纤维为改性外加剂，经混合形成预拌干粉保温砂浆。保温砂浆原料的质量百分比为：无机胶凝材料35%~65%，玻化微珠15%~45%，锰渣颗粒20%~45%；外加剂总质量为无机胶凝材料质量的2.9%~4.8%。这种无机复合保温砂浆，具有强度高、导热系数小、干缩率低、防火、防生物噬蚀、绿色环保等特点，适用于各种建筑外墙保温、屋面及楼地面保温隔热，及其他辅助保温。

Description

一种多孔锰渣-玻化微珠复合保温砂浆

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种以工业废渣-锰渣与玻化微珠复合制备的复合保温砂浆。

背景技术

随着社会的飞速发展和人民生活水平的不断提高，能源消耗日益严峻。伴随着能源短缺的环境恶化也日益凸显，能源问题和环境问题两者紧密联系，成为21世纪人类面临的两个重大考验。

我国拥有世界上最大的建筑市场，目前全国每年总能耗的30%是建筑能耗。我国第三阶段的节能目标是从2010年起到2020年，平均节能率要达到65%。提高建筑的保温隔热性能是降低建筑能耗的关键，建筑墙体保温材料是实现建筑节能的最基本的条件。建筑保温砂浆是在传统砂浆的基础上发展起来的一种绿色环保砂浆，作为新型墙体材料在降低建筑能耗中扮演着重要角色。

保温砂浆分为有机保温砂浆和无机保温砂浆。以发泡聚苯板（EPS）、挤塑聚苯板(XPS)为代表有机保温材料因保温性能好占据当前绝大部分外墙外保温市场，但是其安全性能不高，其不耐高温、易燃，近年来使用得已经越来越少。尤其是因有机外墙保温材料燃烧引起的央视附属楼大火、胶州湾教师公寓大火、沈阳皇朝万鑫大厦大火等几起典型火灾过后，社会对使用有机保温外墙材料持保留态度，其使用范围和使用量日渐式微，未来逐渐被其他保温材料取代成为必然。相对而言，以玻化微珠保温砂浆、硅酸铝保温砂浆、珍珠岩保温砂浆不燃无机保温砂浆相比之下安全得多，使用也较普遍。但是，现有无机保温砂浆无论是外墙内保温还是外墙外保温***，都存在自重大、导热系数高、易开裂空鼓等缺陷，影响建筑整体美观和保温效果，有的甚至施工后饰面层脱落，导致人员伤亡。为解决自重大、导热系数高、易开裂等问题，有研究尝试采用多孔、轻质骨料如玻化微珠来替代现有骨料，制备玻化微珠保温砂浆。其核心材料为玻化微珠，它是一种由珍珠岩、松脂岩等经膨化处理，具有内部多孔、表面玻化的玻璃质无机矿物材料，具有防火、耐高温、质轻、抗老化、吸水率低等优良特点。使用玻化微珠部分解决了无机保温砂浆轻质、导热系数小的问题，但其强度低、体积稳定性能不良、干缩大和砂浆工作性能差的问题仍然存在。

我国锰矿资源分布广，产地多，截至2005 年底，全国保有查明矿石资源量 7.46 亿t，是世界上锰矿资源储藏丰富的国家之一。广西保有锰矿储量2．6亿吨，居全国第一。每生产 1 t 金属锰至少产生 3.5 t 左右的锰渣。锰渣的活性较低，需进行激发，激发后的锰渣可部分用于水泥混合材及混凝土掺合料，且掺量在30%比较适宜，然而一些活性很差的锰渣的利用一直是个问题。大量的锰渣一直未能得到妥善处理处置，锰渣尾矿坝占地面积大、对周边环境影响大，尤其是锰渣污染地表水、地下水及土壤，已造成了严重的环境污染。因此研究锰渣的利用势在必行。

锰渣是一种蜂窝状多孔结构的工业废渣，它是锰铁合金和硅锰合金冶炼过程中高温炉渣经水淬冷却而成，具有与玻化微珠相似的结构特征：质轻、多孔，玻璃质外壳，并含有大量封闭孔结构。传热学研究表明，材料导热系数与其孔尺寸、孔连通性直接相关：孔径越大、开口孔越多、连通程度越大，材料导热系数越大；孔径细小、封闭孔越多、互不连通程度越大，材料导热系数越小。孔结构表明锰渣理论上具有较低导热系数，在制备保温砂浆方面具有良好潜在应用前景。

目前还没有将锰渣作为轻质细骨料，与玻化微珠制备复合型的保温砂浆的相关研究报道。

发明内容

本发明的目的就是提供一种以工业废渣-锰渣与玻化微珠复合制备复合型保温砂浆。以锰渣颗粒和玻化微珠为保温骨料，将其与胶凝材料及改性外加剂混合，制备出一种具有强度高、导热系数小、干缩率低、防火、防生物噬蚀、绿色环保的复合型保温砂浆。

    为实现上述目的，本发明的解决方案是：

     多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆是以轻质保温骨料（玻化微珠、多孔锰渣）、胶凝材料、改性外加剂为主要原料，以玻化微珠、多孔锰渣为保温主体，以水泥、钢渣微粉、粉煤灰、石灰石为胶结料，以可分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯纤维、木质纤维、剑麻纤维为改性外加剂，经混合而形成的预拌干粉保温砂浆。

本发明多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆原料的质量百分比为：玻化微珠20%~45%、无机胶凝材料35%~65%和锰渣颗粒15%~45%；外加剂总质量为无机胶凝材料质量的2.9%~4.8%。

所述玻化微珠粒径0.15~2.36mm，比重80~120kg/m³；锰渣颗粒粒径0.15mm(100目)~2.36mm（8目），比重800~1200 kg/m³。

所述无机胶凝材料包括水泥、石灰石、钢渣微粉、粉煤灰，其质量百分比分别为50%~80%、5%~10%、0%~20%和10%~20%；水泥采用42.5级的通用硅酸盐水泥；钢渣为粒化转炉钢渣，比表面积为400~600m²/kg。

所述外加剂包括可分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素、木质纤维、聚丙烯纤维和剑麻纤维，其质量分别为无机胶凝材料质量的2%~3%、0.3%~0.6%、0.15%~0.3%、0%~0.3%和0.45%~0.6%。

所述可分散乳胶粉作为粘结剂，能够改善砂浆的施工和易性，提高砂浆的粘结强度。

所述羟丙基甲基纤维素作为保水剂，改善砂浆的性能，提高砂浆施工性能。

所述木质纤维可以减少干燥后的收缩性，提高抗裂性，有效防止龟裂。

所述聚丙烯纤维、剑麻纤维作为增强剂，聚丙烯纤维长度为8~20mm，剑麻纤维长度为10~30mm，可与水泥基材料有极强的结合力，可以迅速与砂浆结合，提高砂浆抗裂性能和抗拉性能。

采用上述方案后，由于掺加了一定量的石灰石粉提高了早期强度，使拌合的砂浆，早期快硬；且钢渣微粉的掺入，利用其微膨胀作用，可在一定程度上抑制砂浆的干缩；粉煤灰的玻璃微珠作用，改善了砂浆的流动度，并降低了干密度。本发明克服了普通保温砂浆强度低的不足，利用锰渣颗粒作为辅助保温颗粒及增强颗粒，提高砂浆的内部结构，保证保温性能和改善强度，且通过掺加一定量的改性外加剂，使多孔锰渣-玻化微珠复合保温砂浆具有强度高、干缩低、体积稳定性好等优点。

本发明采用工业废渣-锰渣作为辅助保温骨料，采用工业废渣-钢渣微粉作为掺合料，替代高能耗水泥，它们不仅可以节约能耗，节约成本，还可以减少工业废渣大量占用土地，避免造成二次污染。

本发明采用的剑麻纤维是一种无毒无害的绿色纤维和可再生纤维，不会造成环境污染，且价格是聚丙烯纤维的 10%左右。因此本发明中利用剑麻纤维替代聚丙烯纤维，因而可以减少或者不使用聚丙烯纤维，即环保又可以节约成本。

本发明通过调整无机胶凝材料与轻质骨料的配比及锰渣颗粒的掺量来调整保温砂浆的强度、干密度、导热系数，从而配制出不同型号及等级的保温砂浆。

本发明的优点：

（1）    本发明是单组分干粉保温材料，质量稳定可靠，容重轻，保温性能好。

（2）    本发明保温砂浆强度高，干缩小，附着力强，粘结性好，早强快硬，抗裂性能佳，

施工周期短，并有良好的施工性能，价格低于其他保温隔热材料。

（3）    具有优良的防火、隔音、寿命长、环保无害，性价比高，综合性能好。

（4）    可配置出JGJ 253-2011 无机轻集料砂浆保温***技术规程中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的砂浆

及 JC/T283-2010膨胀玻化微珠轻质砂浆中的抹灰型、砌筑型砂浆。

本发明的使用范围：

（1）     单独使用或者与复合其他保温材料，适用于各种建筑外墙保温、屋面及楼地面保温

隔热。

（2）     可用于建筑墙体及热桥部位表面抹灰，具有辅助保温隔热作用。

（3）     加气混凝土砌块等自保温墙体的辅助保温。

（4）     可作为砌筑保温砂浆，减少砌缝热（冷）桥的影响。

具体实施方式

实施例1：

多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆原料的质量百分比为：玻化微珠42.4%、锰渣15.2%和胶凝材料42.4%；外加剂总质量为胶凝材料质量的3.6%。

按照1m³成品计算，玻化微珠为140kg，锰渣为50kg，胶凝材料为140kg，外加剂为5.11kg；胶凝材料中钢渣微粉为28kg、石灰石粉14kg、粉煤灰（二级）14kg和水泥84kg；外加剂中可分散乳胶粉为2.8kg、羟丙基甲基纤维素0.84kg、木质纤维0.21kg、聚丙烯纤维0.42kg和剑麻纤维0.84kg。

所述玻化微珠粒径0.15~2.36mm，比重80kg/m³；锰渣颗粒粒径0.15mm(100目)~2.36mm（8目），比重800 kg/m³。

所述水泥采用42.5级的通用硅酸盐水泥；钢渣为粒化转炉钢渣，比表面积为400~600m²/kg。

将上述配方制备的多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆，其抗压强度为1.5MPa，干密度为413 Kg/m³，导热系数为0.079 W/m·K，线性收缩率为0.20%，符合JGJ 253-2011 无机轻集料砂浆保温***技术规程中的Ⅱ型砂浆标准。

实施例2：

多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆原料的质量百分比为：玻化微珠35.3%、锰渣、29.4%和胶凝材料35.3%；外加剂质量为胶凝材料质量的3.6%。

按照1m³成品计算，玻化微珠为120kg，锰渣为100kg，胶凝材料为120kg，外加剂为4.34kg；胶凝材料中钢渣微粉为24kg、石灰石粉12kg、粉煤灰（二级）12kg和水泥72kg；外加剂中可分散乳胶粉为2.4kg、羟丙基甲基纤维素0.7kg、木质纤维0.18kg、聚丙烯纤维0.36kg和剑麻纤维0.7kg。

所述玻化微珠粒径0.15~2.36mm，比重100kg/m³；锰渣颗粒粒径0.15mm(100目)~2.36mm（8目），比重1000 kg/m³。

所述水泥采用42.5级的通用硅酸盐水泥；钢渣为粒化转炉钢渣，比表面积为400~600m²/kg。

将上述配方制备的多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆，其抗压强度为2.6MPa，干密度为507 Kg/m³，导热系数为0.098 W/m·K，线性收缩率为0.18%，符合JGJ 253-2011 无机轻集料砂浆保温***技术规程中的Ⅲ型砂浆标准。

实施例3：

多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆原料的质量百分比为：玻化微珠30.8%、锰渣38.4%和胶凝材料30.8%；外加剂质量为胶凝材料质量的3.6%。

按照1m³成品计算，玻化微珠为120kg，锰渣为150kg，胶凝材料为120kg，外加剂为4.34kg；胶凝材料中钢渣微粉为24kg、石灰石粉12kg、粉煤灰（二级）12kg和水泥72kg；外加剂中可分散乳胶粉为2.4kg、羟丙基甲基纤维素0.7kg、木质纤维0.18kg、聚丙烯纤维0.36kg和剑麻纤维0.7kg。

所述玻化微珠粒径0.15~2.36mm，比重120kg/m³；锰渣颗粒粒径0.15mm(100目)~2.36mm（8目），比重1200 kg/m³。

所述水泥采用42.5级的通用硅酸盐水泥；钢渣为粒化转炉钢渣，比表面积为400~600m²/kg。

将上述配方制备的多孔锰渣-玻化微珠复合无机保温砂浆，其抗压强度为2.9 MPa，干密度为593Kg/m³，导热系数为0.143 W/m·K，线性收缩率为0.23%，符合JC/ 283-2010膨胀玻化微珠轻质砂浆中的抹灰型砂浆标准。

Claims (1)

1.一种多孔锰渣-玻化微珠复合保温砂浆，其特征在于多孔锰渣-玻化微珠复合保温砂浆原料的质量百分比为：玻化微珠20%~45%、无机胶凝材料35%~65%和锰渣颗粒15%~45%；外加剂总质量为无机胶凝材料质量的2.9%~4.8%；

所述玻化微珠粒径0.15~2.36mm，比重80~120kg/m³；锰渣颗粒粒径0.15mm~2.36mm，比重800~1200 kg/m³；

所述无机胶凝材料包括水泥、石灰石、钢渣微粉、粉煤灰，其质量百分比分别为50%~80%、5%~10%、0%~20%和10%~20%；水泥采用42.5级的通用硅酸盐水泥；钢渣为粒化转炉钢渣，比表面积为400~600m²/kg；

所述外加剂包括可分散乳胶粉、羟丙基甲基纤维素、木质纤维、聚丙烯纤维和剑麻纤维，其质量分别为无机胶凝材料质量的2%~3%、0.3%~0.6%、0.15%~0.3%、0%~0.3%和0.45%~0.6%。