一种具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆及其制备方法

技术领域

本发明属于砂浆制备技术领域，具体涉及到一种具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展，建筑拆除和民用建筑装修导致装修垃圾数量激增。每年产生的装修垃圾已达到15.5～24.0亿吨，处理费用高达218亿元。处理装修垃圾面临挑战，因为其成分复杂、波动性大且分布随机。目前，我国采用堆放、填埋或焚烧等方法处理装修垃圾，但对环境和健康造成严重的负面影响。为了可持续发展，需要采取有效措施实现装修垃圾的资源化利用。

与此同时，全球经济增长导致能源需求激增，建筑行业是能耗和温室气体排放的主要来源。据统计，2020年全国建筑全过程能耗总量为22.7亿tce，占全国能源消费总量比重为45.5％，全过程碳排放总量为50.8亿吨CO

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：所述气凝胶砂浆原料组分包括，

所述气凝胶砂浆原料组分包括矿渣104～106份、NaOH 4.5～4.7份、Na

作为本发明所述的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆一种优选方案，其中：所述矿渣包括CaO、SiO

作为本发明所述的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆一种优选方案，其中：所述NaOH与Na

作为本发明所述的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆一种优选方案，其中：所述Na

作为本发明所述的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆一种优选方案，其中：所述装修垃圾再生细骨料包括，SiO

作为本发明所述的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆一种优选方案，其中：所述SiO

作为本发明所述的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆一种优选方案，其中：所述引气剂为十二烷基硫酸钠。

本发明的另一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

装修垃圾再生细骨料预处理、SiO

NaOH和Na

矿渣、装修垃圾再生细骨料、改性后的SiO

作为本发明所述的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆的制备方法一种优选方案，其中：所述SiO

作为本发明所述的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆的制备方法一种优选方案，其中：所述碱激发剂中加入引气剂、甲基纤维醚、乳胶粉搅拌时间为2～3min，所述矿渣加入悬液搅拌时间为2～3min。

本发明有益效果：

本发明采用矿渣替代水泥作为胶凝材料，有效减少了CO

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为耐火试验前砂浆试块外貌图。

图2为耐火试验后砂浆试块外貌图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

制备装修垃圾再生细骨料：

所述装修垃圾来自江苏省常州市武进区北环新村拆迁所产生的废弃物，经江苏绿和环境科技有限公司采用两级破碎法生产所得，装修垃圾主要包含:砖、石、混凝土、砂浆、陶瓷、加气混凝土砌块、石灰、塑料、金属、石膏等的混合体。其主要化学成分为：SiO

具体制备流程为：

首先对装修垃圾进行预处理，去除钢筋、玻璃等、装修垃圾最大直径≤300mm，接着采用鄂式破碎机进行一级破碎处理，将一级破碎的装修垃圾，利用烘干装置进行300℃高温烘干2h，目的是为了弱化粘结，优化外形，接着将烘干后的装修垃圾采用碾磨破碎机进行二级破碎处理，将二级破碎的装修垃圾放入筛分装置中，筛分得到粒径为0～2.36mm的装修垃圾再生细骨料。

本发明对比例使用的再生红砖骨料来自江苏省常州市武进区北环新村拆迁所产生的废弃物，经江苏绿和环境科技有限公司分拣所得，利用试验室鄂式破碎机进行破碎处理，将再生红砖骨料放入振筛机中，筛分得到粒径为0～2.36mm的再生红砖骨料。

本发明对比例使用的废旧碎玻璃骨料来自江苏省常州市武进区北环新村拆迁废旧窗户所产生的，经江苏绿和环境科技有限公司分拣所得，经人工破碎处理，将废旧碎玻璃骨料放入振筛机中，筛分得到粒径为0～2.36mm的废旧碎玻璃骨料。

本发明参照规范ASTM C109-21测试装修垃圾气凝胶砂浆的力学性能；

参照GB/T 8624-2012测试装修垃圾气凝胶砂浆的防火性能，防火试验温度为850℃，持续时间2.5h；

参照规范GB/T 10294-2008测试装修垃圾气凝胶砂浆的保温性能。

本发明所用装修垃圾再生细骨料粒径为0～2.36mm，细度模数为2.7～2.85。

本发明所用装修垃圾再生细骨料的成分为：37.52％SiO

本发明所用矿渣的成分为：37.71％CaO，25.32％SiO

本发明所用再生红砖骨料的成分为：64.37％SiO

本发明所用废旧碎玻璃的成分为：69.25％SiO

本发明所用原料无特殊说明均为本领域普通市售。

实施例1

本实施例提供了一种具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆的制备方法，具体为：

按以下配方称取原料：

矿渣105.2份、NaOH 4.62份、Na

其中，Na

1)装修垃圾再生细骨料放入水中持续搅拌5分钟后，将装修垃圾表面的水分擦干；

2)硅烷偶联剂与水配制成质量浓度为1％的溶液，加入SiO

3)将蒸馏水和NaOH倒入电动搅拌器的容器中，并将搅拌器转速调整至1000rmp，搅拌约5min，待无明显NaOH颗粒时缓慢加入Na

4)将矿渣和悬液加入立式砂浆搅拌机中调整为高速挡位搅拌2min，得到矿渣浆体；

5)装修垃圾再生细骨料、表面改性后的SiO

6)将气凝胶砂浆分三层装入模具中，在振动台上振动15s成型；高温烘箱中80℃高温处理12h；拆模后放入，温度20±2℃，相对湿度大于95％标准养护室，养护28d，得到本实施例的砂浆试块。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于，调整气凝胶砂浆的原料配方，具体为：

矿渣105.2份、NaOH 4.62份、Na

其余制备方法均与实施例1相同，得到本实施例的砂浆试块。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处在于，调整气凝胶砂浆的原料配方，具体为：

矿渣105.2份、NaOH 4.62份、Na

其余制备方法均与实施例1相同，得到本实施例的砂浆试块。

对实施例1～实施例3制得的砂浆试块性能进行测试，结果如表1～表4所示：

表1不同装修垃圾比例的气凝胶砂浆抗压强度测试结果：

根据表1可知：

随着时间的增加，装修垃圾气凝胶砂浆的抗压强度逐渐增加，在7天时，抗压强度可达到28天抗压强度的80％左右。然而，随着装修垃圾比例的增加，抗压强度呈现先增大后减小的趋势。这是由于少量的装修垃圾再生细骨料在砂浆中起到了骨架的作用，从而在一定程度上提高了砂浆的抗压强度。然而，实施例3抗压强度呈下降趋势，这是由于装修垃圾再生细骨料的性能较为脆弱，压碎值较大，过量添加装修垃圾会产生一定的副作用，削弱了砂浆的抗压强度。

表2不同装修垃圾比例的气凝胶砂浆抗折强度测试结果

表3不同装修垃圾比例的气凝胶砂浆干密度、粘结强度和软化系数测试结果

根据表2～表3可知：

抗折强度、粘结强度和软化系数的变化趋势与抗压强度的变化规律相似，但是由于添加了聚丙烯纤维，抗折强度的下降程度相对较小。砂浆的干密度随着装修垃圾掺入比例的增加而逐渐变大，这是因为气凝胶相比，装修垃圾的质量较大，当掺入较多装修垃圾时，砂浆的干密度也相应增加。

表4不同装修垃圾比例的气凝胶砂浆导热系数、耐火后质量损失率和残余抗压强度测试结果

根据表4可知：

随着装修垃圾掺量的增加，砂浆的导热系数呈上升趋势，这是由于与气凝胶相比，装修垃圾的保温性能较差，过量添加装修垃圾导致砂浆导热系数增大。高温条件下，砂浆中的自由水和结合水蒸发损失，导致质量下降的同时，也破坏了矿渣颗粒间的水化产物结构，减弱了结合力，使抗压强度降低。此外，高温作用下C-S-H凝胶脱水、收缩和微裂纹的产生，进一步削弱了矿渣颗粒间的结合力，也是强度降低的原因。但是，适量掺加装修垃圾可填充微裂缝，使得经耐火试验后的砂浆，其质量损失率和抗压强度相对较高。

实施例4

本实施例与实施例1不同之处在于，调整气凝胶砂浆的原料配方，并调整步骤2)，具体为：

按以下配方称取原料：

矿渣105.2份、NaOH 4.62份、Na

2)硅烷偶联剂与水配制成质量浓度为0.5％的溶液，加入SiO

其余制备方法均与实施例1相同，得到本实施例的砂浆试块。

实施例5

本实施例与实施例1不同之处在于，调整气凝胶砂浆的原料配方，并调整步骤2)，具体为：

按以下配方称取原料：

矿渣105.2份、NaOH 4.62份、Na

2)硅烷偶联剂与水配制成质量浓度为1.5％的溶液，加入SiO

其余制备方法均与实施例1相同，得到本实施例的砂浆试块。

对实施例4～实施例5制得的砂浆试块性能进行测试，与实施例1进行对比，结果如表5所示：

表5不同硅烷偶联剂浓度制备的装修垃圾气凝胶砂浆相关参数测试结果：

根据表5对比结果可以看出：在SiO

对比例1

对比例1以实施例1为基础，对比例1与实施例1的不同之处在于：调整了气凝胶砂浆的原料成分，将装修垃圾再生细骨料替换为再生红砖骨料。

其他操作步骤与实施例1相同，得到本对比例的砂浆试块。

对比例2

对比例2以实施例1为基础，对比例2与实施例1的不同之处在于：调整了气凝胶砂浆的原料成分，将装修垃圾再生细骨料替换为废旧碎玻璃。

其他操作步骤与实施例1相同，得到本对比例的砂浆试块。

对对比例1～对比例2制得的砂浆试块性能进行测试，与实施例1进行对比，结果如表6所示：

表6不同组分的装修垃圾气凝胶砂浆相关参数测试结果：

根据表6对比结果可知：

当采用再生红砖替代骨料时，所制备砂浆的力学性能较差，这是由于红砖本身强度相对较低所致。而用废旧碎玻璃取代骨料时，砂浆的保温性能也较差，这是因为碎玻璃孔隙率较低所导致。因此，综合比较而言，利用装修垃圾作为骨料可获得力学性能和保温性能较优异的砂浆。这主要是由于装修垃圾中混合材料种类繁多，组分复杂，其力学性能和孔隙率可达到平衡，并且胶凝活性较高，有利于与胶凝材料水化产生化学作用，提高砂浆的综合性能。

对比例3

对比例3以实施例1为基础，对比例3与实施例1的不同之处在于：调整了气凝胶砂浆的配方，具体为：

矿渣105.2份、NaOH 4.62份、Na

其他操作步骤与实施例1相同，得到本对比例的砂浆试块。

对比例4

对比例4以实施例1为基础，对比例4与实施例1的不同之处在于：调整了气凝胶砂浆的配方，具体为：

矿渣105.2份、NaOH 4.62份、Na

其他操作步骤与实施例1相同，得到本对比例的砂浆试块。

对对比例3～对比例4制得的砂浆试块性能进行测试，与实施例1进行对比，结果如表7所示：

表7不同SiO

根据表7对比结果可以看出：

当SiO

本发明综合考虑了力学性能、保温性能和防火性能等多个因素，在满足实际工程应用条件的前提下，采用装修垃圾等体积替代气凝胶的方法，最大程度地利用装修垃圾，降低成本并实现装修垃圾的资源化利用。尤其是实例1为较佳实施例，其中装修垃圾等体积替代了20％的气凝胶，这一实施例在保持砂浆性能的同时，极大地节约了成本，并有效地利用了装修垃圾，实现了装修垃圾的增值和资源化利用，并为保温砂浆的制备方法提供了新的思路。

在实施例1的配比下，有效的实现了装修垃圾与气凝胶的协同作用，避免了由于气凝胶过量添加产生的技术缺陷，制备得到的具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆力学性能优异、保温性能良好、满足防火等级A1级的防火要求，且砂浆成本较低，达到了装修垃圾的资源化利用和绿色新型保温防火材料研发的技术效果。

以上对本发明提供的一种具有保温和防火性能的装修垃圾气凝胶砂浆制备方法进行了详细介绍。本文应用的实施例只是为了帮助理解本发明的方法和思想，本发明包括但不限于实施例的内容。在不脱离本发明原理和精神的前提下，对本发明做出的各种更换或变更，均包括在本发明的范围内。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。