一种粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，包括重量比为5:1～2的干粉混合物和水，所述干粉混合物按质量份数计包括：稻壳粉20～40份、粉煤灰36～48份、硅灰15～20份、固体硅酸钠6～8份、工业纯氢氧化钠3～4份和三聚磷酸钠0.24～0.32份。使用时将干粉混合物加水拌制成施工要求的稠度即可进行抹面施工。本保温砂浆容重轻，保温性能好，导热系数为0.08～0.18W/m·K，抗压强度较高。本保温砂浆充分利用大米加工产生的废料稻壳粉、火力发电站固体废弃物粉煤灰，不仅变废为宝，实现了废物利用，并且充分发挥了稻壳粉本身特点，做到物尽其用，极大程度提升了墙体保温性能。生产成本低，且对人体无害，不污染环境，具有节能环保的特点。
【专利说明】一种粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑材料领域，具体是一种粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆。
【背景技术】
[0002]近年来我国保温材料在建筑节能领域的应用取得了长足进展，之前大部分地区主要以膨胀聚苯板、挤塑聚苯板和发泡聚氨酯用于内外墙外保温。然而，由于有机保温材料达不到耐火要求而逐渐被淘汰。因此，研发新型的，采用轻质保温材料为集料，水泥为胶凝材料配制而成无机保温砂浆，受到了广泛的重视，但是由于传统硅酸盐水泥的生产是一个高能耗、高资源消耗、高环境负荷的产业，例如，生产It水熟料大约消耗It石灰石，排放ItCO2，消耗电力约90kW/h，煤约130kg。水泥工业使我国能源、资源和环境不堪重负，给水泥工业的可持续发展带来严峻的挑战。因此寻求新的低能耗低污染胶凝材料替代水泥制备无机保温砂浆具有重要的社会意义。
[0003]地质聚合物材料(Geopolymer)是近年来新发展起来的一类碱激发胶凝材料。它是以天然铝硅酸盐矿物或工业固体废弃物(粉煤灰、煤矸石以及矿渣)为主要原料，与含铝质粘土(主要为偏高岭土或高岭石)和适量碱硅酸盐溶液充分混合后，在20-120°C的低温条件下成型硬化生成的一类铝硅酸盐类沸石材料，具有高强度、高耐腐蚀性、耐高温、导热率低等特点。地质聚合材料具有高聚物、陶瓷和水泥等材料的性质，可作为胶凝材料来制备混凝土，砂浆等工程材料，是当今公认最具潜力的水泥胶凝材料替代或补充产品的绿色胶凝材料之一。
[0004]目前，中国粉煤灰的排放量每年已超过3.0亿吨。由于煤炭在中国一次性能源消费中约占70%，未来很长一段时期内国内仍将以燃煤发电为主，因而仍将产生大量的粉煤灰。国内目前对粉煤灰的综合利用率只有30%左右，大量的粉煤灰得不到有效利用，采用堆放处理不仅占用了大量的土地，而且还污染环境，可以说，固体废物的资源化利用任务艰巨。
[0005]稻壳作为农业废弃物，约稻谷总产量的20%，自2005年以来，我国稻谷的年产量已达1.8亿吨以上，照此计算，年产稻壳3600多万吨。虽然我国稻壳资源十分丰富，但我国稻壳利用率较低，在农村作燃料时造成了极大的资源浪费，而且还对环境造成极大的污染。从稻壳本身的材料性质而言，其质量轻，表面具有许多孔洞，与水泥混合能在砂浆内部形成封闭孔洞，从而提高热阻。而且稻壳本身为植物纤维，对与提高砂浆力学性能大有裨益。
[0006]因此，本发明提出的利用稻壳粉为轻骨料，粉煤灰基地质聚合物为胶凝材料制备保温砂浆具有一定的前瞻性和实用性，目标明确，手段得当，实施容易。同时，本发明能够大量高效地利用工业废料粉煤灰，对节约资源、节省能源和保护环境意义重大，符合建筑业的可持续发展战略。本发明所述的保温砂浆采用干粉加水的工艺，与水泥基干粉砂浆使用方法相同，有利于该粉煤灰基 地质聚合物保温砂浆的推广使用。
【发明内容】
[0007]本发明涉及的技术问题是提供一种粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆；该粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆以稻壳粉为骨料，粉煤灰和硅灰为胶凝材料、固体硅酸钠及工业纯氢氧化钠为激发剂，并且能达到内外墙保温系统的理想强度标准。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
[0009]一种粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，其特征在于，包括重量比为5:1~2的干粉混合物和水，所述干粉混合物按质量份数计包括:稻壳粉20~40份、粉煤灰36~48份、硅灰15~20份、固体硅酸钠6~8份、工业纯氢氧化钠3~4份和三聚磷酸钠0.24~0.32 份。
[0010]本发明的进一步设置在于，所述稻壳粉为大米加工所产生的稻壳经破碎而成，其粒径小于1mm，自然堆积密度在200~400kg/m3。
[0011]本发明的进一步设置在于，所述的粉煤灰为火力发电厂粉煤灰炉烟道气体中收集的粉末，其CaO质量含量≤10% (属于F类粉煤灰)，强度活性指数≥70%，45微米方孔筛筛余≤45.0% (部分技术性能指标达到GB/T1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的III级及以上要求)。
[0012]本发明的进一步设置在于，所述硅灰为在冶炼硅铁合金或工业硅时通过烟道排出的粉尘，经收集得到的以无定形二氧化硅为主要成分的粉体材料；Si02质量含量≥85%，比表面积> 15m2/g，活性指数> 105% (部分技术要求符合砂浆和混凝土用硅灰(GB/T27690~2011)要求)。
[0013]本发明的进一步设置在于，所述固体硅酸钠中可溶物质质量分数≥95.0, Na2O的质量含量≥7.2%，SiO2的质量含量≥25%，模数在3.0~3.6之间。
[0014]本发明的进一步设置在于，所述工业纯氢氧化钠的部分技术指标满足GB209~2006《工业用氢氧化钠》中I类要求，即氢氧化钠(以NaOH计)的质量分数≥94.0。
[0015]本发明的进一步设置在于，所述的三聚磷酸钠为市售的粉体状陶瓷减水剂，其纯度≥90.0%。
[0016]将上述组分配比的干粉混合物加水搅拌至施工所需的稠度要求后，即可使用，形成的保温砂浆所产生的有益效果在于:
[0017](1)容重轻，保温性能好，导热系数为0.08~0.18ff/m.k ；
[0018](2)力学性能好，抗压强度较高；
[0019](3)本发明充分利用大米加工过程的废弃物稻壳、火力发电站燃煤废弃物粉煤灰制备保温砂浆，不仅变废为宝，实现了废物利用。并且充分发挥了稻壳粉本身质量轻、坚韧耐腐、抗虫蚀、导热性低、弹性强、耐压磨，且稻壳表面粗糙有毛刺，混合后具有良好的粘结性能等特点，做到物尽其用，极大程度提升了墙体保温性能。
[0020](4)生产成本低，且对人体无害，不污染环境，具有节能环保的特点。
【具体实施方式】
[0021]下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。
[0022]实施例1:
[0023]原料配比:[0024]干粉混合物中各原材料所占质量份数:
[0025]稻壳粉20份；
[0026]粉煤灰48份；
[0027]硅灰20份；
[0028]固体硅酸钠8份；
[0029]工业纯氢氧化钠4份；
[0030]三聚磷酸钠0.24份。
[0031]具体的制备工艺如下:
[0032](I)干粉混合物:稻壳粉20份，粉煤灰48份，硅灰20份，固体硅酸钠8份，工业纯氢氧化钠4份，三聚磷酸钠0.24份混合，搅拌5分钟使之均匀，得到干粉混合物；
[0033](2)将干粉混合物与水按重量比5:1混合，搅拌10分钟，得到稠度为70mm浆料；
[0034](3)将浆料分另丨」注入 70.7mm X 70.7mm X 70.7mm 和 300mm X 300mm X 30mm 试模中，置于室内常温条件下养护I天后脱模，脱模后继续养护至28天龄期；其中70.7謹X 70.7謹X 70.7謹立方试样用于砂浆抗压强度测试，30CtamX 30CtamX 3Ctam板状试样用于砂浆导热系数测试；
[0035](4)将所得粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆进行力学性能与热工性能测试，其基本指标如下:
[0036]平均抗压强度为8.3MPa，导热系数0.18ff/m.K。
[0037]实施例2:
[0038]原料配比:
[0039]干粉混合物中各原材料所占质量份数:
[0040]稻壳粉30份；
[0041]粉煤灰42份；
[0042]硅灰17.5 份；
[0043]固体硅酸钠7份；
[0044]工业纯氢氧化钠3.5份；
[0045]三聚磷酸钠0.30份.[0046]具体的制备工艺如下:
[0047](I)干粉混合物:稻壳粉30份，粉煤灰42份，娃灰17.5份，固体娃酸钠7份，工业纯氢氧化钠3.5份，三聚磷酸钠0.30份混合，搅拌5分钟使之均匀，得到干粉混合物；
[0048](2)将干粉混合物与水按重量比4:1混合，搅拌10分钟，得到稠度为72mm浆料；
[0049](3)将浆料分别注入 70.7mm X 70.7mm X 70.7mm 和 300mm X 300mm X 30mm 试模中，置于室内常温条件下养护I天后脱模，脱模后继续养护至28天龄期；其中70.7謹X 70.7謹X 70.7謹立方试样用于砂浆抗压强度测试，30CtamX 30CtamX 3Ctam板状试样用于砂浆导热系数测试；
[0050](4)将所得粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆进行力学性能与热工性能测试，其基本指标如下:
[0051]平均抗压强度为5.3MPa，导热系数0.13ff/m.K。
[0052]实施例3:[0053]原料配比:
[0054]干粉混合物中各原材料所占质量份数:
[0055]稻壳粉40份；
[0056]粉煤灰36份；
[0057]硅灰15份；
[0058]固体硅酸钠6份；
[0059]工业纯氢氧化钠3份；
[0060]三聚磷酸钠0.32份.[0061]具体的制备工艺如下:
[0062](I)干粉混合物:稻壳粉40份,粉煤灰36份,娃灰15份，固体娃酸钠6份,工业纯氢氧化钠3份，三聚磷酸钠0.36份混合，搅拌5分钟使之均匀，得到干粉混合物；
[0063](2)将干粉混合物与水按重量比2.5:1混合，搅拌10分钟，得到稠度为68mm浆料；
[0064](3)将浆料分另丨」注入 70.7mm X 70.7mm X 70.7mm 和 300mm X 300mm X 30mm 试模中，置于室内常温条件下养护I天后脱模，脱模后继续养护至28天龄期；其中70.7謹X 70.7謹X 70.7謹立方试样用于砂楽 抗压强度测试，30CtamX 30CtamX 3Ctam板状试样用于砂浆导热系数测试；
[0065](4)将所得粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆进行力学性能与热工性能测试，其基本指标如下:
[0066]平均抗压强度为1.8MPa，导热系数0.08ff/m.K。
【权利要求】
1.一种粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，其特征在于，包括重量比为5:1~2的干粉混合物和水；所述干粉混合物按质量份数计包括:稻壳粉20~40份、粉煤灰36~48份、硅灰15~20份、固体硅酸钠6~8份、工业纯氢氧化钠3~4份和三聚磷酸钠0.24~0.32份。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，其特征在于，所述稻壳粉为大米加工所产生的稻壳经破碎而成，其粒径小于1mm，自然堆积密度在200~400kg/m3。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，其特征在于，所述粉煤灰为火力发电厂粉煤灰炉烟道气体中收集的粉末，其CaO质量含量≤10%，45微米方孔筛余≤45.0%，等级在III级及以上。
4.根据权利要求1所述的粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，其特征在于，所述硅灰为在冶炼硅铁合金或工业硅时通过烟道排出的粉尘，经收集得到的以无定形二氧化硅为主要成分的粉体材料，其中SiO2质量含量≥85%，比表面积≥15m2/g，活性指数≥105%。
5.根据权利要求1所述的粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，其特征在于，所述固体硅酸钠中可溶物质质量分数≥95.07Na2O的质量含量≥7.2%, SiO2的质量含量≥25%，模数在3.0~3.6之间。
6.根据权利要求1所述的粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，其特征在于，所述工业纯氢氧化钠中氢氧化钠的质量含量≥94%。
7.根据权利要求1所述的粉煤灰基地质聚合物稻壳保温砂浆，其特征在于，所述三聚磷酸钠为粉体状陶瓷减水剂，其纯度≥90%ο
【文档编号】C04B18/30GK103449794SQ201310374640
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】谢子令, 陶鑫, 周华飞, 杨克家 申请人:温州大学