CN101182123A - 一种大密度泡沫玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种大密度泡沫玻璃的制备方法，首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃粉末和SiC或TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下并加入到耐热钢模具中，最后将模具移入发泡炉烧成；经发泡及快速冷却和退火后得泡沫玻璃。本发明以各种密度大于3.0g/cm3的碎玻璃为原料；以SiC或TiN为发泡剂；发泡剂SiC或TiN有助于泡沫玻璃在制备过程中产生晶体，有利于提高泡沫玻璃砖的力学性能。因此，该大密度泡沫玻璃可以吸收爆炸时的冲击波能量。该泡沫玻璃可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，用在恐怖袭击高危险区建筑物的关键表面内部和外部的立面，且具有刚性结构的优点，当面临冲击波时，所述砖可以吸收爆炸能量的主要部分。

Description

一种大密度泡沫玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫玻璃的制备方法，特别是一种可用于建筑物墙壁内部和外部立面的大密度泡沫玻璃的制备方法。
背景技术
在过去数十年里，世界上已经发生了多次恐怖分子对一些国家政府建筑物的恐怖袭击事件。例如，1993年，恐怖分子引爆了位于纽约市世贸中心车库内的汽车炸弹，造成生命损失和重大的财产损失。1995年，一些极端分子引爆了位于俄克拉荷马市的联邦大楼外的卡车，也造成了重大的生命和财产损失。1998年，美国驻内罗毕和达累斯萨拉姆的使馆也遭受到恐怖分子的汽车炸弹袭击，分别造成重大的生命和财产损失。2002年，在纽约市的世贸中心和弗吉尼亚的五角大楼发生的灾难事件，这一切进一步强调了迫切需要开发和制造能够承受汽车炸弹爆炸和其他类似恐怖袭击的冲击波的建筑材料。
虽然使用泡沫玻璃作为结构材料的概念是本领域公知的，但通常这种泡沫玻璃被用作隔热保温材料，因此试图使其密度和重量最小化，且不适于从意外爆炸的冲击波吸收足够的能量或抗地震。
美国人佩德罗·M·布阿尔克·德马塞多在中国专利CN1642730A中公开了一种以飞灰(煅烧型F)，石英砂，碳酸盐，碱性金属硅酸盐，硼酸，糖，水等为原料，先按照配方配料，配好的配合料采用湿法球磨后，将生成的浆料干燥，然后在950℃下将干燥的浆料煅烧40min，让原材料充分反应，分解成精细、均匀分散的碳，最后将煅烧并研磨成粉末的配合料放入模具中加热到850℃发泡。所制备的试样密度25～100磅/立方英尺(约等于0.4～1.6g/cm3)。该方法对配合料采用两次煅烧工艺，制备工艺复杂，烧成温度高，且所得到的试样密度最大可以达到1.6g/cm3。CN101014461A公开了一种小孔径坚固的高密度泡沫玻璃，所用的原料和制备工艺与CN1642730A相同，所制备试样的孔径为0.3～1mm，密度小于100磅/立方英尺(约等于1.6g/cm3)。此发制备的泡沫玻璃孔径较小，对充分吸收冲击波不利。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种烧成温度低，密度高，制备工艺简单的大密度泡沫玻璃的制备方法，按照本发明的制备方法得到的泡沫玻璃的密度为1.5～2.5g/cm3，孔径0.5～3.0mm，抗折强度可达到2.0～6.0MPa。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为200目以下的粉末；
2)按质量分数将95～99％的碎玻璃粉末，1～5％的SiC或TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下；
3)将上述球磨后粒径为200目的配合料加入到耐热钢模具中，最后将模具移入隧道窑、辊道窑或推板窑内按照以下过程烧成；
预热阶段，自室温以10～12℃/min的升温速度升温至400℃后，保温20～30min；
发泡阶段，升温速度为15～20℃/min升温到800-850℃；
稳泡阶段，在800～850℃恒温下保温30～60min；
4)快速冷却阶段，冷却速度为15～25℃/min，冷却至500～550℃，恒温时间30～60min；
5)退火阶段，降温速度为1～2℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。
本发明以密度大于3.0g/cm3的碎玻璃为原料；密度大于3.0g/cm3的碎玻璃可以选择玻璃组成中PbO，BaO，SrO等重金属含量较高的玻璃，例如高铅晶质玻璃，阴极射线管锥玻璃，高折射率玻璃等；以SiC或TiN为发泡剂；发泡剂SiC或TiN有助于泡沫玻璃在制备过程中产生晶体，有利于提高泡沫玻璃砖的力学性能。因此，该大密度泡沫玻璃可以吸收爆炸能量。该泡沫玻璃可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，用在恐怖袭击高危险区的建筑物的关键表面内部和外部的立面，且具有刚性结构的优点，当面临冲击波时，所述砖可以吸收爆炸能量的主要部分。
具体实施方式
实施例1：首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为200目以下的粉末；然后按质量分数将95％的碎玻璃粉末和5％的SiC放入到球磨罐中球磨至200目以下；将上述球磨后粒径为200目的配合料加入到耐热钢模具中，最后将模具移入隧道窑、辊道窑或推板窑内按照以下步骤烧成；自室温以10℃/min的升温速度升温至400℃后，保温20min后；再以20℃/min的升温速度升温到820℃后保温30min；快速冷却阶段，冷却速度为25℃/min，冷却至500℃，恒温时间30min；退火阶段，降温速度为1℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，平均泡径1.5mm，密度为1.8g·cm-3，抗折强度达到1.8MPa。
实施例2：首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为200目以下的粉末；然后按质量分数将97％的碎玻璃粉末和3％的TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下；将上述球磨后粒径为200目的配合料加入到耐热钢模具中，最后将模具移入隧道窑、辊道窑或推板窑内按照以下步骤烧成；自室温以11℃/min的升温速度升温至400℃后，保温28min后；再以18℃/min的升温速度升温到840℃后保温40min；快速冷却阶段，冷却速度为20℃/min，冷却至550℃，恒温时间40min；退火阶段，降温速度为1.5℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，密度为1.9g·cm-3，平均泡径1.4mm，抗折强度达到2.1MPa。
实施例3：首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为200目以下的粉末；然后按质量分数将96％的碎玻璃粉末和4％的SiC放入到球磨罐中球磨至200目以下；将上述球磨后粒径为200目的配合料加入到耐热钢模具中，最后将模具移入隧道窑、辊道窑或推板窑内按照以下步骤烧成；自室温以12℃/min的升温速度升温至400℃后，保温25min后；再以15℃/min的升温速度升温到800℃后保温50min；快速冷却阶段，冷却速度为18℃/min，冷却至500℃，恒温时间50min；退火阶段，降温速度为2℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，密度为2.1g·cm-3，平均泡径1.4mm，抗折强度达到2.0MPa。
实施例4：首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为200目以下的粉末；然后按质量分数将97％的碎玻璃粉末和3％的TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下；将上述球磨后粒径为200目的配合料加入到耐热钢模具中，最后将模具移入隧道窑、辊道窑或推板窑内按照以下步骤烧成；自室温以11℃/min的升温速度升温至400℃后，保温23min后；再以19℃/min的升温速度升温到830℃后保温60min；快速冷却阶段，冷却速度为23℃/min，冷却至530℃，恒温时间40min；退火阶段，降温速度为1.5℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，密度为2.2g·cm-3，平均泡径1.1mm，抗折强度达到4.0MPa。
实施例5：首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为200目以下的粉末；然后按质量分数将98％的碎玻璃粉末和2％的SiC放入到球磨罐中球磨至200目以下；将上述球磨后粒径为200目的配合料加入到耐热钢模具中，最后将模具移入隧道窑、辊道窑或推板窑内按照以下步骤烧成；自室温以12℃/min的升温速度升温至400℃后，保温30min后；再以16℃/min的升温速度升温到840℃后保温30min；快速冷却阶段，冷却速度为20℃/min，冷却至550℃，恒温时间60min；退火阶段，降温速度为1℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，密度为2.5g·cm-3，平均泡径0.7mm，抗折强度达到5.0MPa。
实施例6：首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为200目以下的粉末；然后按质量分数将99％的碎玻璃粉末和1％的SiC或TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下；将上述球磨后粒径为200目的配合料加入到耐热钢模具中，最后将模具移入隧道窑、辊道窑或推板窑内按照以下步骤烧成；自室温以11℃/min的升温速度升温至400℃后，保温20min后；再以17℃/min的升温速度升温到850℃后保温40min；快速冷却阶段，冷却速度为15℃/min，冷却至520℃，恒温时间30min；退火阶段，降温速度为1.5℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，密度为1.9g·cm-3，平均泡径1.3mm，抗折强度达到2.3MPa。
本发明适合生产板块状产品，但是对于其烧成制度要求较高，具体到烧成曲线大致分为四个阶段(1)升温预热阶段，升温速度为10～12℃/min，至400℃后保温20～30min，目的在于使配合料充分预热，减少由于升温速度过快，导致配合料整体温差(2)发泡稳泡阶段，发泡过程中升温速度为15～20℃/min，快速升温可以避免发泡剂在高温下与氧气燃烧从配合料中逸出，根据本发明所用原料，其发泡温度范围800～850℃，恒温时间为30～60min；目的是让配合料在发泡温度下充分发成均匀的泡沫玻璃。(3)快速降温阶段，目的在于使发泡的熔融玻璃快速冷却，使之泡孔结构固定下来。冷却速度为15～25℃/min，冷却至500～550℃，恒温时间30～60min；恒温作用主要考虑使块状体内外温度均匀，为进入退火阶段做好准备；(4)缓慢降温退火阶段，降温速度为1～2℃/min，该阶段主要作用在于解除因快速降温带来的热应力，使泡沫玻璃制品具有良好的机械性能。
本发明不但有利于废物利用，保护环境，而且制得的泡沫玻璃密度大，结构强度高导热系数低、制备工艺简单、施工操作简便。因此，本发明不但可以有效地保护环境，变废为宝，而且该大密度泡沫玻璃砖可以吸收爆炸能量，减少因恐怖袭击对人身和财产的损失，具有明显的经济效益、环保效益。具有广阔应用前景。

Claims (1)

1.一种大密度泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：
1)首先将密度大于3.0g/cm3的碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为200目以下的粉末；
2)按质量分数将95～99％的碎玻璃粉末，1～5％的SiC或TiN放入到球磨罐中球磨至200目以下；
3)将上述球磨后粒径为200目的配合料加入到耐热钢模具中，最后将模具移入隧道窑、辊道窑或推板窑内按照以下过程烧成；
预热阶段，自室温以10～12℃/min的升温速度升温至400℃后，保温20～30min；
发泡阶段，升温速度为1 5～20℃/min升温到800-850℃；
稳泡阶段，在800～850℃恒温下保温30～60min；
4)快速冷却阶段，冷却速度为15～25℃/min，冷却至500～550℃，恒温时间30～60min；
5)退火阶段，降温速度为1～2℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。
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