CN114163256A - 一种多孔囊体降噪隔音材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔囊体降噪隔音材料的制备方法与应用，由如下重量份的原料组成：赤泥5‑55份、其他固废0‑50份、碱激发剂10‑60份、发泡剂3‑10份、稳泡剂0.5‑2份、纤维1‑5份、缓凝剂0‑2份，水胶比为0.5‑0.8；所述发泡剂选自动物蛋白类发泡剂、植物蛋白类发泡剂、FP型发泡剂或AB复合发泡剂。本发明中的多孔囊体降噪隔音材料是用物理方法将发泡剂溶液制备成泡沫，与胶凝材料、水及掺合料、外加剂等按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。具有轻质高强、强度和密度可调节、流动性好、吸声隔声、保温隔热、吸能抗震等优点，应用前景广阔。

Description

一种多孔囊体降噪隔音材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及降噪隔音材料的制备方法，具体涉及一种多孔囊体降噪隔音材料的制备方法与应用。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
近年来，随着经济社会的飞速发展和“交通强国”战略实施的深入推进，公路里程越来越多，交通噪声环境会给驾驶员带来焦虑和烦躁的情绪，影响驾驶员的注意力和反应速度，增加行车安全隐患。此外，汽车、火车、高铁和地铁等逐渐增多，其运行速度也逐渐加快，造成的噪声污染也越来越严重，严重影响周围居住区、医院、学校等单位的人们的生活和工作。长期处于噪声环境下，容易使人疲惫和烦闷，甚至出现听力衰弱、心血管疾病和消化***疾病等。公路上传统的吸声屏障主要有玻璃声屏障、混凝土声屏障、金属声屏障和PVC板声屏障等。玻璃声屏障和混凝土声屏障吸声系数低、吸声性能差，金属声屏障成本高且金属易锈蚀，PVC板声屏障只隔音不吸音。为了提高人们的身体健康和生活质量，对噪声污染的治理愈发迫切，对噪声控制材料提出了更高的需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种多孔囊体降噪隔音材料的制备方法与应用。本发明中的多孔囊体降噪隔音材料是用物理方法将发泡剂溶液制备成泡沫，与胶凝材料、水及掺合料、外加剂等按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。具有轻质高强、强度和密度可调节、流动性好、吸声隔声、保温隔热、吸能抗震等优点，应用前景广阔。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一个方面，提供了一种多孔囊体降噪隔音材料，由如下重量份的原料组成：赤泥5-55份、其他固废0-50份、碱激发剂10-60份、发泡剂3-10份、稳泡剂0.5-2份、纤维1-5份、缓凝剂0-2份，水胶比为0.5-0.8；
所述发泡剂选自动物蛋白类发泡剂、植物蛋白类发泡剂、FP型发泡剂(如FP-186型发泡剂)或AB复合发泡剂；
其中，所述AB复合发泡剂由松香皂类发泡剂与AES发泡剂混合制备而成；具体为由50％松香皂类发泡剂与50％AES发泡剂混合制备而成。
在一些实施例中，所述的赤泥是烧结法赤泥、拜耳法赤泥或联合法赤泥中的任意一种。可根据工况进行选择。
在一些实施例中，其他固废选自粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、脱硫石膏、煤矸石、硅灰、工业废渣、工业尾矿或石灰中的一种或多种的混合物。
进一步的，所述粉煤灰为F级粉煤灰或C级粉煤灰；
或，矿粉为S75级矿粉、S95矿粉或S105级矿粉；
或，工业废渣为钢渣、磷渣、锰渣或硅钙渣；
或，工业尾矿为铜尾矿、铁尾矿、磷尾矿或钨尾矿。
进一步的，其他固废为粉煤灰或/和矿粉。
进一步的，其他固废的细度为45μm方孔筛筛余<12％。
在一些实施例中，所述碱激发剂选自水泥、氢氧化钠、水玻璃、氢氧化钾或硅酸钾。
进一步的，所述水玻璃的模数为0.5M-3.5M。
在一些实施例中，水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥。
在一些实施例中，所述稳泡剂选自硬脂酸钙、纤维素醚、聚丙烯酰胺、明胶、黄原胶、聚乙烯基胺(PVAm)、耐高温水溶性聚合物(HP)、两亲类聚合物、疏水缔合聚合物或糯米浆。
在一些实施例中，所述纤维选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、橡胶纤维、PVA纤维或木粉纤维。
进一步的，所述纤维选自碳纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维。
在一些实施例中，所述缓凝剂选自柠檬酸类、磷酸盐类、木质磺酸盐类或锌盐类。
第二个方面，提供了所述多孔囊体降噪隔音材料的制备方法，包括如下步骤：
将赤泥、其他固废、碱激发剂、稳泡剂、纤维、缓凝剂和水按比例混合均匀，得浆液；
将发泡剂和水混合发泡；
将泡沫注入所述浆液中，混匀、注模、成型、养护，得多孔囊体降噪隔音材料。
在一些实施例中，浆液制备时，将各组分混合搅拌的时间为60-240s。
在一些实施例中，制备泡沫时，发泡剂与水的质量比为1:30-1:70。
在一些实施例中，将泡沫与浆液混合搅拌的时间为90-240s。
第三方面，本发明提供所述多孔囊体降噪隔音材料在制备吸声屏障中的应用。
上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
1、以多源固废为原材料，减少以水泥为原材料的传统水泥基气泡轻质土在制备过程中的高成本和高能耗问题。
2、所用原材料中的赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，每年排放量高达数百万吨，在堆放过程中不仅占用大量土地，还会造成土壤污染、地下水污染。本发明大量利用赤泥可解决固废堆存的问题，而且赤泥粒径小，具有微集料作用；富含硅铝质元素，具有制备胶凝材料的潜力。
3、原材料其他固废中的矿粉能以细集料的形式存在于气泡轻质土吸声材料中，改善孔结构，使孔径细化和均化，提高抗渗性、抗冻融性和耐久性；降低水化热，减少离析和泌水，减少温缩裂缝；能抵抗硫酸盐的侵蚀，适用于长期暴露的公共工程。原材料其他固废中的石膏其微孔结构和加热脱水性，使之具优良的隔音、隔热和防火性能。
4、基于“多源固废协同”的理念，优化单一固废性能较差的不足，提高多孔囊体降噪隔音材料的各方面性能。
5、采用物理发泡剂，相较于化学发泡剂，可以制备出更加均匀和细密的泡沫，可以更好地控制泡沫产生的速率和多少，更好地控制泡沫的掺入量，更好地控制多孔囊体降噪隔音材料的吸声性能、密度和抗压强度。
6、制备工艺简单，第一是设备简单，仅仅需要发泡机和搅拌机；第二是养护简单，可在常温条件下养护，无需高温养护和蒸压养护。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1
1)取拜耳法赤泥30份、S95级矿粉30份、F类粉煤灰15份、3.3M水玻璃15份、FP-186型发泡剂6份、硬脂酸钙1.5份、聚乙烯纤维2.5份，水胶比为0.65；
2)将所述拜耳法赤泥、所述S95级矿粉、所述F类粉煤灰、所述3.3M水玻璃、所述硬脂酸钙、所述聚乙烯纤维和水(水胶比为0.65)倒入搅拌机中搅拌90s得到浆液；
3)将FP-186型发泡剂与水按照1：60的比例稀释制成稀释液，通过发泡机加压制备成气泡；
4)将泡沫输送到搅拌机内，搅拌90s后倒入模具中成型，48h后拆模，塑料薄膜覆盖，放入标准养护室养护28天后，对多孔囊体降噪隔音材料的各项性能进行测试。
实施例2
1)取拜耳法赤泥40份、P.O 42.5普通硅酸盐水泥40份、脱硫石膏10份、FP-186型发泡剂5.5份、硬脂酸钙1.5份、聚乙烯纤维2.5份、磷酸盐缓凝剂0.5份，水胶比为0.75；
2)将所述拜耳法赤泥、所述P.O 42.5普通硅酸盐水泥、所述脱硫石膏、所述硬脂酸钙、所述聚乙烯纤维、所述磷酸盐缓凝剂和水(水胶比为0.75)倒入搅拌机中搅拌90s得到浆液；
3)将FP-186型发泡剂与水按照1：40的比例稀释制成稀释液，通过发泡机加压制备成气泡；
4)将泡沫输送到搅拌机内，搅拌60s后倒入模具中成型，48h后拆模，塑料薄膜覆盖，放入标准养护室养护28天后，对多孔囊体降噪隔音材料的各项性能进行测试。
实施例3
1)取拜耳法赤泥36份、P.O 42.5普通硅酸盐水泥55份、FP-186型发泡剂5.3份、羟丙基甲基纤维素醚1.2份、聚乙烯纤维2.5份，水胶比为0.6；
2)将所述拜耳法赤泥、所述P.O 42.5普通硅酸盐水泥、所述羟丙基甲基纤维素醚、所述聚乙烯纤维和水(水胶比为0.6)倒入搅拌机中搅拌90s得到浆液；
3)将FP-186型发泡剂与水按照1：60的比例稀释制成稀释液，通过发泡机加压制备成气泡；
4)将泡沫输送到搅拌机内，搅拌90s后倒入模具中成型，48h后拆模，塑料薄膜覆盖，放入标准养护室养护28天后，对多孔囊体降噪隔音材料的各项性能进行测试。
实施例4
1)取拜耳法赤泥40份、P.O 42.5普通硅酸盐水泥30份、F类粉煤灰20份、FP-186型发泡剂5份、羟丙基甲基纤维素醚1份、聚乙烯纤维2份、聚乙烯醇纤维2份，水胶比为0.6；
2)将所述拜耳法赤泥、所述P.O 42.5普通硅酸盐水泥、所述F类粉煤灰、所述羟丙基甲基纤维素醚、所述聚乙烯纤维、所述聚乙烯醇纤维和水(水胶比为0.6)倒入搅拌机中搅拌90s得到浆液；
3)将FP-186型发泡剂与水按照1：60的比例稀释制成稀释液，通过发泡机加压制备成气泡；
4)将泡沫输送到搅拌机内，搅拌90s后倒入模具中成型，48h后拆模，塑料薄膜覆盖，放入标准养护室养护28天后，对多孔囊体降噪隔音材料的各项性能进行测试。
实施例5
将实施例3中的FP-186型发泡剂替换为动物毛发泡剂，其他均与实施例3相同。
实施例6
将实施例3中的FP-186型发泡剂替换为植物茶皂素发泡剂，其他均与实施例3相同。
实施例7
将实施例3中的FP-186型发泡剂替换为AB复合发泡剂(50％的松香皂类发泡剂与50％的AES发泡剂混合而成)，其他均与实施例3相同。
对比例1
将实施例3中的FP-186型发泡剂替换为双氧水，其他均与实施例3相同。
对比例2
省略实施例3中的聚乙烯纤维，其他均与实施例3相同。
对比例3
材料组成为：固体硅酸钠(m＝2.0)3份、矿渣30份、赤泥40份、粉煤灰12份、硬脂酸钙0.15份、质量浓度为10％的双氧水发泡剂14.85份。
上述配方均由下述方法制备：
(1)先将固体水玻璃粉末、矿渣、矿渣以及稳泡剂按照一定的比例不分先后次序的加入到搅拌机中，然后用无重力搅拌机混合均匀，转速为60r/min，分散时间20min，得到激发料；
(2)在转速60r/min下搅拌的同时，将赤泥、水按照比例加入到搅拌机中搅拌15min，混合均匀后，将发泡剂按比例加入到搅拌机中搅拌3min，搅拌完成后浇注到模具中，在常温下养护5小时；
(3)将硬化后的赤泥多孔材料切割成需要的尺寸送入蒸压反应釜，在0.8MPa压力下养护10小时，得到成品。
对比例4
一种吸声材料，其中各组分按重量百分比计为：粒化高炉矿渣60.76％，水玻璃14.7％，水23.28％，双氧水0.36％，高锰酸钾0.06％，硬脂酸钙0.73％，聚丙烯纤维0.11％；
制备方法，包括如下步骤：
S1、按比例将粒化高炉矿渣和硬脂酸钙粉料倾入搅拌机中搅拌3min，混合均匀；
S2、将水玻璃、高锰酸钾和水按配比混合、搅拌均匀后形成溶液，再将所得溶液倒入步骤S1所得粉料中充分搅拌45s，制成浆料；
S3、按配比将聚丙烯纤维与步骤S2所得浆料混合搅拌15s，后在5s内加入双氧水充分搅拌10s，制成发泡料浆；
S4、将步骤S3制得发泡料浆浇筑在试模中，成型24h后脱模，脱模试件放入标准养护室内养护28天；
S5、将步骤S4养护完成的试件进行打孔(孔深10mm，孔径大小8mm，孔间距15mm，穿孔率16％，材料厚度60mm)，即得吸声材料。
对实施例1-7，对比例1-4所得的材料进行性能测试，结果如下表1所示。
表1多孔囊体降噪隔音材料的性能
Figure BDA0003357152500000101
通过表1，可以看到，实施例3与对比例1相比是物理发泡剂比化学发泡剂可以根据控制泡沫的掺量很好地控制降噪隔音材料的抗压强度和吸声系数。实施例3与对比例2相比是掺入了聚乙烯纤维，纤维对隔音降噪材料的开裂有抑制作用，从而改善其性能。对比例3中泡沫的制备是利用搅拌机的高速搅拌，这种制备方法相较于利用发泡机加压制备的泡沫的稳定性较差，从而影响隔音降噪材料的各项性能。对比例4掺入了高锰酸钾，与双氧水发生反应生成气体，达到发泡的效果，这比单掺双氧水提高了泡沫的性能，降噪隔音材料的性能相比于对比例1有所提高。
本发明制备的多孔囊体降噪隔音材料，不同密度下的抗压强度和吸声系数均较高，吸声效果好，可以做降噪隔音材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多孔囊体降噪隔音材料，其特征在于：由如下重量份的原料组成：赤泥5-55份、其他固废0-50份、碱激发剂10-60份、发泡剂3-10份、稳泡剂0.5-2份、纤维1-5份、缓凝剂0-2份，水胶比为0.5-0.8；
所述发泡剂选自动物蛋白类发泡剂、植物蛋白类发泡剂、FP型发泡剂或AB复合发泡剂。
2.根据权利要求1所述的多孔囊体降噪隔音材料，其特征在于：所述的赤泥是烧结法赤泥、拜耳法赤泥或联合法赤泥中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的多孔囊体降噪隔音材料，其特征在于：其他固废选自粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、脱硫石膏、煤矸石、硅灰、工业废渣、工业尾矿或石灰中的一种或多种的混合物；
进一步的，所述粉煤灰为F级粉煤灰或C级粉煤灰；
或，矿粉为S75级矿粉、S95矿粉或S105级矿粉；
或，工业废渣为钢渣、磷渣、锰渣或硅钙渣；
或，工业尾矿为铜尾矿、铁尾矿、磷尾矿或钨尾矿。
进一步的，其他固废为粉煤灰或/和矿粉；
进一步的，其他固废的细度为45μm方孔筛筛余<12％。
4.根据权利要求1所述的多孔囊体降噪隔音材料，其特征在于：所述碱激发剂选自水泥、氢氧化钠、水玻璃、氢氧化钾或硅酸钾；
进一步的，所述水玻璃的模数为0.5M-3.5M。
5.根据权利要求1所述的多孔囊体降噪隔音材料，其特征在于：水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥；
在一些实施例中，所述稳泡剂选自硬脂酸钙、纤维素醚、聚丙烯酰胺、明胶、黄原胶、聚乙烯基胺、耐高温水溶性聚合物、两亲类聚合物、疏水缔合聚合物或糯米浆。
6.根据权利要求1所述的多孔囊体降噪隔音材料，其特征在于：所述纤维选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、橡胶纤维、PVA纤维或木粉纤维；
进一步的，所述纤维选自碳纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维；
在一些实施例中，所述缓凝剂选自柠檬酸类、磷酸盐类、木质磺酸盐类或锌盐类。
7.权利要求1-6任一所述多孔囊体降噪隔音材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将赤泥、其他固废、碱激发剂、稳泡剂、纤维、缓凝剂和水按比例混合均匀，得浆液；
将发泡剂和水混合发泡；
将泡沫注入所述浆液中，混匀、注模、成型、养护，得多孔囊体降噪隔音材料。
8.根据权利要求7所述的多孔囊体降噪隔音材料的制备方法，其特征在于：浆液制备时，将各组分混合搅拌的时间为60-240s。
9.根据权利要求7所述的多孔囊体降噪隔音材料的制备方法，其特征在于：制备泡沫时，发泡剂与水的质量比为1:30-1:70；
在一些实施例中，将泡沫与浆液混合搅拌的时间为90-240s。
10.权利要求1-6任一所述多孔囊体降噪隔音材料在制备吸声屏障中的应用。
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