一种高强度轻质屋面板及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种高强度轻质屋面板及其制备方法，属于建筑材料制备技术领域。


背景技术：

2.目前，现有的预应力加气混凝土复合屋面板是将加气混凝土块 整浇在预应力钢筋混凝土边框内，因此整浇的预应力混凝土量大，构造配筋量多，加气混凝土块的运量大，损耗也大。另一种常用的预应力钢筋混凝土空心屋面板，普遍要采用水泥珍珠岩等轻质材料作为附加保温层。而这些利用轻质材料制成的屋面板力学强度又偏低。
3.因此急需提供一种高强度轻质屋面板及其制备方法，使得屋面板既具有质轻的特点，又具有较高的强度，使其更具有产业上的利用价值。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高强度轻质屋面板及其制备方法。
5.本发明的一种高强度轻质屋面板，由屋面板预制件养护后制得；所述屋面板预制件是由屋面板浆料注模后养护制得；所述屋面板浆料按重量份数计，包括以下原料：86～90份预改性贝壳碎片；10～14份粉煤灰；31～35份水泥；15～19份去离子水；所述预改性贝壳碎片是由贝壳、硅酸钠、去离子水和二氧化碳混合反应后制得的。本发明首先以富含碳酸钙的贝壳作为原料，将其粉碎后和硅酸钠以及水混合，再在密封条件下通入二氧化碳进行碳化处理，在碳化的过程中，贝壳碎片中的部分碳酸钙分解生成可溶性的碳酸氢钙，在此过程中，贝壳碎片表面被腐蚀从而产生大量孔隙结构，此外硅酸钠在水中和二氧化碳反应生产带有粘性的原硅酸沉淀，将溶解出的碳酸氢钙粘附固着在贝壳碎片的表面和产生的孔隙之中，为后续反应提供条件；进一步的，所述预改性贝壳碎片还可以进一步改性成改性贝壳碎片；所述改性贝壳碎片是由预改性贝壳碎片和多巴胺溶液混合反应制得的。本技术将预改性贝壳碎片和多巴胺溶液混合反应，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下发生氧化自聚，形成一层具有亲水锁水性能的聚多巴胺膜层覆盖在预改性贝壳碎片表面，为后期贝壳碎片和其他物料之间的水化作用起到催化效果。
6.进一步的，所述屋面板浆料按重量份数计，包括以下原料：88份改性贝壳碎片；12份粉煤灰；33份水泥；
17份去离子水。
7.一种高强度轻质屋面板的制备方法，具体制备步骤为：（1）称取改性贝壳碎片、粉煤灰、水泥和去离子水混合制浆，并注入屋面板成型模具中，养护3～5h，得到屋面板预制件；本发明的改性贝壳碎片由于孔隙丰富，因此密度低，质量轻，将其作为屋面板的掺料，可以起到减轻面板质量的效果，此外，由于改性贝壳碎片中粘附固着了碳酸氢钙，在高温养护的作用下，碳酸氢钙受热分解生成碳酸钙、水和二氧化碳，产生的水分被改性贝壳碎片表面的聚合物膜层吸收固着；（2）接着将屋面板预制件移入养护室中，先向养护室中通入氮气，直至置换出所有空气之后，升高养护室温度至70～80℃，保温养护20～24h后，恢复室温，再向养护室中通入三甲基铝气体，密封静置养护20～24h；本技术还向养护室中通入三甲基铝气体，利用三甲基铝气体入渗进入屋面板预制件的孔隙中，进入预制件孔隙中的三甲基铝和改性贝壳碎片表面接触后，会缓慢的与聚多巴胺薄面中吸附的水发生反应，生成氧化铝沉积在改性贝壳碎片表面；后期常温养护条件下，聚多巴胺膜层吸附的水可以为改性贝壳碎片表面沉积的二氧化硅、氧化铝以及水泥之间发生水化固化效果提供促进效果，促使水泥和填料界面间的水化反应更加充分，从而使体系的致密度进一步提升，使产品的力学性能性能进一步提升；（3）待上述静置氧化结束后，排除养护室中的气体并换入空气，在25～35℃下继续静置养护2～3天后拆模，出料，即得高强度轻质屋面板。
8.进一步的，所述改性贝壳碎片的制备步骤为：将上述预改性贝壳碎片和质量浓度为0.5mg/l的多巴胺溶液按质量比为1:10混合后装入反应釜中，在35～45℃下搅拌反应3～4h，搅拌反应结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性贝壳碎片。
9.进一步的，所述预改性贝壳碎片的制备步骤为：以废弃的贝壳作为原料，粉碎得到粒径为2～3mm的贝壳碎片，将得到的贝壳碎片和硅酸钠以及去离子水按质量比为1:1:10混合后装入反应釜中，再向反应釜中以60ml/min的速率通入二氧化碳，在40～50℃下搅拌反应10～12h，得到预改性贝壳碎片。
10.进一步的，步骤（1）中所述的养护的空气相对湿度为70%，温度为120～150℃。而且在高温作用下，原硅酸受热分解，产生二氧化硅和碳酸氢钙分解产生的碳酸钙覆盖填充在贝壳孔隙中，起到了物理支撑轻质物料的效果，从而提高轻质材料贝壳的机械强度，进而提高屋面板的力学强度。
11.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：（1）本发明首先以富含碳酸钙的贝壳作为原料，将其粉碎后和硅酸钠以及水混合，再在密封条件下通入二氧化碳进行碳化处理，在碳化的过程中，贝壳碎片中的部分碳酸钙分解生成可溶性的碳酸氢钙，在此过程中，贝壳碎片表面被腐蚀从而产生大量孔隙结构，此外硅酸钠在水中和二氧化碳反应生产带有粘性的原硅酸沉淀，将溶解出的碳酸氢钙粘附固着在贝壳碎片的表面和产生的孔隙之中，为后续反应提供条件；（2）本技术将预改性贝壳碎片和多巴胺溶液混合反应，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下发生氧化自聚，形成一层具有亲水锁水性能的聚多巴胺膜层覆盖在预改性贝壳碎片表面，为后期贝壳碎片和其他物料之间的水化作用起到催化效果；
（3）本发明的改性贝壳碎片由于孔隙丰富，因此密度低，质量轻，将其作为屋面板的掺料，可以起到减轻面板质量的效果，此外，由于改性贝壳碎片中粘附固着了碳酸氢钙，在高温养护的作用下，碳酸氢钙受热分解生成碳酸钙、水和二氧化碳，产生的水分被改性贝壳碎片表面的聚合物膜层吸收固着，而且在高温搅拌作用下，原硅酸受热分解，产生二氧化硅和碳酸氢钙分解产生的碳酸钙覆盖填充在贝壳孔隙中，起到了物理支撑轻质物料的效果，从而提高轻质材料贝壳的机械强度，进而提高屋面板的力学强度；（4）本技术还向养护室中通入三甲基铝气体，利用三甲基铝气体入渗进入屋面板预制件的孔隙中，进入预制件孔隙中的三甲基铝和改性贝壳碎片表面接触后，会缓慢的与聚多巴胺薄面中吸附的水发生反应，生成氧化铝沉积在改性贝壳碎片表面；后期常温养护条件下，聚多巴胺膜层吸附的水可以为改性贝壳碎片表面沉积的二氧化硅、氧化铝以及水泥之间发生水化固化效果提供促进效果，促使水泥和填料界面间的水化反应更加充分，从而使体系的致密度进一步提升，使产品的力学性能性能进一步提升，应用前景广阔。
12.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
13.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
14.（1）以废弃的贝壳作为原料，粉碎得到粒径为2～3mm的贝壳碎片，将得到的贝壳碎片和硅酸钠以及去离子水按质量比为1:1:10混合后装入反应釜中，再向反应釜中以60ml/min的速率通入二氧化碳，在40～50℃下搅拌反应10～12h，得到预改性贝壳碎片；本发明首先以富含碳酸钙的贝壳作为原料，将其粉碎后和硅酸钠以及水混合，再在密封条件下通入二氧化碳进行碳化处理，在碳化的过程中，贝壳碎片中的部分碳酸钙分解生成可溶性的碳酸氢钙，在此过程中，贝壳碎片表面被腐蚀从而产生大量孔隙结构，此外硅酸钠在水中和二氧化碳反应生产带有粘性的原硅酸沉淀，将溶解出的碳酸氢钙粘附固着在贝壳碎片的表面和产生的孔隙之中，为后续反应提供条件；（2）将上述预改性贝壳碎片和质量浓度为0.5mg/l的多巴胺溶液按质量比为1:10混合后装入反应釜中，在35～45℃下搅拌反应3～4h，搅拌反应结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性贝壳碎片；本技术将预改性贝壳碎片和多巴胺溶液混合反应，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下发生氧化自聚，形成一层具有亲水锁水性能的聚多巴胺膜层覆盖在预改性贝壳碎片表面，为后期贝壳碎片和其他物料之间的水化作用起到催化效果；（3）按重量份数计，称取86～90份改性贝壳碎片、10～14份粉煤灰、31～35份水泥和15～19份去离子水混合制浆，并注入屋面板成型模具中，在空气相对湿度为70%，温度为120～150℃的条件下静置养护3～5h，得到屋面板预制件；本发明的改性贝壳碎片由于孔隙丰富，因此密度低，质量轻，将其作为屋面板的掺料，可以起到减轻面板质量的效果，此外，由于改性贝壳碎片中粘附固着了碳酸氢钙，在高温养护的作用下，碳酸氢钙受热分解生成碳酸钙、水和二氧化碳，产生的水分被改性贝壳碎片表面的聚合物膜层吸收固着，而且在高温搅拌作用下，原硅酸受热分解，产生二氧化硅和碳酸氢钙分解产生的碳酸钙覆盖填充在贝壳孔隙中，起到了物理支撑轻质物料的效果，从而提高轻质材料贝壳的机械强度，进而提
高屋面板的力学强度；（4）接着将屋面板预制件移入养护室中，先向养护室中通入氮气，直至置换出所有空气之后，升高养护室温度至70～80℃，保温养护20～24h后，恢复室温，再向养护室中通入三甲基铝气体，密封静置养护20～24h；本技术还向养护室中通入三甲基铝气体，利用三甲基铝气体入渗进入屋面板预制件的孔隙中，进入预制件孔隙中的三甲基铝和改性贝壳碎片表面接触后，会缓慢的与聚多巴胺薄面中吸附的水发生反应，生成氧化铝沉积在改性贝壳碎片表面；（5）待上述静置氧化结束后，排除养护室中的气体并换入空气，在25～35℃下继续静置养护2～3天后拆模，出料，即得高强度轻质屋面板。后期常温养护条件下，聚多巴胺膜层吸附的水可以为改性贝壳碎片表面沉积的二氧化硅、氧化铝以及水泥之间发生水化固化效果提供促进效果，促使水泥和填料界面间的水化反应更加充分，从而使体系的致密度进一步提升，使产品的力学性能性能进一步提升，应用前景广阔。
实施例
15.实例1（1）以废弃的贝壳作为原料，粉碎得到粒径为2mm的贝壳碎片，将得到的贝壳碎片和硅酸钠以及去离子水按质量比为1:1:10混合后装入反应釜中，再向反应釜中以60ml/min的速率通入二氧化碳，在40℃下搅拌反应10h，得到预改性贝壳碎片；（2）将上述预改性贝壳碎片和质量浓度为0.5mg/l的多巴胺溶液按质量比为1:10混合后装入反应釜中，在45℃下搅拌反应4h，搅拌反应结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性贝壳碎片；（3）按重量份数计，称取86份改性贝壳碎片、10份粉煤灰、31份水泥和15份去离子水混合制浆，并注入屋面板成型模具中，在空气相对湿度为70%，温度为150℃的条件下静置养护3h，得到屋面板预制件；（4）接着将屋面板预制件移入养护室中，先向养护室中通入氮气，直至置换出所有空气之后，升高养护室温度至80℃，保温养护24h后，恢复室温，再向养护室中通入三甲基铝气体，密封静置养护24h；（5）待上述静置氧化结束后，排除养护室中的气体并换入空气，在35℃下继续静置养护3天后拆模，出料，即得高强度轻质屋面板。
16.实例2（1）以废弃的贝壳作为原料，粉碎得到粒径为2mm的贝壳碎片，将得到的贝壳碎片和硅酸钠以及去离子水按质量比为1:1:10混合后装入反应釜中，再向反应釜中以60ml/min的速率通入二氧化碳，在40℃下搅拌反应10h，得到预改性贝壳碎片；（2）将上述预改性贝壳碎片和质量浓度为0.5mg/l的多巴胺溶液按质量比为1:10混合后装入反应釜中，在45℃下搅拌反应4h，搅拌反应结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性贝壳碎片；（3）按重量份数计，称取87份改性贝壳碎片、11份粉煤灰、32份水泥和16份去离子水混合制浆，并注入屋面板成型模具中，在空气相对湿度为70%，温度为150℃的条件下静置养护3h，得到屋面板预制件；
（4）接着将屋面板预制件移入养护室中，先向养护室中通入氮气，直至置换出所有空气之后，升高养护室温度至80℃，保温养护24h后，恢复室温，再向养护室中通入三甲基铝气体，密封静置养护24h；（5）待上述静置氧化结束后，排除养护室中的气体并换入空气，在35℃下继续静置养护3天后拆模，出料，即得高强度轻质屋面板。
17.实例3（1）以废弃的贝壳作为原料，粉碎得到粒径为2mm的贝壳碎片，将得到的贝壳碎片和硅酸钠以及去离子水按质量比为1:1:10混合后装入反应釜中，再向反应釜中以60ml/min的速率通入二氧化碳，在40℃下搅拌反应10h，得到预改性贝壳碎片；（2）将上述预改性贝壳碎片和质量浓度为0.5mg/l的多巴胺溶液按质量比为1:10混合后装入反应釜中，在45℃下搅拌反应4h，搅拌反应结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性贝壳碎片；（3）按重量份数计，称取88份改性贝壳碎片、12份粉煤灰、33份水泥和17份去离子水混合制浆，并注入屋面板成型模具中，在空气相对湿度为70%，温度为150℃的条件下静置养护3h，得到屋面板预制件；（4）接着将屋面板预制件移入养护室中，先向养护室中通入氮气，直至置换出所有空气之后，升高养护室温度至80℃，保温养护24h后，恢复室温，再向养护室中通入三甲基铝气体，密封静置养护24h；（5）待上述静置氧化结束后，排除养护室中的气体并换入空气，在35℃下继续静置养护3天后拆模，出料，即得高强度轻质屋面板。
18.实例4（1）以废弃的贝壳作为原料，粉碎得到粒径为2mm的贝壳碎片，将得到的贝壳碎片和硅酸钠以及去离子水按质量比为1:1:10混合后装入反应釜中，再向反应釜中以60ml/min的速率通入二氧化碳，在40℃下搅拌反应10h，得到预改性贝壳碎片；（2）将上述预改性贝壳碎片和质量浓度为0.5mg/l的多巴胺溶液按质量比为1:10混合后装入反应釜中，在45℃下搅拌反应4h，搅拌反应结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性贝壳碎片；（3）按重量份数计，称取89份改性贝壳碎片、13份粉煤灰、34份水泥和18份去离子水混合制浆，并注入屋面板成型模具中，在空气相对湿度为70%，温度为150℃的条件下静置养护3h，得到屋面板预制件；（4）接着将屋面板预制件移入养护室中，先向养护室中通入氮气，直至置换出所有空气之后，升高养护室温度至80℃，保温养护24h后，恢复室温，再向养护室中通入三甲基铝气体，密封静置养护24h；（5）待上述静置氧化结束后，排除养护室中的气体并换入空气，在35℃下继续静置养护3天后拆模，出料，即得高强度轻质屋面板。
19.实例5（1）以废弃的贝壳作为原料，粉碎得到粒径为2mm的贝壳碎片，将得到的贝壳碎片和硅酸钠以及去离子水按质量比为1:1:10混合后装入反应釜中，再向反应釜中以60ml/min的速率通入二氧化碳，在40℃下搅拌反应10h，得到预改性贝壳碎片；
（2）将上述预改性贝壳碎片和质量浓度为0.5mg/l的多巴胺溶液按质量比为1:10混合后装入反应釜中，在45℃下搅拌反应4h，搅拌反应结束后，过滤分离得到滤渣，即为改性贝壳碎片；（3）按重量份数计，称取90份改性贝壳碎片、14份粉煤灰、35份水泥和19份去离子水混合制浆，并注入屋面板成型模具中，在空气相对湿度为70%，温度为150℃的条件下静置养护3h，得到屋面板预制件；（4）接着将屋面板预制件移入养护室中，先向养护室中通入氮气，直至置换出所有空气之后，升高养护室温度至80℃，保温养护24h后，恢复室温，再向养护室中通入三甲基铝气体，密封静置养护24h；（5）待上述静置氧化结束后，排除养护室中的气体并换入空气，在35℃下继续静置养护3天后拆模，出料，即得高强度轻质屋面板。
20.实例6实例6中不添加改性贝壳碎片，其余组分的重量和配比都与实例1相同，同样制成屋面板；实例7实例7中屋面板的原料组分的用量和配比都和实例1相同，唯有不同的是在养护的过程中不通入三甲基铝气体，同样制成屋面板；性能检测试验分别对本发明的实例1～7进行性能测试，检测结果如表1所示：检测方法/试验方法比重测试：采用排水法测量屋面板的体积，用屋面板的重量除以屋面板的体积，所得结果即为屋面板的比重，产品比重越小，越质轻；抗压强度测试：采用万能力学实验机测试屋面板的抗压强度；表1 性能检测结果首先将本发明的实例1～5中检测数据进行性能对比，检测结果显示实例1～3中屋面板的力学性能都是显著升高的，而比重却还在降低，其中实例3中两者性能达到最佳，但从实例4开始到实例5结束，性能又开始下降，这可能是跟本技术屋面板的组分配比具有关系，本技术的组分配比存在最佳值，只有在实例3的配比条件下，屋面板的性能才能达到最佳；接着将本发明的实例1和实例6的检测数据进行性能对比，由于实例6中不添加改性贝壳碎片，其余组分的重量和配比都与实例1相同，同样制成屋面板；导致最终屋面板的比重显著增加，抗压强度和实例1近似，由此可以看出本发明改性贝壳碎片的加入的确降低
了屋面板的比重，而且保持了极高的强度，从侧面证实本发明的技术方案可以实施；将本发明的实例1和实例7进行性能对比，由于实例7中屋面板的原料组分的用量和配比都和实例1相同，唯有不同的是在养护的过程中不通入三甲基铝气体，同样制成屋面板；导致最终屋面板的抗压强度显著降低，这是因为本技术还向养护室中通入三甲基铝气体，利用三甲基铝气体入渗进入屋面板预制件的孔隙中，进入预制件孔隙中的三甲基铝和改性贝壳碎片表面接触后，会缓慢的与聚多巴胺薄面中吸附的水发生反应，生成氧化铝沉积在改性贝壳碎片表面；后期常温养护条件下，聚多巴胺膜层吸附的水可以为改性贝壳碎片表面沉积的二氧化硅、氧化铝以及水泥之间发生水化固化效果提供促进效果，促使水泥和填料界面间的水化反应更加充分，从而使体系的致密度进一步提升，使产品的力学性能性能进一步提升，这也从侧面证实来了本技术的技术方案可以实施；对照例对照例1对照例1中使用普通贝壳碎片代替本发明的改性贝壳碎片，其余组分和用量都和实例1中相同，同样制成屋面板；对照例2对照例2中使用预改性贝壳碎片代替本发明的改性贝壳碎片，其余组分和用量都和实例1中相同，同样制成屋面板；性能检测试验分别对本发明的对照例1和2进行性能测试，检测结果如表2所示：检测方法/试验方法比重测试：采用排水法测量屋面板的体积，用屋面板的重量除以屋面板的体积，所得结果即为屋面板的比重，产品比重越小，越质轻；抗压强度测试：采用万能力学实验机测试屋面板的抗压强度；表2 性能检测结果将本发明的实例1和对照例1、对照例2的检测数据进行性能对比，由于对照例1中使用普通贝壳碎片代替本发明的改性贝壳碎片，其余组分和用量都和实例1中相同，同样制成屋面板；对照例2中使用预改性贝壳碎片代替本发明的改性贝壳碎片，其余组分和用量都和实例1中相同，同样制成屋面板；导致最终的对照例1的屋面板的抗压强度降低，比重上升，对照例2的抗压前端显著降低，这是因为本发明首先以富含碳酸钙的贝壳作为原料，将其粉碎后和硅酸钠以及水混合，再在密封条件下通入二氧化碳进行碳化处理，在碳化的过程中，贝壳碎片中的部分碳酸钙分解生成可溶性的碳酸氢钙，在此过程中，贝壳碎片表面被腐蚀从而产生大量孔隙结构，此外硅酸钠在水中和二氧化碳反应生产带有粘性的原硅酸沉淀，将溶解出的碳酸氢钙粘附固着在贝壳碎片的表面和产生的孔隙之中，为后续反应提供条件；本技术将预改性贝壳碎片和多巴胺溶液混合反应，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下发生氧化自聚，形成一层具有亲水锁水性能的聚多巴胺膜层覆盖在预改性贝壳碎片表面，为后期贝壳碎片和其他物料之间的水化作用起到催化效果；本发明的改性贝壳碎片由
于孔隙丰富，因此密度低，质量轻，将其作为屋面板的掺料，可以起到减轻面板质量的效果，此外，由于改性贝壳碎片中粘附固着了碳酸氢钙，在高温养护的作用下，碳酸氢钙受热分解生成碳酸钙、水和二氧化碳，产生的水分被改性贝壳碎片表面的聚合物膜层吸收固着，而且在高温搅拌作用下，原硅酸受热分解，产生二氧化硅和碳酸氢钙分解产生的碳酸钙覆盖填充在贝壳孔隙中，起到了物理支撑轻质物料的效果，从而提高轻质材料贝壳的机械强度，进而提高屋面板的力学强度，这也从侧面证实本发明的技术方案可以实施。
21.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。