一種無機組合物、無機泡沫材料及其制備方法
【專利摘要】提供一種無機組合物、由其制備的無機泡沫材料及其制法。無機組合物包括200-350重量份的活性硅鋁質(zhì)物料、0.5-22重量份的早強組分、100-300重量份的水玻璃和0.5-20重量份的發(fā)泡劑。所述無機泡沫材料制法如下：1）原料的預(yù)混合：將活性鋁硅質(zhì)物料和任選地添加劑、增韌纖維、鋼渣等混合均勻，得到混合固相；2）料漿的制備：將所得的混合固相、水玻璃和水加入攪拌機內(nèi)攪拌，得到料漿；3）加入早強組分：在所得的料漿中加入早強組分攪拌，得到均勻料漿；4）發(fā)泡劑與料漿的拌合：在所得的均勻料漿中加入發(fā)泡劑攪拌；和5）隨即將得到的料漿倒入模具，注模成型，并優(yōu)選自然養(yǎng)護、切割、成品。無機泡沫材料包含較大量粉煤灰，且產(chǎn)品性能好。
【專利說明】一種無機組合物、無機泡沬材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無機組合物、一種由該無機組合物制得的無機泡沫材料及該無機 泡沫材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，對于無機泡沫材料的需求日漸增長。在建筑業(yè)，無機泡沫材料和有機泡沫 材料都獲得了廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有用作建筑墻體保溫材料的泡沫材料性能較差，導(dǎo)致建筑 物能耗較大，例如，空調(diào)能耗約占建筑物能耗的三分之二。而有機保溫材料防火性能差，存 在嚴重的安全隱患。
[0003] 近年來出現(xiàn)了一些水泥基泡沫混凝土材料，其可作為無機泡沫保溫型材料使用。 但其強度低，易粉化等，因而在建筑保溫材料市場中所占份額較小。
[0004] 另一方面，近年來粉煤灰的產(chǎn)量日益遞增，污染嚴重，亟需尋求利用方式。因而，以 粉煤灰為材料制備的泡沫材料引起了人們的研究興趣。
[0005] 中國專利申請CN102603355A提出了一種堿基地質(zhì)聚合物多孔材料，在制備時，先 制備均勻料漿和復(fù)合發(fā)泡劑，然后將兩者機械混合后澆筑成型、室溫養(yǎng)護，從而制得多孔材 料。該專利申請所述配方中，礦渣所占比重較大，而粉煤灰在配比中所占比例較小，無法做 到大量利用粉煤灰。
[0006] 中國專利申請CN101891498A提出了一種粉煤灰基加氣混凝土的制備方法，該方 法用粉煤灰和水玻璃制備漿體，然后加入發(fā)泡劑鋁粉使其發(fā)泡、硬化制得粉煤灰基加氣混 凝土。然而，其中加氣混凝土的硬化時間無法人為控制，在一定程度上不利于實現(xiàn)工業(yè)化； 此外，加氣混凝土的表觀干密度較大，無法達到輕質(zhì)的效果。同時該專利申請附圖2顯示該 粉煤灰基加氣混凝土連通孔較多，吸水率較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種無機組合物，其含有較大量的粉煤灰作 為原材料。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，出人意料地，將早強組分與粉煤灰結(jié)合，可以利用較大量的粉煤 灰，得到具有優(yōu)良性狀的無機組合物和由其制得的無機泡沫材料。添加早強組分，有助于在 泡沫形成初期提供框架支撐強度，解決傳統(tǒng)制備方法中大量粉煤灰使用過程中出現(xiàn)的易塌 模、泡孔不均一、密閉性較差等一系列問題。從而獲得具有優(yōu)良性狀的無機組合物和由其制 得的無機泡沫材料。
[0008] 因此，本發(fā)明的一個方面提供一種無機組合物，其包括200-350重量份的活性硅 鋁質(zhì)物料、〇. 5-22重量份的早強組分、100-300重量份的水玻璃(按溶液重量計算，下同）和 0. 5-20重量份的發(fā)泡劑。
[0009] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述活性硅鋁質(zhì)物料包括粉煤灰、偏高嶺土、粘土、爐灰、 赤泥等中的一種或多種。
[0010] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述活性娃錯質(zhì)物料中粉煤灰所占比例為25-85重量％。
[0011] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述早強組分選自強度等級42. 5級或52. 5級的普通硅 酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥、礦渣中的一種或多種。在一個更為優(yōu)選實施方案中，所述早強組 分為強度等級52. 5級的普通硅酸鹽水泥和/或硫鋁酸鹽水泥。
[0012] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述無機組合物包括所述活性鋁硅質(zhì)物料為240-300重 量份，早強組分為1-22重量份，水玻璃為120-280重量份。
[0013] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述發(fā)泡劑為雙氧水，折合成純雙氧水（即過氧化氫）的 用量為1. 5-15重量份，優(yōu)選為2-12重量份。在又一個優(yōu)選實施方案中，所述發(fā)泡劑為鋁粉， 其用量為〇. 5-3重量份，優(yōu)選0. 9-2重量份。
[0014] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述組合物還包括1-20重量份的添加劑，優(yōu)選地，所述 添加劑為減水劑、防水劑、催化劑、穩(wěn)泡劑、泵送劑等，可選擇其中一種或幾種。
[0015] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述組合物還包括增韌纖維、鋼渣等有助于提高無機組 合物形成的無機泡沫材料抗壓強度的物料。
[0016] 在一個優(yōu)選實施方案中，所述水玻璃的模數(shù)即二氧化硅與氧化鈉或氧化鉀的摩爾 比為1. 0-1. 8,為鈉水玻璃、鉀水玻璃或鈉鉀水玻璃，其固含量為25-46%，優(yōu)選28-40%。
[0017] 本發(fā)明的另一個方面提供一種無機泡沫材料，其通過上述無機組合物制得。
[0018] 本發(fā)明的再一個方面提供一種由上述無機組合物制備無機泡沫材料的方法，包括 以下步驟：
[0019] 1)原料的預(yù)混合：將活性鋁硅質(zhì)物料和任選的添加劑、增韌纖維、鋼渣等混合均 勻，得到混合固相；
[0020] 2)料漿的制備：將所得的混合固相、水玻璃和水加入攪拌機內(nèi)攪拌，得到料漿；
[0021] 3)加入早強組分：在所得的料漿中加入早強組分攪拌，得到均勻料漿；
[0022] 4)發(fā)泡劑與料漿的拌合：在所得的均勻料漿中加入發(fā)泡劑攪拌；
[0023] 5)隨即將得到的料漿倒入模具，注模成型。
[0024] 在一個優(yōu)選的實施方式中，在第5)步于注模成型之后，還包括自然養(yǎng)護、切割、成 品。
[0025] 本發(fā)明的無機組合物和無機泡沫材料以較大量的粉煤灰為原材料，因而可以利用 工業(yè)固體污染；其材質(zhì)為耐火材料，具有良好的防火性能，并具有優(yōu)良的保溫隔熱性能，有 助于降低現(xiàn)有建筑和新建建筑的能耗；此外，本發(fā)明的材料強度好，且易與工程墻體材料粘 結(jié)，成型時不需要壓制，制備工藝簡單，施工性好。

【具體實施方式】
[0026] 除非另有說明，本發(fā)明中各溶液、組合物或混合物所涉及的含量都以重量份計算。 如無相反說明，所有操作、檢測、計量均在常溫常壓下進行。
[0027] 本發(fā)明的第一個方面涉及一種無機組合物，其包括200-350重量份的活性硅鋁質(zhì) 物料、0. 5-22重量份的早強組分、100-300重量份的水玻璃和0. 5-20重量份的發(fā)泡劑。
[0028] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的無機組合物還包括其他添加劑。
[0029] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的無機組合物還包括增韌纖維、鋼渣 等有助于提商抗壓強度的物料。
[0030] 〈活性鋁硅質(zhì)物料〉
[0031] 本發(fā)明的活性鋁硅質(zhì)物料包括粉煤灰、偏高嶺土、粘土、爐灰、赤泥等中的一種或 多種。本發(fā)明可以使用各種顆粒大小的活性鋁硅質(zhì)物料，對其并沒有限制。
[0032] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，活性鋁硅質(zhì)物料中粉煤灰所占比例為25-85重 量％，優(yōu)選40-80重量％。
[0033] 本發(fā)明可以使用的粉煤灰包括多種來源，可以使用的粉煤灰的主要成分為30-65 重量 ％ 的 Si02、14. 6-41 重量 ％ 的 A1203、1. 5-6. 2 重量 ％ 的 Fe203、0. 44-16. 8 重量 ％ 的 CaO、 0-3. 72 重量 ％ 的 Ti02、0-6 重量 ％ 的 Mg0、0. 1-4. 3 重量 ％ 的 S03、0. 02-2. 14 重量 ％ 的 Na20、 0· 63-29. 97 重量 ％ 的 K20 等。
[0034] 本發(fā)明可以使用的粉煤灰的燒失量為1-5重量％，優(yōu)選2_4重量％。
[0035] 在本發(fā)明的一個實施方案中，使用火電廠產(chǎn)生的一級或二級粉煤灰。
[0036] 在本發(fā)明的一個實施方案中，使用的偏高嶺土是經(jīng)800°C高溫煅燒而成的超細高 嶺土，其主要包括A1 203、Si02、K20、Fe20 3等成分。
[0037] 在本發(fā)明的一個實施方案中，使用的粘土的主要成分是高嶺石，常含有氧化鐵等 雜質(zhì)。其主要化學組分是A1 203、Si02和水。
[0038] 在本發(fā)明的一個實施方案中，使用的爐灰是礦石在高溫燃燒后產(chǎn)生的粉末，其主 要包括 A1203、Si02、CaO、Fe20 3、MgO 等成分。
[0039] 在本發(fā)明的一個實施方案中，使用的赤泥是從鋁土礦中提煉氧化鋁后排出的工業(yè) 固體廢物，其主要成分是文石和方解石，此外還含有蛋白石、三水鋁石和針鐵礦等。
[0040] 本發(fā)明的活性鋁硅質(zhì)物料的用量優(yōu)選為240-300重量份。
[0041] 〈早強組分〉
[0042] 在本發(fā)明的無機組合物中，早強組分對于最終產(chǎn)物的性能有著重要影響。本發(fā)明 可以使用的早強組分選自氯化物、硫酸鹽、亞硝酸鹽、三乙醇胺復(fù)合早強劑、硅酸鹽水泥或 硫鋁酸鹽水泥或礦渣的一種或多種；優(yōu)選選自強度等級42. 5級或52. 5級的普通硅酸鹽水 泥和硫鋁酸鹽水泥、礦渣中的一種或多種；更優(yōu)選為強度等級為52. 5級的普通硅酸鹽水泥 和/或硫鋁酸鹽水泥。
[0043] 礦渣可以是冶煉生鐵時從高爐中排出的一種廢渣粉末；其主要成分是Al20 3、Si02、 K20、Fe203、Ca0、S03、Mg0、Ti0 2 等。
[0044] 本發(fā)明使用的礦禮:的燒失量可以為0. 05-3重量％，優(yōu)選0. 1_1重量％。
[0045] 本發(fā)明早強組分的用量優(yōu)選為1-22重量份。
[0046] 〈水玻璃〉
[0047] 本發(fā)明使用的水玻璃可以是模數(shù)(二氧化硅與氧化鈉或氧化鉀的摩爾比）為 1. 0-1. 8的鈉水玻璃、鉀水玻璃或鈉鉀水玻璃，其固含量可以為25-46%，優(yōu)選28-40% ;或者， 所述水玻璃通常將石英砂與碳酸鈉或碳酸鉀高溫熔合而成，溶于水而制得。本發(fā)明使用的 不同模數(shù)的水玻璃可以購得或由多種方法制得，例如，可以使用在工業(yè)水玻璃中加入NaOH 或Κ0Η配制而得的水玻璃。
[0048] 本發(fā)明使用的水玻璃的量優(yōu)選為120-280重量份（以溶液重量計)。
[0049] 〈發(fā)泡劑〉
[0050] 本發(fā)明可以使用的發(fā)泡劑為本領(lǐng)域中常用的發(fā)泡劑，包括化學發(fā)泡劑和物理發(fā)泡 劑等。可以使用的物理發(fā)泡劑例如低沸點烷烴(丙烷、丁烷等）和碳氟化合物；化學發(fā)泡劑 例如偶氮化合物類(例如偶氮二甲酰胺等)、亞硝基化合物類、磺酰肼類化合物和無機發(fā)泡 齊|J(例如碳酸氫鈉、雙氧水、鋁粉等）或它們的混合物。發(fā)泡劑的添加量優(yōu)選為〇. 5-18重量 份，更優(yōu)選0.5-15重量份。
[0051] 本發(fā)明可以使用液體發(fā)泡劑、固體發(fā)泡劑或其結(jié)合物。
[0052] 在本發(fā)明的一個實施方案中，使用一種液體發(fā)泡劑，其為質(zhì)量濃度為20-50%的雙 氧水，折合成純雙氧水（即過氧化氫）的用量為1. 5-15重量份，優(yōu)選為2-12重量份。
[0053] 在本發(fā)明的另一個實施方案中，使用一種固體發(fā)泡劑，其為粒度大于500目的工 業(yè)鋁粉。其用量為0.5-3重量份，優(yōu)選為0.9-2重量份。
[0054] 〈其他添加劑〉
[0055] 在一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的無機組合物可包括1-20重量份的添加劑，優(yōu) 選地，所述添加劑為減水劑、防水劑、催化劑、穩(wěn)泡劑、泵送劑等，可選擇其中一種或幾種。
[0056] 本發(fā)明可以使用的減水劑包括選自木質(zhì)素磺酸鹽、聚氧乙烯烷基醚、烷基芳基磺 酸鹽等中的一種或一種以上的物質(zhì)。在本發(fā)明中，所添加的減水劑的量為0-8重量份。
[0057] 本發(fā)明可以使用的防水劑包括選自金屬皂、油脂、石蠟、明膠、硅油、含氫硅油和表 面活性劑等中的一種或一種以上的物質(zhì)。在本發(fā)明中，所添加的防水劑的量為0-5重量份。
[0058] 本發(fā)明可以使用的催化劑包括選自高錳酸鉀、二氧化錳、碘化鉀中的一種或一種 以上的物質(zhì)。在本發(fā)明中，所添加的催化劑的量為〇_〇. 01重量份。
[0059] 本發(fā)明可以使用的穩(wěn)泡劑為硬脂酸鹽，包括但不限于硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等。在本 發(fā)明中，所添加的穩(wěn)泡劑的量為〇. 3-1重量份，優(yōu)選0. 4-0. 8重量份。
[0060] 泵送劑可以采用現(xiàn)有技術(shù)已知的各種泵送劑，以業(yè)內(nèi)習用的量使用，或由普通技 術(shù)人員根據(jù)需要確定用量。
[0061] 〈提高抗壓強度的物料〉
[0062] 本發(fā)明的無機組合物中可以包括增韌纖維、鋼渣等有助于提高無機組合物形成的 無機泡沫材料抗壓強度的物料，其中增韌纖維可以為聚丙烯纖維、聚氯乙烯纖維、滌綸纖 維等其中的一種或一種以上，優(yōu)選使用聚丙烯纖維和聚氯乙烯纖維。所述纖維的長度為 0. 05-20mm，優(yōu)選0. l-10mm。當存在增韌纖維時，其含量為0. 5-2. 5重量份。
[0063] 本發(fā)明可以使用的鋼渣主要由鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物組成。
[0064] 本發(fā)明的另一個方面涉及一種無機泡沫材料，其通過上述無機組合物制得。
[0065] 本發(fā)明的再一個方面涉及由上述無機組合物制備無機泡沫材料的方法。其包括以 下步驟：
[0066] 1)原料的預(yù)混合：將活性鋁硅質(zhì)物料和任選地添加劑、增韌纖維、鋼渣等混合均 勻，得到混合固相；
[0067] 2)料漿的制備：將所得的混合固相、水玻璃和水加入攪拌機內(nèi)攪拌，得到料漿；
[0068] 3)加入早強組分：在所得的料漿中加入早強組分攪拌，得到均勻料漿；
[0069] 4)發(fā)泡劑與料漿的拌合：在所得的均勻料漿中加入發(fā)泡劑攪拌；
[0070] 5)隨即將得到的料漿倒入模具，注模成型；然后優(yōu)選自然養(yǎng)護、切割、成品。
[0071] 上文所述的各個組分的定義和用量等信息在此皆適用。
[0072] 優(yōu)選地，在步驟1)原料的預(yù)混合過程中，加入除催化劑之外的其他添加劑。
[0073] 優(yōu)選地，在步驟3)加入早強組分過程中，加入催化劑。
[0074] 在步驟4)中，加入發(fā)泡劑后，可以進行攪拌。攪拌的速度和時間可以由本領(lǐng)域 技術(shù)人員自行選擇，可使用的混合器可以是常規(guī)用于水泥漿混合的所有攪拌器，例如螺桿 式攪拌器、槳式攪拌器和渦輪攪拌器。本實施例中合適的攪拌器為例如NJ-160A水泥凈 楽攪拌機(無錫建筑儀器機械有限公司）。例如，可以在攪拌速度為2000-3000rpm下攪拌 0· 5-lmin，或在攪拌速度為400-1000rpm下攪拌2-5min。
[0075] 發(fā)泡可以采取注模成型，靜置發(fā)泡的方式進行。在該步驟中，可以將無機泡沫材料 在模具中停留12-24小時，優(yōu)選15-24小時，之后進行脫模。脫模后可以在常溫常壓下繼續(xù) 自然養(yǎng)護2-5天，優(yōu)選3-4天，得到一種輕質(zhì)無機泡沫材料。
[0076] 本發(fā)明的無機組合物和無機泡沫材料以較大量的粉煤灰為原材料，因而可以利用 工業(yè)固體污染，變廢為寶；其材質(zhì)為耐火材料，具有良好的防火性能，并具有優(yōu)良的保溫隔 熱性能，有助于降低現(xiàn)有建筑和新建建筑的能耗，因此，可望大量用作建筑材料；此外，本發(fā) 明的材料強度好，且易與工程墻體材料粘結(jié)，成型時不需要壓制，制備工藝簡單，施工性好。
[0077] 實施例
[0078] 通過以下實施例更清楚地闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，以下實施例僅起到說明的用途，而 并不對本發(fā)明的范圍作任何限制。
[0079] 原材料：
[0080] 粉煤灰：I級低鈣粉煤灰（FA)，來自南京華能電廠。
[0081] 偏高嶺土：超微煅燒高嶺土（MK)，來自福建陶金峰新材料有限公司，（產(chǎn)品型號 CPAS-5010)。
[0082] 礦渣：高爐礦渣（SL)，來自梅山鋼鐵股份有限公司。
[0083] 表1粉煤灰、偏高嶺土及礦渣的化學組成(重量％)
[0084]

【權(quán)利要求】
1. 一種無機組合物，其包括： 200-350重量份的活性硅鋁質(zhì)物料； 0. 5-22重量份的早強組分； 100-300重量份的水玻璃；和 0. 5-20重量份的發(fā)泡劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機組合物，其中，所述活性硅鋁質(zhì)物料包括粉煤灰、偏高嶺 土、粘土、爐灰、赤泥等中的一種或多種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機組合物，其中，所述活性硅鋁質(zhì)物料中粉煤灰所占比例 為25-85重量％。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的無機組合物，其中，所述早強組分選自強度等級 42. 5級或52. 5級的普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥、礦渣中的一種或多種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無機組合物，其中所述早強組分為強度等級52. 5級的普通硅 酸鹽水泥和/或硫鋁酸鹽水泥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的無機組合物，其中，所述活性鋁硅質(zhì)物料為 240-300重量份，早強組分為1-22重量份，水玻璃為120-280重量份。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的無機組合物，其中，所述發(fā)泡劑為雙氧水，折合成 純雙氧水的用量為1. 5-15重量份，優(yōu)選為2-12重量份。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的無機組合物，其中，所述發(fā)泡劑為鋁粉，其用量為 0. 5-3重量份，優(yōu)選0. 9-2重量份。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的無機組合物，所述組合物還包括1-20重量份的添 加劑，優(yōu)選地，所述添加劑為減水劑、防水劑、催化劑、穩(wěn)泡劑、泵送劑等，可選擇其中一種或 幾種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的無機組合物，所述組合物還包括增韌纖維、鋼渣 等有助于提高無機組合物形成的無機泡沫材料抗壓強度的物料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的無機組合物，其中所述水玻璃的模數(shù)即二氧化 硅與氧化鈉或氧化鉀的摩爾比為1. 0-1. 8,為鈉水玻璃、鉀水玻璃或鈉鉀水玻璃，其固含量 為 25-46%，優(yōu)選 28-40%。
12. -種由權(quán)利要求1-11中任一項所述的無機組合物制得的無機泡沫材料。
13. -種由權(quán)利要求1-11中任一項所述的無機組合物制備無機泡沫材料的方法，包括 以下步驟： 1) 原料的預(yù)混合：將活性鋁硅質(zhì)物料和任選的添加劑、增韌纖維、鋼渣等混合均勻，得 到混合固相； 2) 料漿的制備：將所得的混合固相、水玻璃和水加入攪拌機內(nèi)攪拌，得到料漿； 3) 加入早強組分：在所得的料漿中加入早強組分攪拌，得到均勻料漿； 4) 發(fā)泡劑與料漿的拌合：在所得的均勻料漿中加入發(fā)泡劑攪拌； 5) 隨即將得到的料漿倒入模具，注模成型。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的無機組合物制備無機泡沫材料的方法，其中在第5)步，于 注模成型之后還包括自然養(yǎng)護、切割、成品。
【文檔編號】C04B38/02GK104119096SQ201310148098
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】盧都友, 許仲梓, 楊功記, 趙永彬, 卓錦德, 李俏 申請人:神華集團有限責任公司, 北京低碳清潔能源研究所