一种碳气凝胶水泥砖及其制备方法与流程

1.本发明属于气凝胶的制备技术领域，具体涉及一种碳气凝胶水泥砖及其制备方法。


背景技术：

2.高层轻质砖一般就是指发泡砖，又名：泡沫混凝土砌块，通常室内隔墙都是用这种砖，不会增加楼面负重。泡沫混凝土砌块具有很多优点：(1)经济性：可以降低基础的造价，减小框架的截面，节约钢筋混凝土能显著节约建筑物的综合造价；设计使用泡沫混凝土砌块比采用实心粘土砖，综合造价可降低5％以上。(2)实用性：使用泡沫混凝土砌块可增大使用面积，同时由于发泡砖和加气混凝土隔热，保温效果好，在炎热的夏天，室内温度比采用实心粘土砖低2
‑
3℃，使用空调，降低电量消耗。(3)施工性：轻质砖具有良好的可加工性，施工方便简单，由于块大、质轻，可以减轻劳动强度，提高施工效率，缩短建设工期。
3.泡沫混凝土砌块的制备方法为：用物理方法将泡沫剂水溶液制备为泡沫，将泡沫加入料浆中，料浆由水泥基凝胶材料、外加剂和水等配制而成；泡沫与料浆经过混合搅拌、浇筑成型、高温或自然养护而成。然而，这种制造方法工序复杂，需要单独的发泡设备，制造设备较多，成本较高。因此，发明一种制备方法简单、应用性能优良、成本低廉的砖是亟待解决的难题。
4.当前，人们对各种新型砖的发明一直在探索，如：中国发明专利申请号201310007950.2报道了制造轻型泡沫水泥砖的方法以及轻型泡沫水泥砖，该专利制备的砖中使用了发泡剂，增加了工艺复杂性和成本；中国发明专利申请号201810778157.5公布了利用建筑垃圾和灌桩厂清洗浆生产水泥砖的方法及水泥砖，该专利制备的水泥砖对原料有特殊的要求，在广袤的农村地区，这种水泥砖的原料来源是非常缺乏的。文献调研表明，各种材料的水泥砖被研发出来，但其还存在不足的地方。气凝胶是一种以纳米级颗粒相互聚集形成纳米多孔结构，并在纳米孔洞中充满气态分散介质的三维多孔轻质固体材料。气凝胶在很多领域得到广泛应用，但其在用于作砖的原料方面尚未见报道。鉴于气凝胶材料具有质轻、强度高等特点，其在制砖领域具有广阔的发展空间。


技术实现要素：

5.针对气凝胶材料在建筑材料砖领域的空白，本发明拟提出解决方案。本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种碳气凝胶水泥砖及其制备方法。本发明的技术方案为气凝胶材料用于建筑材料领域提供参考。
6.本发明的目的在于提供一种碳气凝胶水泥砖，该水泥砖是由锯木粉进一步磨粉后溶于氢氧化钠/聚乙二醇混合溶液，然后搅拌放入制砖的模具，制得湿凝胶；将湿凝胶冷冻干燥，制得碳气凝胶块状物；将碳气凝胶块状物浸入水泥浆，取出，晾干制得碳气凝胶水泥砖。
7.本发明的另一目的在于提供上述所述一种碳气凝胶水泥砖的制备方法，所述制备
方法包括如下步骤：
8.(1)锯木粉的预处理：锯木粉经研磨过筛60℃真空干燥24h，获得50～200目的锯木粉末；
9.(2)湿凝胶的制备：锯木粉末溶于氢氧化钠/聚乙二醇混合水溶液中，进行机械搅拌6～8h，然后放入制砖的模具，于－15～－20℃冷冻12～24h；对上述处理后的湿凝胶用1％盐酸溶液、去离子水、叔丁醇依次置换；
10.所述制砖的模具为：240mm
×
115mm
×
53mm(长
×
宽
×
厚)，所述聚乙二醇的分子量为2000，所述锯木粉末占氢氧化钠/聚乙二醇混合水溶液的固液比为5～10％，氢氧化钠与聚乙二醇在混合水溶液中的质量分数分别为8～12％和1～1.5％；
11.(3)碳气凝胶的制备：随后在－55～－60℃冷冻干燥48h，制得气凝胶块状物；最后在氩气气氛中1000℃碳化，碳化时间为5～10分钟，制得锯木粉碳气凝胶块状物；
12.(4)碳气凝胶水泥砖的制备：将锯木粉碳气凝胶块状物浸入自流平水泥浆，浸入时间为3～5分钟，取出，放置14～28天自然晾干，制得碳气凝胶水泥砖；
13.所述自流平水泥浆的制备方法为：称取适量的普通硅酸盐水泥42.5r，硫铝酸盐水泥，重钙(300目以上)，石英砂(200～300目)，可再分散乳胶粉，减水剂，消泡剂，羟丙基甲基纤维素和氯化钙等，将称取的骨料加水搅拌均匀，水量占总骨料质量20～25％，即可；优选地，所述各原料的配比为：普通硅酸盐水泥42.5r 30％，硫铝酸盐水泥5％，重钙(300目以上)19％，石英砂(200～300目)45％，可再分散乳胶粉0.5％，聚羧酸系减水剂0.1～0.3％，消泡剂0.1％，羟丙基甲基纤维素0.05％，氯化钙0.15％。
14.本发明具有如下显著特点：
15.(1)本发明的碳气凝胶水泥砖采用锯木粉为原料，原料来源广泛，价格低廉，可再生。
16.(2)本发明中碳气凝胶水泥砖的制备过程在氩气气氛中碳化，提高了气凝胶的强度；强度测试表明：碳气凝胶水泥砖的强度可达20mpa以上，根据烧结普通砖的强度等级(gb/t 5101
‑
2017)，其强度等级可达mu20，说明其抗压强度比较高，可用于普通住宅的用砖。
17.(3)本技术的发明人意外地发现，锯木粉碳气凝胶块状物浸入自流平水泥浆，制得碳气凝胶水泥砖；从而使制得的碳气凝胶水泥砖具有表面光滑、防潮防水、强度明显增强等特点。
18.(4)本发明制得的碳气凝胶水泥砖具有密度小、强度高、价格低和生产工艺简单等优点。
附图说明
19.图1实施例1制备的木粉碳气凝胶块状物a的电镜图。
具体实施方式
20.以下所述实施例详细说明了本发明。
21.实施例1
22.在本实施例中，一种碳气凝胶水泥砖采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
23.(1)锯木粉的预处理：锯木粉经研磨过筛60℃真空干燥24h，获得60～100目的锯木粉末；
24.(2)湿凝胶的制备：50g锯木粉末溶于667ml氢氧化钠/聚乙二醇混合水溶液中，其中，氢氧化钠与聚乙二醇在混合水溶液中的质量分数分别为10％和1.2％；进行机械搅拌7h，然后放入制砖的模具，于－18℃冷冻18h；对上述处理后的湿凝胶用1％盐酸溶液、去离子水、叔丁醇依次置换；
25.所述制砖的模具为：240mm
×
115mm
×
53mm(长
×
宽
×
厚)，所述聚乙二醇的分子量为2000；
26.(3)碳气凝胶的制备：随后在－58℃冷冻干燥48h，制得气凝胶块状物；最后在氩气气氛中1000℃碳化，碳化时间为8分钟，制得锯木粉碳气凝胶块状物a，其电镜图如图1所示；
27.(4)碳气凝胶水泥砖的制备：将锯木粉碳气凝胶块状物浸入自流平水泥浆，浸入时间为4分钟，取出，放置21天自然晾干，制得碳气凝胶水泥砖a；
28.所述自流平水泥浆的制备方法为：称取普通硅酸盐水泥42.5r 300kg，硫铝酸盐水泥50kg，重钙(300目以上)190kg，石英砂(200～300目)450kg，可再分散乳胶粉5kg，聚羧酸系减水剂1.5kg，消泡剂1kg，羟丙基甲基纤维素0.5kg，氯化钙1.5kg；加220kg水搅拌均匀，即可。
29.实施例2
30.在本实施例中，一种碳气凝胶水泥砖采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
31.(1)锯木粉的预处理：锯木粉经研磨过筛60℃真空干燥24h，获得100～180目的锯木粉末；
32.(2)湿凝胶的制备：50g锯木粉末溶于1000ml氢氧化钠/聚乙二醇混合水溶液中，其中，氢氧化钠与聚乙二醇在混合水溶液中的质量分数分别为8％和1％；进行机械搅拌6h，然后放入制砖的模具，于－18℃冷冻18h；对上述处理后的湿凝胶用1％盐酸溶液、去离子水、叔丁醇依次置换；
33.所述制砖的模具为：240mm
×
115mm
×
53mm(长
×
宽
×
厚)，所述聚乙二醇的分子量为2000；
34.(3)碳气凝胶的制备：随后在－55℃冷冻干燥48h，制得气凝胶块状物；最后在氩气气氛中1000℃碳化，碳化时间为5分钟，制得锯木粉碳气凝胶块状物b；
35.(4)碳气凝胶水泥砖的制备：将锯木粉碳气凝胶块状物浸入自流平水泥浆，浸入时间为3分钟，取出，放置21天自然晾干，制得碳气凝胶水泥砖b；
36.所述自流平水泥浆的制备方法为：称取普通硅酸盐水泥42.5r 300kg，硫铝酸盐水泥50kg，重钙(300目以上)190kg，石英砂(200～300目)450kg，可再分散乳胶粉5kg，聚羧酸系减水剂2kg，消泡剂1kg，羟丙基甲基纤维素0.5kg，氯化钙1.5kg；加210kg水搅拌均匀，即可。
37.实施例3
38.在本实施例中，一种碳气凝胶水泥砖采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
39.(1)锯木粉的预处理：锯木粉经研磨过筛60℃真空干燥24h，获得80～150目的锯木粉末；
40.(2)湿凝胶的制备：50g锯木粉末溶于500ml氢氧化钠/聚乙二醇混合水溶液中，其
中，氢氧化钠与聚乙二醇在混合水溶液中的质量分数分别为12％和1.5％；进行机械搅拌8h，然后放入制砖的模具，于－18℃冷冻18h；对上述处理后的湿凝胶用1％盐酸溶液、去离子水、叔丁醇依次置换；
41.所述制砖的模具为：240mm
×
115mm
×
53mm(长
×
宽
×
厚)，所述聚乙二醇的分子量为2000；
42.(3)碳气凝胶的制备：随后在－60℃冷冻干燥48h，制得气凝胶块状物；最后在氩气气氛中1000℃碳化，碳化时间为10分钟，制得锯木粉碳气凝胶块状物c；
43.(4)碳气凝胶水泥砖的制备：将锯木粉碳气凝胶块状物浸入自流平水泥浆，浸入时间为5分钟，取出，放置21天自然晾干，制得碳气凝胶水泥砖c；
44.所述自流平水泥浆的制备方法为：称取普通硅酸盐水泥42.5r 300kg，硫铝酸盐水泥50kg，重钙(300目以上)190kg，石英砂(200～300目)450kg，可再分散乳胶粉5kg，聚羧酸系减水剂2.5kg，消泡剂1kg，羟丙基甲基纤维素0.5kg，氯化钙1.5kg；加210kg水搅拌均匀，即可。
45.性能实施例：
46.测定碳气凝胶水泥砖a、b和c的抗压强度，测试方法参考gb/t 5101
‑
2017，测试结果如下表：
[0047] 碳气凝胶水泥砖a碳气凝胶水泥砖b碳气凝胶水泥砖c抗压强度/mpa22.323.121.6
[0048]
测试结果表明：碳气凝胶水泥砖的抗压强度达到20mpa以上，根据烧结普通砖的强度等级(gb/t 5101
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2017)，其强度等级可达mu20，说明其抗压强度比较高，可用于普通住宅的用砖。