一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料及其制备方法

摘要

本发明提供一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料，按重量份数计，其原料由以下组分组成：湿法脱硫石膏34～54份，干法脱硫石膏6～31份，矿渣微粉20～29份，水泥4～9份，灰钙粉4～7份，减水剂0.60～0.67份，碱性激发剂1.0～1.7份，纤维素醚0.3～0.9份，可再分散乳胶粉0.5～0.9份，聚丙烯纤维0.2～0.4份，水110～117份；还包括按体积比计的聚苯颗粒，所述聚苯颗粒掺量占胶凝体系粉料的81％～85.5％体积率，所述胶凝体系粉料包括湿法脱硫石膏、干法脱硫石膏、矿渣微粉、水泥、灰钙粉、纤维素醚和可再分散乳胶粉。所制材料具有保温、抗裂、环保、节能、施工简单、成本低廉等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料的制备方法。

背景技术

脱硫石膏(FGD Gypsum)是对含硫燃料(煤、油等)燃烧后产生的烟气SO₂进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏，主要成分是CaSO₄·2H₂O。随着我国控制和削减SO₂排放力度的不断加大，电厂锅炉烟气脱硫已进入快速发展阶段，但就全国范围大量的工业废石膏而言，仅有少量废石膏得到了利用，其利用形式主要是采用煅烧成半水石膏的方式进行的，大部分仍以户外堆放为主，仍没有实现大量、高效、低能耗的资源化综合利用途径。如今大量脱硫石膏如何处置的问题，已成为制约烟气脱硫技术推广的重要因素。

我国是能源消耗大国，建筑节能已经成为节约能源和社会经济发展的需要，建筑保温隔热材料在建筑节能中扮演重要角色，如果能将烟气脱硫石膏用于制备建筑保温隔热材料，将是一项具有重大社会意义的创造发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料的制备方法，所制材料具有保温、抗裂、环保、节能、施工简单、成本低廉等特点。

本发明的技术方案是：一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料，按重量份数计，其原料由以下组分组成：

湿法脱硫石膏34～54份，干法脱硫石膏6～31份，矿渣微粉20～29份，水泥4～9份，灰钙粉4～7份，减水剂0.60～0.67份，碱性激发剂1.0～1.7份，纤维素醚0.3～0.9份，可再分散乳胶粉0.5～0.9份，聚丙烯纤维0.2～0.4份，水110～117份；

还包括按体积比计的聚苯颗粒，所述聚苯颗粒掺量占胶凝体系粉料的81％～85.5％体积率，所述胶凝体系粉料包括湿法脱硫石膏、干法脱硫石膏、矿渣微粉、水泥、灰钙粉、纤维素醚和可再分散乳胶粉。

进一步的，所述的湿法脱硫石膏的附着水含量为7％～13％；所述的干法脱硫石膏的密度为2.3～2.55g/cm³。

进一步的，所述的矿渣微粉比表面积300～460m²/kg。

进一步的，所述的水泥为市售52.5水泥；所述的灰钙粉为市购灰钙粉，细度为310～430目。

进一步的，所述的减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛树脂或聚羧酸减水剂中的一种。

进一步的，所述的碱性激发剂为水玻璃，模数为1.2～1.9。

进一步的，所述的聚苯颗粒的5mm筛孔筛余＜4％，堆积密度为10～18kg/m³。

进一步的，所述的聚丙烯纤维长度为6mm～12mm，直径为15～39μm，弹性模量为2900～3680MPa。

进一步的，所述的纤维素醚主要成分为羟丙基甲基纤维素，粘度为100000～200000cps，白色粉末；所述的可再分散乳胶粉的主要活性成分是乙烯-醋酸乙烯共聚物，其含量大于95wt％。

本发明还提供一种制备原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料的方法，具体步骤如下：原材料按预定比例称量并倒入水泥净浆搅拌机中，先以130-150r/min的转速慢搅1～2分钟，再以280-290r/min的转速快搅2～4分钟，然后将搅拌均匀的混合料浆体注入待测性能所要求的试样模具中并振动成型，然后用捣棒由外向里按螺旋方向均匀插捣23-27次，为防止料浆留下孔隙，同时用油灰刀沿模壁插数次，将高出的料浆沿试模顶面削去并用抹子抹平，在实验室条件下静置17-19小时，然后将试样放入60℃的蒸汽养护箱中蒸养20-22小时脱模，然后在温度20±2℃、相对湿度为95％以上的标准养护条件下养护至待测龄期，得到待测试样。

有益效果：

将烟气脱硫石膏用于制备建筑节能保温材料，是一项非常有意义的创造发明。我国是能源相对匮乏的国家，而建筑能耗占我国总能耗的相当一部分，轻质保温材料，特别是利用工业废石膏制备轻质墙体保温材料，是国家建设部推广的新型建筑墙体材料。原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料的成功制备，符合我国墙体材料改革政策，有效起到了节约能源、保护环境的效应。同时，对于将工业非煅烧石膏用于保温材料中来讲，大大提高了工业废石膏的利用量，降低了处理成本，具有很好的发展前景。

本发明以脱硫石膏为主要研究对象，通过加入一定量的活性掺合料矿渣和水泥，并在激发剂的作用下，将其改性为性能优良的胶凝材料，然后以聚苯颗粒为保温骨料，加入纤维素醚、可再分散乳胶粉改性剂和纤维增强材料，经过深入细致的研究，制成了具有保温、抗裂、环保、节能、施工简单等特点的新型保温材料。其中保温骨料是决定材料保温隔热性能的主要因素，胶结组分则决定其整合性和强度(抗压、粘结强度)等性能，纤维组分可大大改善保温材料的抗裂性能，提高其柔韧性、抗冲击及抗疲劳等性能，纤维素醚和可再分散乳胶粉改性剂则对保温材料施工性能、胶结料与保温骨料的各向亲和性有重要影响，只有这些组分按 照合适的比例进行配比才能保证保温材料具有优异的综合性能。本发明为固体废弃物脱硫石膏的综合利用开辟了一条新途径，具有良好的经济、社会和环保效益。

本人已授权专利CN201310660955“一种石膏基高强胶凝材料的制备方法”也提供了一条利用原状脱硫石膏制备了胶凝材料的方法，但该方法仅仅是提供了一条如何利用原状脱硫石膏制备出具有良好水硬性胶凝材料的方法。本专利则是提供了一种利用原状脱硫石膏制备具有保温、抗裂、环保、节能、施工简单、成本低廉等特点的轻质保温材料的方法。该专利绝不是在前一专利的基础通过简单的理论和实验推演就能得到的。众所周知，聚苯颗粒表面为憎水性，如何将聚苯颗粒表面改性为亲水性使之与胶凝材料浆体相容、如何有效解决加入保温骨料后线性收缩大等一些列技术问题，都需要进行大量的理论和实验研究。经过本人大量的实验研究，最终确定了本发明所述的一种利用原状脱硫石膏制备具有环保、节能、施工简单等特点的轻质保温材料的方法。

附图说明

图1为原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料的制备工艺图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

湿表观密度、干密度、力学性能、压剪粘结强度、线性收缩率的测定：养护至龄期的试样在65℃烘至恒重，按JG 158-2004《聚苯颗粒外墙外保温系统》中6.5中的相关规定进行。

导热系数测试：采用DRE-2C导热系数测试仪进行，该导热系数测试仪是采用瞬态平面热源法(Transient Plane Source Method，TPS)，基于TPS瞬态平面热源技术，用Hot Disk作为探头的导热系数测定仪。

实施例1

一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该保温材料的原料由以下组分组成，除聚苯颗粒为体积比外，其它组分用量均为重量份：附着水含量为7％的湿法脱硫石膏54份，密度为2.36g/cm³的干法脱硫石膏6份，比表面积为300m²/kg的矿渣微粉27份，52.5水泥9份，细度为310目的灰钙粉4份，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂0.67份，模数为1.2的水玻璃1.6份，粘度为100000cps的纤维素醚0.5份、可再分散乳胶粉0.8份、长度6mm的聚丙烯纤维0.2份，水115份，堆积密度为12kg/m³的聚苯颗粒占胶凝体系粉料的82.6％(体积率)，胶凝体系粉料包括湿法脱硫石膏、干法脱硫石膏、矿渣微粉、水泥、灰钙粉、纤维素醚和可再分散乳胶粉。

实施例2

一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该保温材料的原料由以下组分组成，除聚苯颗粒为体积比外，其它组分用量均为重量份：附着水含量为11％的湿法脱硫石膏45份，密度为2.41g/cm³干法脱硫石膏21份，比表面积为390m²/kg矿渣微粉22份，52.5水泥7份，细度430目灰钙粉5份，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂0.61份，模数1.7的水玻璃1.3份，粘度为200000cps的纤维素醚0.3份，可再分散乳胶粉0.5份，长度12mm的聚丙烯纤维0.2份，水113份，堆积密度为10kg/m³的聚苯颗粒占胶凝体系粉料的81.5％(体积率)，胶凝体系粉料包括湿法脱硫石膏、干法脱硫石膏、矿渣微粉、水泥、灰钙粉、纤维素醚和可再分散乳胶粉。

实施例3

一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该保温材料的原料由以下组分组成，除聚苯颗粒为体积比外，其它组分用量均为重量份：附着水含量为9％的湿法脱硫石膏34份，密度为2.50g/cm³干法脱硫石膏28份，比表面积为430m²/kg矿渣微粉26份，52.5水泥5份，细度410目灰钙粉7份，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂0.63份，模数1.9的水玻璃1.4份，粘度为100000cps的纤维素醚为0.5份，可再分散乳胶粉0.9份，长度6mm的聚丙烯纤维0.4份，水111份，堆积密度为16kg/m³的聚苯颗粒占胶凝体系粉料的83.5％(体积率)，胶凝体系粉料包括湿法脱硫石膏、干法脱硫石膏、矿渣微粉、水泥、灰钙粉、纤维素醚和可再分散乳胶粉。

实施例4

一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该保温材料的原料由以下组分组成，除聚苯颗粒为体积比外，其它组分用量均为重量份：附着水含量为13％的湿法脱硫石膏39份，密度为2.55g/cm³干法脱硫石膏31份，比表面积为460m²/kg矿渣微粉20份，52.5水泥4份，细度370目灰钙粉6份，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂0.66份，模数1.5的水玻璃1.7份，粘度为200000cps的纤维素醚0.5份，可再分散乳胶粉0.7份，长度12mm的聚丙烯纤维0.3份，水110份，堆积密度为18kg/m³的聚苯颗粒占胶凝体系粉料的85.5％(体积率)，胶凝体系粉料包括湿法脱硫石膏、干法脱硫石膏、矿渣微粉、水泥、灰钙粉、纤维素醚和可再分散乳胶粉。

实施例5

一种原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料，其中原状脱硫石膏包括湿法脱硫石膏和干法脱硫石膏，该保温材料的原料由以下组分组成，除聚苯颗粒为体积比外，其它组分用量均为重量份：附着水含量为11％的湿法脱硫石膏36份，密度为2.30g/cm³干法脱硫石膏23份，比表>2/kg矿渣微粉29份，52.5水泥6份，细度330目灰钙粉6份，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂0.60份，模数1.6的水玻璃1.0份，粘度为100000cps的纤维素醚0.9份、可再分散乳胶粉0.8份、长度6mm的聚丙烯纤维0.4份，水117份，堆积密度为14kg/m³的聚苯颗粒占胶凝体系粉料的81％(体积率)，胶凝体系粉料包括湿法脱硫石膏、干法脱硫石膏、矿渣微粉、水泥、灰钙粉、纤维素醚和可再分散乳胶粉。

实施例1-实施例5所述的纳米改性水泥的制备方法，包括以下步骤：

原材料按预定比例称量并倒入水泥净浆搅拌机中，先以140r/min的转速慢搅1～2分钟，再以285r/min的转速快搅2～4分钟，然后将搅拌均匀的混合料浆体注入待测性能所要求的试样模具中并振动成型，然后用捣棒由外向里按螺旋方向均匀插捣25次，为防止料浆留下孔隙，同时用油灰刀沿模壁插数次，将高出的料浆沿试模顶面削去并用抹子抹平，在实验室条件下静置18小时，然后将试样放入60℃的蒸汽养护箱中蒸养21小时脱模，然后在温度20±2℃、相对湿度为95％以上的标准养护条件下养护至待测龄期，得到待测试样。其具体制备工艺如图1所示。相关参数测试结果如表1所示。

表1

表1所测原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料的各项性能符合标准JG 158-2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》相关性能的要求，本发明开拓了一条利用废弃物免原状脱硫石膏制备具有保温、抗裂、环保、节能、施工简单、价格低廉等特点的新型保温材料的新途径。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。