一種輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料及其制備方法。該保溫材料的制備方法包括：混料，發(fā)泡，混合，注漿，脫模干燥，燒結(jié)。所得保溫材料的孔隙率85～95%，體積密度150～380kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)0.04～0.06W/(m?K)，抗壓強(qiáng)度0.48～0.97MPa。，抗壓強(qiáng)度為0.53～1.13MPa。本發(fā)明制備的保溫材料以鈣長(zhǎng)石為主晶相，具有低的熱導(dǎo)率、低比重、良好的熱穩(wěn)定性、并且抗蠕變和侵蝕；本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單易操作，成本低廉，節(jié)能環(huán)保，適合工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)本發(fā)明的原材料為工業(yè)廢棄物粉煤灰、石膏、廢玻璃等，具有很高的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
【專利說(shuō)明】一種輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用于土建工程的保溫材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]粉煤灰是我國(guó)當(dāng)前排放量較大的工業(yè)廢渣之一。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，1995年粉煤灰排放量達(dá)1.25億噸，2000年約為1.5億噸，到2010年達(dá)到3億噸，給我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及生態(tài)環(huán)境造成巨大的壓力。然而，我國(guó)是一個(gè)人均占有資源儲(chǔ)量有限的國(guó)家，粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，是解決我國(guó)電力生產(chǎn)環(huán)境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產(chǎn)所面臨解決的任務(wù)之一。經(jīng)過(guò)研究開(kāi)發(fā)，粉煤灰在建材領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展，但是大部分是水泥、混凝土方向，而且利用率也不是很高。因此，如何高效的利用粉煤灰仍是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。其中，將粉煤灰用于建筑保溫方面是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。目前，我國(guó)墻體保溫所采用的保溫材料仍然是以有機(jī)保溫材料為主。但是，南京中環(huán)國(guó)際廣場(chǎng)、哈爾濱經(jīng)緯360度雙子星大廈、濟(jì)南奧體中心、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州教師公寓、沈陽(yáng)皇朝萬(wàn)鑫大廈等發(fā)生的建筑外墻保溫材料火災(zāi)均造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，產(chǎn)生了惡劣的影響。因此研究開(kāi)發(fā)新的無(wú)機(jī)保溫材料勢(shì)在必行。粉煤灰作為一種來(lái)源廣 泛、價(jià)格低廉的原材料得到了廣泛的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于利用粉煤灰及其他廉價(jià)礦物材料制備出一種輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基無(wú)機(jī)保溫材料，該材料防火性能好，與建筑物同壽命，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、較低的導(dǎo)熱系數(shù)；制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，該方法合理利用工業(yè)廢棄物，變廢為寶，保護(hù)環(huán)境。
[0004]本發(fā)明的一種輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法，包括下述步驟:
(1)粉煤灰漿料配制:將粉煤灰72-92質(zhì)量份、石膏或石灰石8-20質(zhì)量份和廢玻璃粉0-8質(zhì)量份混合加水配制成固含量為30%~40%的漿料，并于球磨機(jī)中球磨；
(2)泡沫配制:采用高速攪拌器攪拌發(fā)泡劑水溶液，使產(chǎn)生大量泡沫；
(3)泡沫漿料配制:將步驟(1)球磨好的漿料與步驟(2)所得泡沫混合均勻，得泡沫漿
料；
(4)保溫材料制備:將所得泡沫漿料倒入模具中，常溫放置待生坯與模具邊緣脫離后取出，干燥，燒結(jié)得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
[0005]步驟(1)配制衆(zhòng)料時(shí)，可加入固體原料總質(zhì)量0.5 wt%~1.5 wt%的分散劑和固體原料總質(zhì)量1.0 wt%~ 1.2 wt%的穩(wěn)泡劑，所述分散劑為阿拉伯樹(shù)膠和/或六偏磷酸鈉，穩(wěn)泡劑為水玻璃，模數(shù)2-4。所述固體原料為配制粉煤灰漿料的原料，包括粉煤灰、石膏或石灰石、廢玻璃粉。[0006]步驟(2 )所述發(fā)泡劑可以為十二烷基硫酸鈉或者十二烷基苯磺酸鈉，其用量為固體原料總質(zhì)量的0.8 wt%~1.2 wt%為佳。
[0007]步驟(2)中攪拌器轉(zhuǎn)速優(yōu)選為1300~1500 r/min，攪拌時(shí)間為3~5 min。
[0008]步驟(3)中，宜采用攪拌器將之混合均勻，攪拌器轉(zhuǎn)速在800~1000 r/min。
[0009]步驟(4)取出生坯后，可先常溫干燥12-36 h，再于95~105 °C下干燥12-36 h得到坯體，然后將干燥好的坯體在1000-1200 1:下燒結(jié)得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
[0010]步驟(4)燒結(jié)時(shí)采用梯度燒結(jié)方式，首先以2-5 0C /min的速率升溫至500_600°C并保溫l_2h，之后以5-8 °C/min的速率升溫至1000-1200°C，并保溫2-3 h;最后以5_8°C/min的速率冷卻至500-600°C，之后隨爐冷卻至室溫。
[0011]本發(fā)明所用粉煤灰優(yōu)選熱電廠產(chǎn)生的CaO含量在10%以上的高鈣粉煤灰，所述石膏可以為生石膏、熟石膏，也可以為普通石膏粉的廢棄物。
[0012]本發(fā)明的具體優(yōu)點(diǎn)為:
1.本發(fā)明制備的輕質(zhì)保溫材料以鈣長(zhǎng)石為主晶相，鈣長(zhǎng)石具有低的熱導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性好、具有良好的抗蠕變性和抗侵蝕性等特點(diǎn)，可以使得該保溫材料與建筑物同壽命。
[0013]2.本發(fā)明采用泡沫與漿料混合的工藝使得樣品孔隙率更高、體積密度更小、導(dǎo)熱更低。整個(gè)工藝過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，燒結(jié)過(guò)程中無(wú)廢棄物排放，既節(jié)約成本也保護(hù)環(huán)境，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0014]3.該工藝所用原料為粉煤灰、石膏、廢玻璃粉等工業(yè)廢棄物，有效地對(duì)廢棄物進(jìn)行再利用，具有很高的經(jīng)濟(jì)意義，并能夠保護(hù)環(huán)境。
[0015]4.該方法可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)泡劑濃度、固含量等控制樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和體積密度。
[0016]5.本發(fā)明制備的輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為85~95 %，體積密度為150~380 kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0.04 ~0.06 ff/ (m.K)，抗壓強(qiáng)度為 0.48 ~0.97 MPa。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明制品的XRD圖譜；
圖2為實(shí)施例1斷面的掃描電子顯微鏡(SEM)的照片；
圖3為實(shí)施例1的樣品照片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下述實(shí)施例是對(duì)于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步說(shuō)明以作為對(duì)本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡(jiǎn)單變化或替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
[0019]實(shí)施例1
將80質(zhì)量份粉煤灰、20質(zhì)量份石膏加入到球磨罐中，加0.8 %的六偏磷酸鈉和1.2%的水玻璃(模數(shù)3.5)，添加適量的水，配制成固相含量為30 %的漿料，并球磨24 h,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為180 r/min。在水中加入0.8 %的十二烷基硫酸鈉發(fā)泡4 min得到均勻的泡沫。之后將球磨好的漿料與泡沫混合，用攪拌器攪拌均勻之后倒入石膏磨具中，靜置4 h之后脫模。常溫干燥24 h之后將生坯放入100 1:的干燥箱中干燥24 h，之后在1100 °C的溫度下燒結(jié)。首先以2 °C/min的速率升溫至500 °C并保溫I h ;之后以5 °C/min的速率升溫至1100 °C，并保溫2 h;最后以5 °C/min的速率冷卻至500 °C ;之后隨爐冷卻至室溫，得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石保溫材料的X射線衍射(XRD)圖譜見(jiàn)圖1，從圖1可以看出，該材料主要是鈣長(zhǎng)石(anorthite)晶相，說(shuō)明該材料是鈣長(zhǎng)石為主晶相的保溫材料。輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料斷面的掃描電子顯微鏡(SEM)的照片見(jiàn)圖2，輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料樣品照片見(jiàn)圖3。
[0020]所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為92 %，體積密度為175 kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為
0.048 ff/ (m.K)，抗壓強(qiáng)度為 0.52 MPa。
[0021]實(shí)施例2
將85份粉煤灰、15份石膏加入到球磨罐中，加0.8 %的阿拉伯樹(shù)膠和1.2%的水玻璃，添加適量的水，配制成固相含量為30 %的漿料，并球磨24 h。在水中加入1.2 %的十二烷基硫酸鈉發(fā)泡5 min得到均勻的泡沫。之后將球磨好的漿料與泡沫混合，用攪拌器攪拌均勻之后倒入石膏磨具中，靜置4 h之后脫模。常溫干燥24 h之后將生坯放入100 °C的干燥箱中干燥24 h，之后在1100 1:的溫度下燒結(jié)。首先以2 °C/min的速率升溫至500 °〇并保溫I h ;之后以5 V /min的速率升溫至1100 °C，并保溫2 h ;最后以5 V /min的速率冷卻至500 0C ;之后隨爐冷卻至室溫，得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
[0022]所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為94 %，體積密度為158 g/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為
0.042 W/(m*K)，抗壓 強(qiáng)度為 0.48 MPa。
[0023]實(shí)施例3
將80份粉煤灰、12份石灰石以及8份廢玻璃粉加入到球磨罐中，加1.0 %的阿拉伯樹(shù)膠和1.0%的水玻璃，添加適量的水，配制成固相含量為35 %的漿料，并球磨24 h。在水中加入1.2 %的十二烷基硫酸鈉發(fā)泡4 min得到均勻的泡沫。之后將球磨好的漿料與泡沫混合，用攪拌器攪拌均勻之后倒入石膏磨具中，靜置4 h之后脫模。常溫干燥24 h之后將生坯放入100 °〇的干燥箱中干燥24 h，之后在1100 °〇的溫度下燒結(jié)。首先以2 °C /min的速率升溫至500 °C并保溫I h;之后以5 °C/min的速率升溫至1100 °C，并保溫2 h ;最后以5 °C/min的速率冷卻至500 °C ;之后隨爐冷卻至室溫，得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
[0024]所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為88 %，體積密度為299 kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為
0.058 W/(m*K)，抗壓強(qiáng)度為 0.71 MPa。
[0025]實(shí)施例4
將72份粉煤灰、20份石膏以及8份廢玻璃粉加入到球磨罐中，加1.0 %的六偏磷酸鈉和1.0%的水玻璃，添加適量的水，配制成固相含量為40 %的漿料，并球磨24 h。在水中加Al.2 %的十二烷基硫酸鈉發(fā)泡5 min得到均勻的泡沫。之后將球磨好的漿料與泡沫混合，用攪拌器攪拌均勻之后倒入石膏磨具中，靜置4 h之后脫模。常溫干燥24 h之后將生坯放Λ 100 °〇的干燥箱中干燥24 h，之后在1100 °〇的溫度下燒結(jié)。首先以2 °C/min的速率升溫至500 °C并保溫I h ;之后以5 V /min的速率升溫至1100 °C，并保溫2 h ;最后以50C /min的速率冷卻至500 °C ;之后隨爐冷卻至室溫，得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
[0026]所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為85 %，體積密度為353 kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為
0.060 W/(m*K)，抗壓強(qiáng)度為 0.92 MPa。
[0027]實(shí)施例5
將80份粉煤灰、15份石膏以及5份廢玻璃粉加入到球磨罐中，加0.8 %的六偏磷酸鈉和1.2%的水玻璃，添加適量的水，配制成固相含量為30 %的漿料，并球磨24 h。在水中加Al.2 %的十二烷基硫酸鈉發(fā)泡5 min得到均勻的泡沫。之后將球磨好的漿料與泡沫混合，用攪拌器攪拌均勻之后倒入石膏磨具中，靜置4 h之后脫模。常溫干燥24 h之后將生坯放Λ 100 °〇的干燥箱中干燥24 h，之后在1100 °〇的溫度下燒結(jié)。首先以2 °C/min的速率升溫至500 °C并保溫I h ;之后以5 V /min的速率升溫至1100 °C，并保溫2 h ;最后以50C /min的速率冷卻至500 °C ;之后隨爐冷卻至室溫，得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
[0028]所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為90 %，體積密度為225 kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為
0.054 W/(m*K)，抗壓強(qiáng)度為 0.81 MPa。
[0029]實(shí)施例6
將85份粉煤灰、15份石灰石加入到球磨罐中，加1.0 %的阿拉伯樹(shù)膠和1.0%的水玻璃，添加適量的水， 配制成固相含量為40 %的漿料，并球磨24 h。在水中加入0.8 %的十二烷基硫酸鈉發(fā)泡3 min得到均勻的泡沫。之后將球磨好的漿料與泡沫混合，用攪拌器攪拌均勻之后倒入石膏磨具中，靜置4 h之后脫模。常溫干燥24 h之后將生坯放入100 °C的干燥箱中干燥24 h，之后在1100 1:的溫度下燒結(jié)。首先以2 V /min的速率升溫至500 V并保溫I h ;之后以5 V /min的速率升溫至1100 °C，并保溫2 h ;最后以5 V /min的速率冷卻至500 V ;之后隨爐冷卻至室溫，得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
[0030]所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為93 %，體積密度為167 kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為
0.045 W/(m*K)，抗壓強(qiáng)度為 0.51 MPa。
[0031]實(shí)施例7
將92份粉煤灰、8份石灰石加入到球磨罐中，加1.0 %的阿拉伯樹(shù)膠和1.0%的水玻璃，添加適量的水，配制成固相含量為35 %的漿料，并球磨24 h。在水中加入0.8 %的十二烷基苯磺酸鈉發(fā)泡3 min得到均勻的泡沫。之后將球磨好的漿料與泡沫混合，用攪拌器攪拌均勻之后倒入石膏磨具中，靜置4 h之后脫模。常溫干燥24 h之后將生坯放入100 °C的干燥箱中干燥24 h，之后在1100 1:的溫度下燒結(jié)。首先以2 °C/min的速率升溫至500 V并保溫I h ;之后以5 V /min的速率升溫至1100 °C，并保溫2 h ;最后以5 V /min的速率冷卻至500 V ;之后隨爐冷卻至室溫，得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
[0032]所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為90 %，體積密度為190 kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為
0.049 W/(m*K)，抗壓強(qiáng)度為 0.71 MPa。
[0033]實(shí)施例8
僅將發(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉從0.8%提高到1.2%，其他工藝同實(shí)施例1。所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為93 %，體積密度為159 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.043 W/(m*K)，抗壓強(qiáng)度為0.48 MPa。
[0034]從實(shí)施例1和實(shí)施例8可以看出，在將發(fā)泡劑十二烷基硫酸納從0.8%提聞到1.2%之后，材料的導(dǎo)熱系數(shù)和體積密度均下降，導(dǎo)熱系數(shù)從0.048 1/(!11*1()下降到0.043 W/(ηι.Κ),體積密度從175 kg/m3下降到159 kg/m3。因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)泡劑濃度來(lái)調(diào)控樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和體積密度。
[0035]實(shí)施例9
僅將粉煤灰與石膏制成漿料的固含量從30%提高到40%，其他工藝同實(shí)施例1。所得輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的孔隙率為89 %，體積密度為254 1^/1113，導(dǎo)熱系數(shù)為0.055 ff/(m*K),抗壓強(qiáng)度為0.80 MPa。
[0036]從實(shí)施例1和實(shí)施例9可以看出，在將粉煤灰與石膏制成漿料的固含量從30%提高到40%之后，材料的導(dǎo)熱系數(shù)和體積密度均升高，導(dǎo)熱系數(shù)從0.048 ff/(m*K)提高到0.055W/(m*K)，體積密度從175 kg/m3提高到254g/m3。因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)固含量來(lái)調(diào)控樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和體積密度。
【權(quán)利要求】
1.一種輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法，包括下述步驟: (1)粉煤灰漿料配制:將粉煤灰72-92質(zhì)量份、石膏或石灰石8-20質(zhì)量份和廢玻璃粉0-8質(zhì)量份混合加水配制成固含量為30%~40%的漿料，并于球磨機(jī)中球磨； (2)泡沫配制:采用高速攪拌器攪拌發(fā)泡劑水溶液，使產(chǎn)生大量泡沫； (3)泡沫漿料配制:將步驟(1)球磨好的漿料與步驟(2)所得泡沫混合均勻，得泡沫漿料； (4)保溫材料制備:將所得泡沫漿料倒入模具中，常溫放置待生坯與模具邊緣脫離后取出，干燥，燒結(jié)得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
2.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)配制漿料時(shí)，加入固體原料總質(zhì)量0.5 wt%~ 1.5 wt%的分散劑和固體原料總質(zhì)量1.0 wt%~ 1.2wt%的穩(wěn)泡劑，所述分散劑為阿拉伯樹(shù)膠和/或六偏磷酸鈉，穩(wěn)泡劑為水玻璃。
3.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉或者十二烷基苯磺酸鈉，其加入量為固體原料總質(zhì)量的0.8 wt%~1.2 wt%。
4.如權(quán)利要求1或3所述輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中攪拌器轉(zhuǎn)速為1300~1500 r/min,攪拌時(shí)間為3~5 min。
5.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，采用攪拌器將之混合均勻，攪拌器轉(zhuǎn)速在800~1000 r/min。
6.如權(quán)利要求1所述輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)取出生坯后，先常溫干燥12-36 h，再于95~105 °C下干燥12-36 h得到坯體，然后將干燥好的坯體在1000-1200 1:下燒結(jié)得到輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料。
7.如權(quán)利要求1或6所述輕質(zhì)鈣長(zhǎng)石基保溫材料的制備方法，其特征在于，燒結(jié)時(shí)首先以2-5 V /min的速率升溫至500_600°C并保溫l_2h，之后以5_8 V /min的速率升溫至1000-1200°C，并保溫2-3 h ;最后以5_8°C /min的速率冷卻至500-600°C，之后隨爐冷卻至室溫。
【文檔編號(hào)】C04B38/10GK103936407SQ201410124873
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】李曄, 陸松, 程旭東, 龔倫倫 申請(qǐng)人:合肥科斯孚安全科技有限公司