一种粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖及其制备方法和应用与流程

本发明属于工业固废资源化利用及建筑节能材料，涉及一种粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在全球工业化进程加速的背景下，燃煤电厂作为主要的电力来源，其伴生品-粉煤灰的排放量日益巨大，已成为全球排放量最大的工业固体废弃物之一。粉煤灰主要由sio2、al2o3、fe2o3及少量cao等成分构成，其大规模堆存不仅严重侵占宝贵的土地资源，更潜藏着粉尘污染和地下水污染等严峻的环境风险。因此，如何高效、高值化地利用粉煤灰，实现工业固废的资源化，已成为当前环境保护和可持续发展领域亟待解决的重大课题。

2、目前，粉煤灰的资源化利用途径已较为广泛，主要集中在作为水泥掺合料、混凝土矿物外加剂、烧结砖、陶粒以及道路基层材料等方面。然而，在建筑节能材料领域，现有的粉煤灰烧结砖技术仍面临一系列技术瓶颈。其核心问题在于烧结温度普遍偏高，通常需要在1000~1150℃的高温下进行，这不仅导致了巨大的能源消耗，也使得生产成本居高不下。同时，传统工艺制备的制品往往密度偏大、导热系数较高，难以在轻质化和优异保温性能之间取得平衡，其强度与保温性能的矛盾也较为突出，限制了其在高端建筑保温领域的应用。

3、针对上述挑战，为开发新型粉煤灰基保温材料提供了新的思路。研究表明，通过引入低熔点助熔组分可以有效降低材料的烧结温度，而添加有机造孔剂则有利于在材料内部形成均匀的多孔结构，从而显著降低导热系数。例如，已有参考文献报道，利用硅藻土与巴西坚果壳灰为原料，在850℃的较低温度下成功制备出开口气孔率达49%、导热系数低至0.20 w/(m·k)的轻质砖。这一成果证明，通过配方与工艺的协同优化，实现低温烧结与高性能保温是可行的。因此，开发一种兼具高粉煤灰掺量、低烧成温度、可调孔结构、低导热系数和适中抗压强度的轻质多孔保温砖，不仅具有重要的工程应用价值，更对推动粉煤灰的大宗量、高附加值利用具有深远的产业化意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中粉煤灰烧结砖技术普遍存在的烧结温度高、能耗大、制品密度与导热系数偏高、难以兼顾强度与保温性能，以及高掺量下孔结构难以精确调控的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将粉煤灰、黏土及废玻璃粉分别干燥后过筛，并进行干混，得到混合粉料；

5、s2：向所述混合粉料中加入水，并加入淀粉进行混练，得到泥料；

6、s3：对所述泥料依次进行密封陈化、成型得到砖坯，对砖坯干燥以及烧成处理，制得所述粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖。

7、可选的，按质量百分比计，粉煤灰为50~70份、黏土为10~40份、废玻璃粉为5~15份以及淀粉为3~8份。

8、可选的，水占固体原料质量的8%~15%；所述粉煤灰占固体原料质量的55%~65%，所述废玻璃粉占固体原料质量的10%~15%；所述固体原料为粉煤灰、黏土、废玻璃粉以及淀粉。

9、可选的，步骤s1中，过筛是采用120目的筛网；干混的时间15~40 min。

10、可选的，所述粉煤灰为燃煤电厂收集的硅铝质粉煤灰；所述废玻璃粉为废平板玻璃经粉碎所得粉体；所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉以及小麦淀粉中的一种或几种。

11、可选的，所述粉煤灰中sio2和al2o3总含量不低于65 wt%，所述废玻璃粉的粒径小于125 μm。

12、可选的，步骤s2中，混练的时间为20~30 min。

13、可选的，步骤s3具体为：对所述泥料依次进行密封陈化8~12 h，然后采用模压方式成型，成型压力为12~20 mpa，得到砖坯；将砖坯在100~110℃条件下干燥6~10 h，最后以3~6℃/min升温至850~950℃，进行烧成，保温0.5~1.5 h，自然冷却后得到所述粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖。

14、一种粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖的，通过上述的一种粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖的制备方法制得。

15、上述的一种粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖在建筑围护墙体、填充墙、隔热层以及屋面保温层中的应用。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明公开一种粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖的制备方法，该方案通过原料配方与制备工艺的协同优化，系统性地解决了现有技术难题。针对烧结温度高、能耗大的问题，方案引入废玻璃粉作为低温助熔剂，其在850~950℃的烧成温度下即可形成适量液相，有效促进颗粒间的粘结与烧结，显著降低了烧结温度与能耗。为解决制品密度与导热系数偏高的问题，方案利用淀粉作为造孔剂，在烧成过程中受热分解，在砖体内部形成均匀分布的开口孔隙结构，从而有效降低了制品的体积密度和导热系数。为平衡强度与保温性能的矛盾，方案通过优化粉煤灰、黏土与废玻璃粉的配比，使硅铝质骨架与低温液相协同作用，在确保轻质多孔结构的同时，保证了砖体具有足够的抗压强度。最后，针对高掺量下孔结构难以精确调控的问题，方案通过精确控制淀粉的添加量来调控孔隙的生成，并结合废玻璃粉形成的液相来稳定孔壁结构，从而实现了在高粉煤灰掺量下对孔结构的精确调控，最终制备出兼具优异保温性能与力学强度的轻质多孔保温砖。

18、进一步的，按质量百分比计，粉煤灰为50~70份、黏土为10~40份、废玻璃粉为5~15份以及淀粉为3~8份，通过精确控制各组分比例，可以在高掺量利用粉煤灰的同时，确保坯体具备足够的可塑性和成型强度（由黏土提供），实现低温烧结（由废玻璃粉提供助熔作用），并形成均匀的多孔结构（由淀粉热解造孔）。合理的配比是平衡最终产品强度、密度和导热系数的关键，为制备高性能保温砖提供了最优的物料基础。

19、进一步的，水占固体原料质量的8%~15%；所述粉煤灰占固体原料质量的55%~65%，所述废玻璃粉占固体原料质量的10%~15%；所述固体原料为粉煤灰、黏土、废玻璃粉以及淀粉，控制加水量在8%~15%之间，能够确保泥料具有适宜的水分，既保证了良好的可塑性和成型性，又避免了因水分过多导致干燥和烧成时开裂。限定粉煤灰和废玻璃粉在固体原料中的占比，则是对配方核心的再次强调和精确化，确保在实现高固废利用率的同时，有足够的低温液相生成以促进烧结，从而稳定产品质量。

20、进一步的，步骤s1中，过筛是采用120目的筛网；干混的时间15~40 min，采用120目筛网过筛，可以保证原料颗粒的细度，增大颗粒间的接触面积，有利于后续烧结反应的进行。规定15~40分钟的干混时间，能够确保各粉体原料在进入湿混前得到充分、均匀的混合，这是保证最终砖坯成分均一、性能稳定的重要前提，可有效避免因混合不均导致的局部性能缺陷。

21、进一步的，所述粉煤灰为燃煤电厂收集的硅铝质粉煤灰；所述废玻璃粉为废平板玻璃经粉碎所得粉体；所述淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉以及小麦淀粉中的一种或几种，选用硅铝质粉煤灰和废平板玻璃粉，确保了原料化学成分的稳定性，为烧结过程中形成预期的硅铝酸盐骨架和低温液相提供了可靠保障。指定使用玉米淀粉、木薯淀粉或小麦淀粉等常见淀粉，因其热分解温度区间和产气特性明确，能够稳定地作为造孔剂，在砖体内形成理想的孔隙结构，保证了工艺的可重复性和产品的可靠性。

22、进一步的，所述粉煤灰中sio2和al2o3总含量不低于65 wt%，所述废玻璃粉的粒径小于125 μm，规定粉煤灰中sio2和al2o3总含量不低于65%，是为了确保原料具备足够的活性，能够在烧结时形成稳定的陶瓷骨架，这是保证砖体强度的化学基础。限定废玻璃粉粒径小于125μm，则能显著增大其比表面积，使其在较低温度下就能快速熔融形成液相，充分发挥其助熔效果，从而有效降低烧结温度并促进致密化。

23、进一步的，步骤s2中，混练的时间为20~30 min，这一时间范围的设定，是为了确保水、淀粉与混合粉料能够被充分、均匀地混练成质地一致的泥料。充分的混练可以使水分均匀润湿每一个颗粒，并使淀粉均匀分散其中，这对于后续陈化、成型以及烧成时形成均匀的孔隙结构至关重要，直接关系到最终制品性能的均一性和稳定性。

24、进一步的，步骤s3具体为：对所述泥料依次进行密封陈化8~12 h，然后采用模压方式成型，成型压力为12~20 mpa，得到砖坯；将砖坯在100~110℃条件下干燥6~10 h，最后以3~6℃/min升温至850~950℃，进行烧成，保温0.5~1.5 h，自然冷却后得到所述粉煤灰基低温烧结轻质多孔保温砖，密封陈化8~12小时可使水分充分渗透，提高泥料的可塑性；12~20mpa的成型压力保证了砖坯具有足够的密实度和生坯强度；100~110℃的干燥制度能安全地排除水分；而以3~6℃/min的速率升温至850~950℃并保温0.5~1.5小时，是实现低温烧结的关键，该工艺窗口能精确控制液相生成量和造孔剂分解过程，最终获得兼具低密度、低导热系数和适宜强度的多孔保温砖。