CN106747148A - 矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料及其制备方法 - Google Patents

矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料及其制备方法。该高强墙体保温材料由矿渣粉、电石渣粉、陶粒、砂子、重钙粉、乳胶粉、纤维素醚、水组成；其质量百分比分别为：矿渣粉：10.0～50.0％；电石渣粉：8.0～40.0％；陶粒：30.0～60.0％；砂子：15.0～30.0％；重钙粉：5.0～20.0％；乳胶粉：1.5～5.0％；纤维素醚：0.5～2.0％；水：12.0～30.0％。本发明可以提供胶凝体系内养护功能；墙体材料28d抗压强度可达到25MPa，且收缩小；利用矿渣电石渣作为胶凝体系代替水泥，既为电石渣的资源化利用提供了新途径，又省去生产水泥所需的高能耗；不仅保温性能优良，强度高，且施工方便，不需要单独施工；材料来源广泛，价格便宜，较聚苯颗粒高分子保温材料，该墙体材料的生产成本低。

Description

矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种墙体保温材料及其制备方法，特别涉及一种高强墙体材料及其制备方法。
背景技术
目前，电力、水泥、钢铁、制铝等行业产生大量的固体废弃物，而这些固体废弃物，如粉煤灰、矿渣、钢渣、赤泥等，又亟待大宗利用，综合治理，降低环境污染。
国内外主要使用的墙体防火保温材料种类繁多，有机类保温材料频频引起火灾，防火效果差，成本高；无机类防火保温材料又纷繁复杂，常因价格战导致优质防火保温材料不能占据市场。墙体保温材料主要以高分子材料(如聚苯颗粒板材或其拉挤形成的板材等)，其保温隔音效果良好，同时质量轻，但是高分子墙体保温材料有其致命的弱点：(1)耐高温性能差；(2)强度低；(3)施工复杂，因此提高了应用成本。
发明内容
发明要解决的技术问题是：针对目前墙体材料价格高，耐火性能差和施工繁杂等问题，本发明提供一种利用无机胶凝材料作为粘结剂，以陶粒为骨料制备墙体材料，可以解决以上问题。本发明旨在提供一种高强墙体材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，由矿渣粉、电石渣粉、陶粒、砂子、重钙粉、乳胶粉、纤维素醚、水组成；其质量百分比分别为：矿渣粉：10.0～50.0％；电石渣粉：8.0～40.0％；陶粒：30.0～60.0％；砂子：15.0～30.0％；重钙粉：5.0～20.0％；乳胶粉：1.5～5.0％；纤维素醚：0.5～2.0％；水：12.0～30.0％。
作为本发明的进一步改进，所述的矿渣粉为炼铁过程形成的粒化高炉矿渣经过粉磨后形成粉末，其主要成分为CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，其中含有部分的硅酸三钙和硅酸二钙物相，具有水硬特性，其密度为2.7～2.9g/cm3，最大粒径小于0.08mm，比表面积为400～450m2/kg。
作为本发明的进一步改进，所述的电石渣粉是电石与水反应形成的产物，工业上来源于生产乙炔气体产生的副产物，白色粉末，其主要成分为氢氧化钙，陈放多年的电石渣里含有部分的碳酸钙成分。
作为本发明的进一步改进，所述的陶粒是由包括黏土、页岩、煤矸石、污泥或赤泥的成分经过粉磨、成球和烧结而成的一种强度高、重量轻、多孔的烧结材料，陶粒的粒径为1-5mm或者5-10mm或者10-25mm不等，颜色为暗红色或者褐红色，其堆积密度为300-900km/m3。
作为本发明的进一步改进，所述砂子包括人工砂和自然砂，粒径小于5mm。
作为本发明的进一步改进，所述重钙粉为重质碳酸钙粉末，主要以石灰石为原料，经过机械粉末加工形成的白色粉末，粒径为350目。
作为本发明的进一步改进，所述乳胶粉为可在分散性乳胶粉，是由高分子聚合乳液加工而成的粉状热塑性树脂材料。
作为本发明的进一步改进，所述纤维素醚为以木质纤维或精制短棉纤维作为主要原料，经化学处理后，通过醚化剂发生反应所生成的粉状纤维素醚。
本发明还提供一种矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料的准备方法，以矿渣、电石渣、陶粒、砂子和助剂为原料，利用无机胶凝材料作为粘结剂，以陶粒为骨料制备而成所述高强墙体保温材料。
作为本发明的进一步改进，包括如下步骤：
步骤1：陶粒预处理；
将陶粒在室温下用自来水浸泡24h后，滤去表面水分到饱和面干状态，待用；
步骤2：称量混合；
按质量份计，准备预处理好的陶粒30～60，矿渣粉：8～40，砂子15～30，重钙粉5～20，乳胶粉1.5～5.0，纤维素醚0.5～2.0；
将称好的原料装入混凝土搅拌机里，机械搅拌2～6min，转速为60～80r/min；
步骤3：加水搅拌；
在上述搅拌干料中加入水12.0～30.0，机械搅拌6～8min，转速为60～80r/min；
步骤4：产品成型；
将上述搅拌好的新鲜物料装入规定尺寸的金属模具中，机械振动5～15s后，用塑料薄膜覆盖模具表面，在温度为20±1℃，湿度为80～95％的养护室或养护箱中养护24h；
步骤5：脱模养护；
将养护24h后的产品脱模后，送入温度为20±1℃的养护室或在水中继续养护28天后即可使用。
本发明的有益效果如下：
本发明的高强度保温墙体材料达到行业标准JB149-2003(膨胀聚苯板薄抹灰外墙保温***)中规定的保温性能(导热系数≤0.041W/(m·k))。
该墙体保温材料的骨料使用陶粒，由于陶粒为多孔轻质材料，当其经过预处理(吸水)后，可以提供胶凝体系内养护功能，从而进一步提高墙体材料的强度。该墙体材料28d抗压强度可达到25MPa，且收缩小。此外，还具有如下优点：
(1)具有节能环保意义
该发明利用矿渣电石渣作为胶凝体系代替水泥，既为电石渣的资源化利用提供了新途径，又省去生产水泥所需的高能耗，因此具有节能环保意。
(2)应用价值高
该专利所涉及的墙体保温材料，不仅保温性能优良，强度高，且施工方便，不需要单独施工，因此具有较高的应用价值。
(3)生产成本低
该发明专利涉及的胶凝材料为矿渣和电石渣，其来源广泛，价格便宜，较聚苯颗粒高分子保温材料，该墙体材料的生产成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于以下实施例。
实施例中所用的原料除另有说明外，均为建筑行业通用材料，并可通过商业渠道购得。
本发明利用矿渣、电石渣、陶粒、砂子和助剂为原料，生产一种高强度的墙体保温材料，该墙体材料的配方如下：
所述的矿渣粉为炼铁过程形成的粒化高炉矿渣经过粉磨后形成粉末，其主要成分为CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，其中含有部分的硅酸三钙和硅酸二钙物相，具有一定的水硬特性。其密度为2.7～2.9g/cm3，最大粒径小于0.08mm，比表面积为400～450m2/kg。
所述的电石渣粉是电石与水反应形成的产物，工业上来源于生产乙炔气体产生的副产物，白色粉末，其主要成分为氢氧化钙，陈放多年的电石渣里含有部分的碳酸钙成分。
所述的陶粒是由黏土、页岩、煤矸石、污泥或赤泥等经过粉磨、成球和烧结而成的一种强度高、重量轻、多孔的烧结材料，陶粒的粒径为1-5mm或者5-10mm或者10-25mm不等，颜色为暗红色或者褐红色，其堆积密度为300-900km/m3。
所述砂子包括人工砂和自然砂，粒径小于5mm。
所述重钙粉为重质碳酸钙粉末，主要以石灰石为原料，经过机械粉末加工形成的白色粉末，主要成分为碳酸钙，粒径为350目。
所述乳胶粉为可在分散性乳胶粉，是由高分子聚合乳液通过高温高压、喷雾干燥、表面处理等一系列工艺加工而成的粉状热塑性树脂材料，主要包括EVA(醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉)、E/VC/VL(乙烯与氯乙烯及月桂酸乙烯酯三元共聚乳胶粉)及其它类型的乳胶粉。
所述的纤维素醚为以木质纤维或精制短棉纤维作为主要原料，经化学处理后，通过氯化乙烯、氯化丙烯或氧化乙烯等醚化剂发生反应所生成的粉状纤维素醚。主要包括HPMC(羟丙基甲基纤维素，粘度为(22℃,2％水溶液)：200000mPa.s)、CMC(羧甲基纤维素，粘度为(22℃,2％水溶液的表面张力为71mn/n))及其它纤维素醚。
所述水为自来水。
一种矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其制备方法具有如下步骤：
(1)陶粒预处理
将陶粒在室温下用自来水浸泡24h后，滤去表面水分到饱和面干状态，待用。
(2)称量混合
按质量份计，准备预处理好的陶粒30～60，矿渣粉：8～40，砂子15～30，重钙粉5～20，乳胶粉1.5～5.0，纤维素醚0.5～2.0。
将称好的原料装入混凝土搅拌机里，机械搅拌2～6min，转速为60～80r/min。
(3)加水搅拌
在上述搅拌干料中(按质量份计)加入水12.0～30.0，机械搅拌6～8min，转速为60～80r/min。
(4)产品成型
将上述搅拌好的新鲜物料装入规定尺寸的金属模具中，机械振动5～15s后，用塑料薄膜覆盖模具表面，在温度为20±1℃，湿度为80～95％的养护室或养护箱中养护24h。
(5)脱模养护
将养护24h后的产品脱模后，送入温度为20±1℃的养护室或在水中继续养护28天后即可使用。
实施例一
一种利用矿渣、电石渣和陶粒生产高强墙体材料的设计及其制备方法，该制备方法具有如下步骤：
(1)陶粒预处理
将陶粒在室温(温度为20±1℃)下用自来水浸泡24h后，滤去表面多余水分到饱和面干状态，待用。
(2)称量混合
按质量份计，准备预处理好的陶粒40，矿渣粉：15，砂子25，重钙粉13，乳胶粉2.0，纤维素醚1.2。
将称好的原料装入混凝土搅拌机里，机械搅拌4min，转速为70r/min。
(3)加水搅拌
在上述搅拌干料中(按质量份计)加入水25，机械搅拌8min，转速为70r/min。
(4)产品成型
将上述搅拌好的新鲜物料装入规定尺寸的金属模具中，机械振动5s后，用塑料薄膜覆盖模具表面，在温度为20±1℃，湿度为85％的养护室或养护箱中养护24h。
(5)脱模养护
将养护24h后的产品脱模后，送入温度为20±1℃的养护室或在水中继续养护28天后即可使用。
实施例二
一种利用矿渣、电石渣和陶粒生产高强墙体材料的设计及其制备方法，该制备方法具有如下步骤：
(1)陶粒预处理
将陶粒在室温下用自来水浸泡24h后，滤去表面水分到饱和面干状态，待用。
(2)称量混合
按质量份计，准备预处理好的陶粒30，矿渣粉：30，砂子25，重钙粉15，乳胶粉2.0，纤维素醚1.2。
将称好的原料装入混凝土搅拌机里，机械搅拌4min，转速为60r/min。
(3)加水搅拌
在上述搅拌干料中(按质量份计)加入水20，机械搅拌5min，转速为60r/min。
(4)产品成型
将上述搅拌好的新鲜物料装入规定尺寸的金属模具中，机械振动7s后，用塑料薄膜覆盖模具表面，在温度为20±1℃，湿度为85％的养护室或养护箱中养护24h。
(5)脱模养护
将养护24h后的产品脱模后，送入温度为20±2℃的养护室或在水中继续养护28天后即可使用。
实施例三
一种利用矿渣、电石渣和陶粒生产高强墙体材料的设计及其制备方法，该制备方法具有如下步骤：
(1)陶粒预处理
将陶粒在室温下用自来水浸泡24h后，滤去表面水分到饱和面干状态，待用。
(2)称量混合
按质量份计，准备预处理好的陶粒35，矿渣粉：25，砂子16，重钙粉13，乳胶粉2.1，纤维素醚1.2。
将称好的原料装入混凝土搅拌机里，机械搅拌5min，转速为70r/min。
(3)加水搅拌
在上述搅拌干料中(按质量份计)加入水20，机械搅拌7min，转速为80r/min。
(4)产品成型
将上述搅拌好的新鲜物料装入规定尺寸的金属模具中，机械振动6s后，用塑料薄膜覆盖模具表面，在温度为20±1℃，湿度为90％的养护室或养护箱中养护24h。
(5)脱模养护
将养护24h后的产品脱模后，送入温度为20±1℃的养护室或在水中继续养护28天后即可使用。
对比例一
一种墙体材料的制备，其制备方法具有如下步骤：
(为了与实施例一形成对比，该墙体材料的配方中，与实施例一唯一不同的是陶粒没有经过预处理，其他配比都相同。)
(1)称量搅拌
按质量份计，准备未处理的陶粒35，矿渣粉：25，砂子16，重钙粉13，乳胶粉2.1，纤维素醚1.2。
将称好的原料装入混凝土搅拌机里，机械搅拌5min，转速为70r/min。
(2)加水混合
在上述搅拌干料中(按质量份计)加入水20，机械搅拌7min，转速为80r/min。
(3)试样成型
将上述搅拌好的新鲜物料装入规定尺寸的金属模具中，机械振动6s后，用塑料薄膜覆盖模具表面，在温度为20±1℃，湿度为90％的养护室或养护箱中养护24h。
(4)脱模养护
将养护24h后的产品脱模后，送入温度为20±1℃的养护室或在水中继续养护28天后即可使用。
将实施例一、二、三和对比例一所得成品性能进行对比可知，三个实施例的导热系数均满足行业标准JB149-2003所要求的导热系数，所有实施例的抗压强度均达到25MPa；由对比例一和实施例一对比可知，经过预处理陶粒形成的墙体材料180d干缩量是实施例一的4倍，28d自收缩量是实施例一的5倍，因此，陶粒经过预处理后可以降低墙体材料的收缩量，同时提高墙体材料的强度。
表1实施例一、二、三和对比例的实测数据对比
检验项目 对比例一 实施例一 实施例二 实施例三
180d干收缩(％) 400×10-6 100×10-6 120×10-6 110×10-6
28d自收缩(％) 100×10-6 20×10-6 22×10-6 21×10-6
28d抗压强度(MPa) 25.3 28.2 25.7 26.3
导热系数(W/(m·k)) 0.036 0.036 0.040 0.041
由上表可知：实施例一、二、三及对比例生产的产品导热系数均符合行业标准JB149-2003所规定的要求。
本发明所用的矿渣为粒化高炉矿渣，是炼铁过程中熔融的废渣经过水淬处理后形成的粒状物。本发明所用的矿渣是指前述的粒化高炉矿渣经过粉磨以后形成的矿渣粉。其主要成分为二氧化硅、氧化钙和氧化铁等；由于矿渣的形成由于是高温炼铁过程中形成的，因此其内部还有大量的硅酸三钙和硅酸二钙等活性水硬性物相，该物质赋予矿渣粉具有水硬性特征。
电石渣生产乙炔气体过程中电石水解后产生的工业废渣，主要成分为氢氧化钙，属于工业废弃物。发明利用矿渣和电石渣这两种工业废物作为胶凝材料，既节约了成本，又有效的保护了环境，同时又生产一种性能优良的墙体材料，可以说一举多得。
发明中，胶凝材料是矿渣和电石渣。通过电石渣激发矿渣活性，形成水硬性胶凝材料。
发明利用陶粒作为墙体材料的主要骨料。陶粒是黏土、页岩、煤矸石、污泥、赤泥等经过粉磨、成球和烧结而成的一种强度高、重量轻、多孔的材料，陶粒的粒径为1-5mm,5-10mm不等。
本发明所用陶粒的主要作用为：(1)作为墙体材料的主要骨料；(2)由于陶粒重量轻，可以减轻墙体材料的自重；(3)利用陶粒内养护机理提高墙体材料的强度；(4)由于陶粒中空多孔，可以赋予墙体材料良好的保温隔音性能。
因此利用矿渣、电石渣和陶粒作为墙体材料的主要原材料，将使生产成本降低，同时赋予墙体材料多功能高性能的特性。
本发明所涉及的墙体材料，纯粹利用无机材料制备而成，其耐火性能优良；由于陶粒强度高，且具有内养护功能，解决了墙体材料高强低的缺点；同时该墙体材料使用方便，便于切割，不需要单独施工。此外，本发明利用赤泥和矿渣作为主要原材料生产墙体材料，可以解决二者带来巨大的环境污染。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其特征在于：由矿渣粉、电石渣粉、陶粒、砂子、重钙粉、乳胶粉、纤维素醚、水组成；其质量百分比分别为：矿渣粉：10.0～50.0％；电石渣粉：8.0～40.0％；陶粒：30.0～60.0％；砂子：15.0～30.0％；重钙粉：5.0～20.0％；乳胶粉：1.5～5.0％；纤维素醚：0.5～2.0％；水：12.0～30.0％。
2.根据权利要求1所述的矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其特征在于：所述的矿渣粉为炼铁过程形成的粒化高炉矿渣经过粉磨后形成粉末，其主要成分为CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3，其中含有部分的硅酸三钙和硅酸二钙物相，具有水硬特性，其密度为2.7～2.9g/cm3，最大粒径小于0.08mm，比表面积为400～450m2/kg。
3.根据权利要求1所述的矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其特征在于：所述的电石渣粉是电石与水反应形成的产物，工业上来源于生产乙炔气体产生的副产物，白色粉末，其主要成分为氢氧化钙，陈放多年的电石渣里含有部分的碳酸钙成分。
4.根据权利要求1所述的矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其特征在于：所述的陶粒是由包括黏土、页岩、煤矸石、污泥或赤泥的成分经过粉磨、成球和烧结而成的一种强度高、重量轻、多孔的烧结材料，陶粒的粒径为1-5mm或者5-10mm或者10-25mm不等，颜色为暗红色或者褐红色，其堆积密度为300-900km/m3。
5.根据权利要求1所述的矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其特征在于：所述砂子包括人工砂和自然砂，粒径小于5mm。
6.根据权利要求1所述的矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其特征在于：所述重钙粉为重质碳酸钙粉末，主要以石灰石为原料，经过机械粉末加工形成的白色粉末，粒径为350目。
7.根据权利要求1所述的矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其特征在于：所述乳胶粉为可在分散性乳胶粉，是由高分子聚合乳液加工而成的粉状热塑性树脂材料。
8.根据权利要求1所述的矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料，其特征在于：所述纤维素醚为以木质纤维或精制短棉纤维作为主要原料，经化学处理后，通过醚化剂发生反应所生成的粉状纤维素醚。
9.矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料的准备方法，其特征在于：以矿渣、电石渣、陶粒、砂子和助剂为原料，利用无机胶凝材料作为粘结剂，以陶粒为骨料制备而成所述高强墙体保温材料。
10.根据权利要求9所述的矿渣、电石渣和陶粒高强墙体保温材料的准备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：陶粒预处理；
将陶粒在室温下用自来水浸泡24h后，滤去表面水分到饱和面干状态，待用；
步骤2：称量混合；
按质量份计，准备预处理好的陶粒30～60，矿渣粉：8～40，砂子15～30，重钙粉5～20，乳胶粉1.5～5.0，纤维素醚0.5～2.0；
将称好的原料装入混凝土搅拌机里，机械搅拌2～6min，转速为60～80r/min；
步骤3：加水搅拌；
在上述搅拌干料中加入水12.0～30.0，机械搅拌6～8min，转速为60～80r/min；
步骤4：产品成型；
将上述搅拌好的新鲜物料装入规定尺寸的金属模具中，机械振动5～15s后，用塑料薄膜覆盖模具表面，在温度为20±1℃，湿度为80～95％的养护室或养护箱中养护24h；
步骤5：脱模养护；
将养护24h后的产品脱模后，送入温度为20±1℃的养护室或在水中继续养护28天后即可使用。
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