一种水泥基多孔材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及建筑材料领域，具体来讲，涉及一种水泥基多孔材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着城市化的快速推进，城市建设产生了大量的建筑渣土，而建筑渣土属于建筑垃圾，是施工单位建造、拆除建筑物等产生的废弃物。目前，建筑渣土缺乏有效的治理手段，其主要处理方式是堆积或填埋，大多运往城郊结合部，任意倾倒，大量生态用地、湖泊洼地被填平。而这不仅会占用大量的土地，还会造成环境的污染，甚至造成城外地面高于城内，不符合城市建设要求，在洪水时倒灌入城，威胁城市安全。
3.因此，如何实现有效处理建筑渣土，特别是实现建筑渣土的综合利用，具有重要的意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于解决大量建筑渣土堆积、占用土地面积、污染生态环境的问题，目的之二在于实现建筑渣土的综合利用，实现变废为宝。
5.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种建筑渣土制备水泥基多孔材料的方法。所述方法可包括以下步骤：将建筑渣土烘干和粉磨，得到建筑渣土粉体；将建筑渣土粉体与水混合均匀，得到第一渣土料浆，其中，建筑渣土粉体与第一渣土料浆的质量比1～50:100；将可溶性锂盐或钠盐添加到第一渣土料浆中，并加热到40～80℃，保温，得到第二渣土料浆；将添加剂加入第二渣土料浆，以提高固相悬浮性，得到第三渣土料浆；将第三渣土料浆与水泥浆体混合均匀，然后经过浇筑、养护和干燥，得到具有低导热性的水泥基多孔材料。
6.进一步地，所述烘干的温度不超过80℃，时间可为24h以上；所述建筑渣土粉体的粒度可为80μm以下。
7.进一步地，所述第二渣土料浆中可溶性锂盐或钠盐的含量可为0.001～0.01mol/g；所述保温的时间可为10min～24h。
8.进一步地，所述添加剂可为纤维素醚、可再分散乳胶粉、卡拉胶、瓜尔胶和黄原胶中的至少一种。
9.进一步地，所述添加剂和所述第二渣土料浆的质量比可为1～50:10000。
10.进一步地，所述第三渣土料浆和水泥浆体的体积比可为10～90:10～90。再进一步地，水泥浆体可以由质量比为0.27～1:1的水和水泥混合均匀制得；若在制备水泥浆体过程中加入减水剂，减水剂质量不超过水泥质量的4％，则水和水泥的质量比可为0.12～1:1。
11.进一步地，所述养护的湿度可为30～99％rh，养护温度可为5～80℃，养护时间可为7天以上。
12.进一步地，所述干燥的温度不超过80℃。
13.本发明另一方面提供了一种水泥基多孔材料。
14.所述水泥基多孔材料可采用上述建筑渣土制备水泥基多孔材料的方法制备获得。
15.本发明再一方面提供了水泥基多孔材料的应用。
16.所述应用可包括上述的水泥基多孔材料在对建筑物进行保温隔热中的应用，例如可用作建筑保温隔热材料，并以此制成隔热板、隔热墙等。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下至少一项：
18.(1)本发明工艺简单，制备成本低，原料来源广泛，能够消耗掉大量的建筑渣土。
19.(2)本发明能解决大量建筑渣土堆积、占用土地面积、污染生态环境的问题。
20.(3)本发明利用建筑渣土作为原料，实现建筑渣土的综合利用，实现变废为宝。
21.(4)本发明制备出的水泥基多孔材料具有低导热性，可用作建筑保温隔热材料。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
23.图1示出了示例1制备获得的水泥基多孔材料的一个微观扫描电镜图；
24.图2示出了示例2制备获得的水泥基多孔材料的一个微观扫描电镜图；
25.图3示出了示例3制备获得的水泥基多孔材料的一个微观扫描电镜图；
26.图4示出了水泥基多孔材料与现有建筑材料的数据对比示意图。
具体实施方式
27.下面结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，本发明实施例中未对实验方法进行特别说明的，均为常规操作。
28.需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.本发明一方面提供了一种建筑渣土制备水泥基多孔材料的方法。
30.在本发明的建筑渣土制备水泥基多孔材料方法的一个示例性实施例中，建筑渣土制备水泥基多孔材料方法可包括以下步骤：
31.将建筑渣土烘干和粉磨，得到建筑渣土粉体；将建筑渣土粉体与水混合均匀，得到第一渣土料浆，其中，建筑渣土粉体与第一渣土料浆的质量比1～50:100；将可溶性锂盐或钠盐添加到第一渣土料浆中，并加热到40～80℃，保温，得到第二渣土料浆；将添加剂加入第二渣土料浆，以提高固相悬浮性，得到第三渣土料浆；将第三渣土料浆与水泥浆体混合均匀，然后经过浇筑、养护和干燥，得到具有低导热性的水泥基多孔材料。
32.在本实施例中，因建筑渣土中包含混凝土、红砖、石块、弃土等固相，将其烘干粉磨成微纳米级粉体，再添加水制备出料浆，能提高建筑渣土粉体潜在悬浮性。因为建筑渣土中
有大的、湿的块体，烘干的目的是便于粉磨。烘干温度不超过80℃，例如40℃、45℃、65℃、79℃等，烘干温度维持在这个范围内能有效蒸发建筑渣土中的水分，便于后续粉磨成微纳米级粉体。烘干时间可为24h以上，例如36h、48h，保证将建筑渣土充分烘干。建筑渣土粉体的粒度可为80μm以下，例如50～75μm、10～40μm、1～5μm等。
33.在本实施例中，将建筑渣土粉体与水混合并搅拌均匀，得到第一渣土料浆，其中，建筑渣土粉体与第一渣土料浆的质量比1～50:100，例如2:100、10:100、25:100、40:100、49:100，在这个质量比范围内能够有效控制水泥基多孔材料的孔隙大小。如果建筑渣土粉体质量占比太高，水太少，不便于形成毛细孔，不便于制备水泥基多孔材料。
34.在本实施例中，第二渣土料浆中可溶性锂盐或钠盐的含量可为0.001～0.01mol/g，例如0.002mol/g、0.005mol/g、0.009mol/g。加热温度至40～80℃，例如50℃、60℃、75℃；保温时间可为10min～24h，例如11min、1h、3h、6h、10h、15h、20h、23h。在具体应用时，在添加可溶性锂盐、钠盐后，加热保温在40～80℃环境中，li
+
、na
+
能够置换出弃土中主要黏土矿物层间结构中ca
2+
，促进黏土矿物剥层分离，形成大量纳米片，进一步提高建筑渣土制备料浆的悬浮性和固相数量。
35.在本实施例中，添加剂可以是纤维素醚、可再分散乳胶粉、卡拉胶、瓜尔胶和黄原胶中的一种或多种，例如可以是纤维素醚和可再分散乳胶粉的组合、可再分散乳胶粉和卡拉胶的组合、卡拉胶和瓜尔胶的组合，也可以是卡拉胶、瓜尔胶和黄原胶的三者组合，还可以是纤维素醚、可再分散乳胶粉和卡拉胶的三个组合。添加剂和第二渣土料浆的质量比可为1～50:10000，例如2:10000、10:10000、30:10000、40:10000、49:10000等。
36.在本实施例中，第三渣土料浆和水泥浆体混合均匀，其体积比可为10～90:10～90，例如11:89、89:11、50:50、20:80、80:20、60:40、40:60等。
37.进一步地，水泥浆体可以由质量比为0.27～1:1的水和水泥混合均匀制得，例如0.3:1、0.5:1、0.8:1、0.98:1。若在制备水泥浆体过程中加入减水剂，减水剂质量不超过水泥质量的4％，例如1％、3％，则水和水泥的质量比可为0.12～1:1，例如0.13:1、0.2:1、0.9:1。
38.在具体应用时，在进一步添加纤维素醚、可再分散乳胶粉、卡拉胶、瓜尔胶和黄原胶中的一种或多种添加剂后，再加入水泥浆体，搅拌均匀，添加剂形成高分子三维网络结构将水与固相包裹在内，形成稳定的悬浮结构。
39.在本实施例中，将第三渣土料浆和水泥浆体混合均匀后，进行浇筑成型，然后经过养护和干燥，即制得水泥基多孔材料。其中，养护的养护湿度可为30～99％rh，例如31％rh、40％rh、70％rh、85％rh、98％rh；养护温度可为5～80℃，例如6℃、20℃、40℃、50℃、70℃；养护时间可为7天以上，例如14天、28天、36天，养护时间越长越有利于孔结构稳定。
40.在持续养护过程中，水泥持续水化，高分子三维微结构中生成大量的水化产物，高分子网络结构中固相因存在si-o、al-o断键，固相上逐步有水化产物生长，随龄期延长，该部分水化产物与水泥颗粒上水化产物相互搭接，形成稳定的微观结构。在持续水化过程中，水化产物穿透高分子三维网络结构，与其他水化产物相互进一步搭接，最终形成稳定的搭接结构。
41.在本实施例中，干燥为普通干燥，干燥温度不超过80℃，例如40℃、50℃、60℃、78℃。如果温度太高，水化产生的钙矾石易分解。在具体应用时，进一步干燥，微观结构中自由
水被除去，形成大量微观孔隙，最终形成微观上水化产物与固相搭接交织的网络结构与高分子三维网络结构相互贯穿的多孔结构。
42.为了更好地理解本实施例中建筑渣土制备水泥基多孔材料的方法，以下结合附图和示例进一步阐明本方法内容。
43.示例1
44.将建筑渣土烘干和粉磨，得到建筑渣土粉体；其中，烘干温度是75℃，烘干的时间为30h，建筑渣土粉体的平均粒度为10μm。
45.将建筑渣土粉体与水混合均匀，得到第一渣土料浆，其中，建筑渣土粉体与第一渣土料浆的质量比2:100。
46.将0.005mol/g固相的可溶性锂盐或钠盐添加到第一渣土料浆中，并加热到60℃，保温10min，得到第二渣土料浆。
47.将质量比为50:10000的纤维素醚和第二渣土料浆混合均匀，以提高固相悬浮性，得到第三渣土料浆。
48.将体积比可为80:20的第三渣土料浆与水泥浆体混合均匀，然后经过浇筑、养护和干燥，得到具有低导热性的水泥基多孔材料。其中，水泥浆体是由质量比为0.35:1的水和水泥混合均匀得到；养护湿度为35％rh，养护温度为30℃，养护时间为14天；干燥温度为70℃。
49.示例2
50.将建筑渣土烘干和粉磨，得到建筑渣土粉体；其中，烘干温度是60℃，烘干的时间为48h，建筑渣土粉体的平均粒度为2μm。
51.将建筑渣土粉体与水混合均匀，得到第一渣土料浆，其中，建筑渣土粉体与第一渣土料浆的质量比40:100。
52.将0.01mol/g固相的可溶性锂盐或钠盐添加到第一渣土料浆中，并加热到80℃，保温24h，得到第二渣土料浆。
53.将质量比为1:10000的可再分散乳胶粉和第二渣土料浆混合均匀，以提高固相悬浮性，得到第三渣土料浆。
54.将体积比可为50:50的第三渣土料浆与水泥浆体混合均匀，然后经过浇筑、养护和干燥，得到具有低导热性的水泥基多孔材料。其中，水泥浆体是由质量比为0.6:1的水和水泥混合均匀得到，养护湿度为80％rh，养护温度为45℃，养护时间为36天；干燥温度为40℃。
55.示例3
56.将建筑渣土烘干和粉磨，得到建筑渣土粉体；其中，烘干温度是50℃，烘干的时间为72h，建筑渣土粉体的平均粒度为60μm。
57.将建筑渣土粉体与水混合均匀，得到第一渣土料浆，其中，建筑渣土粉体与第一渣土料浆的质量比25:100。
58.将0.008mol/g固相的可溶性锂盐或钠盐添加到第一渣土料浆中，并加热到70℃，保温60min，得到第二渣土料浆。
59.将纤维素醚和可再分散乳胶粉的组合物与第二渣土料浆混合均匀，组合物与第二渣土料浆的质量比为10:10000以提高固相悬浮性，得到第三渣土料浆。
60.将体积比可为20:80的第三渣土料浆与水泥浆体混合均匀，然后经过浇筑、养护和干燥，得到具有低导热性的水泥基多孔材料。其中，在制备水泥浆体过程中加入质量为水泥
质量2％的减水剂，水泥浆体由质量比为0.18:1的水和水泥混合均匀得到；养护湿度为50％rh，养护温度为60℃，养护时间为40天；干燥温度为55℃。
61.图1示出了示例1制备获得的水泥基多孔材料的一个微观扫描电镜图。图2示出了示例2制备获得的水泥基多孔材料的一个微观扫描电镜图。图3示出了示例3制备获得的水泥基多孔材料的一个微观扫描电镜图。
62.图1和图3为1μm分辨率下的微观扫描电镜图，图2为2μm分辨率下的微观扫描电镜图。通过图1至图3的微观扫描电镜图，可以观察到由纤维素醚和可再分散乳胶粉中一种或多种形成的三维聚合物网络，同时还能看到针状水化产物穿透三维网络结构，因此，可以证实本实施例中建筑渣土制备水泥基多孔材料方法的原理。
63.本发明另一方面提供了一种水泥基多孔材料。
64.在本发明的水泥基多孔材料的一个示例性实施例中，水泥基多孔材料可采用上述建筑渣土制备水泥基多孔材料的方法制备获得。
65.表1示出了养护时间为28天制备获得的水泥基多孔材料的孔结构参数和导热参数。从表1的水泥基多孔材料的参数结果反映了水泥基多孔材料的特点，该类材料的导热系数在相同干密度等级下小于常见的水泥基多孔材料(例如泡沫混凝土、加气混凝土和轻骨料混凝土)，表现出良好的保温隔热性能。
66.表1水泥基多孔材料的参数结果
[0067][0068]
如图4所示，以表1的参数结果为基础，建立了以干密度为横坐标，导热系数为纵坐标的坐标数据图，并与现有的混凝土材料进行对比分析。图4示出了水泥基多孔材料与现有建筑材料的数据对比示意图。图4中的符号a1、a2代表的是两种型号的加气混凝土，符号b1、b2、b3代表的是三种型号的泡沫混凝土，符号c1、c2代表的是两种型号的轻骨料混凝土，符号i代表的是水泥基多孔材料。
[0069]
通过图4的对比分析，可以发现相比现有的混凝土材料，在相同干密度情况下，水泥基多孔材料的导热系数低。显然，水泥基多孔材料具备较好的低导热性的特点，能够用作建筑保温隔热材料。
[0070]
本发明再一方面提供了水泥基多孔材料的应用。
[0071]
在本发明的水泥基多孔材料的应用的一个示例性实施例中，该应用可包括上述的水泥基多孔材料在对建筑物进行保温隔热中的应用，例如可用作建筑保温隔热材料，并以此制成隔热板、隔热墙等。
[0072]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均应属于本发明技术方案的保护范围。