CN109694207A

CN109694207A - 一种全固废胶凝材料、其保温材料及加工方法和应用

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Publication number: CN109694207A
Application number: CN201910075157.3A
Authority: CN
Inventors: 张迎新; 胡宝苓; 杨康; 杨李宁; 田俊岭; 戴岳
Original assignee: Beijing New Times Global Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing New Times Global Technology Development Co Ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2019-04-30

Abstract

本发明公开了一种全固废胶凝材料、其保温材料及加工方法和应用，属于建筑领域，全固废胶凝材料包括如下质量百分比的微粉原料：矿渣微粉30～70％、钢渣微粉10～40％、脱硫石膏5～15％、粉煤灰10～30％、硅粉1～5％。本发明的全固废胶凝材料可以作为无机保温材料的主要材料，以矿渣、钢渣、脱硫石膏、粉煤灰等固体废料组成全固废胶凝材料，通过各组分的合理配比，使各组分能相互发生协同反应，用其制成的发泡保温板具有A级不燃，保温效果好的特点，且成本低廉，可大量应用到外墙保温技术中。解决了有机保温材料易燃，且价格昂贵，用无机岩棉对人体有害，吸水率大需要多次返修的行业保温难题。

Description

一种全固废胶凝材料、其保温材料及加工方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别是涉及一种全固废胶凝材料、其保温材料及加工方法和应用。

背景技术

当前我国在新建节能建筑和既有建筑节能改造时，尤其在寒冷和严寒地区多采用发泡聚苯乙烯(EPS)、挤塑聚苯乙烯(XPS)和聚氨酯泡沫(PU)作为外墙外保温体系中的首选保温材料。虽然上述材料具有轻质、隔热、易加工等诸多优势，但其致命缺点是易燃，发生火灾时火势会迅速蔓延，产生大量有毒浓烟，扑救困难。让使用这些材料的工程成为人民生命财产的“不定时炸弹”。

2011年3月14日，公安部再次下发《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》(65号文件)，通知要求：将民用建筑外保温材料纳入建设工程消防设计审核、消防验收和备案抽查范围。从严执行《民用建筑外保温***及外墙装饰防火暂行规定》(46号文件)第二条规定，民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。

公安部65号文下达之后，全国在建的建筑外保温工程基本全线停工，建筑保温市场瞬间引发了前所未有的大变革，在我国建筑市场风行了近30年的泡沫塑料，一夜之间被驱赶出局。一个年需求量2500亿元的巨大建筑保温市场，突然成了空白，也成了万众瞩目的“蛋糕”。

无机防火建筑保温材料，转眼间成为市场上的抢手货。目前市场上存在不燃的传统无机保温材料是岩棉，岩棉属于无机保温材料，但是岩棉在生产、施工过程中，岩棉会有细小的纤维飞出来，如果被吸入，对呼吸道会有损害，长期接触岩棉的工人会引起不同程度的尘肺，严重的会致癌；如果进入到工人的眼睛，工人患结膜炎和角膜炎几率大大增加，严重者可见角膜混浊和局部脓肿。另外，岩棉也容易造成工人皮肤过敏，引起接触性皮炎。岩棉在使用过程中，其吸水率大，水分容易积累在岩棉板内，长时间会增加保温层重量，导致保温层脱落，返修率高。

基于上述原因，A级不燃无机保温材料-发泡水泥保温板由于保温性能优异、环保价廉，变得炙手可热。

从2011年3月14日起，发泡水泥保温板随即成为全国各地上下追逐、各个建设工程争相选择的保温材料，发泡水泥外保温板价格也一路狂飙，甚至一货难求。公安部65号文催生的巨大商机，每年2500亿元的庞大需求，为发泡水泥保温板的发展提供了广阔的市场。

发泡水泥中的主要原材料是水泥，现在水泥的价格也是一路飙涨。找到一种成本更低可替代传统水泥的胶凝材料显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可替代传统水泥、且经济环保的全固废胶凝材料、其保温材料及加工方法和应用。本发明利用钢铁厂的废弃物冶金渣-钢渣、矿渣，电厂的脱硫石膏及粉煤灰等替代传统水泥，来制作全固废发泡保温板，不仅性能达标，而且可以降低发泡水泥保温板的成本，经济效益更好，更节能更环保，且属于工业固废的综合利用。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种全固废胶凝材料，包括如下质量百分比的微粉原料：矿渣微粉30～70％、钢渣微粉10～40％、脱硫石膏5～15％、粉煤灰10～30％、硅粉1～5％。

本发明的全固废胶凝材料可以作为无机保温材料的主要材料，以矿渣、钢渣、脱硫石膏、粉煤灰等固体废料组成全固废胶凝材料，通过各组分的合理配比，使各组分能相互发生协同反应，用其制成的发泡保温板具有A级不燃，保温效果好的特点，且成本低廉，可大量应用到外墙保温技术中。解决了有机保温材料易燃，且价格昂贵，用无机岩棉对人体有害，吸水率大需要多次返修的行业保温难题。

进一步优选地，包括如下质量百分比的微粉原料：矿渣微粉60～70％、钢渣微粉10～20％、脱硫石膏5～11％、粉煤灰10～14％、硅粉1％～5％。

本发明的发明人通过进一步研究发现，当矿渣所占的比例较高时，可以显著提高保温材料的耐冻融性、耐腐蚀性和耐候性，延长保温材料的使用寿命。并进一步发现，当矿渣微粉的性能指标符合一定的要求时，会有效保证保温材料的综合性能。

进一步地，还包括矿物激发剂，所述矿物激发剂为微粉原料总重量的1％～5％。

进一步地，所述矿渣微粉的参数指标为：比表面积为500～600m²/kg，95％及以上的颗粒直径为2～40μm，玻璃体含量大于85％，达到S105。

进一步地，所述矿渣微粉的级配分布范围为：颗粒直径小于10μm的，占比约为80％～85％；颗粒直径在10～20μm范围内的，占比约为10％，颗粒直径在20～40μm范围内，占比约为5％。

目前市售的矿渣微粉比表面积在420m²/kg的居多，为了保证胶凝材料的性能，需选择比表面积达到500m²/kg以上的矿渣微粉，包括颗粒级配范围等要符合要求，且所选择的钢渣微粉的安定性检测要合格，否则容易导致后续产品开裂。

进一步地，所述钢渣微粉的比表面积≥400m²/kg，28d活性指数≥80％。

本发明的全固废胶凝材料中所用的粉煤灰也可以部分或全部替换成碱渣，也能满足一定的技术要求。

另一方面，提供一种全固废胶凝材料基发泡保温材料，包括所述的全固废胶凝材料，每100重量份的微粉原料中，还需加入的辅料有：纤维0.16～0.2重量份、发泡剂0.5～3重量份、减水剂0.02～2重量份和稳泡剂0.1～0.2重量份。

进一步地，所述纤维采用聚丙烯纤维或者无机耐碱玻璃纤维。

进一步地，所述发泡剂采用动物蛋白发泡剂。

进一步地，所述减水剂采用聚羧酸系减水剂或萘系减水剂。

进一步地，所述稳泡剂采用酰胺类增稠剂，如CMMEA为植物来源的非离子表面活性剂，固含量≥98％，胺值≤10.0mgKOH/g，pH≤10.5。

进一步地，所述矿物激发剂采用碱激发剂，可以采用NaOH-Na₂CO₃。

再一方面，一种所述的全固废胶凝材料基发泡保温材料的加工方法，包括如下步骤：

1)按比例称重所述全固废胶凝材料和矿物激发剂，并混合均匀；

2)将发泡剂和水按照1:40的重量比例稀释，加入稳泡剂，然后用发泡机充分发泡，打成均匀而细密的泡沫；

3)按水胶重量比0.36～0.47对水称重，水胶比中的胶为全固废胶凝材料，将减水剂先溶于称重好的水中，分次加入步骤1)中混合的物料，搅拌机搅拌混匀制得浆料；搅拌时间可以为1.5～2min；

4)将步骤2)做好的泡沫加入到步骤3)的浆料中，继续搅拌，直至泡沫和浆料混合均匀；搅拌时间可以为1～1.5min；加入的泡沫的量需要计算，泡沫过多容易造成塌模，加入量太少，产品中发泡量少，影响保温效果，泡沫准确计量推荐采用1L的塑料烧杯计量；

5)将纤维加入到步骤4)中混合好的发泡浆料中，继续搅拌，直至纤维混合均匀；

6)将步骤5)中混合均匀的浆料倒入模具中，成型脱模后，养护28天，制得发泡胶凝材料保温板。

本发明的全固废胶凝材料指的是用矿渣微粉、钢渣微粉、脱硫石膏、粉煤灰等微粉原料按照合理的配比混合到一起加入适量矿物激发剂，加入水后，通过多种固废的协同反应，来制备胶凝材料。然后在胶凝材料，再加上发泡剂、稳泡剂、纤维等材料，通过合理的生产工艺，获得的一种多孔且为封闭泡孔的建筑保温材料。本发明的保温板的生产工艺合理，通过对各组分加入顺序进行调整，可以获得一种多孔且为封闭泡孔的建筑保温材料。

又一方面，提供一种发泡胶凝材料保温板的应用，通过所述的全固废胶凝材料基发泡保温材料的加工方法制备得到的发泡胶凝材料保温板，在建筑外墙中的应用。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1)本发明的全固废胶凝材料可以作为无机保温材料的主要材料，以矿渣、钢渣、粉煤灰等固体废料组成全固废胶凝材料，通过各组分的合理配比，使各组分能相互发生协同反应，用其制成的发泡保温板具有A级不燃，保温效果好的特点，且成本低廉，可大量应用到外墙保温技术中。解决了有机保温材料易燃，且价格昂贵，用无机岩棉对人体有害，吸水率大需要多次返修的行业保温难题。

2)本发明的有益效果为：生产成本低，效率高，降低了能耗；生产全过程无粉尘、无废渣、无废水、无废气排放、低噪音；实现了固废的资源化循环利用，并从根本上解决了工业废渣因堆放、掩埋所带来的土地占用和环境污染问题；各组分经过合理配比，使得混合粉体内部的级配与密实度得以显著优化与提高；各种微粉经过活化激活充分物理活化，使其具有复合胶凝材料的特性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于下述实施例，任何在本发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的产品，均在保护范围之内(注：实施例中各原料的配比均为重量份数)。

实施例1

全固废胶凝材料1的微粉原料的组成为：包括如下重量份的微粉原料：矿渣微粉30份、钢渣微粉40份、脱硫石膏15份、粉煤灰10份、硅粉5份。

实施例2

全固废胶凝材料2的微粉原料的组成为：包括如下重量份的微粉原料：矿渣微粉50份、钢渣微粉14份、脱硫石膏10份、粉煤灰25份、硅粉1份。

实施例3

全固废胶凝材料3的微粉原料的组成为：包括如下重量份的微粉原料：矿渣微粉70份、钢渣微粉10份、脱硫石膏9份、粉煤灰8份、硅粉3份。

实施例4

全固废胶凝材料4的微粉原料的组成为：包括如下重量份的微粉原料：矿渣微粉60份、钢渣微粉20份、脱硫石膏5份、粉煤灰14份、硅粉1份。

实施例5

全固废胶凝材料5的微粉原料的组成为：包括如下重量份的微粉原料：矿渣微粉60份、钢渣微粉12份、脱硫石膏11份、粉煤灰13份、硅粉4份。

实施例6

全固废胶凝材料5的微粉原料的组成为：包括如下重量份的微粉原料：矿渣微粉62份、钢渣微粉15份、脱硫石膏10.8份、粉煤灰10份、硅粉2.2份。

上述实施例中，矿渣微粉的参数指标为：比表面积为500～600m²/kg，95％及以上的颗粒直径为2～40μm，玻璃体含量大于85％，达到S105。矿渣微粉的级配分布范围为：颗粒直径小于10μm的，占比约为80％～85％；颗粒直径在10～20μm范围内的，占比约为10％，颗粒直径在20～40μm范围内，占比约为5％。钢渣微粉的比表面积≥400m²/kg，28d活性指数≥80％。

对比例1

胶凝材料7的微粉原料的组成为：包括如下重量份的微粉原料：矿渣微粉15份、钢渣微粉30份、脱硫石膏10.8份、粉煤灰52份、硅粉2.2份。该对比例中，矿渣微粉为市售矿渣微粉，其参数指标为：比表面积为420m²/kg，钢渣微粉的比表面积＜400m²/kg。

对比例2

胶凝材料8为市售水泥100份，为普通硅酸盐水泥PO42.5水泥。

将上述实施例中的胶凝材料1～6和对比例中胶凝材料7、8分别进行保温板的制备，制备方法如下所示：

1)将100份胶凝材料依次放入圆形容器，矿物激发剂也放入圆形容器，静置待用；矿物激发剂采用NaOH-Na₂CO₃1.5份；

2)将发泡剂和水按照1:40的重量比例稀释，将稳泡剂放入稀释液中，搅拌均匀，然后启动发泡机，将稀释液发成均匀而细密的泡沫，其中发泡剂采用动物蛋白发泡剂为0.44份，稳泡剂采用CMMEA0.88份(为发泡剂重量的两倍)；

3)将称好的减水剂溶于量好的水中(水与步骤1)中的混合物料的比值为0.4)，分两次加入步骤1)中混合好的胶凝物料中，用手持式搅拌器搅拌2分钟，搅拌初始用低速搅拌，搅拌一分钟左右，调成高速搅拌，直至搅拌成均匀且流动性非常好的料浆，其中，减水剂采用聚羧酸减水剂0.36份；

4)用塑料烧杯将制作好的泡沫放入搅拌好的料浆中，继续搅拌1.5分钟，直至泡沫和料浆混合均匀；

5)将PP纤维加入第四步混合好的发泡料浆中，继续搅拌。直至纤维混合均匀，其中，纤维采用丙烯酸PP纤维0.18份；

6)将条形模板组装好，并在模板内部抹上薄薄一层黄油；

7)将混合均匀的浆料倒入条板模具中，轻微振捣，把大的气泡振捣出去，然后抹平；

8)待初凝后，再次抹面收光；

9)在标准养护室养护24小时，脱模后，将制作成型的条板继续标准养护28天，检测强度及其它性能，分别制得实施例1-6的全固废胶凝材料对应的保温板1～6和对比例1、2的胶凝材料对应的保温板7、8。并以市售的岩棉保温板作为对比例进行性能检测，记为保温板9。

该制备方法的实施例中，辅料如矿物激发剂、纤维、发泡剂、减水剂和稳泡剂的添加量，也可以按照如下的配比进行添加：每100重量份的微粉原料中，辅料的加入量：纤维0.16～0.2重量份、发泡剂0.5～3重量份、减水剂0.02～2重量份和稳泡剂0.1～0.2重量份。辅料的添加量在该添加范围内时，保温板的性能会有所区别，但均能达到本发明的目的。

上述实施例和对比例(包括胶凝材料及制备方法)中的用量份数为重量份数优选以Kg(千克)计，也可以以g(克)或t(吨)计，只要保证混合均匀就能达到本发明的目的。

将上述实施例1-6对应的保温板1～6和作为对比例的保温板7、8、9分别按性能测试要求进行性能检测，测试标准按照JC/T 2200-2013《水泥基泡沫保温板》和GB/T 25975-2010《建筑外墙外保温用岩棉制品》进行，性能试验如表1所示：

表1本发明的实施例1-6及作为对比例的保温板7、8、9的性能测试结果

由表1可知，本发明的实施例1～6制备的保温板符合保温板的性能指标，包括导热系数、抗压强度等，且体积吸水率较低，可有效延长保温板的使用寿命，且阻燃性能均能达到A1级；而对比例1制备的保温板7的导热系数和体积密度均难以达到保温板的要求；而对比例2的水泥胶凝材料制备的保温板8的性能虽然抗压强度、阻燃性能等性能符合保温板的要求，但其吸水率较高，体积密度小，重量偏大，且其价格较高；而保温板9为市售岩棉保温板，但其吸水率较大，水分容易积累在岩棉板内，长时间会增加保温层重量，导致保温层脱离，返修率高，且价格昂贵，不利于推广应用。

本发明的实施例1～6制备的保温板符合保温板的性能指标，尤其是作为外墙保温材料，导热性能是最重要的参考指标之一，其他依次为抗压强度、吸水性、软化系数、耐久性，实施例1～6制备的保温板导热系数优于采用普通硅酸盐水泥制作的实施例8，其他性能也远远好于实施例8。

跟实施例9相比，作为无机保温材料的实施例1～6，吸水率更低，燃烧性能更好，抗压强度更高，且不存在吸水后坍塌的隐患。

综上所述，本发明的优点包括：1)本发明的全固废胶凝材料可以作为无机保温材料的主要材料，以矿渣、钢渣、粉煤灰等固体废料组成全固废胶凝材料，通过各组分的合理配比，使各组分能相互发生协同反应，用其制成的发泡保温板具有A级不燃，保温效果好的特点，且成本低廉，可大量应用到外墙保温技术中。解决了有机保温材料易燃，且价格昂贵，用无机岩棉对人体有害，吸水率大需要多次返修的行业保温难题。

2)本发明的有益效果为：生产成本低，效率高，降低了能耗；生产全过程无粉尘、无废渣、无排放、低噪音；实现了固废物的资源化循环利用，并从根本上解决了工业废渣因堆放、掩埋所带来的土地占用和环境污染问题；各组分经过合理配比，使得混合粉体内部的级配与密实度得以显著优化与提高；各种微粉经过活化激活充分物理活化，使其具有复合胶凝材料的特性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种全固废胶凝材料，其特征在于，包括如下质量百分比的微粉原料：矿渣微粉30～70％、钢渣微粉10～40％、脱硫石膏5～15％、粉煤灰10～30％、硅粉1～5％。

2.根据权利要求1所述的全固废胶凝材料，其特征在于，包括如下质量百分比的微粉原料：矿渣微粉60～70％、钢渣微粉10～20％、脱硫石膏5～11％、粉煤灰10～14％、硅粉1％～5％。

3.根据权利要求1或2所述的全固废胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰替换为碱渣。

4.根据权利要求1至3任一所述的全固废胶凝材料，其特征在于，还包括矿物激发剂，所述矿物激发剂为微粉原料总重量的1％～5％。

5.根据权利要求1至4任一所述的全固废胶凝材料，其特征在于，所述矿渣微粉的参数指标为：比表面积为500～600m²/kg，95％及以上的颗粒直径为2～40μm，玻璃体含量大于85％，达到S105；

和/或，所述矿渣微粉的级配分布范围为：颗粒直径小于10μm的，占比为80％～85％；颗粒直径在10～20μm范围内的，占比为10％，颗粒直径在20～40μm范围内，占比为5％。

6.根据权利要求1至5任一所述的全固废胶凝材料，其特征在于，所述钢渣微粉的比表面积≥400m²/kg，28d活性指数≥80％。

7.一种全固废胶凝材料基发泡保温材料，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述的全固废胶凝材料，每100重量份的微粉原料中，还需加入的辅料有：纤维0.16～0.2重量份、发泡剂0.5～3重量份、减水剂0.02～2重量份和稳泡剂0.1～0.2重量份。

8.根据权利要求7所述的全固废胶凝材料基发泡保温材料，其特征在于，所述纤维采用聚丙烯纤维或者无机耐碱玻璃纤维；

和/或，所述发泡剂采用动物蛋白发泡剂；

和/或，所述减水剂采用聚羧酸系减水剂或萘系减水剂；

和/或，所述稳泡剂采用酰胺类增稠剂；

和/或，所述矿物激发剂采用碱激发剂。

9.一种权利要求7或8所述的全固废胶凝材料基发泡保温材料的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

3)按水胶重量比0.36～0.47对水称重，水胶比中的胶为全固废胶凝材料，将减水剂先溶于称重好的水中，分次加入步骤1)中混合的物料，搅拌机搅拌混匀制得浆料；

4)将步骤2)做好的泡沫加入到步骤3)的浆料中，继续搅拌，直至泡沫和浆料混合均匀；

10.一种发泡胶凝材料保温板的应用，其特征在于，通过权利要求9所述的全固废胶凝材料基发泡保温材料的加工方法制备得到的发泡胶凝材料保温板，在建筑外墙中的应用。