具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

本实施例的渣土基免烧轻质保温材料，包括以下质量份的各组分：工程渣土以干重计80份～100份、无机轻集料15份～65份、轻烧氧化镁5份～30份、氯化镁1份～15份、聚合物乳液3份～10份、纤维0.2份～1.5份、改性剂0.1份～1.5份。

本发明的渣土基免烧轻质保温材料，包括：工程渣土、无机轻集料、轻烧氧化镁、氯化镁、聚合物乳液、纤维、改性剂。以工程渣土为基体材料，无机轻集料为骨料，氯氧镁水泥、聚合物乳液为胶结材料，实现了工程渣土资源化利用。其中，无机轻集料具有容重轻和耐久性能好的优点，可有效降低制品的容重，使其具备良好的保温、隔热特性。氯氧镁水泥具有较强的粘结性能，极易与多种材料粘结，可有效固化工程渣土，获得强度较高的渣土基免烧制品；同时，因其凝结硬化较快，可缩短生产周期。聚合物乳液具有良好的粘结性能和成膜特性，可有效提高制品的力学强度和防水性能。乱向分布的纤维具有增强效应，可提高制品的抗弯、抗拉强度，并改善其韧性。改性剂可有效抑制氯氧镁水泥制品返卤。以氯氧镁水泥、聚合物乳液为复合胶结材料，采用压力成型工艺，在化学与物理的共同作用下，获得强度较高的渣土基免烧制品。在此基础上掺加适量无机轻集料，降低了渣土基免烧制品的容重，使其具备良好的保温、隔热特性。聚合物乳液可在基体中形成聚合物膜，具有一定柔性和变形能力，可有效阻断毛细管道；纤维具有增强、增韧的效果，可有效阻止基体中微裂缝的产生和扩展；聚合物乳液与纤维协同作用改善了制品的韧性，并提高其防水性能，克服了氯氧镁水泥制品脆性大、耐水性差的缺点。同时，由于主要原材料为无机材料，因此，制品还具有防火的优点。上述渣土基免烧轻质保温材料各原材料协同作用，使获得的渣土基免烧轻质保温材料具有质轻、保温、隔热、防火的特性，并克服了氯氧镁水泥制品脆性大、耐水性差的缺点。上述渣土基免烧轻质保温材料可用于生产保温砌块、保温板等保温材料，可在建筑墙体保温中广泛应用。上述渣土基免烧轻质保温材料为工程渣土资源化利用提供了新的技术支撑，不但可消耗大量的工程渣土，提高渣土资源化利用率，还可为新型材料领域开发新的产品，符合建设“资源节约型、环境友好型”社会的要求，具有较好的生态效益、社会效益和经济效益。

上述工程渣土是基坑开挖或地下工程建设产生的土类渣土。由于工程渣土的主要成分为黏土，且其含水率往往比较高、黏性比较大，因此，其资源化利用难度比较高。轻烧氧化镁和氯化镁为氯氧镁水泥的主要组成原材料，氯氧镁水泥具有较强的粘结性能，极易与多种材料粘结，可在常温常压养护条件下较快地凝结硬化，形成强度比较高的制品。与传统的胶结材料(水泥、石灰等)相比，在相同掺量的条件下，其制品的力学强度更高，凝结硬化所需时间更短，因此，采用氯氧镁水泥固化工程渣土，可制得强度较高的渣土基免烧轻质保温材料，且其生产周期比较短。采用氯氧镁水泥固化工程渣土，制备得到渣土基免烧轻质保温材料，其工程渣土的占比高达50％～80％，实现了工程渣土较高的利用率。然而，由于渣土基免烧实心建材制品的容重比较大(压制成型制品的容重在2000kg/m³左右，浇筑成型制品在1800kg/m³左右)，在建筑墙体中只能应用于承重墙体，因而限制了其在建筑墙体中的应用范围。本发明通过掺加无机轻集料，降低了渣土基免烧制品的容重，并使其具备保温、隔热的功能，其干密度低于1000kg/m³，其干密度、导热系数、抗压强度等性能指标均可满足GB/T11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》的相关规定；同时，由于采用的原材料主要为无机材料，使得渣土基免烧轻质保温材料具有防火的优点，其燃烧性能等级为A级，为不燃材料。因此，渣土基免烧轻质保温材料可提高建筑的防火安全性。

本实施例中，工程渣土以干重计85份～95份、无机轻集料15份～65份、轻烧氧化镁8份～25份、氯化镁2份～9份、聚合物乳液5份～8份、纤维0.2份～1.0份、改性剂0.3份～1.0份。上述配比获得的渣土基免烧轻质保温材料在相同容重条件下，具有更高的抗压强度和更低的导热系数。更优选地，工程渣土以干重计85份～95份、无机轻集料15份～65份、轻烧氧化镁10份～20份、氯化镁3份～6份、聚合物乳液5份～8份、纤维0.3份～0.6份、改性剂0.3份～0.6份。

本实施例中，工程渣土是基坑开挖或地下工程建设产生的土类渣土。和/或，工程渣土的含水率低于3％。上述以工程渣土为基体材料制备渣土基免烧轻质保温材料，工程渣土是指土类渣土。上述渣土基免烧轻质保温材料可用于生产保温砌块、保温板等建筑保温材料，可在建筑墙体保温中广泛应用。上述工程渣土的含水率应低于3％。上述工程渣土的主要成分为黏土，其含水率比较高、黏性比较大，难以与其他原材料混合均匀。工程渣土风干或烘干后，有利于进行破碎处理与其他原材料混合均匀。

本实施例中，无机轻集料采用膨胀珍珠岩、玻化微珠中的至少一种。和/或，无机轻集料的堆积密度不超过120kg/m³。上述无机轻集料是膨胀珍珠岩、玻化微珠中的至少一种，膨胀珍珠岩、玻化微珠作为轻集料，具有容重轻、导热系数小、不燃烧、耐久性能好等特点，可有效降低建材制品的容重，使其具备良好的保温、隔热、防火等特性，克服了EPX、XPS板易燃烧、高温产生有害气体、耐老化耐候性差等缺点。上述无机轻集料的堆积密度不超过120kg/m³。无机轻集料的堆积密度越小，其导热系数就越小。当无机轻集料堆积密度不超过120kg/m³时，可制得较低干密度等级、较小导热系数的渣土基免烧轻质保温材料。

本实施例中，聚合物乳液采用VAE乳液、聚乙烯醇乳液中的至少一种。和/或，聚合物乳液的含固量大于等于50％。上述VAE乳液、聚乙烯醇乳液具有良好的粘结性能，可提高原材料间的粘结强度，与氯氧镁水泥协同作用，提高渣土基免烧轻质保温材料的力学强度；同时，VAE乳液、聚乙烯醇乳液还具有良好的成膜特性，形成的聚合物膜可有效阻断毛细管道，提高渣土基免烧轻质保温材料的防水性能。控制聚合物乳液的含固量大于等于50％，可以保证聚合物乳液具有较好的粘结性能和成膜性能。

本实施例中，纤维采用农作物秸秆纤维、聚丙烯纤维中的至少一种。和/或，纤维的长度不超过20mm。上述纤维可提高渣土基免烧轻质保温材料的抗开裂性能，克服氯氧镁水泥制品脆性大的缺点。上述纤维的长度不超过20mm，有利于纤维在混合料中分散均匀，从而更有效地阻止基体中微裂缝的产生和扩展，提高制品的抗开裂性能，并显著改善其韧性。

本实施例中，改性剂采用磷酸盐、硫酸盐、磷酸或硅粉中的至少一种。上述改性剂可有效抑制氯氧镁水泥制品返卤。

根据本发明的另一方面，还提供了一种包括上述渣土基免烧轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将氯化镁加入到水中，搅拌均匀，得到氯化镁水溶液；

S2、向步骤S1的氯化镁水溶液中添加改性剂，搅拌均匀，得到混合物A；

S3、将无机轻集料与聚合物乳液搅拌均匀，再与工程渣土、轻烧氧化镁、纤维搅拌均匀，得到混合物B；

S4、将步骤S2得到的混合物A采用喷雾的方式加入到步骤S3得到的混合物B中，搅拌均匀，得到混合物C；

S5、将步骤S4的混合物C装入模具内，采用压力成型工艺，然后脱模，养护，获得渣土基免烧轻质保温材料。

本发明的渣土基免烧轻质保温材料，先将氯化镁加入到水中配制成氯化镁水溶液，再添加改性剂制备得到混合物A；将无机轻集料与聚合物乳液搅拌均匀，再与工程渣土、轻烧氧化镁、纤维搅拌均匀，得到混合物B；将混合物A采用喷雾的方式加入到混合物B中，搅拌均匀，制备得到混合物C；将混合物C装入模具内，采用压力成型的工艺，然后脱模，养护，获得渣土基免烧轻质保温材料。上述将无机轻集料与聚合物乳液搅拌均匀，使无机轻集料表面包裹聚合物乳液，既可提高无机轻集料与其他原材料之间的粘结强度，形成的聚合物膜还可阻断毛细管道，进而提高渣土基免烧轻质保温材料的防水性能。混合物A采用喷雾的方式加入到混合物B中，喷雾方式有利于将氯化镁水溶液和改性剂均匀地掺入到工程渣土中，解决了工程渣土因黏性大不易与其他原材料混合均匀的问题。上述渣土基免烧轻质保温材料制备工艺简单，生产所需场地较小、生产周期比较短；采用免烧结工艺，可节省大量能源，低碳又环保。因此，渣土基免烧轻质保温材料的制备方法具有制备工艺简单、免烧结、生产投资较小等特点。

本实施例中，步骤S3中工程渣土采用破碎至颗粒粒径小于4.75mm的工程渣土。上述工程渣土中通常含有大块碎石，其粒径对制品的成型、性能均有影响。采用对辊机对工程渣土进行破碎，使其颗粒粒径保持在合理范围内，提高了工程渣土颗粒的匀质性，有利于保证渣土基免烧轻质保温材料性能的稳定。以氯氧镁水泥、聚合物乳液为复合胶结材料，膨胀珍珠岩、玻化微珠为骨料，工程渣土为基体材料，制得的渣土基免烧轻质保温材料主要用于生产保温砌块、保温板等建筑材料，制品的尺寸比较小，控制工程渣土颗粒粒径小于4.75mm，可以保证制品易于成型且性能稳定。

本实施例中，步骤S1中氯化镁水溶液的波美度为22～30。上述氯化镁为氯氧镁水泥的重要组成材料。氯氧镁水泥是用煅烧菱镁矿所得的轻烧粉或低温煅烧白云石所得的灰分(主要成分为MgO)，以六水氯化镁(MgCl₂·6H₂O)等水溶性镁盐为调和剂，再加入水所形成的水泥硬化体。试验结果表明，氯氧镁水泥水化产物组成以518相为主，Mg(OH)₂为辅时，其硬化体的性能最佳。氯化镁水溶液的波美度为22～30，MgO/MgCl₂的摩尔比为5～13，其水化产物中518相占比较多，Mg(OH)₂占比较少，硬化体强度较高。

本实施例中，步骤S4中混合物C的含水率为6％～18％。工程渣土混合物在压力下成型存在最佳含水率，在最佳含水率条件下可获得最大干密度和较高的极限压力，进而获得强度较高的渣土基免烧轻质保温材料。同时，氯化镁的最佳波美度为22～30，也对混合物的含水率进行了限定。试验结果表明，当含水率为6％～18％时，既可在较高压力下成型，获得较密实的渣土基坯体，还可使氯化镁在较优波美度下反应，在物理和化学协同作用下，获得强度较高的渣土基免烧轻质保温材料。

本实施例中，步骤S5中压力成型工艺的成型压力为5MPa～15MPa。采用压力成型工艺，不同的颗粒级配、配合比，其极限压力也不一样，当压力超过极限压力后，不但起不到增强作用，还可能导致坯体破坏。本发明采用无机轻集料来降低渣土基免烧轻质保温材料的容重，使其具备保温、隔热的特性。然而，由于轻集料的抗压强度比较低，当成型压力过大时，其多孔结构因过度压缩而被破坏，导致渣土基免烧轻质保温材料保温隔热性能下降。因此，应综合考虑渣土基免烧轻质保温材料的力学强度和导热系数，确定最优的成型压力，上述成型压力范围为5MPa～15MPa。

根据本发明的另一方面，还提供了一种包括上述渣土基免烧轻质保温材料在建筑保温建材制品中的应用。具体应用于保温砌块、保温板等墙体保温材料。

实施例

实施例1

渣土基免烧轻质保温材料，包括以下质量份的各组分：工程渣土以干重计100份、膨胀珍珠岩15份、轻烧氧化镁8份、氯化镁2份、VAE乳液3份、农作物秸秆纤维0.4份、磷酸钠0.5份。

渣土基免烧轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将氯化镁加入到水中搅拌均匀，得到波美度为22的氯化镁溶液；

S2、将磷酸钠加入到步骤S1中的氯化镁溶液中搅拌均匀，制备得到混合物A；

S3、首先，将工程渣土烘干或风干至含水率低于3％，再破碎至颗粒粒径小于4.75mm，然后，将膨胀珍珠岩与VAE乳液搅拌均匀，再与工程渣土、轻烧氧化镁、农作物秸秆纤维搅拌均匀，制备得到混合物B；

S4、将步骤S2得到的混合物A采用喷雾的方式加入到步骤S3得到的混合物B中，搅拌均匀，得到混合物C，混合物C的含水率为10％；

S5、将步骤S4中的混合物C装入模具中，在压力为12MPa的液压机中成型，脱模后自然养护，获得渣土基免烧轻质保温材料。

实施例2

渣土基免烧轻质保温材料，包括以下质量份的各组分：工程渣土以干重计100份、膨胀珍珠岩24份、轻烧氧化镁12份、氯化镁4份、聚乙烯醇乳液5份、聚丙烯纤维0.6份、磷酸0.6份。

渣土基免烧轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将氯化镁加入到水中搅拌均匀，得到波美度为25的氯化镁溶液；

S2、将磷酸加入到步骤S1中的氯化镁溶液中搅拌均匀，制备得到混合物A；

S3、首先，将工程渣土烘干或风干至含水率低于3％，再破碎至颗粒粒径小于4.75mm，然后，将膨胀珍珠岩与聚乙烯醇乳液搅拌均匀，再与工程渣土、轻烧氧化镁、聚丙烯纤维纤维搅拌均匀，制备得到混合物B；

S4、将步骤S2得到的混合物A采用喷雾的方式加入到步骤S3得到的混合物B中，搅拌均匀，得到混合物C，混合物C的含水率为12％；

S5、将步骤S4中的混合物C装入模具中，在压力为10MPa的液压机中成型，脱模后自然养护，获得渣土基免烧轻质保温材料。

实施例3

渣土基免烧轻质保温材料，包括以下质量份的各组分：工程渣土以干重计100份、玻化微珠42份、轻烧氧化镁20份、氯化镁6份、聚乙烯醇乳液8份、聚丙烯纤维0.8份、磷酸钠0.8份。

渣土基免烧轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将氯化镁加入到水中搅拌均匀，得到波美度为30的氯化镁溶液；

S2、将磷酸钠加入到步骤S1中的氯化镁溶液中搅拌均匀，制备得到混合物A；

S3、首先，将工程渣土烘干或风干至含水率低于3％，再破碎至颗粒粒径小于4.75mm，然后，将玻化微珠与聚乙烯醇乳液搅拌均匀，再与工程渣土、轻烧氧化镁、聚丙烯纤维搅拌均匀，制备得到混合物B；

S4、将步骤S2得到的混合物A采用喷雾的方式加入到步骤S3得到的混合物B中，搅拌均匀，得到混合物C，混合物C的含水率为13％；

S5、将步骤S4中的混合物C装入模具中，在压力为8MPa的液压机中成型，脱模后自然养护，获得渣土基免烧轻质保温材料。

对上述实施例1、2和3制备得到的渣土基免烧轻质保温材料进行干密度、抗压强度和导热系数测试，试验方法按照《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T 11968-2020)进行。

上述测试结果如表1所示。

表1实施例1～3的试验结果

由表1可知，掺加适量的无机轻集料，可显著降低渣土基免烧制品的容重，并使其具备良好的保温、隔热性能。随着无机轻集料掺量的增加，渣土基免烧轻质保温材料的干密度和导热系数逐渐降低，其抗压强度也随之降低，但其抗压强度、导热系数均优于《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T 11968-2020)中干密度等级B04、B05、B06对抗压强度和导热系数的要求。因此，以工程渣土为基体材料，无机轻集料为骨料，氯氧镁水泥、聚合物乳液为复合胶结材料，制得的渣土基免烧轻质保温材料具有质轻、保温、隔热的特性，且因其主要原材料为无机材料，因而还具有防火的优点，不但能满足墙体保温、隔热的要求，还能提高建筑的防火安全性，具有广泛的应用前景。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。