本發(fā)明涉及工業(yè)廢棄物資源化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多孔結(jié)構(gòu)材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近幾年，國家對節(jié)能減排的要求不斷提高，外墻、屋面等圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)限值進一步降低，而且國家居住建筑、公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)村居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均已修編，各省市建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也在相應(yīng)修編。其中北京、天津已出臺了更高的節(jié)能要求，居住建筑節(jié)能率要達到75％、公共建筑節(jié)能率要達到65％的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
綜合上述可見，建筑節(jié)能的總趨勢是使用具有良好的保溫隔熱性能、與建筑相容性好的保溫材料。
基于以上的發(fā)展趨勢和要求，近年來，外墻外保溫系統(tǒng)的防火要求越來越受到重視，尤其是高層建筑以及公共建筑，均對外墻外保溫系統(tǒng)提出更高的防火要求。市面上涌現(xiàn)了大量的無機保溫材料，但是這些無機保溫材料存在導(dǎo)熱系數(shù)高、耐久性差等缺點，極大的限制了無機保溫材料的推廣和應(yīng)用。
因此，研制和開發(fā)隔熱保溫性能良好、耐久性能良好的無機多孔結(jié)構(gòu)材料是墻體材料改革的當(dāng)務(wù)之急。
建筑陶瓷廠的固體廢棄物主要包括生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料、廢泥、廢坯、廢渣和粉塵等。這些廢料侵占土地，還污染土壤、水質(zhì)、大氣，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。所以如何對其合理開發(fā)利用，是陶瓷企業(yè)及政府相關(guān)職能部門的當(dāng)務(wù)之急。
堿渣是氨堿法生產(chǎn)純堿過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，其固相主要成分是碳酸鈣，并含有硫酸鈣及鋁、鐵、硅的氧化物，液相主要成分是氯化鈣等可溶鹽。我國年產(chǎn)堿渣達300萬噸，但是堿渣綜合利用率不到20％，主要用于工程土、鍋爐脫硫劑等領(lǐng)域，大量堿渣只能堆存或者排海。隨著我國對環(huán)境保護的日益重視，提高堿渣的綜合利用水平已成為關(guān)系我國純堿工業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵問題。
謝代義等研究表明：陶瓷廢料由于含有有機物和無機鹽，可作為成孔劑。研制以陶瓷拋光廢料為主要原料、在1200℃燒制的多孔陶瓷輕質(zhì)磚。但是陶瓷拋光廢料利用率低，制作工藝較為復(fù)雜，耗時、耗能。查閱文獻表明：堿渣中的碳酸鈣成分在高于825℃時就熱分解，可以作為成孔劑。
申請?zhí)枮閏n03132276.x的發(fā)明專利公開了一種輕質(zhì)、隔熱、隔音環(huán)保型陶瓷制品及其制造工藝方法，具體是將廢淤泥和/或廢礦渣和/或廢陶瓷碎片(上釉或不上釉)50％～80％、具有膨脹性能的原生礦物的混合物20～50％、燒結(jié)改性劑0.1～2％攪拌均勻后，破碎混合球磨16～24小時，成型干燥，經(jīng)過1100～1250℃燒制，冷加工后，生成高粘度的且產(chǎn)生均勻的封閉微氣孔并形成完全燒結(jié)的玻璃相輕質(zhì)陶瓷制品。
該工藝制得的陶瓷制品容重小于0.6kg/m3，抗折強度大于6mpa。但是在操作工程中，坯體容易產(chǎn)生夾層，在燒結(jié)中出現(xiàn)鼓泡、開裂等現(xiàn)象，同時成型過程比較復(fù)雜，需要壓機、干燥等設(shè)備，投資費用大。
申請?zhí)枮閏n200610132308.7的發(fā)明專利公開一種具有隔熱保溫功能陶瓷磚及其制備方法，其燒成溫度為1120～1250℃，燒成時間12～18小時，需消耗大量能源；其容重在1220～1470kg/m3，密度過大，隔音保溫性能較差。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有陶瓷制品制作中存在的容重過小或過大，燒結(jié)過程中存在鼓泡、開裂以及隔音保溫性能差等問題，本發(fā)明實施例提供了一種多孔結(jié)構(gòu)材料及其制備方法。
以及，本發(fā)明實施例還提供了該多孔結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。
為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明實施例采用了如下的技術(shù)方案：
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，所述原料組分經(jīng)過燒制而成多孔結(jié)構(gòu)材料。
本發(fā)明提供的多孔結(jié)構(gòu)材料，容重在400～700kg/m3，抗壓強度≥8mpa，抗折強度≥3mpa，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.11w/(m.k)，在-20℃下凍6小時后放入20℃水中融化5h，經(jīng)過50次凍融循環(huán)，質(zhì)量損失小于5％，抗凍性能好。
進一步地，所述多孔結(jié)構(gòu)材料的制備方法，至少包括以下步驟：
按照如上所述的配方組分稱取水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維、鋁粉及水；
將所述水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維進行干混處理，得到第一物料；
將所述水與所述第一物料進行濕混處理，得到第二物料；
將所述鋁粉與所述第二物料進行混料處理，得到第三物料；
將所述第三物料進行燒制處理，燒制時升溫至150℃～220℃，保溫15min～30min，然后繼續(xù)升溫至850℃～950℃，保溫25min～50min，隨后冷卻至室溫，得到所述多孔結(jié)構(gòu)材料。
本發(fā)明提供的多孔結(jié)構(gòu)材料的制備方法，以利用工業(yè)廢棄物為原料，工業(yè)廢棄物占85％以上，燒制的多孔結(jié)構(gòu)材料容重在400～700kg/m3，抗壓強度≥8mpa，抗折強度≥3mpa，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.11w/(m.k)，在-20℃下凍6小時后放入20℃水中融化5h，經(jīng)過50次凍融循環(huán)，質(zhì)量損失小于5％，抗凍性能好，而且整個燒制工藝簡單，燒制時間短，可以降低能耗，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
以及相應(yīng)地，如上方法制備的多孔結(jié)構(gòu)材料在建筑保溫和隔音材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。
本發(fā)明提供的多孔結(jié)構(gòu)材料，由于容重在400～700kg/m3，抗壓強度≥8mpa，抗折強度≥3mpa，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.11w/(m.k)，在-20℃下凍6小時后放入20℃水中融化5h，經(jīng)過50次凍融循環(huán)，質(zhì)量損失小于5％，抗凍性能好，非常適合用于建筑保溫、建筑隔音中。
附圖說明
下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
圖1是本發(fā)明施例5提供的多孔結(jié)構(gòu)材料空氣聲隔聲頻率特征曲線。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明實施例提供一種多孔結(jié)構(gòu)材料。
所述多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，所述原料組分經(jīng)過燒制而成多孔結(jié)構(gòu)材料。
優(yōu)選地，所述水泥平均粒徑為30μm～60μm，強度等級≥42.5；
所述纖維為碳纖維或玄武巖纖維，所述纖維長度為3mm～5mm；
所述堿渣的平均粒徑為45μm～80μm；所述陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
優(yōu)選地，所述水泥、堿渣、廢棄陶瓷淤泥、鋁粉和水的含量如下：
優(yōu)選配方相對第一次提到的配方，多孔結(jié)構(gòu)材料的綜合性能要優(yōu)于第一次提到的配方。
上述實施例提供的孔結(jié)構(gòu)材料，容重在400～700kg/m3，抗壓強度≥8mpa，抗折強度≥3mpa，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.11w/(m.k)，在-20℃下凍6小時后放入20℃水中融化5h，經(jīng)過50次凍融循環(huán)，質(zhì)量損失小于5％，抗凍性能好。
與此同時，本發(fā)明還提供該多孔結(jié)構(gòu)材料的燒制方法，也就是制備方法。
在一實施例中，該多孔結(jié)構(gòu)材料的制備方法至少包括以下步驟：
按照如上所述的配方組分稱取水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維、鋁粉及水；
將所述水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維進行干混處理，得到第一物料；
將所述水與所述第一物料進行濕混處理，得到第二物料；
將所述鋁粉與所述第二物料進行混料處理，得到第三物料；
將所述第三物料進行燒制處理，燒制時升溫至150℃～220℃，保溫15min～30min，然后繼續(xù)升溫至850℃～950℃，保溫25min～50min，隨后冷卻至室溫，得到所述多孔結(jié)構(gòu)材料。
下面對上述制備方法做進一步詳細的說明。
優(yōu)選地，所述水泥平均粒徑為30μm～60μm，強度等級≥42.5；所述纖維為碳纖維或玄武巖纖維，所述纖維長度為3mm～5mm；所述堿渣的平均粒徑為45μm～80μm；所述陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm，采用這些參數(shù)的原料使第三物料混合更均勻，使多孔結(jié)構(gòu)材料發(fā)泡更均勻，性能更優(yōu)異。
優(yōu)選地，第一物料的干混處理時間為1～3min，即可獲得混合均勻的第一物料。
優(yōu)選地，第二物料的濕混處理時間為2～5min，濕混的難度相對于干混大，為了使得干物料和水混合均勻，適當(dāng)延長混合時間。
優(yōu)選地，鋁粉與所述第二物料的混合時間為20s～40s，鋁粉在堿性環(huán)境在會反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，若混合時間過長，攪拌過程中會影響氣泡大小的均勻性。
優(yōu)選地，所述升溫至150℃～220℃的升溫速率為5～10℃/min，一方面可以防止第三物料因升溫速率過快而發(fā)生開裂，影響多孔結(jié)構(gòu)材料的強度；另一方面，可以使第三物料均勻陶化，提高多孔結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能。
優(yōu)選地，溫度由150℃～220℃升溫至850℃～950℃的升溫速率為5～10℃/min，若升溫速率過大，會影響第三物料陶化的均勻性，從而影響多孔結(jié)構(gòu)材料的性能。
在一實施例中，第三物料進行燒制時，盛放于耐火模具中，避免發(fā)生其他副反應(yīng)，而且燒制處理采用窯燒。
優(yōu)選地，燒制結(jié)束后，采用自然冷卻的方式進行冷卻處理。如果采用其他急冷方式，會使多孔結(jié)構(gòu)材料在冷卻過程中因溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，從而降低多孔結(jié)構(gòu)材料的強度。
本發(fā)明實施例提供的多孔結(jié)構(gòu)材料的制備方法，以利用工業(yè)廢棄物為原料，工業(yè)廢棄物占85％以上，燒制的多孔結(jié)構(gòu)材料容重在400～700kg/m3，抗壓強度≥8mpa，抗折強度≥3mpa，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.11w/(m.k)，在-20℃下凍6小時后放入20℃水中融化5h，經(jīng)過50次凍融循環(huán)，質(zhì)量損失小于5％，抗凍性能好，而且整個燒制工藝簡單，燒制時間短，可以降低能耗，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
進一步地，本發(fā)明上述實施例提供的多孔結(jié)構(gòu)材料，由于材料的容重為400～700kg/m3，抗壓強度≥8mpa，抗折強度≥3mpa，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.11w/(m.k)，在-20℃下凍6h后放入20℃水中融化5h，經(jīng)過50次凍融循環(huán)，質(zhì)量損失小于5％，抗凍性能好，非常適用于建筑保溫和隔音材料領(lǐng)域。
為了更好的體現(xiàn)本發(fā)明實施例提供的多孔結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，下面通過多個實施例進一步說明。
實施例1
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如下的制備方法制備得到：
步驟s01、稱取如上分量的水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維，加入攪拌機攪拌1～3分鐘得均勻的第一物料；
步驟s02、將上述分量的水及所述第一物料一起加入攪拌機攪拌2min～5min至均勻，得到第二物料；
步驟s03、將上述分量的鋁粉加入所述第二物料中攪拌20s～40s，得到第三物料；
步驟s04、將所述第三物料裝入耐火模具中，刮平；
步驟s05、將所述第三物料和耐火模具轉(zhuǎn)移至窯中進行燒制處理；其中，燒制處理的溫度為，常溫下升溫至200℃，保溫(預(yù)熱)20min，繼續(xù)升溫至950℃，保溫30min、隨窯冷卻至室溫，得到所述多孔結(jié)構(gòu)材料。
實施例2
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如下的制備方法制備得到：
步驟s01、稱取如上分量的水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維，加入攪拌機攪拌3mim得均勻的第一物料；
步驟s02、將上述分量的水及所述第一物料一起加入攪拌機攪拌5min至均勻，得到第二物料；
步驟s03、將上述分量的鋁粉加入所述第二物料中攪拌30s，得到第三物料；
步驟s04、將所述第三物料裝入耐火模具中，刮平；
步驟s05、將所述第三物料和耐火模具轉(zhuǎn)移至窯中進行燒制處理；其中，燒制處理的溫度為，常溫下升溫至250℃，保溫(預(yù)熱)20min，繼續(xù)升溫至900℃，保溫30min、隨窯冷卻至室溫，得到所述多孔結(jié)構(gòu)材料。
實施例3
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑為45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如實施例1所描述的制備方法制備得到。
實施例4
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑為45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如實施例1所描述的制備方法制備得到。
實施例5
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑為45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如實施例1所描述的制備方法制備得到。
對比例1
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑為45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述對比例1的多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如實施例1所描述的制備方法制備得到。
對比例2
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如下的制備方法制備得到：
步驟s01、稱取如上分量的水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維，加入攪拌機攪拌1～3分鐘得均勻的第一物料；
步驟s02、將上述分量的水及所述第一物料一起加入攪拌機攪拌2min～5min至均勻，得到第二物料；
步驟s03、將上述分量的鋁粉加入所述第二物料中攪拌20s～40s，得到第三物料；
步驟s04、將所述第三物料裝入耐火模具中，刮平；
步驟s05、將所述第三物料和耐火模具轉(zhuǎn)移至窯中進行燒制處理；其中，燒制處理的溫度為，常溫下升溫至200℃，保溫(預(yù)熱)20min，繼續(xù)升溫至950℃，保溫80min、隨窯冷卻至室溫，得到對比例2的多孔結(jié)構(gòu)材料。
對比例3
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如下的制備方法制備得到：
步驟s01、稱取如上分量的水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維，加入攪拌機攪拌1～3分鐘得均勻的第一物料；
步驟s02、將上述分量的水及所述第一物料一起加入攪拌機攪拌2min～5min至均勻，得到第二物料；
步驟s03、將上述分量的鋁粉加入所述第二物料中攪拌20s～40s，得到第三物料；
步驟s04、將所述第三物料裝入耐火模具中，刮平；
步驟s05、將所述第三物料和耐火模具轉(zhuǎn)移至窯中進行燒制處理；其中，燒制處理的溫度為，常溫下升溫至200℃，保溫(預(yù)熱)20min，繼續(xù)升溫至950℃，保溫10min、隨窯冷卻至室溫，得到對比例3的多孔結(jié)構(gòu)材料。
對比例4
一種多孔結(jié)構(gòu)材料，包括重量份如下的原料組分：
其中，水泥的平均粒徑為30μm～60μm，強度等級不小于42.5；
堿渣的平均粒徑45μm～80μm；
纖維的平均長度為3mm～5mm；
陶瓷淤泥的平均粒徑為1μm～100μm。
上述多孔結(jié)構(gòu)材料，需要將原料采用如下的制備方法制備得到：
步驟s01、稱取如上分量的水泥、堿渣、陶瓷淤泥、纖維，加入攪拌機攪拌1～3分鐘得均勻的第一物料；
步驟s02、將上述分量的水及所述第一物料一起加入攪拌機攪拌2min～5min至均勻，得到第二物料；
步驟s03、將上述分量的鋁粉加入所述第二物料中攪拌20s～40s，得到第三物料；
步驟s04、將所述第三物料裝入耐火模具中，刮平；
步驟s05、將所述第三物料和耐火模具轉(zhuǎn)移至窯中進行燒制處理；其中，燒制處理的溫度為，常溫下升溫至200℃，保溫(預(yù)熱)20min，繼續(xù)升溫至800℃，保溫30min、隨窯冷卻至室溫，得到對比例4的多孔結(jié)構(gòu)材料。
除了升溫到800℃保溫30分鐘外，其他條件同實施例1。
對比例5
除升溫到1200℃保溫30min外，其他條件同實施例1。
對比例6
除鋁粉0份外，其他條件同實施例1。
對實施案例1～5、對比案例1～6所述利用工業(yè)廢棄物燒制的多孔結(jié)構(gòu)材料切割成標(biāo)準(zhǔn)試件，對多孔結(jié)構(gòu)材料進行容重、抗壓強度、抗折強度、導(dǎo)熱系數(shù)、抗凍性能測試，測試方法按照常規(guī)的方式進行，具體實驗數(shù)據(jù)見表1。
表1工業(yè)廢棄物燒制多孔結(jié)構(gòu)材料檢測數(shù)據(jù)
從表1可知，對比例1堿渣600份，與實施例1對比，導(dǎo)熱系數(shù)、容重、抗壓抗折強度均下降較大，凍融循環(huán)15次的質(zhì)量損失增加較多；
對比例2升溫到950℃保溫80min，與實施例1對比，導(dǎo)熱系數(shù)增加較少，容重降低較少，但抗壓抗折強度降低較多，凍融循環(huán)15次的質(zhì)量損失增加較多；
對比例3升溫到950℃保溫10min，與實施例1對比，導(dǎo)熱系數(shù)增加較少，容重基本沒變化，但抗壓抗折強度下降較多，凍融循環(huán)15次的質(zhì)量損失增加較多；
對比例4升溫到800℃保溫30min，與實施例1對比，導(dǎo)熱系數(shù)、容重、凍融循環(huán)15次的質(zhì)量損失增加較多，抗壓抗折強度下降較多；
對比例5升溫到1200℃保溫30min，與實施例1對比，導(dǎo)熱系數(shù)、凍融循環(huán)15次的質(zhì)量損失增加較多，容重、抗壓抗折強度下降較多；
對比例6沒有添加鋁粉，與實施例1對比，容重、抗壓強度、導(dǎo)熱系數(shù)、抗凍性能基本沒變化，抗折強度降低較多。
從表1數(shù)據(jù)可知，多孔結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，保溫性能越好。
上述試驗證明，在本發(fā)明所選取的堿渣、燒制溫度、燒制時間為最優(yōu)；添加鋁粉可以提高多孔結(jié)構(gòu)材料的韌性，從而增加多孔結(jié)構(gòu)材料的抗折強度。
對實施例5燒制的多孔結(jié)構(gòu)材料切割成2cm厚的板材，對多孔結(jié)構(gòu)材料進行隔音性能檢測，實驗數(shù)據(jù)見圖1。
從圖1可知，在100～5000hz范圍內(nèi)，多孔結(jié)構(gòu)材料的平均空氣聲隔聲量為45分貝，當(dāng)頻率大于400hz時，隨著頻率的增長，多孔結(jié)構(gòu)材料的隔聲效果提高。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。