一种水利工程保温材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种水利工程保温材料及其制备方法 (Hydraulic engineering heat insulation material and preparation method thereof ) 是由 顾青林 乔爱龙 申艳荣 杨霞 郭晓庆 刘珂 申群 申康 王文科 许顺飞 丁国庆 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种水利工程保温材料,涉及保温材料生产技术领域,由以下重量份数的原料制成：矿渣水泥20-30份、云母粉5-10份、多孔材料5-10份、玻化微珠2-3份、发泡剂0.6-1份、聚合氯化铝1-2份、聚丙烯酸钾1-2份和水18-25份。该保温材料中添加有废陶瓷和植物纤维制备的多孔材料,保温性能好,强度高,经济环保。(The invention discloses a hydraulic engineering heat insulation material, which relates to the technical field of heat insulation material production and is prepared from the following raw materials in parts by weight: 20-30 parts of slag cement, 5-10 parts of mica powder, 5-10 parts of a porous material, 2-3 parts of vitrified micro bubbles, 0.6-1 part of a foaming agent, 1-2 parts of polyaluminium chloride, 1-2 parts of potassium polyacrylate and 18-25 parts of water. The heat-insulating material is added with the porous material prepared from the waste ceramic and the plant fiber, and has the advantages of good heat-insulating property, high strength, economy and environmental protection.)
技术领域
本发明涉及保温材料生产技术领域，尤其是涉及一种水利工程保温材料及其制备方法。
背景技术
水利工程施工的大坝、堤防等多为混凝土结构，在高寒地区水利工程受冬季低温的影响，坝体混凝土受降温冲击，容易产生温度应力从而产生裂缝，从而影响水利工程结构的耐久性，因此在坝体表面施工保温材料也是至关重要的。
中国专利文献(CN 111908865 A)公开一种耐磨保温建筑砂浆及其制备方法，该砂浆由粉料与水混合制备而成，其中粉料与水的重量比为100:20-30；其中粉料由如下重量份的原料加工制备而成：水泥15-20份、石英砂15-20份、云母粉15-20份、凹凸棒土2-20份、改性空心玻璃微珠15-25份、木质纤维素5-12 份、可分散性乳胶粉3-5份、硅微粉15-20份、减水剂0.2-0.5份与保水剂0.2-0.5 份；该发明通过硫酸钛在酸性条件下水解生成二氧化钛包覆在空心玻璃微珠的表面，降低阳光直射对带来的热量传递，另一方面，能够提升空心玻璃微珠的强度，提升了空心玻璃微珠的有效使用率，进而提升砂浆的保温隔热效果。中国专利文献(CN111548080A)公开一种保温墙板及其制备方法，属于建筑材料技术领域，包括两块面板以及设置在两块面板之间的填充层，填充层主要由如下重量份数的原料制成：水泥15-25份、石英砂15-20份、石膏3-8份、黏土5-10 份、粉煤灰20-35份、漂珠3-8份、珍珠岩5-8份、聚苯乙烯颗粒10-15份、增强纤维3-8份、结合剂15-20份。该发明的保温墙板的制备方法，将黏土、漂珠、聚苯乙烯颗粒与水制备浆料，将石膏、增强纤维与水制备浆料，将剩余的原料另外制备浆料，三种浆料混合制得混合浆料，然后进行浇注制备保温墙板；该发明是通过添加漂珠和聚苯乙烯颗粒来增加材料的保温性能。
上述专利文献是通过添加保温填料或对保温填料进行改性来改善材料的保温性能以及强度，没有从环保和成本方面进行考虑。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种水利工程保温材料，通过添加废陶瓷和植物纤维制备的多孔材料，保温性能好，强度高，经济环保。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水利工程保温材料，由以下重量份数的原料制成：矿渣水泥20-30份、云母粉5-10份、多孔材料5-10份、玻化微珠2-3份、发泡剂0.6-1份、聚合氯化铝1-2份、聚丙烯酸钾1-2份和水18-25份。
进一步的，所述发泡剂为蹄角蛋白液、十二烷基硫酸钠、茶皂素、羧甲基纤维素钠按重量比1：0.5-0.8：0.1-0.2：0.1-0.2混合而成。
进一步的，所述蹄角蛋白液制备方法为：将蹄角粉分散在5-8倍重量的 2-5wt％的碱液中，90℃水浴8-10h，然后过滤除掉滤渣得产品。
进一步的，所述玻化微珠为200-300μm和粒径300-500μm的玻化微珠按重量比1：1混合而成。
进一步的，所述多孔材料由以下步骤制备而成：
(1)配料：多孔材料的配方按重量份计为：废陶瓷粉2-3份、植物纤维粉 0.2-0.5份、预混液10-12份。
(2)植物纤维粉与硅溶胶按重量比1：1混合均匀后，50℃烘干；
(3)在6-7wt％聚乙烯醇的热水溶液中，加入10-13wt％的戊二醛溶液和 3-5wt％的醋酸溶液，然后再加入丙烯酰胺和丙烯酸混合均匀，形成预混液；然后加入废陶瓷粉和步骤(2)中的植物纤维粉搅拌均匀，50-60℃超声混合2-3h， 60-80℃干燥10-12h，得坯块；
(4)坯块以3-5℃·min-1的速度升温至600℃保温2h，再以3-5℃·min-1的速度升温至1250℃，保温2-3h，降温至常温研磨至粉状过100筛，得多孔材料。
进一步的，所述所述步骤(3)中聚乙烯醇热水溶液、丙烯酰胺、丙烯酸、戊二醛溶液和醋酸溶液的重量比为12-14：2：2：1：1。
进一步的，所述植物纤维粉为秸秆、棉秆或稻壳经粉碎而成的纤维粉。
进一步的，所述矿渣水泥是由以下重量份数的原料制备而成：硅酸盐水泥 50-60份、高炉矿渣30-40份、石膏5-8份、助磨剂0.1-0.2份。
进一步的，所述助磨剂由以下重量份数的原料制成：三乙醇胺15-20份、木质素4-5份、单甘油脂肪酸酯4-5份、甘油1-2份、糖蜜1-2份、水15-20份。
一种水利工程保温材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将矿渣水泥、云母粉、多孔材料、玻化微珠、聚合氯化铝、聚丙烯酸钾和一半水搅拌均匀得到混合料；
2)将发泡剂和剩余水混合后进行发泡，并将制成泡沫和步骤(1)中的混合料混合均匀，注入模具中，养护脱模得产品。
本发明的有益效果是：
1、本申请公开一种水利工程保温材料，矿渣水泥中添加有云母粉、玻化微珠和多孔材料，其中云母粉质轻，保温性能好，配合玻化微珠和多孔材料，能够大大增加其保温性能；另外还添加有聚合氧化铝和聚丙烯酸钾，其吸水性能和保水性好，一方面能确保本申请材料体系稳定不沉降，另一方面还能减少材料因早期收缩而产生的干纹等问题。
2、本申请中的多孔材料是由废陶瓷粉、植物纤维粉和高分子预混液混合后经高温焙烧烧制而成的多孔材料，采用废陶瓷粉、植物纤维粉为原料，其来源广，能够变废为宝，从而节约成本，经济环保。本申请中的高分子预混液是由聚乙烯醇、丙烯酰胺、丙烯酸和戊二醛混合而成，其中戊二醛能够与聚乙烯醇发生交联反应，丙烯酰胺、丙烯酸相互聚合交联，从而能够形成性能结构强度很高的高分子交联凝胶体系；而废陶瓷粉、植物纤维粉均匀分散在凝胶体系中，形成有机-无机复合体系。在高温焙烧的过程中，废陶瓷粉中的晶粒长大，紧密连接；而其中的植物纤维和有机高分子会缓慢的失重，形成微孔结构。由于植物纤维表面分布有硅溶胶，一方面能够减缓失重速率，使气孔分布更加均匀，另一方面能够使植物纤维在碳化的过程中，形成部分的玻璃碳，与陶瓷晶粒搭桥形成强度比较高的多孔材料，确保多孔材料的强度；最终制备的多孔次材料强度高，比表面积大。
3、在多孔材料的制备过程中，先以3-5℃·min-1的速度升温至600℃保温2 h，使植物纤维粉以及有机体缓慢分解失重；1250℃高温焙烧的过程中，废陶瓷颗粒相互连接成骨架结构，最终形成强度比较高的含有大量微孔的多孔材料，在水泥基料中结构不易崩裂破碎，且保温效果好。
4、本申请中的材料发泡剂为动物蛋白、十二烷基硫酸钠、茶皂素、羧甲基纤维素钠混合而成，其中茶皂素为非离子型表面活性剂，其与动物蛋白中的H 键合，能够提高泡沫膜壁的稳定性；羧甲基纤维素钠增加其与水泥胶合性能，增加泡沫耐久性。起泡率高，与水泥的相容性也比较好，泡沫稳定耐久，不易破碎；因此本申请的发泡剂发泡效果好，与水泥基材的相容性好，泡沫稳定性好。
5、本申请为降低成本，采用矿渣水泥制备保温材料，在硅酸盐水泥中添加有高炉矿渣，为了改善矿渣水泥的性能，在球磨过程中添加有助磨剂，助磨剂为三乙醇胺、木质素、单甘油脂肪酸酯、甘油和糖蜜复配而成，能够吸附在水泥颗粒表面，改善矿渣水泥的粉磨效果，减少团聚，提高矿渣微粉的活性，从而提高水泥的强度和抗蚀抗渗性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种水利工程保温材料，由以下重量份数的原料制成：矿渣水泥20份、云母粉10份、多孔材料5份、玻化微珠3份、发泡剂0.6份、聚合氯化铝1份、聚丙烯酸钾2份和水18份。
其中发泡剂为蹄角蛋白液、十二烷基硫酸钠、茶皂素、羧甲基纤维素钠按重量比1：0.5：0.1：0.1混合而成。
蹄角蛋白液制备方法为：将蹄角粉分散在5倍重量的2wt％的碱液中，90℃水浴8-10h，然后过滤除掉滤渣得产品。
采用的玻化微珠为200-300μm和粒径300-500μm的玻化微珠按重量比1：1 混合而成。
其中多孔材料由以下步骤制备而成：
(1)配料：多孔材料的配方按重量份计为：废陶瓷粉2份、植物纤维粉0.2 份、预混液10份。
(2)植物纤维粉与硅溶胶按重量比1：1混合均匀后，50℃烘干；
(3)在6wt％聚乙烯醇的热水溶液中，加入10wt％的戊二醛溶液和3wt％的醋酸溶液，然后再加入丙烯酰胺和丙烯酸混合均匀，形成预混液；然后加入废陶瓷粉和步骤(2)中的植物纤维粉搅拌均匀，50-60℃超声混合2h，60℃干燥 12h，得坯块；所述聚乙烯醇热水溶液、丙烯酰胺、丙烯酸、戊二醛溶液和醋酸溶液的重量比为12：2：2：1：1；
(4)坯块以3℃·min-1的速度升温至600℃保温2h，再以5℃·min-1的速度升温至1250℃，保温2h，降温至常温研磨至粉状过100筛，得多孔材料。
植物纤维粉为棉秆经粉碎而成，过100目筛；废陶瓷粉是废陶瓷粉碎后过 100目筛收集筛下物。
矿渣水泥是由以下重量份数的原料制备而成：42.5硅酸盐水泥50份、高炉矿渣40份、石膏5份、助磨剂0.1份。
其中助磨剂由以下重量份数的原料制成：三乙醇胺15份、木质素4份、单甘油脂肪酸酯5份、甘油1份、糖蜜2份、水15份。
上述水利工程保温材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将矿渣水泥、云母粉、多孔材料、玻化微珠、聚合氯化铝、聚丙烯酸钾和一半水搅拌均匀得到混合料；
2)将发泡剂和剩余水混合后进行发泡，并将制成泡沫和步骤(1)中的混合料混合均匀，注入模具中，养护脱模得产品。
实施例2
一种水利工程保温材料，由以下重量份数的原料制成：矿渣水泥22份、云母粉9份、多孔材料6份、玻化微珠2.5份、发泡剂0.7份、聚合氯化铝1.2份、聚丙烯酸钾1.5份和水20份。
其中发泡剂为蹄角蛋白液、十二烷基硫酸钠、茶皂素、羧甲基纤维素钠按重量比1：0.6：0.1：0.1混合而成。
蹄角蛋白液制备方法为：将蹄角粉分散在6倍重量的3wt％的碱液中，90℃水浴8-10h，然后过滤除掉滤渣得产品。
采用的玻化微珠为200-300μm和粒径300-500μm的玻化微珠按重量比1：1 混合而成。
其中多孔材料由以下步骤制备而成：
(1)配料：多孔材料的配方按重量份计为：废陶瓷粉2份、植物纤维粉0.3 份、预混液10份。
(2)植物纤维粉与硅溶胶按重量比1：1混合均匀后，50℃烘干；
(3)在6wt％聚乙烯醇的热水溶液中，加入11wt％的戊二醛溶液和3.5wt％的醋酸溶液，然后再加入丙烯酰胺和丙烯酸混合均匀，形成预混液；然后加入废陶瓷粉和步骤(2)中的植物纤维粉搅拌均匀，50-60℃超声混合2h，60℃干燥12h，得坯块；所述聚乙烯醇热水溶液、丙烯酰胺、丙烯酸、戊二醛溶液和醋酸溶液的重量比为12：2：2：1：1；
(4)坯块以3℃·min-1的速度升温至600℃保温2h，再以4℃·min-1的速度升温至1250℃，保温2h，降温至常温研磨至粉状过100筛，得多孔材料。
本实施例中的植物纤维粉为稻壳纤维粉，过100目筛。
矿渣水泥是由以下重量份数的原料制备而成：42.5硅酸盐水泥52份、高炉矿渣38份、石膏6份、助磨剂0.1份。
其中助磨剂由以下重量份数的原料制成：三乙醇胺16份、木质素4.2份、单甘油脂肪酸酯4.8份、甘油1.2份、糖蜜1.8份、水16份。
水利工程保温材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将矿渣水泥、云母粉、多孔材料、玻化微珠、聚合氯化铝、聚丙烯酸钾和一半水搅拌均匀得到混合料；
2)将发泡剂和剩余水混合后进行发泡，并将制成泡沫和步骤(1)中的混合料混合均匀，注入模具中，养护脱模得产品。
实施例3
一种水利工程保温材料，由以下重量份数的原料制成：矿渣水泥25份、云母粉8份、多孔材料8份、玻化微珠2.8份、发泡剂0.8份、聚合氯化铝1.5份、聚丙烯酸钾1.5份和水22份。
其中发泡剂为蹄角蛋白液、十二烷基硫酸钠、茶皂素、羧甲基纤维素钠按重量比1：0.7：0.15：0.15混合而成。
蹄角蛋白液制备方法为：将蹄角粉分散在6倍重量的4wt％的碱液中，90℃水浴8-10h，然后过滤除掉滤渣得产品。
采用的玻化微珠为200-300μm和粒径300-500μm的玻化微珠按重量比1：1 混合而成。
其中多孔材料由以下步骤制备而成：
(1)配料：多孔材料的配方按重量份计为：废陶瓷粉2.5份、植物纤维粉 0.4份、预混液11份。
(2)植物纤维粉与硅溶胶按重量比1：1混合均匀后，50℃烘干；
(3)在6.5wt％聚乙烯醇的热水溶液中，加入12wt％的戊二醛溶液和4wt％的醋酸溶液，然后再加入丙烯酰胺和丙烯酸混合均匀，形成预混液；然后加入废陶瓷粉和步骤(2)中的植物纤维粉搅拌均匀，50-60℃超声混合2.5h，70℃干燥11h，得坯块；所述聚乙烯醇热水溶液、丙烯酰胺、丙烯酸、戊二醛溶液和醋酸溶液的重量比为13：2：2：1：1；
(4)坯块以4℃·min-1的速度升温至600℃保温2h，再以4℃·min-1的速度升温至1250℃，保温2.5h，降温至常温研磨至粉状过100筛，得多孔材料。
本实施例中的植物纤维粉为棉秆纤维粉，过100目筛。
矿渣水泥是由以下重量份数的原料制备而成：42.5硅酸盐水泥55份、高炉矿渣35份、石膏6份、助磨剂0.15份。
其中助磨剂由以下重量份数的原料制成：三乙醇胺17份、木质素4.5份、单甘油脂肪酸酯4.5份、甘油1.5份、糖蜜1.5份、水18份。
水利工程保温材料的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种水利工程保温材料，由以下重量份数的原料制成：矿渣水泥28份、云母粉6份、多孔材料8份、玻化微珠2份、发泡剂0.9份、聚合氯化铝1.8份、聚丙烯酸钾1.2份和水24份。
其中发泡剂为蹄角蛋白液、十二烷基硫酸钠、茶皂素、羧甲基纤维素钠按重量比1：0.8：0.2：0.2混合而成。
蹄角蛋白液制备方法为：将蹄角粉分散在7倍重量的5wt％的碱液中，90℃水浴8-10h，然后过滤除掉滤渣得产品。
采用的玻化微珠为200-300μm和粒径300-500μm的玻化微珠按重量比1：1 混合而成。
其中多孔材料由以下步骤制备而成：
(1)配料：多孔材料的配方按重量份计为：废陶瓷粉2.5份、植物纤维粉 0.5份、预混液11份。
(2)植物纤维粉与硅溶胶按重量比1：1混合均匀后，50℃烘干；
(3)在7wt％聚乙烯醇的热水溶液中，加入12wt％的戊二醛溶液和4wt％的醋酸溶液，然后再加入丙烯酰胺和丙烯酸混合均匀，形成预混液；然后加入废陶瓷粉和步骤(2)中的植物纤维粉搅拌均匀，50-60℃超声混合2.5h，80℃干燥 10h，得坯块；所述聚乙烯醇热水溶液、丙烯酰胺、丙烯酸、戊二醛溶液和醋酸溶液的重量比为13：2：2：1：1；
(4)坯块以4℃·min-1的速度升温至600℃保温2h，再以3℃·min-1的速度升温至1250℃，保温2.5h，降温至常温研磨至粉状过100筛，得多孔材料。
植物纤维粉为稻壳经粉碎而成的纤维粉，过100目筛。
矿渣水泥是由以下重量份数的原料制备而成：42.5硅酸盐水泥58份、高炉矿渣32份、石膏7份、助磨剂0.15份。
其中助磨剂由以下重量份数的原料制成：三乙醇胺18份、木质素4.8份、单甘油脂肪酸酯4份、甘油1.5份、糖蜜1.2份、水18份。
实施例5
一种水利工程保温材料，由以下重量份数的原料制成：矿渣水泥30份、云母粉5份、多孔材料10份、玻化微珠2份、发泡剂1份、聚合氯化铝2份、聚丙烯酸钾1份和水25份。
其中发泡剂为蹄角蛋白液、十二烷基硫酸钠、茶皂素、羧甲基纤维素钠按重量比1：0.7：0.15：0.1混合而成。
蹄角蛋白液制备方法为：将蹄角粉分散在8倍重量的4wt％的碱液中，90℃水浴8-10h，然后过滤除掉滤渣得产品。
采用的玻化微珠为200-300μm和粒径300-500μm的玻化微珠按重量比1：1 混合而成。
其中多孔材料由以下步骤制备而成：
(1)配料：多孔材料的配方按重量份计为：废陶瓷粉3份、植物纤维粉0.3 份、预混液12份。
(2)植物纤维粉与硅溶胶按重量比1：1混合均匀后，50℃烘干；
(3)在7wt％聚乙烯醇的热水溶液中，加入13wt％的戊二醛溶液和5wt％的醋酸溶液，然后再加入丙烯酰胺和丙烯酸混合均匀，形成预混液；然后加入废陶瓷粉和步骤(2)中的植物纤维粉搅拌均匀，50-60℃超声混合3h，80℃干燥 10h，得坯块；所述聚乙烯醇热水溶液、丙烯酰胺、丙烯酸、戊二醛溶液和醋酸溶液的重量比为14：2：2：1：1；
(4)坯块以5℃·min-1的速度升温至600℃保温2h，再以3℃·min-1的速度升温至1250℃，保温3h，降温至常温研磨至粉状过100筛，得多孔材料。
植物纤维粉为秸秆经粉碎而成的纤维粉，过100目筛。
矿渣水泥是由以下重量份数的原料制备而成：42.5硅酸盐水泥60份、高炉矿渣30份、石膏8份、助磨剂0.2份。
其中助磨剂由以下重量份数的原料制成：三乙醇胺20份、木质素5份、单甘油脂肪酸酯4份、甘油2份、糖蜜1份、水20份。
性能检测
检测实施例1-5制备的多孔材料的性能，其中显气孔率参照《多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法》进行检测，多孔材料坯块焙烧后的抗压强度参照 GB/T-1964-1996《多孔陶瓷压缩强度试验方法》进行检测；将实施例1-5保温材料制备成100*100*100mm试块并检测抗压强度和导热系数，结果参见表1。
表1性能检测数据
由表1可知，本申请实施例1-5制备的多孔材料的显气孔率为60％-64％，且强度比较高，能够达到38-40MPa，说明本申请制备的多孔材料的空隙率高，保温效果好，且强度高，孔结构不易损坏崩塌；最终制备的保温板材的导热系数能够达到0.042-0.056W/(m·k)，保温性能好，强度高，性能优异，可用于水利工程混凝土结构表面保温。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。