CN110451906B - 一种轻质隔音材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质隔音材料及其制备方法。这种轻质隔音材料是由泡沫混凝土制成，泡沫混凝土的干料包括以下的组分：水泥，干化污泥，硅灰，粉煤灰，石膏粉，矿渣，贝壳粉，减水剂，发泡剂；其中，发泡剂包括以下的组分：聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉、表面活性剂。同时也公开了这种轻质隔音材料的制备方法。本发明的轻质隔音材料具有良好的隔音效果，同时还具有质轻、高强、隔热和防水的优点，其制备工艺简单，成本低廉，可以用于室内和室外建筑用隔音材料，具有良好的应用前景。

Description

一种轻质隔音材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种轻质隔音材料及其制备方法。
背景技术
发泡剂又名起泡剂，是能促进泡沫以形成闭孔或者联孔结构的物质。在特定的条件下，通过化学反应变化或者物理方法处理，使其在短时间内形成大量均匀、稳定的泡沫。将发泡剂引入混凝土中，在混凝土内部产生微小密闭的均匀气泡，可以形成轻质、高强、保温、隔热、抗震等优良特性的泡沫混凝土。但是，目前泡沫混凝土还存在一些问题，包括料浆稳定性差、硬化后气泡不均匀、强度偏低、易开裂、易吸水等。影响泡沫混凝土的性能因素有很多，包括组成原料、配合比、发泡剂类型、工艺、制备设备等。
应用于泡沫混凝土的发泡剂种类很多，包括有松香皂类发泡剂、合成类表面活性剂型发泡剂、动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂等。经历了几十年的发展，发泡剂的成分也由单一成分逐渐向多成分复合发展。目前所用的发泡剂，存在用量大成本高的问题，而且其搅拌混合时，气泡容易团聚，导致尺寸增大，因而导致泡沫不稳定。现有文献中，也提及使用纳米粒子作为稳泡剂的纳米发泡剂，但是这些纳米发泡剂的成本高昂，不适合大量生产使用。因此，如何开发出一种成本低廉、泡沫稳定的发泡剂用于泡沫混凝土中，是建筑领域工作者关注的重点问题。
现在的泡沫混凝土材料常采用天然砂作为细骨料。而目前随着社会经济的发展，废弃资源特别多，比如水处理厂的污泥和矿渣等，这些原料如果作为垃圾丢弃，不仅会污染环境，而且还占用土地资源。如何回收利用这些资源，实现循环再生，变废为宝，成为了行内工作者亟需解决的课题。
楼宇、宾馆、房间等存在普遍的隔音需求，目前的建筑材料隔音性能不佳。隔音材料是泡沫混凝土其中一种广泛应用的途径。但是，目前建筑所用的隔音材料，其综合性能，如强度、隔热、隔音、防水等效果仍有待进一步改进，制备的工艺和成本仍需改善。
发明内容
为了克服现有技术中，隔音材料存在的性能、制备工艺和成本等有待改善的问题，本发明的目的之一在于提供一种轻质隔音材料，本发明的目的之二在于提供这种轻质隔音材料的制备方法。
为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明提供了一种轻质隔音材料，该轻质隔音材料是由泡沫混凝土制成，泡沫混凝土的干料包括以下质量份的组分：水泥190～220份，干化污泥40～80份，硅灰20～30份，粉煤灰30～80份，石膏粉50～100份，矿渣1～20份，贝壳粉3～10份，减水剂1～3份，发泡剂0.04～0.1份；其中，发泡剂包括以下的组分：聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉、表面活性剂。
这种泡沫混凝土中，水泥优选的质量份为195～205份，干化污泥优选的质量份为50～70份，硅灰优选的质量份为22～28份，粉煤灰优选的质量份为40～70份，石膏粉优选的质量份为60～80份，矿渣优选的质量份为2～10份，贝壳粉优选的质量份为4～8份，减水剂优选的质量份为1～2份，发泡剂优选的质量份为0.04～0.06份。
优选的，这种轻质隔音材料中，发泡剂各组分的质量百分比组成如下：聚丙烯酰胺0.5％～5％，聚乙烯亚胺3％～20％，聚乙烯吡咯烷酮10％～20％，羟丙基甲基纤维素35％～50％，三乙醇胺1％～5％，表面亲水改性的纳米土粉2％～8％，表面活性剂15％～30％；进一步的，聚丙烯酰胺优选的质量百分比为1％～4％；聚乙烯亚胺优选的质量百分比为5％～14％；聚乙烯吡咯烷酮优选的质量百分比为12％～18％；羟丙基甲基纤维素优选的质量百分比为38％～45％；三乙醇胺优选的质量百分比为2％～4％；表面亲水改性的纳米土粉优选的质量百分比为3％～6％；表面活性剂优选的质量百分比为17％～26％。
优选的，这种轻质隔音材料的发泡剂中，表面亲水改性的纳米土粉选自表面亲水改性的纳米凹凸棒土粉、纳米高岭土粉、纳米蒙脱土粉、纳米膨润土粉中的至少一种。表面亲水改性的方法为本领域的常规方法，如采用表面活性剂对纳米土粉进行浸泡或包覆处理。
优选的，这种轻质隔音材料的发泡剂中，表面活性剂选自硫酸盐类表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种；进一步优选的，表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、AEO-7、AEO-9中的至少一种。
优选的，这种轻质隔音材料中，水泥选自硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的至少一种。
优选的，这种轻质隔音材料中，干化污泥为水处理厂干化污泥。
优选的，这种轻质隔音材料中，干化污泥的粒径<2mm；进一步优选的，干化污泥的粒径<1mm。
优选的，这种轻质隔音材料中，干化污泥的水含量≤5wt％。
优选的，这种轻质隔音材料中，硅灰的粒径为0.1μm～1μm；进一步优选的，硅灰的粒径为0.1μm～0.3μm。
优选的，这种轻质隔音材料中，粉煤灰选自Ⅰ级F类粉煤灰、Ⅱ级F类粉煤灰中的一种或两种；进一步优选的，粉煤灰选自Ⅱ级F类粉煤灰。
优选的，这种轻质隔音材料中，石膏粉为脱硫石膏粉。
优选的，这种轻质隔音材料中，石膏粉的粒径为20μm～100μm；进一步优选的，石膏粉的粒径为50μm～80μm。
优选的，这种轻质隔音材料中，矿渣为高炉矿渣。
优选的，这种轻质隔音材料中，矿渣的粒径为0.5mm～2mm；进一步优选的，矿渣的粒径为0.5mm～1mm。
优选的，这种轻质隔音材料中，贝壳粉的粒径<2mm；进一步优选的，贝壳粉的粒径<1mm。
优选的，这种轻质隔音材料中，减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种；进一步优选的，减水剂选自萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。
本发明还提供了这种轻质隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉和表面活性剂混合，得到发泡剂；
2)将发泡剂和水混合，制得发泡剂溶液；
3)将水泥、干化污泥、硅灰、粉煤灰、石膏粉、矿渣、贝壳粉、减水剂和水混合，得到水泥料浆；
4)搅拌发泡剂溶液，加入水泥料浆，混合，得到泡沫混凝土；
5)将泡沫混凝土注入模具，养护，拆模，得到轻质隔音材料；轻质隔音材料的组成如上述。
优选的，这种轻质隔音材料的制备方法步骤2)中，发泡剂和水的质量比为1：(250～500)；进一步优选的，发泡剂和水的质量比为1：(280～450)；再进一步优选的，发泡剂和水的质量比为1：(300～400)。
优选的，这种轻质隔音材料的制备方法步骤3)中，水泥料浆的固含量为60wt％～80wt％。
优选的，这种轻质隔音材料的制备方法步骤5)中，模具可以根据实际的隔音建筑物需要进行选择，如选自砖模具、板模具或门模具。
对本发明轻质隔音材料所用的组分说明如下：
一、干化污泥和矿渣
水处理厂干化污泥和矿渣的存量很大，这些废弃物中含有大量的Ca、Si等元素，有利于水化反应的进行，生成具有胶凝能力的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，提高胶凝材料的强度以及其他物理性能。
二、贝壳粉
贝壳粉可与混凝土相互填充孔隙，提高混凝土的密实度和抗渗性，减少混凝土裂缝。
三、发泡剂
1、聚丙烯酰胺：聚丙烯酰胺可以与水泥发生活性反应，由于聚丙烯酰胺与水泥界面具有化学结合，使界面的承载能力提高，从而提高了界面的韧性和抗断裂性，形成良好的物理力学性能。通过加入聚丙烯酰胺有利于微型、封闭式泡孔体的形成。
2、聚乙烯亚胺：聚乙烯亚胺分子链上的N原子接枝有一定量的相应疏水链，屏蔽了分子链上的部分胺基，因而聚乙烯亚胺能够内部亲水，外部疏水，可以增强泡沫与水泥料浆的相容性，增强泡沫混凝土的机械性能。
3、聚乙烯吡咯烷酮：聚乙烯吡咯烷酮作为一种水溶性高分子化合物，具有良好的增溶和凝聚性，有利于稳定泡沫。
4、羟丙基甲基纤维素：羟丙基甲基纤维素水溶液的粘度大，可以使发泡剂溶液保持足够的粘度，提高泡沫的稳定性。
5、三乙醇胺：选用三乙醇胺和羟丙基甲基纤维素相互配合，可以增加泡沫的稳定性，进一步提高泡沫混凝土内部结构的致密性，提高强度和韧性。
6、表面亲水改性的纳米土粉：本发明选用的纳米土粉均为来源广泛的矿物土粉，成本低廉。使用表面亲水改性的纳米土粉可以稳定泡沫，保证生产的混凝土具有孔径小、分散均匀的气孔，从而提高泡沫混凝土的性能。
7、表面活性剂：表面活性剂的主要作用是起泡，本发明所用的硫酸盐类表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚具有起泡效率高，效果好的优点。
本发明的有益效果是：
本发明的轻质隔音材料具有良好的隔音效果，同时还具有质轻、高强、隔热和防水的优点，其制备工艺简单，成本低廉，可以用于室内和室外建筑用隔音材料，具有良好的应用前景。
具体而言，本发明具有以下的优点：
一、本发明提供的发泡剂具有较大的发泡效率，可以使形成的泡沫量增加，在满足工程强度的同时，可以节省水泥的用量，减轻产品的重量。
二、本发明利用了水处理厂干化污泥和贝壳粉作为泡沫料浆的细骨料，实现了资源再生循环，减少了胶凝材料的耗用量，达到节能环保的目的。
三、本发明的轻质隔音材料可以广泛应用于室内、室外的建筑隔音材料，如隔音门、隔音板、隔音砖、隔音墙等。
附图说明
图1是本发明泡沫所制得的泡沫混凝土和市售泡沫所制得的泡沫混凝土的对比图；
图2是市售泡沫所制得的泡沫混凝土的扫描电镜图；
图3是本发明泡沫所制得的泡沫混凝土的扫描电镜图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过常规的方法制备得到。
实施例1
本例制备轻质隔音材料的泡沫混凝土干料组分包括以下质量份的组分：水泥200份，水处理厂干化污泥60份，硅灰25份，粉煤灰50份，石膏粉70份，矿渣5份，贝壳粉5份，减水剂2份，发泡剂0.05份。
本例的发泡剂由以下质量份的组分组成：3份聚丙烯酰胺、5份聚乙烯亚胺、12份聚乙烯吡咯烷酮、45份羟丙基甲基纤维素、3份三乙醇胺、6份表面亲水改性的纳米凹凸棒土粉、26份十二烷基硫酸钠。
其中，所用的水泥为普通P·O 32.5级水泥；硅灰的平均粒径为0.1μm～0.3μm；粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰；石膏粉为平均粒径是50μm～80μm的脱硫石膏粉；矿渣为平均粒径是0.5mm～1mm的高炉矿渣；减水剂为聚羧酸系减水剂；水处理厂干化污泥和贝壳粉的粒径均小于1mm。所用水处理厂干化污泥的水含量≤5wt％。
本例这种轻质隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按上述的配比组成，将聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉和表面活性剂混合，得到发泡剂；
2)将发泡剂和水以质量比1：350混合，制得发泡剂溶液；
3)将水泥、干化污泥、硅灰、粉煤灰、石膏粉、矿渣、贝壳粉、减水剂和水混合，得到水泥料浆；水泥料浆的固含量为61.5wt％；
4)搅拌发泡剂溶液发泡，加入水泥料浆，混合，得到泡沫混凝土；
5)将泡沫混凝土注入墙砖模具，养护12个小时，拆模，得到轻质隔音墙砖。
实施例2
本例所用的发泡剂由以下质量份的组分组成：4份聚丙烯酰胺、12份聚乙烯亚胺、18份聚乙烯吡咯烷酮、40份羟丙基甲基纤维素、4份三乙醇胺、5份表面亲水改性的纳米高岭土粉、17份十二烷基苯磺酸钠。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。
实施例3
本例所用的发泡剂由以下质量份的组分组成：3份聚丙烯酰胺、10份聚乙烯亚胺、15份聚乙烯吡咯烷酮、45份羟丙基甲基纤维素、2份三乙醇胺、6份表面亲水改性的纳米蒙脱土粉、19份AEO-9。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。
实施例4
本例所用的发泡剂由以下质量份的组分组成：1份聚丙烯酰胺、14份聚乙烯亚胺、16份聚乙烯吡咯烷酮、38份羟丙基甲基纤维素、3份三乙醇胺、3份表面亲水改性的纳米膨润土粉、25份十二烷基硫酸钠。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。
实施例5
本例制备轻质隔音材料的泡沫混凝土干料组分包括以下质量份的组分：水泥200份，水处理厂干化污泥55份，硅灰25份，粉煤灰65份，石膏粉65份，矿渣5份，贝壳粉5份，减水剂2份，发泡剂0.05份。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。
实施例6
本例制备轻质隔音材料的泡沫混凝土干料组分包括以下质量份的组分：水泥200份，水处理厂干化污泥50份，硅灰25份，粉煤灰70份，石膏粉60份，矿渣8份，贝壳粉6份，减水剂2份，发泡剂0.05份。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。
实施例7
本例制备轻质隔音材料的泡沫混凝土干料组分包括以下质量份的组分：水泥200份，水处理厂干化污泥70份，硅灰22份，粉煤灰40份，石膏粉70份，矿渣5份，贝壳粉5份，减水剂2份，发泡剂0.05份。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。
对比例1
本例所用的发泡剂为市售W.R.Grace产品，其余组分组成及制备方法与实施例1相同。
对比例2
本例制备轻质隔音材料的泡沫混凝土干料组分包括以下质量份的组分：水泥270份，硅灰22份，粉煤灰40份，石膏粉70份，减水剂2份，发泡剂0.05份。其余组分组成及制备方法与实施例1相同。
对比例3
本例与对比例2不同的是，本例所用的发泡剂为市售W.R.Grace产品。其余组分组成及制备方法与对比例2相同。
将实施例1得到的发泡剂溶液搅拌，可以产生泡沫。在同等条件下，将实施例1得到的泡沫与市售W.R.Grace产品得到的泡沫进行比较。
附图1是本发明泡沫所制得的泡沫混凝土和市售泡沫所制得的泡沫混凝土的对比图。附图2是市售泡沫所制得的泡沫混凝土的扫描电镜图。附图3是本发明泡沫所制得的泡沫混凝土的扫描电镜图。其中，本发明泡沫所制得的泡沫混凝土对应实施例1的样品。市售泡沫所制得的泡沫混凝土对应对比例1的样品。通过图1～3对比可知，市售产品的泡沫混凝土气孔分布不均，且气孔尺寸较大，气孔平均尺寸大于500μm。本发明制得的泡沫混凝土气孔分布均匀，且气孔尺寸较小，气孔平均尺寸为65μm。
实施例1～7和对比例1～3制得所得的轻质隔音墙砖测试结果如表1～3所示。测试的方法均为本行业常规的国标或行标测试方法。
表1实施例1～4轻质隔音墙砖的测试结果
性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
密度(kg/m<sup>3</sup>) 530 522 528 526
抗压强度(MPa) 3.5 3.4 3.6 3.4
导热系数(W/m·K) 0.05 0.06 0.05 0.06
24cm厚墙体空气声计权隔音量(dB) 34 39 35 36
吸水率(％) 3.8 4.2 4.0 4.4
表2实施例5～7轻质隔音墙砖的测试结果
性能 实施例5 实施例6 实施例7
密度(kg/m<sup>3</sup>) 535 534 540
抗压强度(MPa) 3.5 3.4 3.4
导热系数(W/m·K) 0.07 0.05 0.07
24cm厚墙体空气声计权隔音量(dB) 40 38 36
吸水率(％) 3.9 4.4 4.2
表3对比例1～3轻质隔音墙砖的测试结果
Figure BDA0002143050090000071
Figure BDA0002143050090000081
从以上的检测分析结果可知，相对于对比例的轻质隔音材料，本发明制得的轻质隔音材料隔音效果更好，且其他性能，如密度、抗压强度、隔热和抗水性能也更好。
本发明可以大大节约水泥的用量，循环利用固废资源，使生产成本进一步降低，符合绿色建筑产业的发展要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轻质隔音材料，其特征在于：所述轻质隔音材料是由泡沫混凝土制成，所述泡沫混凝土的干料包括以下质量份的组分：水泥190～220份，干化污泥40～80份，硅灰20～30份，粉煤灰30～80份，石膏粉50～100份，矿渣1～20份，贝壳粉3～10份，减水剂1～3份，发泡剂0.04～0.1份；所述发泡剂包括以下的组分：聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉、表面活性剂；
所述发泡剂各组分的质量百分比组成如下：聚丙烯酰胺0.5％～5％，聚乙烯亚胺3％～20％，聚乙烯吡咯烷酮10％～20％，羟丙基甲基纤维素35％～50％，三乙醇胺1％～5％，表面亲水改性的纳米土粉2％～8％，表面活性剂15％～30％；
所述发泡剂中，表面亲水改性的纳米土粉选自表面亲水改性的纳米凹凸棒土粉、纳米高岭土粉、纳米蒙脱土粉、纳米膨润土粉中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种轻质隔音材料，其特征在于：所述发泡剂中，表面活性剂选自硫酸盐类表面活性剂、磺酸盐类表面活性剂、脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种轻质隔音材料，其特征在于：所述干化污泥为水处理厂干化污泥。
4.根据权利要求1所述的一种轻质隔音材料，其特征在于：所述矿渣为高炉矿渣。
5.根据权利要求1所述的一种轻质隔音材料，其特征在于：所述减水剂选自木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。
6.一种轻质隔音材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺、表面亲水改性的纳米土粉和表面活性剂混合，得到发泡剂；
2)将发泡剂和水混合，制得发泡剂溶液；
3)将水泥、干化污泥、硅灰、粉煤灰、石膏粉、矿渣、贝壳粉、减水剂和水混合，得到水泥料浆；
4)搅拌发泡剂溶液，加入水泥料浆，混合，得到泡沫混凝土；
5)将泡沫混凝土注入模具，养护，拆模，得到轻质隔音材料；轻质隔音材料的组成如权利要求1～5任一项所述。
7.根据权利要求6所述一种轻质隔音材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，发泡剂和水的质量比为1：(250～500)。
8.根据权利要求6所述一种轻质隔音材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中，水泥料浆的固含量为60wt％～80wt％。
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