一种建筑施工用强耐候性新型复合材料及其制备方法

1.本发明涉及c04b建筑材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种建筑施工用强耐候性复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着工业科技的飞速发展，建筑材料不断的更新和发展，建筑材料的性能直接影响着建筑的安全性和使用寿命。在此背景下，建筑市场对施工用建筑材料的需求和要求也在不断的提升。同时，伴随着“变废为宝”的研发理念不断深入人心，如何使用建筑废弃物制备出综合性能优异的建筑材料成为了本领域的研发工程师近年来的工作重心之一。
3.专利公开号为cn108529916a的中国发明专利公开了一种自荧光硅酸盐水泥熟料以及制备方法，在本公开专利中将稀土元素引入体系中，与铝矾土、粉煤灰等物质作用，制备得到了具有优异荧光稳定性的硫铝酸盐水泥熟料，但其水泥熟料的抗折强度、耐磨性、收缩性等重要技术指标未得到充分体现，一定程度上会限制水泥熟料的实际使用范围。
4.专利公开号为cn1268569c的中国发明专利公开了一种以废砖为原料的水泥制备方法，在本公开专利中通过破碎、配料混合、研磨的步骤，制备得到的水泥胶砂具有优异的抗压强度、抗折强度，但仍存在功能种类单一的问题，不能满足建筑材料领域日益发展的需要。
5.因此，开发一种以建筑废弃物为主要原料之一，制备具有优异抗折强度、抗压强度、易烧性能、耐磨性能、耐候性能的新型复合材料在建筑施工领域具有潜在的应用价值。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种建筑施工用强耐候性新型复合材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥熟料40-50份，预处理建筑废渣10-20份，石膏1-5份，矿物添加剂15-25份，助磨添加剂0.02-0.05份，改性助剂0.5-1份。
7.作为本发明一种优选的技术方案，所述预处理建筑废渣为建筑废弃砖渣的制备方法包括以下步骤：
8.将建筑废渣经过研磨、风力风选、浮力风选、磁力分拣、筛分，即得所述预处理建筑废渣。
9.作为本发明一种优选的技术方案，所述石膏的粒度为100-300目。
10.作为本发明一种更优选的技术方案，所述石膏的粒度为为150-200目。
11.作为本发明一种优选的技术方案，所述石膏包括烟气脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、氟石膏中一种或多种的组合。
12.作为本发明一种更优选的技术方案，所述石膏为烟气脱硫石膏。
13.作为本发明一种优选的技术方案，所述矿物添加剂包括二氧化硅、碳酸钙、膨润土、高岭土、铁矿粉、硅灰、沸石中一种或多种的组合。
14.作为本发明一种更优选的技术方案，所述矿物添加剂为二氧化硅、碳酸钙、膨润
土，二氧化硅、碳酸钙、膨润土的重量比为(4-6)：(2-4)：(1-3)。
15.作为本发明一种最优选的技术方案，所述二氧化硅、碳酸钙、膨润土的重量比为5：3：2。
16.作为本发明一种优选的技术方案，所述二氧化硅为改性二氧化硅。
17.作为本发明一种优选的技术方案，所述改性二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
18.(1)将二氧化硅溶于10-30ml甲苯中，超声分散40-60min后，得到混合物；
19.(2)向步骤(1)所述混合物中加入硅烷偶联剂，超声分散5-15min后，在50-80℃下反应7-10h后，经过离心，即得所述改性二氧化硅。
20.其中，步骤(1)和(2)所述超声分散的功率为150-350w；步骤(1)所述二氧化硅和步骤(2)所述硅烷偶联剂的重量比为(0.5-1.5)：(1-2)；步骤(2)所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；步骤(2)所述离心的转速为10000-12000r/min。
21.作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述二氧化硅的平均粒径为10-30nm，比表面积为60-100m2/g。
22.作为本发明一种更优选的技术方案，步骤(1)所述二氧化硅的平均粒径为20nm，比表面积为80m2/g。
23.作为本发明一种优选的技术方案，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的重量比为(0.2-0.6)：(0.5-1)：(0.2-0.6)。
24.作为本发明一种更优选的技术方案，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的重量比为0.4：0.8：0.2。
25.作为本发明一种优选的技术方案，所述碳酸钙为轻质碳酸钙。
26.作为本发明一种更优选的技术方案，所述轻质碳酸钙的粒度为1250-3000目。
27.作为本发明一种最优选的技术方案，所述轻质碳酸钙的粒度为2500目。
28.作为本发明一种优选的技术方案，所述膨润土在25℃的表观粘度为15-30mpa.s。
29.作为本发明一种更优选的技术方案，所述膨润土在25℃的表观粘度为20mpa.s。
30.作为本发明一种优选的技术方案，所述膨润土包括钠基膨润土、钙剂膨润土、锂基膨润土中一种或多种的组合。
31.作为本发明一种更优选的技术方案，所述膨润土为钠基膨润土。
32.本技术人发现，当采用建筑废渣为制备新型建筑材料的原料，并对其进行严格的研磨、风力风选、浮力风选、磁力分拣、筛分五重处理，一定程度上改善了建筑废渣的粒形和空隙率，可以得到建筑废渣的粒径为10mm以下，无轻物质、金属等杂质，且含水率小于2％的建筑废渣，以此来保证其与本体系中重量比为5：3：2的二氧化硅、碳酸钙、膨润土有优异的互掺效果，改善了体系的流动性、和易性；本技术人还意外发现，当对粒径为20nm，比表面积为80m2/g的二氧化硅采用重量比为0.4：0.8：0.2的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性，且采用粒度为2500目的轻质碳酸钙、在25℃表观密度为20mpa.s的钠基膨润土时，在保证与本体系中建筑废渣具有优异互掺性的同时，由于其特有的空间结构，在本体系中具有优异的分散稳定性，提升了在本体系中水泥熟料中的填充效果，改善了水泥体系的总孔隙率、水化速度和水泥
砂浆的内部结构，一定程度上提升了水泥的抗压强度、抗折强度和耐候性。
33.作为本发明一种优选的技术方案，所述助磨添加剂包括乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙醇胺、硬脂酸、油酸、六偏磷酸钠、硬脂酸钠、木质素磺酸钠中一种或多种的组合。
34.作为本发明一种更优选的技术方案，所述助磨添加剂为乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠，乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠的重量比为(0.5-1)：(1-1.5)：(1.5-2)。
35.作为本发明一种更优选的技术方案，所述乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠的重量比为0.8：1.4：2。
36.作为本发明一种优选的技术方案，所述改性助剂包括硫酸钠、聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙、氟氯酸钙中一种或多种的组合。
37.作为本发明一种更优选的技术方案，所述改性助剂为聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙，聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙的重量比为(1-2)：(0.5-1)：(1-1.5)。
38.作为本发明一种最优选的技术方案，所述聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙的重量比为1.5：0.6：1。
39.作为本发明一种优选的技术方案，所述聚乙二醇的平均分子量为200-600。
40.作为本发明一种更优选的技术方案，所述聚乙二醇的平均分子量为360-440。
41.作为本发明一种优选的技术方案，所述聚乙二醇的羟值为200-600mgkoh/g。
42.作为本发明一种更优选的技术方案，所述聚乙二醇的羟值为255-312mgkoh/g。
43.作为本发明一种优选的技术方案，所述三聚甘油的羟值为1000-2000mgkoh/g。
44.作为本发明一种更优选的技术方案，所述三聚甘油的羟值为1100-1150mgkoh/g。
45.本发明第二方面提供了一种建筑施工用强耐候性新型复合材料的制备方法，包括以下步骤：
46.(1)将水泥熟料、预处理建筑废渣、石膏、矿物添加剂置于研磨机中研磨20-40min后，经过煅烧炉煅烧5-15min，得到混合物；
47.(2)向步骤(1)所述混合物中加入石膏、助磨添加剂、改性助剂，进行混合，并研磨至100-150μm，即得所述强耐候性新型复合材料。
48.其中，步骤(1)所述研磨机的转速为11000-13000r/min；煅烧炉的温度为500-1000℃。
49.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
50.1、本发明制备得到的高耐候性新型复合材料，采用研磨、风力风选、浮力风选、磁力分拣、筛分的方法对含有红砖颗粒和水泥颗粒的建筑废渣进行预处理，与本体系中的改性二氧化硅、轻质碳酸钙和钠基膨润土具有优异的互掺性，改善了体系的和易性，提升了建筑施工过程中的可控度。
51.2、本发明制备得到的高耐候性新型复合材料，当向体系中加入重量比为5：3：2二氧化硅、轻质碳酸钙和钠基膨润土，尤其当采用重量比为0.4：0.8：0.2的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性、轻质碳酸钙的粒度为2500目，钠基膨润土在25℃表观密度为20mpa.s时，可以改善体系的孔隙率和内部结构，赋予了水泥优异的抗压强度、抗折强度、耐磨性和耐候性，一定程度上提升了水泥的承重力，有效避免了水泥路面在长期承重过程中易开裂的问题。
52.3、本发明制备得到的高耐候性新型复合材料，当向体系中同时加入乙二醇、三乙
醇胺、木质素磺酸钠，并对其进行合理复配，尤其当乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠的重量比为0.8：1.4：2时，其在含有红砖、水泥颗粒、改性二氧化硅、轻质碳酸钙、钠基膨润土组成的体系中具有优异的适配性，且促进了本体系中聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙在体系中的相容性，提升了新型复合材料的产量，改善了体系中固体颗粒表面间的自由能，一定程度上减少水泥在粉磨过程中易引发团聚的问题，促进了体系中固体颗粒的分布均匀度，在改善了复合材料的流动性的同时，还赋予了复合材料优异的抗压强度、抗折强度和耐候性。
53.4、本发明制备得到的高耐候性新型复合材料，当向体系中加入重量比为1.5：0.6：1的聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙，它们与本体系中其它组分通过协同作用，协同提升本体系的和易性和密实度，在保证复合材料具有优异抗压强度和抗折强度的同时，增强了新型复合材料的耐候性和耐久性。
54.5、本发明制备得到的高耐候性新型复合材料，采用特殊工艺处理后的建筑废渣，其与重量比为0.4：0.8：0.2的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷改性后的二氧化硅、轻质碳酸钙、钠基膨润土、乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠、聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙通过协同作用，制备得到的复合材料具有优异的抗折强度、抗压强度和耐候性，扩大了水泥基复合材料在建筑施工领域的应用范围。
具体实施方式
55.实施例
56.实施例1
57.实施例1提供了一种建筑施工用强耐候性新型复合材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥熟料40份，预处理建筑废渣10份，石膏1份，矿物添加剂15份，助磨添加剂0.02份，改性助剂0.5份。
58.所述水泥熟料购自青岛昊河水泥制品有限责任公司；
59.所述预处理建筑废渣为建筑废弃砖渣的制备方法包括以下步骤：
60.将建筑废渣经过研磨、风力风选、浮力风选、磁力分拣、筛分，即得所述预处理建筑废渣。
61.所述石膏为烟气脱硫石膏，购自山东富国新材料科技有限公司，粒度为150-200目；
62.所述矿物添加剂为重量比为5：3：2的改性二氧化硅、轻质碳酸钙、钠基膨润土；所述轻质碳酸购自光控永丰化工有限公司，粒度为2500目；钠基膨润土购自信阳市平桥区双诚膨润土粉厂，在25℃的表观粘度为20mpa.s；
63.所述改性二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
64.(1)将二氧化硅溶于25ml甲苯中，超声分散50min后，得到混合物；
65.(2)向步骤(1)所述混合物中加入硅烷偶联剂，超声分散10min后，在75℃下反应8h后，经过离心，即得所述改性二氧化硅。
66.其中，步骤(1)所述二氧化硅购自上海超威纳米科技有限公司，型号为cw-sio2-001，平均粒径为20nm，比表面积为80m2/g；步骤(1)和(2)所述超声分散的功率为200w；步骤(1)所述二氧化硅和步骤(2)所述硅烷偶联剂的重量比为1：1.5；步骤(2)所述硅烷偶联剂为
γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的重量比为0.4：0.8：0.2；步骤(2)所述离心的转速为11000r/min；
67.所述助磨添加剂为乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠，乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠的重量比为0.8：1.4：2；所述乙二醇的cas号为107-21-1；三乙醇胺的cas号为102-71-6；木质素磺酸钠的cas号为8061-51-6；
68.所述改性助剂为聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙，聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙的重量比为1.5：0.6：1；所述聚乙二醇购自山东兴舜化工有限公司，平均分子量为360-440，羟值为255-312mgkoh/g；三聚甘油购自南京长江江宇油脂有限公司，型号为88559，羟值为1100-1150mgkoh/g；氯酸钙的cas号为10137-74-3；
69.所述新型复合材料的制备方法，包括以下步骤：
70.(1)将水泥熟料、预处理建筑废渣、石膏、矿物添加剂置于研磨机中研磨30min后，经过煅烧炉煅烧10min，得到混合物；
71.(2)向步骤(1)所述混合物中加入石膏、助磨添加剂、改性助剂，进行混合，并研磨至120μm，即得所述强耐候性新型复合材料。
72.其中，步骤(1)所述研磨机的转速为12000r/min；煅烧炉的温度为800℃。
73.实施例2
74.实施例2提供了一种建筑施工用强耐候性新型复合材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥熟料50份，预处理建筑废渣20份，石膏5份，矿物添加剂25份，助磨添加剂0.05份，改性助剂1份。
75.所述水泥熟料购自青岛昊河水泥制品有限责任公司；
76.所述预处理建筑废渣为建筑废弃砖渣的制备方法包括以下步骤：
77.将建筑废渣经过研磨、风力风选、浮力风选、磁力分拣、筛分，即得所述预处理建筑废渣。
78.所述石膏为烟气脱硫石膏，购自山东富国新材料科技有限公司，粒度为150-200目；
79.所述矿物添加剂为重量比为5：3：2的改性二氧化硅、轻质碳酸钙、钠基膨润土；所述轻质碳酸购自光控永丰化工有限公司，粒度为2500目；钠基膨润土购自信阳市平桥区双诚膨润土粉厂，在25℃的表观粘度为20mpa.s；
80.所述改性二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
81.(1)将二氧化硅溶于25ml甲苯中，超声分散50min后，得到混合物；
82.(2)向步骤(1)所述混合物中加入硅烷偶联剂，超声分散10min后，在75℃下反应8h后，经过离心，即得所述改性二氧化硅。
83.其中，步骤(1)所述二氧化硅购自上海超威纳米科技有限公司，型号为cw-sio2-001，平均粒径为20nm，比表面积为80m2/g；步骤(1)和(2)所述超声分散的功率为200w；步骤(1)所述二氧化硅和步骤(2)所述硅烷偶联剂的重量比为1：1.5；步骤(2)所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯
酰氧基丙基三甲氧基硅烷的重量比为0.4：0.8：0.2；步骤(2)所述离心的转速为11000r/min；
84.所述助磨添加剂为乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠，乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠的重量比为0.8：1.4：2；所述乙二醇的cas号为107-21-1；三乙醇胺的cas号为102-71-6；木质素磺酸钠的cas号为8061-51-6；
85.所述改性助剂为聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙，聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙的重量比为1.5：0.6：1；所述聚乙二醇购自山东兴舜化工有限公司，平均分子量为360-440，羟值为255-312mgkoh/g；三聚甘油购自南京长江江宇油脂有限公司，型号为88559，羟值为1100-1150mgkoh/g；氯酸钙的cas号为10137-74-3；
86.所述新型复合材料的制备方法同实施例1。
87.实施例3
88.实施例3提供了一种建筑施工用强耐候性新型复合材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：水泥熟料45份，预处理建筑废渣15份，石膏3份，矿物添加剂20份，助磨添加剂0.03份，改性助剂0.5份。
89.所述水泥熟料购自青岛昊河水泥制品有限责任公司；
90.所述预处理建筑废渣为建筑废弃砖渣的制备方法包括以下步骤：
91.将建筑废渣经过研磨、风力风选、浮力风选、磁力分拣、筛分，即得所述预处理建筑废渣。
92.所述石膏为烟气脱硫石膏，购自山东富国新材料科技有限公司，粒度为150-200目；
93.所述矿物添加剂为重量比为5：3：2的改性二氧化硅、轻质碳酸钙、钠基膨润土；所述轻质碳酸购自光控永丰化工有限公司，粒度为2500目；钠基膨润土购自信阳市平桥区双诚膨润土粉厂，在25℃的表观粘度为20mpa.s；
94.所述改性二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
95.(1)将二氧化硅溶于25ml甲苯中，超声分散50min后，得到混合物；
96.(2)向步骤(1)所述混合物中加入硅烷偶联剂，超声分散10min后，在75℃下反应8h后，经过离心，即得所述改性二氧化硅。
97.其中，步骤(1)所述二氧化硅购自上海超威纳米科技有限公司，型号为cw-sio2-001，平均粒径为20nm，比表面积为80m2/g；步骤(1)和(2)所述超声分散的功率为200w；步骤(1)所述二氧化硅和步骤(2)所述硅烷偶联剂的重量比为1：1.5；步骤(2)所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的重量比为0.4：0.8：0.2；步骤(2)所述离心的转速为11000r/min；
98.所述助磨添加剂为乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠，乙二醇、三乙醇胺、木质素磺酸钠的重量比为0.8：1.4：2；所述乙二醇的cas号为107-21-1；三乙醇胺的cas号为102-71-6；木质素磺酸钠的cas号为8061-51-6；
99.所述改性助剂为聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙，聚乙二醇、三聚甘油、氯酸钙的重量比为1.5：0.6：1；所述聚乙二醇购自山东兴舜化工有限公司，平均分子量为360-440，羟值为
255-312mgkoh/g；三聚甘油购自南京长江江宇油脂有限公司，型号为88559，羟值为1100-1150mgkoh/g；氯酸钙的cas号为10137-74-3；
100.所述新型复合材料的制备方法同实施例1。
101.对比例1
102.对比例1具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，所述矿物添加剂为重量比为5：3：2的二氧化硅、轻质碳酸钙、钠基膨润土，二氧化硅购自上海超威纳米科技有限公司，型号为cw-sio2-001，平均粒径为20nm，比表面积为80m2/g。
103.对比例2
104.对比例2具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，所述轻质碳酸钙的粒度为1250目。
105.性能评价
106.(1)强度测试
107.将实施例1-3、对比例1-2制备得到的强耐候性新型复合材料制成40mm
×
40mm
×
160mm的样品，按照gb/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行强度测试，测得数据见表1；
108.(2)耐候性能测试
109.将实施例1-3、对比例1-2制备得到的强耐候性新型复合材料制成100mm
×
100mm
×
400mm的样品，按照gb/t0596-2020《水泥砂浆抗冻性实验方法水泥砂浆抗冻性试验箱》的方法，进行耐候性能测试，质量变化率越小，耐候性能越好，测得数据见表1。
110.表1
[0111][0112]