一种新型建筑保温材料的制备方法①

□□ 朱堂葵，黄剑峰，刘沛龙 (.义乌工商职业技术学院 创意设计学院，浙江 义乌 3000；.义乌市东银建筑工程有限公司，浙江 义乌 3000)

引言

建筑材料在建筑物中使用材料的统称，也是土木工程和建筑工程中使用材料的统称。由于建筑材料的广泛应用，各行各业对建筑材料有着更高的要求，既要求低成本，又要求高性能，为此人们不断研究出各种各样的新型建筑材料，如保温材料、隔热材料、高强材料、会呼吸的材料等。中国专利文献公开了一种建筑材料及其制造方法[1]。该建筑材料的组分按质量百分比计量为15%的煤灰粉、25%的橡胶颗粒、10%的生石灰、2%的碳纤维素、10%的高岭土、1%的氧化镁、8%的泡沫塑料、1.5%的减水剂、0.1%的稳定剂，其余为水，经过拌浆、压缩、干燥、成型固化、养护等工序制备而成。该专利公开的新型建筑材料具有优异的防水性能，但其成分较为复杂，生产工序较多，生产成本较高，因此，研发一种生产工艺较简单且生产成本较低的新型建筑材料是很有必要的。

岩棉是一种以天然玄武岩为原料，经熔化、纤维化而制成的无机质纤维，具有不燃、化学稳定等特点[2]。岩棉是一种无机保温材料，常用于建筑外墙保温体系[3]。但是，外墙保温的岩棉一般使用一次后就随意丢弃，未进行合理地回收和循环利用，会造成较大的环境污染[3]。废弃岩棉的处理已引起了人们的关注，目前有研究人员将改性后的废弃岩棉应用于污水处理[2-6]，但将其作为原料制备新型建筑保温材料的研究并不多。众所周知，岩棉能提高建筑的保温隔热性能，因此废弃岩棉可以用来制备新型建筑保温材料。玻璃广泛应用于日常生产和生活之中，废弃玻璃随处可见，据联合国调查统计分析，全世界产生固废中的7%为废弃玻璃[7]。美国2010年产生固废中的4.6%为废弃玻璃[8]。欧盟2014年产生了约1 850万t的废弃玻璃[9]。香港2015年每天产生约275 t的废弃玻璃瓶，但是其回收率不足10%，超过90%的废弃玻璃直接被填埋处理[10]。我国2017年产生了2 025.5万t废弃玻璃，但是回收量仅为926.8万t，回收率仅为45.8%，大量未被回收利用的废弃玻璃势必会对环境造成污染[11-12]。随着社会的进步和人民生活水平的提高，废弃玻璃数量势必不断增加，如果能将废弃玻璃作为原料制备新型建筑材料，不仅能有效减少城市固废，而且能对发展绿色建材起到重要的推动作用。废弃玻璃具有良好的抗压性能，能提高建筑材料的抗压强度，因此可作为建筑材料的一部分。在建筑材料制备的原料中添加废弃岩棉板和废弃玻璃，不仅可以将这些废弃物循环再利用，还可以大大降低建筑材料的生产成本。

本文阐述了一种新型建筑保温材料的配方及其制备方法。以废弃岩棉板、废弃玻璃、硅酸钙粉、木屑粉、聚氨酯、硅酸铝粉、活性炭、聚丙烯纤维、硅藻土、火山石渣、高岭土、纳米TiO2、水泥、引气剂、缓凝剂、减水剂和水为原料制备新型建筑保温材料。原料中的废弃岩棉板和废弃玻璃，经过取料、粉碎、搅拌(粉碎后的废弃岩棉板和废弃玻璃与其他原料混合搅拌)、成型和烘干等工序，可制备出新型建筑保温材料，该方案生产成本低，制备方法简单方便。

1 材料配方

按质量比计算，该新型建筑保温材料包括以下组分：废弃岩棉板20～26份、废弃玻璃12～20份、硅酸钙粉11～17份、木屑粉6～12份、聚氨酯13～21份、硅酸铝粉7～13份、活性炭4～9份、聚丙烯纤维1～3份、硅藻土11～16份、火山石渣3.5～8.5份、高岭土1.2～2.6份、纳米二氧化钛11～15份、水泥12～17份、引气剂0.2～0.4份、缓凝剂0.4～0.9份、减水剂0.5～1.5份和水12～20份。其中，硅藻土粒径为250～450目，水泥为铝酸盐水泥，引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂，缓凝剂为焦磷酸钠，减水剂为聚羧酸系减水剂。

2 制备方法

2.1 制备步骤

新型建筑保温材料的制备过程包括以下步骤：

(1)按质量份数分别称取各种原料。

(2)将废弃岩棉板和废弃玻璃放入粉碎装置中进行粉碎，粉碎时间8～12 min，得到粉碎混合料。

(3)将硅酸钙粉、木屑粉、聚氨酯、硅酸铝粉、活性炭、聚丙烯纤维、硅藻土、火山石渣、高岭土、纳米二氧化钛、水泥、引气剂、缓凝剂、减水剂、水与步骤2中的粉碎混合料一起放入到搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为150～350 rpm，搅拌时间为40～60 min，得到新的混合料。

(4)将新混合料注入到成型模具中，加压成型，压力控制在1.1～1.3 MPa，压制时间为25～35 min，制得成型料。

(5)将成型料置于烘箱中进行烘干，温度为60～74 ℃，时间为5～8 h，烘干完成后即可得到建筑保温材料成品。

2.2 粉碎装置结构

新型建筑保温材料制备过程中，废弃岩棉板和废弃玻璃的混合粉碎是关键环节，该过程所用粉碎装置结构如图1所示。

图1 粉碎装置结构示意图

从图1可看出，该装置主要由37个关键组件构成，具体为：1-底座；2-第二转轴；3-第一齿轮；4-第二齿轮；5-第二电机；6-第二固定板；7-主动轮；8-皮带；9-从动轮；10-第一转轴；11-第一轴承；12-盖板；13-第一固定板；14-第一粉碎刀；15-过滤环；16-第一电机；17-阀门；18-第二粉碎刀；19-支撑腿；20-粉碎箱；20a-进料口；20b-出料口；21-第二轴承；22-电源；23-连接圈；24-升降架；25-弹簧；26-连接杆；27-转动电机；28-导料筒；28a-输入孔；28b-输出孔；29-转动杆；30-螺旋叶片；31-安装板；32-振动电机；33-支架；34-推杆电机；35-导轨；36-滑块；37-限位块。

底座1上通过支撑腿19固定有粉碎箱20，粉碎箱20内设置有过滤环15，过滤环15外侧通过弹性的连接圈23和粉碎箱20内壁相连，过滤环15内侧和弹性的安装板31相连，安装板31的形状为圆形，过滤环15将粉碎箱20内部分成上粉碎腔和下粉碎腔。过滤环15可以对物料进行筛选，小颗粒物料可以落入过滤环15的下方，受到第二粉碎刀18的二次粉碎，保证了物料的粉碎效果。第一轴承11卡接在粉碎箱20上，第一转轴10接在第一轴承11内套里，第一转轴10和第一粉碎刀14可以一起转动。第一转轴10每根轴的下端固定连接有两个第一粉碎刀14，该粉碎刀位于上粉碎腔内，第一转轴10的上端与从动轮9固定连接，从动轮9通过皮带8与主动轮7传动连接，主动轮7与能带动其转动的第一传动结构相连。第一传动结构包括第一电机16和第一固定板13，第一电机16的机身通过第一固定板13固定连接于粉碎箱20的上表面，主动轮7通过键的方式与第一电机16的输出轴连接。第一电机16的机身通过第一固定板13固定连接在粉碎箱20的上顶面，保证其能正常工作。

粉碎箱20的上表面开设有进料口20a，进料口设有盖板12。通过设置进料口20a和盖板12，使进料口20a可以将物料加入粉碎箱20内，盖板12可以防止物料在粉碎过程中从进料口溅出，保证了工人的安全。第二轴承21卡接在粉碎箱20上，第二转轴2接在第二轴承21内套里。第二转轴2上通过焊接的方式固定连接有第二粉碎刀18，通过第二轴承21的设置，使第二转轴2和第二粉碎刀18一起转动。第二粉碎刀18位于下粉碎腔内，第二转轴2的右端与第一齿轮3固定连接，第一齿轮3位于粉碎箱20的右侧，且第一齿轮3与第二齿轮4啮合。通过第一齿轮3和第二齿轮4的设置，第二传动结构先带动第二齿轮4转动，进而带动第一齿轮3转动，进而带动第二转轴2转动，最后带动第二粉碎刀18转动，使第二粉碎刀18能够对物料进行粉碎。第二齿轮4与能带动其转动的第二传动结构相连。第二传动结构包括第二电机5和第二固定板6，第二电机5的机身通过第二固定板6固定连接于粉碎箱20的右侧面，第二齿轮4通过键接的方式与第二电机5的输出轴连接。第二电机5的机身通过第二固定板6固定连接在粉碎箱20侧面，从而保证其正常工作。底座1上设置有电源22，电源22上具有开关，电源22可以给第一电机16和第二电机5提供电力，开关可以控制第一电机16和第二电机5工作，方便了工人操作。第一电机16和第二电机5的输入端通过开关与电源电源22的输出端连接。粉碎箱20的下表面设置有出料口20b，出料口20b的正面设置有阀门17。支撑腿19的数量为四个，且四个支撑腿19分别位于粉碎箱20下表面的四角处。

安装板31上还固定有振动电机32，安装板31上通过螺栓连接的方式还固定有振动电机32。采用该结构，通过振动电机32可使过滤环15产生上下振动。过滤环15包括若干过滤板体，过滤板体的数量为30个，相连两过滤板体之间通过弹性的连接片相连。底座1上还设有能将上粉碎腔内的物料由下向上输送的输送机构，输送机构包括导料筒28、升降架24和转动杆29。导料筒28竖直设在上粉碎腔内，导料筒28下端和安装板31相连，导料筒28上端相连于升降架24上，导料筒28侧部还开设有若干输入孔28a和若干输出孔28b，输入孔28a的数量为10个，输出孔28b的数量为5个。输入孔28a靠近安装板31，输出孔28b靠近升降架24，转动杆29竖直设置在导料筒28内，转动杆29侧面固定有能使物料由下向上输送的螺旋叶片30，转动杆29端部与能带动其转动的转动电机27相连，转动电机27固定在升降架24上，转动电机27的输出轴竖直向下，转动电机27的输出轴端部和转动杆29相连。

从图2可看到，该粉碎装置的移动部分主要包括支架33、推杆电机34、导轨35、滑块36和限位块37。支架33通过焊接的方式固定在底座1上，推杆电机34通过螺栓连接的方式固定在支架33上，导轨35通过螺栓连接的方式竖直固定在支架33上，滑块36可在导轨35上滑动，推杆电机34的竖直推杆端部和滑块36相连，导轨35两端有通过螺栓固定连接的限位块37。控制推杆电机34的推杆上下移动，带动滑块36沿着导轨35上下移动，从而通过连接杆26带动升降架24上下移动。通过移动部分结构带动升降架24上下移动，带动安装板31上下移动，进而使过滤环15变形，形成向上凸起结构或向下凹入结构，可使上粉碎腔处的小颗粒物料快速进入到下粉碎腔处。当向下凹入结构时，过滤环15处的大颗粒物料从输入孔28a进入到导料筒28中，控制转动电机27的输出轴转动带动转动杆29转动，进而带动螺旋叶片30转动。螺旋叶片30将大颗粒物料由下向上输送，从输出孔28b输送到第一粉碎刀14处，加快了对物料的粉碎。

2.3 粉碎装置工作原理

该粉碎装置的工作过程为：先打开盖板12通过进料口20a将物料加入粉碎箱20内，控制第一电机16的输出轴先带动主动轮7转动，进而带动从动轮9转动，进而带动第一转轴10转动，最后带动第一粉碎刀14转动，对物料进行粉碎，粉碎后的小颗粒物料通过过滤环15落入其下方。控制推杆电机34的推杆先带动滑块36沿着导轨35上下移动，进而通过连接杆26带动升降架24上下移动，进而带动安装板31上下移动，从而使过滤环15变形，形成向上凸起结构或向下凹入结构，使上粉碎腔处的小颗粒物料快速进入到下粉碎腔处。在向下凹入结构时，过滤环15处的大颗粒物料从输入孔28a进入到导料筒28中，控制转动电机27的输出轴带动转动杆29转动，进而带动螺旋叶片30转动。螺旋叶片30将大颗粒物料由下向上输送，从输出孔28b输送到第一粉碎刀14处，加快了对物料的粉碎。控制第二电机5的输出轴先带动第二齿轮4转动，再带动第一齿轮3转动，进而带动第二转轴2转动，最后带动第二粉碎刀18转动，使得第二粉碎刀18对物料再次进行粉碎。待粉碎好后，控制第一电机16和第二电机5停止工作，然后打开出料口20b的阀门17，即可取出粉碎箱20内的物料。

3 结论

3.1 利用废弃岩棉板和废弃玻璃等废弃物为原料来制备新型建筑保温材料，大大了降低该保温材料的生产成本。

3.2 该保温材料的制备过程包括取料、粉碎、搅拌、成型和烘干等工序，制备方法既简单又方便。其中，废弃岩棉板和废弃玻璃的粉碎是整个制备过程中的关键环节，所采用的粉碎装置粉碎效果佳，是一种非常实用的粉碎装置。