本发明属于建筑材料，尤其涉及一种低碳隔声保温材料及其制备方法。
背景技术：
1、隔声保温砂浆材料是一种结合了隔音与保温功能的复合材料，广泛应用于建筑领域，尤其是在需要提供舒适居住环境的场所，如住宅、酒店、办公楼等。随着人们对居住环境舒适度要求的提高，建筑材料的隔声与保温性能逐渐成为设计中的重要考虑因素。传统的隔声材料和保温材料通常是两种独立的产品，分别用于不同的功能要求。为了在建筑材料中实现更多功能的集成，研究者开始关注如何将隔声和保温性能结合在一起，开发出兼具隔声和保温功能的复合建筑材料。这类建筑材料能够同时满足建筑物对于噪音隔离和热管理的需求，减少材料的种类和厚度，提升整体建筑性能。
2、隔声保温建筑材料通常需要具备较高的稳定性和耐久性，尤其是在长期使用中能够保持性能。许多研究材料在初期表现良好，但随着时间的推移，可能因温湿度变化、老化等因素导致性能衰退，影响建筑的舒适度和能源效率。且现有的隔声保温建筑材料通常只能体现某一种性能优势，无法兼顾隔声和保温两种性能。
3、基于此，研发一种兼具隔音和保温性能的复合建筑材料，满足现代建筑对舒适环境和节能减排的双重需求具有重要的实用意义。
技术实现思路
1、鉴于此，本发明提供一种低碳隔声保温材料及其制备方法。本发明通过采用特制的高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料以及各种工业副产石膏、粒化高炉矿渣粉等工业废弃物为主要原料，添加玻璃微珠、轻砂、漂珠和橡胶颗粒作为主要的复合填料，以减水剂、缓凝剂、纤维素醚、消泡剂和可再分散胶粉来微调低碳隔声保温材料性能，使其加水后经水化反应形成大量的微晶型钙矾石和硅酸钙凝胶，形成大量晶间微孔，并将轻质复合填料和橡胶颗粒粘结成一个整体，进而达到优异的隔声效果和保温效果，并且，本发明提供的隔声保温材料不仅具有优异的隔声效果，还具有良好的保温效果性能，有效解决了现有技术中隔声保温材料无法兼顾两种性能的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
3、本发明提供一种低碳隔声保温材料，包括如下原料组分：高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料、石膏、粒化高炉矿渣粉、复合填料、纤维素醚、可再分散胶粉和助剂；
4、所述高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料包括以下质量百分含量的矿物成分：无水硫铝酸钙25.31%-33.27%、游离硫酸钙6.55%-12.26%、游离氧化钙14.82%-19.71%、贝利特27.27%-33.87%和铁相3.04%-6.08%；
5、所述复合填料包括微珠、漂珠、轻质砂和废橡胶颗粒。
6、相比于现有技术，本发明提供了一种隔声保温材料，在使用了高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料的情况下，充分激发了工业固体废弃物组分的活性，获得以钙钒石微晶构成的基体，不仅可以维持了隔声保温材料的强度，而且可以将轻质隔声填料固结成为一个整体，另外，通过轻质隔声填料的使用，达到隔绝不同频率撞击声的效果。发明人研究发现，水泥熟料矿物中引入适量的游离硫酸钙和较大量的游离氧化钙，在高温下游离硫酸钙形成液相，无水硫铝酸钙与游离硫酸钙固溶，生成非晶相无水硫铝酸钙和立方晶系无水硫铝酸钙的混合物，在游离硫酸钙存在时立方晶系无水硫铝酸钙的活性远高于常规硫铝酸盐水泥熟料中的斜方系无水硫铝酸钙。
7、发明人研究进一步发现，熟料中足够的游离氧化钙与非晶相/立方晶系无水硫铝酸钙、游离硫酸钙反应生成大量高活性afm微晶，afm微晶与外掺的石膏直接反应生成钙矾石微晶，因反应物活性高，生成的钙矾石微晶尺寸小，生成密实的微观结构，产生较高的早期强度；且外掺的高活性的无定形铝酸钙与足够的游离氧化钙和石膏快速反应，也迅速生成尺寸小、包裹效果好的钙矾石微晶；熟料中足够的游离氧化钙还提供了适宜的碱性环境，与无定形铝酸钙强烈的协同激发作用下，外掺的石膏快速溶解出so42-，活化激发粒化高炉矿渣中的玻璃体，溶出alo2-和ca2+，反应生成钙钒石；大量钙钒石结晶和c-s-h凝胶可以起到包裹复合填料的作用，将其粘结成一个整体；熟料中大量的钙钒石微晶之间会形成大量微小相连的孔隙，与轻质隔音材料构成一个完整的隔声屏障；当声波入射到隔音砂浆表面时，一部分会发生反射，而另一部分则会被隔声材料吸收，没有被吸收的声波则会透过隔音砂浆在另一个区间内传播，当声波在隔声材料内部传播时，一部分声波能量在接触橡胶颗粒时通过阻尼效应被部分吸收，还有一部分声波在接触到微珠、轻砂和胶结材基体后传入它们的内部，引发结构单元振动以及微孔内部空气振动，空气振动与微孔孔壁发生摩擦，导致微孔内部温度上升，使得声能转化为热能，相当于部分声能被材料吸收，声波发生衰减，从而起到隔声的作用。由于新型胶结料微晶形成的多微孔基体与弹性橡胶颗粒和微珠的协同效应，最终实现了隔声保温材料高效的隔声效果。
8、并且，由于熟料中大量的钙钒石微晶形成的孔隙，相当于在材料中引入大量封闭或半封闭的为纳米级孔隙，阻碍热量传递路径，轻质复合填料通过其低密度、封闭气孔结构和高热阻特性，能够在材料内部构建高效的隔热网络，不仅能够降低材料的整体导热系数，还能改善热稳定性，进一步提高了材料的保温性能。
9、通过这些原料的协同作用，本发明在维持隔音保温材料基本力学性能的基础上，还显著提高其隔声效果和保温性能，并大幅度降低由于使用传统硅酸盐水泥和石灰固结土壤时带来的高碳排放问题。
10、优选的，所述低碳隔声保温材料包括如下质量百分含量的原料组分：高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料4.5%-10.1%、石膏18%-25%、粒化高炉矿渣粉20.37%-23.7%、复合填料45%-47%、纤维素醚0.01%-0.08%、可再分散胶粉0.3%-1.5%和助剂0.42%-0.72%。
11、本发明进一步限定了低碳隔声保温材料中各成分之间的用量，优选的用量有利于进一步发挥各组分之间的协同作用，进而提高低碳隔声保温材料的隔声性能和力学强度。
12、优选的，所述高游离钙高贝利特硫铝酸钙熟料包括以下质量百分含量的矿物成分：无水硫铝酸钙25.31%-33.27%、游离硫酸钙6.55%-12.26%、游离氧化钙14.82%-19.71%、贝利特27.27%-33.87%和铁相3.04%-6.08%。
13、相比于现有技术，本发明提供的石膏基高强结合料中，高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料与粒化高炉矿渣协同作用可改善石膏的水化产物种类、组成和微观结构，定向在二水石膏周围生长耐水性优异的水化产物，避免外部水分溶解二水石膏，从而显著提高其制得的无机结合料稳定材料的耐水性和力学强度。发明人经过大量的研究发现，在熟料矿物中引入适量的游离硫酸钙和较大量的游离氧化钙，可在高温下使游离硫酸钙形成液相，无水硫铝酸钙与游离硫酸钙发生固溶，生成非晶相无水硫铝酸钙和立方晶系无水硫铝酸钙的混合物，在游离硫酸钙存在时立方晶系无水硫铝酸钙的活性远高于常规硫铝酸盐熟料中的斜方系无水硫铝酸钙。并且，足够的游离钙与非晶相/立方晶系无水硫铝酸钙、游离硫酸钙反应生成大量高活性单硫型水化硫铝酸钙（afm）微晶，afm微晶与外掺的石膏直接反应生成钙矾石（aft）微晶；这些aft微晶生成后逐渐包裹外掺石膏水化生成的二水石膏晶体；由于上述生成的反应物活性高，导致生成的afm微晶尺寸小，包裹效果更好，使所述无机结合料稳定材料迅速形成骨架，生成密实的微观结构，产生较高的早期强度。
14、本发明还发现，本发明以石膏和粒化高炉矿渣粉为主要原料，掺入特殊设计的高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料，使外掺石膏形成的二水石膏晶体被aft微晶和c-(a)-s-h凝胶双重密实包覆，即便在石膏掺量较高的情况下，也能避免易溶于水的二水石膏遇水溶解，解决了因二水石膏溶解度高而导致的石膏类材料耐水性差、强度大幅降低和抗冻融性差的问题，进而有效提升了所述无机结合料稳定材料的抗压强度和耐久性能。更重要的是，由于石膏和粒化高炉矿渣粉成本低廉，也有效降低了所述无机结合料稳定材料的生产成本，为无机结合料稳定材料的发展提供了新的技术思路。
15、优选的，所述贝利特包括硅酸二钙（c2s）。
16、优选的，所述铁相包括铁铝酸四钙（c4af）。
17、优选的，所述高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料还包括混杂矿物成分5.00%-7.66%。
18、示例的，以高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料的质量含量为100%计，混杂矿物成分包括方镁石（mgo）2%-4%、钙钛矿（catio3）0.85%-2.55%和碱金属的硫酸盐0.5%-1.5%。
19、优选的，所述的高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料包括以下质量百分含量的氧化物：sio29.5%-11.8%、al2o314%-18%、cao 55%-58%、so38%-11%和fe2o31%-2%。
20、进一步优选的，所述高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料还包括混杂氧化物4%-6.7%。
21、示例的，混杂氧化物包括mgo、tio2、na2o或k2o中的至少一种。
22、优选的，所述高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料的比表面积≥500m2/kg。
23、进一步优选的，所述高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料的比表面积为510m2/kg-550m2/kg。
24、优选的，所述高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料的制备方法包括如下步骤：
25、将石灰石、铝矾土和石膏混合，研磨，得生料；
26、将所述生料于1200℃-1300℃进行煅烧，得所述高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料。
27、本发明提供的高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料的制备方法，根据熟料的矿物组成设计原料的用量，从而计算出生料中各氧化物的成分比例。本发明通过大量试验发现，1200℃-1300℃这个温度区间是该类熟料的最佳烧成温度，过高和过低都不能形成目标熟料的矿物组成。若煅烧温度过低，熟料的矿物成分形成不充分，若煅烧温度过高，某些矿物成分被分解，均无法达到所需含量范围的矿物成分。
28、优选的，所述生料中各化学成分满足：
29、([cao]-1.87×[sio2]-1.05×[fe2o3]-0.7×[tio2]-0.55×[al2o3]-0.7×[so3])/(100%-生料的烧失量)=14.82%-19.71%；
30、(1.7×[so3]-0.45×[al2o3]+0.28×[fe2o3])/(100%-生料的烧失量)=6.55%-12.26%。
31、需要说明的是，本发明中[cao]表示cao占生料的质量百分含量，[sio2]表示sio2占生料的质量百分含量，[fe2o3]表示fe2o3占生料的质量百分含量，[tio2]表示tio2占生料的质量百分含量，[al2o3]表示al2o3占生料的质量百分含量，[so3]表示so3占生料的质量百分含量。
32、本发明通过([cao]-1.87×[sio2]-1.05×[fe2o3]-0.7×[tio2]-0.55×[al2o3]-0.7×[so3])/(100%-生料的烧失量)=14.82%-19.71%的限定，可以保证制得的熟料中游离氧化钙的含量符合要求。通过(1.7×[so3]-0.45×[al2o3]+0.28×[fe2o3])/(100%-生料的烧失量)=6.55%-12.26%的限定，可以保证制得的熟料中游离硫酸钙的含量符合要求。
33、优选的，所述石灰石、铝矾土和石膏的质量比为(610-71):(17-23):(12-169)。
34、优选的，所述生料的粒径为经0.08mm方孔筛后筛余15%以下。
35、示例的，煅烧在回转窑中进行，从进窑到出窑的时间为30min-60min，具体煅烧时间可根据不同回转窑的具体情况进行调整。
36、示例的，煅烧后还包括：冷却、研磨，得粉状高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料。
37、本发明提供的高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料，在熟料中引入特定量的游离硫酸钙，无水硫铝酸钙可固溶于游离硫酸钙液相中（游离硫酸钙在高温煅烧时形成液相），生成非晶相无水硫铝酸钙和立方晶系无水硫铝酸钙的混合物，在游离硫酸钙存在时立方晶系无水硫铝酸钙的活性远高于常规硫铝酸盐熟料中的斜方系无水硫铝酸钙；在熟料中引入特定量的游离氧化钙，游离氧化钙具有较高的水化活性，遇水能够迅速反应，故较高的游离钙和适宜的游离硫酸钙会显著提升熟料中其他矿物以及熟料整体的活性。
38、优选的，所述复合填料还包括珍珠岩和海泡石纤维。
39、优选的，所述复合填料包括如下质量百分含量的原料组分：微珠5%-10%，漂珠4%-6%，轻质砂5%-11%，废橡胶颗粒7%-20%，珍珠岩0-13%和海泡石纤维0-17%。
40、进一步优选的，所述微珠的球体密度为2.5kg/cm3。
41、进一步优选的，所述漂珠的目数为40目。
42、进一步优选的，所述轻质砂的目数为10-30目。
43、进一步优选的，所述废橡胶颗粒的目数为60目。
44、进一步优选的，所述珍珠岩的粒径为0.8mm-1mm。
45、进一步优选的，所述海泡石纤维的长度为3mm-5mm。
46、优选的，所述石膏为脱硫石膏基建筑石膏、磷石膏基建筑石膏、硬石膏、氟石膏的一种或两种以上的组合。
47、优选的，脱硫石膏基建筑石膏、磷石膏基建筑石膏应满足gb/t 9776-2022《建筑石膏》的规定；氟石膏应满足gb/t 21371-2019《用于水泥中的工业副产石膏》的规定，硬石膏应满足gb/t 5483-2024《天然石膏》的规定。
48、需要进一步说明的是，本发明选用两种以上石膏进行复配时，对不同石膏之间的用量没有要求。
49、优选的，所述粒化高炉矿渣粉应满足gb/t 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》对不低于s75级粒化高炉矿渣粉的规定，进一步优选为s95级。
50、优选的，所述低碳隔声保温材料还包括以下质量百分含量的原料组分：硅灰0-1.5%。
51、优选的，所述助剂包括减水剂、缓凝剂和消泡剂。
52、优选的，所述助剂包括如下质量百分含量的成分：减水剂0.26%-0.44%，缓凝剂0.06%-0.12%和消泡剂0.1%-0.16%。
53、进一步优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂、三聚氰胺减水剂、密胺系高效减水剂、fl51助剂和萘系减水剂的一种或两种以上的组合。
54、进一步优选的，所述缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、碳酸锌、酒石酸、石膏缓凝剂的一种或两种以上的组合。
55、进一步优选的，所述消泡剂选自有机硅油消泡剂、聚合物复合矿物油消泡剂、聚醚消泡剂的至少一种或两种以上的组合。
56、优选的，所述纤维素醚包括甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基甲基纤维素醚和羧甲基纤维素醚中的至少一种或两种以上的组合。
57、优选的，所述可再分散胶粉为醋酸乙烯-乙烯共聚胶粉、丙烯酸类聚合胶粉、苯丙胶粉或丁苯胶粉中的至少一种。
58、本发明第二方面提供了所述低碳隔声保温材料的制备方法，包括如下步骤：按照设计配比称取各原料组分，混合均匀，得低碳隔声保温材料。
59、本发明第三方面提供了所述低碳隔声保温材料的使用方法，包括如下步骤：将水与所述的低碳隔声保温材料按水料比为0.27-0.45的比例混合均匀使用。
60、所述水料比为水和所述低碳隔声保温材料的质量比，二者单位均为kg。
61、优选的，所述低碳隔声保温材料加水后形成的料浆的湿密度为1099kg/m3-1720kg/m3，干密度为929kg/m3-1685kg/m3。
62、优选的，所述低碳隔声保温材料加水后形成的料浆的声压改善量为19.7-31.4db。
63、优选的，所述低碳隔声保温材料加水后形成的料浆的28d抗压强度为10mpa-12.2mpa，28d粘结强度为0.3mpa-0.82mpa。
64、优选的，所述低碳隔声保温材料加水后形成的料浆的保温系数0.15w/(m.k)-0.25w/(m.k)。
65、综上所述，本发明提供了一种低碳隔声保温材料，利用高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料与不同种类石膏或其混合石膏、粒化高炉矿渣粉和隔声填料混合，以减水剂、缓凝剂、纤维素醚以及消泡剂等辅料来微调性能，在高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料中高活性组分的作用下，经水化快速形成大量的微晶型钙矾石，以微晶钙钒石为主的基体可与微珠、轻质砂、橡胶颗粒等隔声填料复合构成高效的隔音屏障，显著提高材料的隔声性能；同时，本技术中高游离钙贝利特硫铝酸盐熟料赋予了材料多孔的结构，与填料混合后进一步提升了材料的保温性能。本发明所述低碳隔声保温材料具有优异的隔声性能和保温性能，且制备成本低廉，工艺简单，为低碳隔声保温材料的发展提供了新的设计思路。