基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料
技术领域：
，具体涉及一种基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法。
背景技术：
：城市生活垃圾的焚烧已成为废物管理的全球趋势，特别是在土地稀缺地区，焚烧不仅可大大减小垃圾的体积和质量，使得病原体的有效灭活，还能将热能回收发电。城市生活垃圾焚烧一般产生两种类型的灰渣，即焚烧底灰和焚烧飞灰，它们通常在垃圾填埋场处理。在总灰分中，约80％重量是焚烧底灰，与焚烧飞灰相比，其含有较少的有机物质、可浸出的重金属和氯化物，因此，焚烧底灰的利用潜力要高得多。焚烧底灰中含有丰富的二氧化硅和氧化铝，可以作为制造地质聚合物的材料。地质聚合物是含有各种无定形至半结晶相的si-o-al三维无机聚合物材料，属于非金属材料，可提供与传统水泥基材料相当或更好的机械性能。与普通硅酸盐水泥相比，地质聚合物具有高强、低渗透、耐酸碱、低导热等优点。同时，地质聚合物的制备过程所需能源少、温室气体排放少，是普通硅酸盐水泥优异的可持续替代品。传统制备地质聚合物的原材料主要是偏高岭土、粉煤灰、矿渣等，铝粉作为充气剂，与碱性激发剂混合搅拌成浆料，浇筑到模具中，在室温至80℃养护，但是这类地质聚合物价格较高，天然矿物材料消耗较大，易造成资源枯竭。技术实现要素：本发明的目的是提供一种基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料及其制备方法，通过利用城市生活垃圾焚烧底灰，配合添加少量偏高岭土，在碱性激发剂的作用下发生聚合反应来制备地质聚合物，实现城市生活垃圾焚烧底灰的二次利用。一种基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料，原料包括：焚烧底灰、偏高岭土和碱激发剂；焚烧底灰和偏高岭土的质量比为58-75：25-42，两者的质量之和为100，碱激发剂的质量为两者质量之和的25-35％。进一步地，所述碱激发剂由氢氧化钠溶液与水玻璃溶液制成，氢氧化钠溶液与水玻璃溶液的质量比为1:3-1:5，氢氧化钠溶液的浓度为8mol/l，水玻璃的模数为1.1～1.5。上述基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，先将焚烧底灰水洗、干燥、球磨制成焚烧底灰粉末，再将偏高岭土干燥、球磨制成偏高岭土粉末，然后将焚烧底灰粉末与偏高岭土粉末混合；步骤2，将氢氧化钠溶液与水玻璃溶液混合，冷却至25℃，制成碱激发剂；步骤3，将步骤2的碱激发剂与步骤1的混合粉末混合搅拌30-60min，制得地质聚合物浆料；步骤4，将步骤3的地质聚合物浆料浇筑，60-80℃干燥12-24h后脱模，养护后得到多孔保温材料。进一步地，步骤1中将焚烧底灰水洗是将蒸馏水与焚烧底灰按液固比2-4ml/g混合后进行水洗。通过水洗可有效去除底灰中残留的有机物，优选液固比为2-4ml/g是对节水与有效去除底灰中残留的有机物的平衡。进一步地，所述焚烧底灰粉末与偏高岭土粉末的粒径均小于75μm，以保证底灰能在碱激发剂条件下更好的发生聚合反应。进一步地，步骤4中养护条件为25～80℃湿热养护7天。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、本发明的地质聚合物多孔保温材料，该材料将城市生活垃圾焚烧底灰这一具有丰富二氧化硅和氧化铝的无机物引入地质聚合物体系，变废为宝；2、本发明通过焚烧底灰中原有的铝在碱性条件下分解产生氢气，在地质聚合物中形成气孔，相比于采用铝粉、双氧水作为充气剂，该发明制备的多孔保温材料具有很低的导热系数，并且对环境更加友好；3、本发明制备的多孔保温材料以焚烧底灰为基体，属于无机材料，具有良好的防火性能；4、本发明的制备方法具备环保、价格优廉、制备方法简单等优点，且制得的保温材料抗压强度好、稳定性好。附图说明图1是本发明地质聚合物多孔保温材料的制备方法流程示意图。具体实施方式下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。本发明基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料，以城市生活垃圾焚烧底灰基体，配合少量偏高岭土，焚烧底灰中原有的铝作为充气剂，在碱性激发剂作用下制备基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物多孔保温材料。制备的地质聚合物多孔保温材料具备良好的抗压强度和较低的导热系数。实施例1一种基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物，其基本组成按质量百分比包括以下组分：焚烧底灰75％、偏高岭土25％。制备方法：先将焚烧底灰水洗，再将焚烧底灰和偏高岭土分别干燥、球磨，之后将焚烧底灰和偏高岭土研磨成小于75μm的粉末，按配比均匀混合，得到原料混合物。将氢氧化钠溶液(8mol/l)和水玻璃溶液按质量比1:3混合，得到碱激发剂。将碱激发剂(碱激发剂的用量为混合物质量的25％)加入到原料混合物中均匀搅拌30min，得到地质聚合物浆料。将浆料浇筑到模具(40mm×40mm×160mm)中，在干燥箱70℃下干燥24h后脱模，然后在80℃下湿热养护7天，得到多孔保温材料。实施例2一种基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物，其基本组成按质量百分比包括以下组分：焚烧底灰72％、偏高岭土28％。制备方法：先将焚烧底灰水洗，再将焚烧底灰和偏高岭土分别干燥、球磨，之后将焚烧底灰和偏高岭土研磨成小于75μm的粉末，按配比均匀混合，得到原料混合物。将氢氧化钠溶液(8mol/l)和水玻璃溶液按质量比1:3混合，得到碱激发剂。将碱激发剂(碱激发剂的用量为混合物质量的28％)加入到原料混合物中均匀搅拌45min，得到地质聚合物浆料。将浆料浇筑到模具(40mm×40mm×160mm)中，在干燥箱70℃下干燥24h后脱模，然后在80℃下湿热养护7天，得到多孔保温材料。实施例3一种基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物，其基本组成按质量百分比包括以下组分：焚烧底灰68％、偏高岭土32％。制备方法：先将焚烧底灰水洗，再将焚烧底灰和偏高岭土分别干燥、球磨，之后将焚烧底灰和偏高岭土研磨成小于75μm的粉末，按配比均匀混合，得到原料混合物。将氢氧化钠溶液(8mol/l)和水玻璃溶液按质量比1:4混合，得到碱激发剂。将碱激发剂(碱激发剂的用量为混合物质量的30％)加入到原料混合物中均匀搅拌60min，得到地质聚合物浆料。将浆料浇筑到模具(40mm×40mm×160mm)中，在干燥箱70℃下干燥24h后脱模，然后在80℃下湿热养护7天，得到多孔保温材料。实施例4一种基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物，其基本组成按质量百分比包括以下组分：焚烧底灰63％、偏高岭土37％。制备方法：先将焚烧底灰水洗，再将焚烧底灰和偏高岭土分别干燥、球磨，之后将焚烧底灰和偏高岭土研磨成小于75μm的粉末，按配比均匀混合，得到原料混合物。将氢氧化钠溶液(8mol/l)和水玻璃溶液按质量比1:4混合，得到碱激发剂。将碱激发剂(碱激发剂的用量为混合物质量的32％)加入到原料混合物中均匀搅拌30min，得到地质聚合物浆料。将浆料浇筑到模具(40mm×40mm×160mm)中，在干燥箱70℃下干燥24h后脱模，然后在80℃下湿热养护7天，得到多孔保温材料。实施例5一种基于城市生活垃圾焚烧底灰的地质聚合物，其基本组成按质量百分比包括以下组分：焚烧底灰58％、偏高岭土42％。制备方法：先将焚烧底灰水洗，再将焚烧底灰和偏高岭土分别干燥、球磨，之后将焚烧底灰和偏高岭土研磨成小于75μm的粉末，按配比均匀混合，得到原料混合物。将氢氧化钠溶液(8mol/l)和水玻璃溶液按质量比1:5混合，得到碱激发剂。将碱激发剂(碱激发剂的用量为混合物质量的35％)加入到原料混合物中均匀搅拌60min，得到地质聚合物浆料。将浆料浇筑到模具(40mm×40mm×160mm)中，在干燥箱70℃下干燥24h后脱模，然后在80℃下湿热养护7天，得到多孔保温材料。测定实施例1-5试块抗压强度和导热系数，结果下表所示：表观密度(kg/m3)抗压强度(mpa)导热系数(w/(m·k))实施例18218.50.21实施例28738.90.17实施例38649.70.16实施例488911.80.13实施例587410.40.14由上表可知，本发明的地质聚合物多孔保温材料具有较好的力学性能和较低的导热系数，其制备方法具备环保、价格优廉、制备方法简单等优点。当前第1页12