用建筑垃圾再生细粉制备的轻质保温板材及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用建筑垃圾再生细粉制备的轻质保温板材，其由以下重量份的成分组成：建筑垃圾再生细粉100份，水玻璃5～15份，矿渣20～50份，发泡剂3～5份，稳泡剂0.2～0.5份，水50～100份；建筑垃圾再生细粉过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO2、Al2O3含量之和≥50％；水玻璃为硅酸钠水玻璃，矿渣为符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046–2000)中S95级标准要求的矿渣，发泡剂为双氧水，稳泡剂为硬脂酸钙或硬脂酸钠。本发明还同时公开了该轻质保温板材的制备方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用建筑垃圾再生细粉制备新型轻质保温板材的方法，属于废弃物 资源循环利用和绿色建材领域。

背景技术

随着中国城镇化和城市建设的不断发展，基础设施建设速度加快，建筑垃圾的产 量也在高速增长。国家发改委2011年12月印发《大宗固体废物综合利用实施方案》的数据显 示，2005年我国建筑垃圾产量为4亿吨，2010年为8亿吨，并且还在呈高速增长阶段。建筑垃 圾会带来污染环境，浪费土地，破坏城市稳定等危害，因此对建筑垃圾进行资源化利用非常 重要。

轻质保温板材包括泡沫水泥、泡沫混凝土、加气混凝土等，它们具有低的密度和低 的导热系数，是重要建筑材料。以建筑垃圾制备轻质保温材料是实现建筑垃圾资源化利用 的一个重要途径。蔡安兰等(建筑垃圾制备泡沫混凝土的研究，新型建筑材料，2010，9：30) 报道了用建筑垃圾制备泡沫混凝土的方法为：将普通硅酸盐水泥、建筑垃圾、EPS以及外加 剂(膨胀型减水剂、激发剂等)等计量后加水预混均匀，然后按比例加入制备好的泡沫(发泡 剂为云清牌水泥发泡剂)搅拌，制成均匀流态浆，浇注成型。试件尺寸100mm×100mm× 100mm，标准养护至相应龄期进行测试。宗鹏等(建筑垃圾泡沫混凝土制备研究，建材发展导 向，2013，12：51)报道了用建筑垃圾制备泡沫混凝土的方法为：1)配制发泡剂，置于发泡机 内制取均匀细小的泡沫；2)按照建筑垃圾取代水泥10％，20％、30％、35％和50％5个不同取 代比例，配制建筑垃圾与水泥混合物，置于砂浆搅拌机中，分别搅拌均匀。3)按照水灰比 0.55称取水泥和建筑垃圾混合物1000g，量取水550ml，置于砂浆搅拌机内搅拌均匀制成浆 体。4)称取一定质量的泡沫加入到搅拌均匀的浆体中，继续缓慢搅拌直至泡沫均匀分散在 浆体中，搅拌时间控制在180s内，然后将混合均匀的浆体浇筑到100mm×100mm×100mm的标 准模具内成型。5)轻微震动使浆料充满模具，浇筑完后用镘刀将表面抹平，表面覆盖薄膜以 防止表面干裂，转至养护。于显强等(建筑垃圾再生细粉用于保温砂浆的研究，北京建筑大 学硕士论文，2014)报道了用建筑垃圾制备保温砂浆的方法为：将称量好的各种配料(水泥、 建筑垃圾、硅粉、聚苯颗粒等)倒入搅拌锅中，将搅拌锅放到搅拌机上慢搅30s后，将称好的 水倒入，慢搅30s，停15s，暂停过程中用刮刀在搅拌锅中搅拌一下，防止搅拌叶片有搅不到 的干料存在于锅底，暂停完后快搅45s，然后迅速加入双氧水(3s)，继续搅拌8s，迅速取下搅 拌锅，将浆料均匀的倒在试模中(40mm×40mm×160mm)，倒入高度控制在试模高度的3/4处 即可，让其自然发泡，待发泡完成，把试模搬到标准养护室养护48h拆模，待测。

用建筑垃圾制备轻质保温材料虽然做过一些研究，但仍有很多问题需要解决，如 建筑垃圾火山灰活性低，不能与水泥中Ca(OH)₂反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝材 料，同时建筑垃圾又磨的很稀，不能起到集料增强作用，只会破坏水泥整体结构，降低水泥 强度。另外，在现有的研究中，建筑垃圾的用量都很低，不能明显起到综合利用建筑垃圾的 目的。

另外，目前的轻质保温材料都是以水泥为胶凝材料，而水泥在生产过程中会耗费 大量能源，产生温室气体CO₂，与当前倡导的绿色发展不相符。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用建筑垃圾再生细粉制备的轻质保温板材 及相应的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用建筑垃圾再生细粉制备的轻质保温板 材，其由以下重量份的成分组成：

建筑垃圾再生细粉100份；

水玻璃5～15份(较佳为10～15份)

矿渣20～50份(较佳为40～50份)

发泡剂3～5份(较佳为4～5份)

稳泡剂0.2～0.5份(较佳为0.4～0.5份)

水50～100份(较佳为70～100份)；

所述建筑垃圾再生细粉过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、Al₂O₃含量之和 ≥50％；上述％均为质量％；

备注说明：所述建筑垃圾再生细粉由废弃的烧结红砖、瓦片、混凝土、石块、玻璃等 经破碎加工而成，上述SiO₂、Al₂O₃含量可通过X-射线荧光光谱仪测试而得；

所述水玻璃为硅酸钠水玻璃，模数1.0～1.5，波美度40～50°Bé；

所述矿渣为符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046–2000)中 S95级标准要求的矿渣；

所述发泡剂为H₂O₂的质量浓度为38％的双氧水；

所述稳泡剂为硬脂酸钙或硬脂酸钠。

本发明还同时提供了上述轻质保温板材的制备方法(配方如上所述)，包括如下步 骤：

(1)往混料池中加入建筑垃圾再生细粉、矿渣、稳泡剂(均属于固体原料)，100～ 200rpm的转速下混合5～10min，；

(2)往步骤(1)所得物中加入水玻璃和水，500～1000rpm转速下混合2～5min后加 入发泡剂，继续于500～1000rpm转速下混合2～5min；

(3)将步骤(2)制备所得的浆体注入成型模具中，静置22～26h(例如24h)后脱模， 随后蒸压养护1～2h，蒸压压力0.5～1.0MPa，温度150～200℃；

(4)将养护后模块切割(即切割至合适尺寸)，得轻质保温板材。

本发明以建筑废垃圾再生细粉为原料，以水玻璃为碱激发剂来制备轻质保温板 材，本发明具有如下优势：

1、以建筑垃圾再生细粉为原料制备轻质保温板材，能实现废弃资源循环利用，能 降低轻质保温板材生产成本，提高产品市场竞争力；

2、建筑垃圾再生细粉中SiO₂、Al₂O₃成份能在强碱水玻璃中溶解，析出AlO₄和SiO₄四 面体结构单元，而这些结构单元又可与水玻璃中硅酸盐发生聚合，生成三维立体结构的地 聚合物胶凝材料，从而取代水泥，赋予板材高的强度。

3、配方设计合理，引入矿渣作为掺合料，加快碱激发速度，使浆体凝结速度与双氧 水发泡速度统一，提高材料发泡效果，赋予板材低的表观密度和导热系数。

综上所述，本发明以建筑垃圾细粉为原料，以矿渣为促硬剂，在水玻璃碱激发下， 合成地聚合物胶凝材料(即，以矿渣、建筑垃圾、水玻璃反应后的地聚合物为胶凝材料)，并 结合H₂O₂发泡工艺，开发轻质保温板材，通过解决建筑垃圾细粉与矿渣复配问题，大大增加 了建筑垃圾使用率以及提高了板材强度，并通过发泡技术优化，实现泡体闭气孔率高、直径 小，泡体圆，泡壁均匀致密目标，使保温板材有低的导热系数。

本发明用建筑垃圾再生细粉制备新型轻质保温板材的干表观密度按GB/T11970- 1997的规定测试，抗压强度按GB/T11971-1997的规定测试，导热系数按GB10294的规定进 行。

具体实施方式

以下份均指重量份。

实施例1、一种用建筑垃圾再生细粉制备新型轻质保温板材的方法：

配方为：建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、Al₂O₃含量 之和50％)100份；硅酸钠水玻璃(模数1.5，波美度50°Bé)5份，矿渣(S95级)20份，工业双氧 水(浓度38％)3份，硬脂酸钙0.2份，水50份。

工业双氧水作为发泡剂，硬脂酸钙作为稳泡剂。

生产工艺为依次进行以下步骤：

(1)按量往混料池中加入建筑垃圾再生细粉、矿渣、稳泡剂这些固体原料，混合 5min，转速200rpm；

(2)往步骤(1)所得物中加入水玻璃和水，500rpm转速下混合5min后加入发泡剂， 继续500rpm混合5min；

(3)将步骤(2)制备而得的浆体注入成型模具中，静置24h后脱模，随后蒸压养护 1h，蒸压压力1.0MPa，温度200℃；

(4)将养护后模块切割至合适尺寸板材(50cm×50cm×5cm)。

板材性能：干表观密度800kg/m³，抗压强度2MPa，导热系数0.15W/(m·K)。

实施例2、一种用建筑垃圾再生细粉制备新型轻质保温板材的方法：

配方为：建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、Al₂O₃含量 之和60％)100份；硅酸钠水玻璃(模数1.2，波美度50°Bé)10份，矿渣(S95级)40份，工业双氧 水(浓度38％)5份，硬脂酸钠0.5份，水70份。

工业双氧水作为发泡剂，硬脂酸钠作为稳泡剂。

生产工艺等同于实施例1。

板材性能：干表观密度700kg/m³，抗压强度5MPa，导热系数0.11W/(m·K)。

实施例3、一种用建筑垃圾再生细粉制备新型轻质保温板材的方法：

配方为：建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、Al₂O₃含量 之和65％)100份；硅酸钠水玻璃(模数1.0，波美度40°Bé)15份，矿渣(S95级)50份，工业双氧 水(浓度38％)4份，硬脂酸钠0.4份，水80份。

工业双氧水作为发泡剂，硬脂酸钠作为稳泡剂。

生产工艺等同于实施例1。

板材性能：干表观密度600kg/m³，抗压强度6MPa，导热系数0.08W/(m·K)。

实施例4、一种用建筑垃圾再生细粉制备新型轻质保温板材的方法：

配方为：建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、Al₂O₃含量 之和70％)100份；硅酸钠水玻璃(模数1.0，波美度40°Bé)15份，矿渣(S95级)50份，工业双氧 水(浓度38％)5份，硬脂酸钙0.5份，水100份。

工业双氧水作为发泡剂，硬脂酸钙作为稳泡剂。

生产工艺等同于实施例1。

板材性能：干表观密度550kg/m³，抗压强度6MPa，导热系数0.07W/(m·K)。

实施例5、一种用建筑垃圾再生细粉制备新型轻质保温板材的方法：

配方为：建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、Al₂O₃含量 之和60％)100份；硅酸钠水玻璃(模数1.0，波美度40°Bé)12份，矿渣(S95级)35份，工业双氧 水(浓度38％)3.5份，硬脂酸钙0.25份，水100份。

工业双氧水作为发泡剂，硬脂酸钙作为稳泡剂。

生产工艺等同于实施例1。

板材性能：干表观密度550kg/m³，抗压强度2MPa，导热系数0.10W/(m·K)。

对比例1、

将实施例4中“建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、Al₂O₃含量之和70％)”更改为“建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、 Al₂O₃含量之和40％)，其余等同实施例4。

板材性能：干表观密度580kg/m³，抗压强度3MPa，导热系数0.09W/(m·K)。

对比例2、

将实施例4中“建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤5％，化学成份中SiO₂、Al₂O₃含量之和70％)”更改为“建筑垃圾再生细粉(过80目筛，筛余量≤8％，化学成份中SiO₂、 Al₂O₃含量之和20％)，其余等同实施例4。

板材性能：干表观密度600kg/m³，抗压强度1MPa，导热系数0.12W/(m·K)。

对比例3、

将实施例4中“硅酸钠水玻璃(模数1.0，波美度40°Bé)15份”更改为“硅酸钠水玻璃 (模数0.8，波美度40°Bé)15份”，其余等同实施例4。

板材性能：干表观密度650kg/m³，抗压强度2MPa，导热系数0.12W/(m·K)。

对比例4、

将实施例4中“硅酸钠水玻璃(模数1.0，波美度40°Bé)15份”更改为“硅酸钠水玻璃 (模数1.8，波美度40°Bé)15份”，其余等同实施例4。

板材性能：干表观密度900kg/m³，抗压强度2MPa，导热系数0.09W/(m·K)。

对比例5、

将实施例4中“矿渣(S95级)50份”更改为“矿渣(S95级)15份”，其余等同实施例4。

板材性能：干表观密度650kg/m³，抗压强度0.8MPa，导热系数0.21W/(m·K)。

对比例6、

将实施例4生产工艺中的“随后蒸压养护1h，蒸压压力1.0MPa，温度200℃；”更改为 “随后蒸压养护1.5h，蒸压压力0.3MPa，温度140℃”，其余等同实施例4。

板材性能：干表观密度580kg/m³，抗压强度2MPa，导热系数0.08W/(m·K)。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发 明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容 直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。