一种水淬钛矿渣微珠轻质保温材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑用保温墙体材料技术领域，具体涉及一种水淬钛矿渣微珠轻质保温材料及其制备方法。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本申请公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

通过水泥发泡制作的水泥基体轻质保温材料由于其较低的容重和优良的防火、防水性能在建筑领域得到了广泛的应用。现有技术通过改换成孔剂来改良水泥基体轻质保温材料的容重和导热系数，例如一种多孔轻质水泥基保温材料及制备方法，其中使用莰烯作为成孔剂使得保温材料的容重减少40％-70％，导热系数下降50％-80％，但莰烯的价格是普通成孔剂的几十倍，使得水泥基体轻质材料的制备成本急剧升高。

向水泥中加入矿渣能够辅助改善发泡水泥的容重和保温性能，拓宽轻质保温材料的应用范围，而目前积存的大量工业矿渣正急需高效的利用途径来减缓资源的浪费和环境的污染，其成本低、体积大，将其用作改良水泥基体轻质保温材料的性能是一举两得的。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前水泥基体轻质保温材料的改良成本高的问题，提供了一种水淬钛矿渣微珠轻质保温材料及其制备方法，使用较低的成本改良了水泥基体轻质保温材料的容重和导热系数，使得其具备优良的结构稳定性能和保温性能，同时还环保，避免资源浪费和缓解环境污染的压力。

本发明的技术方案如下：

一种水淬钛矿渣微珠轻质保温材料，包括如下重量份数的原料组分：水泥360-600份、固硫灰0-120份、锂渣0-120份、钛矿渣微珠0-500份、发泡剂20-80份、促凝剂25-100份、聚丙烯纤维1-10份。

根据一种优选的实施方式，水泥360-600份、固硫灰0-120份、锂渣0-120份、钛矿渣微珠100-500份、发泡剂50份、促凝剂40份、聚丙烯纤维2份。

根据一种优选的实施方式，本申请的一种水淬钛矿渣微珠轻质保温材料，包括如下重量份数的原料组分：水泥360份、固硫灰120份、锂渣120份、钛矿渣微珠400份、发泡剂50份、促凝剂40份、聚丙烯纤维2份。

制备出的轻质保温材料成本低且性能优良，具有良好的应用前景。制备的轻质保温材料的容重最低为460kg/m

本申请通过加入促凝剂加快轻质保温材料制品的凝结时间，提高轻质保温材料制品体系稳定性；通过采用钛矿渣微珠与固硫灰、锂渣等固体废弃物，生产可再次利用的保温材料，实现了钛矿渣资源的高附加值利用，同时解决了现有技术中资源昂贵和匮乏的问题。

水淬钛矿具有一定活性，可以与水泥发生二次水化反应，因此可以提高钛矿渣与水泥之间的界面粘结能力。钛矿渣微珠的掺入可以明显提高泡沫混凝土自身体积稳定性。固硫灰具有一定膨胀性，可减少泡沫混凝土早期收缩性能。锂渣属于高活性矿物粉体，7d活性70％，28d活性110％,可减少泡沫混凝土水泥用量。锂渣具有轻质多孔，密度小等性能，可降低浆体容重、吸水可作为内养护剂，保证泡沫混凝土后期水化用水。

本申请还提供一种钛矿渣微珠轻质保温材料的制备方法，包括如下步骤：在室温下，先将粉料与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入钛矿渣微珠，搅拌均匀后，加入发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

本申请还提供钛矿渣微珠轻质保温材料在砌块、复合墙体等的制备中的应用。

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

1、水淬钛矿渣微珠轻质保温材料，能够有效二次利用钛矿渣、锂矿渣、固硫灰等工业固体废弃物，一方面能够解决这类工业固体废弃物的堆积问题，另一方面能够优化现有的轻质保温材料的使用效果；再有，还能够减轻轻质保温材料的造价，降低其使用成本；具有一石三鸟，意想不到的技术效果；

2、水淬钛矿渣微珠轻质保温材料，能够在使得抗压强度满足要求的情况下，将轻质保温材料的导热系数降低63.5％，显著提升保温材料的保温效果，提升材料的应用范围；

3、水淬钛矿渣微珠轻质保温材料，能够在使得抗压强度和保温效果都良好的情况下，进一步降低材料34％的容重，从而大幅降低建筑物的整体重量，为建筑物的造型提供更多可能性。

具体实施方式

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实验例和对比例中所使用的钛矿渣微珠与固硫灰、锂渣等固体废弃物是由冶金钢厂提供，属于工厂废弃物。本发明亦在解决此种固体废弃物的处置方式，其中钛矿渣微珠为水淬钛矿渣，粒形呈圆球状，中空，粒径为1.15mm至4.75mm。优选制备环境为20±5℃，湿度≥50％。

实验例1

将480份水泥、120份固硫灰、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.6与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

测得容重为675kg/m

实验例2

将480份水泥、120份锂渣、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.6与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

测得容重为742kg/m

实验例3

将360份水泥、120份固硫灰、120份锂渣、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.65与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

测得容重为640kg/m

实验例4

将360份水泥、120份固硫灰、120份锂渣、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.65与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入100份钛矿渣微珠，搅拌均匀后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

实验例5

将360份水泥、120份固硫灰、120份锂渣、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.65与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入200份钛矿渣微珠，搅拌均匀后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

实验例6

将360份水泥、120份固硫灰、120份锂渣、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.65与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入300份钛矿渣微珠，搅拌均匀后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

实验例7

将360份水泥、120份固硫灰、120份锂渣、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.65与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入400份钛矿渣微珠，搅拌均匀后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

实验例8

将360份水泥、120份固硫灰、120份锂渣、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.65与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入500份钛矿渣微珠，搅拌均匀后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

实验例9

将600份水泥、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.6与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入200份钛矿渣微珠，搅拌均匀后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

实验例10

将540份水泥、60份固硫灰、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.6与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

实验例11

将540份水泥、60份锂渣、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维粉料按照水灰比0.6与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

对比例1

先将600份水泥、40份促凝剂和2份聚丙烯纤维按照水灰比为0.6与水进行搅拌，充分搅拌混合后，加入50份发泡剂进行搅拌，搅拌完成进行成型。

测得容重为700kg/m

各实验例和对比例的测量数据如表1所示：

表1：各配方对应的水泥强度

如上表可知，根据实验例1、实验例10、实验例2和实验例11的数据与对比例1对比能够看出，实验例10掺入60份固硫灰后，导热系数为0.195，相较对比例1未添加固硫灰的技术方案，降低了30％，容重由700降低为687，抗压强度由3.05降低为2.65，容重：抗压强度＝259；。实验例1掺入120份固硫灰后，导热系数为0.195，相较对比例1未添加固硫灰的技术方案，降低了30％，容重由700降低为675，抗压强度由3.05降低为2.8，抗压强度与容重的比例为：容重：抗压强度＝241；实验例1和实验例10对比可以得出，添加固硫灰能够提升材料的保温性能，进一步增加固硫灰的添加量能够在保持导热系数低的情况下，进一步降低轻质保温材料的容重而增加材料的抗压强度，容重/抗压强度的值进一步降低。

实验例11掺入60份锂渣后，导热系数为0.265，相较对比例1未添加锂渣的技术方案导热系数轻微降低，容重由700升高为726，但抗压强度由3.05升高至为3.55，容重：抗压强度＝204，相较对比例1的比例为229得到了降低；实验例2掺入120份锂渣后，导热系数为0.285，相较对比例1未添加锂渣的技术方案导热系数升高，容重由700升高为742，但抗压强度由3.05升高至为4.2，容重：抗压强度＝176，进一步得到了降低；对比实验例11和实验例2的数据可知，添加锂渣能够增强轻质保温材料的抗压强度，降低容重/抗压强度的数值。

根据实验例3和对比例1的数据对比，同时掺入120份固硫灰和120份锂渣后，材料的导热系数为0.162，相较对比例1和实验例1和10均更低，保温性能进一步提升，相较对比例1下降了42％；而容重也由700下降到了640，抗压强度由3.05降为了2.52，容重：抗压强度＝253。对比实验例1、实验例3、实验例10、实验例2和实验例11的结果可知，同时掺入固硫灰和锂渣能够进一步降低材料的保温性能，但容重与抗压强度的比值会上升。

对比实验例9和对比例1的数据结果可知，掺入钛矿渣微珠后，材料的导热系数降低为0.145，相较对比例1下降了48％；容重由700降低至595；而抗压强度由3.05降低至2.02，容重与抗压强度的比值为294。

对比实验例4-8的数据可知，同时掺入固硫灰、锂渣和钛矿渣微珠，能够进一步降低材料的导热系数；容重相较单独掺入钛矿渣微珠而言有轻微升高但相较单独掺入固硫灰和锂渣而言均得到了进一步的降低；抗压强度相较单独掺入钛矿渣微珠而言有所提升，但随着钛矿渣微珠的加入量增加，其抗压强度先降低后升高。实验例7中，同时掺入120份固硫灰、120份锂渣和400份钛矿渣微珠后，材料的导热系数由0.28下降为0.102，下降了64％；而容重和抗压强度的比值为292，相较单独掺入钛矿渣微珠而言材料的导热系数进一步显著下降，而材料的容重和抗压强度的比值也有所下降，因此实验例4为最优配比，如下表所示。

综上所述，同时向材料中掺入固硫灰、锂渣和钛矿渣微珠能够显著降低材料的导热系数，提升材料的保温性能，拓宽了材料的应用场景，提升了材料的应用价值。

固硫灰与锂渣虽然密度比水泥低，但是由于本身多孔吸水，因此掺入泡沫混凝土浆体后其粘稠度增大，虽然导致泡沫混凝土容重增大，但是导热系数相对降低。锂渣由于本身活性较高，因此可提高泡沫混凝土抗压强度。同时掺入锂渣与固硫灰，提高需水量可降低泡沫混凝土容重，并且其抗压强度与导热系数均得到明显改善。钛矿渣微珠的掺入可降低泡沫混凝土的容重，并且抗压强度得到明显改善，导热系数降低。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

提供本背景技术部分是为了大体上呈现本发明的上下文，当前所署名的发明人的工作、在本背景技术部分中所描述的程度上的工作以及本部分描述在申请时尚不构成现有技术的方面，既非明示地也非暗示地被承认是本发明的现有技术。