CN101602574B

CN101602574B - 一种高强度泡沫玻璃的制备方法

Info

Publication number: CN101602574B
Application number: CN2009100233161A
Authority: CN
Inventors: 郭宏伟; 郭晓琛; 高档妮; 程乐志; 古先文; 余明光
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: CN101602574A

Abstract

一种高强度泡沫玻璃的制备方法，将碎玻璃粉末，CaCO₃，硼砂，NaNO₃和耐火纤维加入到球磨罐中球磨混合均匀后置于模具中并将其移入发泡炉中经预热、发泡、稳泡、快速冷却和退火阶段得泡沫玻璃。泡沫玻璃中加入耐火度高，强度高的纤维，有利于提高泡沫玻璃的力学性能。因此，本发明所制备的泡沫玻璃机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。该泡沫玻璃可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，用且具有刚性结构的优点，当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部分。

Description

一种高强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，特别涉及一种用于墙体材料或海底等耐压，耐热，耐腐蚀，抗折等建筑环境中的高强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，造成重大的生命和财产损失。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。

泡沫玻璃是利用废弃平板玻璃，瓶罐玻璃为主要原料，添加发泡剂、改性剂，助熔剂等，经球磨均匀混合形成配合料，然后放在特定的磨具中经过发泡、退火等工艺过程形成的一种内部充满无数均匀气泡的多孔玻璃材料。泡沫玻璃除了具有玻璃本身固有的永久性、安全性、防化学腐蚀性和不受虫蚁鼠侵害的特点外，还具有容重轻、导热系数小、不透湿、吸水率小、不燃烧、不霉变、性能稳定、既是保冷材料又是保温材料，能适应深冷到较高温度范围等特点。同时它的重要价值不仅在于长年使用不会变质，而且本身又起到防火、防震作用。近年来，随着国家对节能环保材料性能的要求和需求，使泡沫玻璃得到进一步的发展，不仅在建筑领域可以代替传统钢筋水泥等材料，用于高层建筑墙体材料，也可作为化工耐热环境下的管道材料使用。而且还可用做防火材料。但是，泡沫玻璃强度较低，不同规格的泡沫玻璃抗折强度为0.1～0.9MPa。

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)。该方法尽管所制备的泡沫玻璃强度高，但是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大(最大可以达到1.6g/cm³)，会给泡沫玻璃在运输，使用中带来不便。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)。此法制备的泡沫玻璃孔径较小，抗折强度低。CN200946127Y公开了一种夹有金属丝网的泡沫玻璃，解决了泡沫玻璃机械强度低，不能生产大幅面制品，使用程序繁杂、施工质量、效果不易保证的问题。但是，此种夹有金属丝的泡沫玻璃切割加工比较困难，施工操作比较复杂。

除了通过提高泡沫玻璃密度的方法提高泡沫玻璃的机械强度外，还可以通过在泡沫玻璃配合料中加入少量添加剂的方法，使其发泡后在泡沫玻璃中析出一定数量的晶体的方法，在一定程度上也可以提高泡沫玻璃的机械强度。南京大学以废玻璃和粉煤灰为主要原料，以碳酸钙为发泡剂制备了微晶泡沫玻璃，将研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金属矿加入水后进行混合；在含有水分的条件下压制成型，然后烘干；放入窑内烧制，然后将烧制后的毛坯切割成型。其缺点是除玻璃粉和粉煤灰外，还加入了非金属矿，制造成本较高。所用的非金属矿有碱性长石、硅砂、纯碱和方解石，并且采用了压制成型，制作工艺复杂。CN1807314A公开了一种以废旧阴极射线管玻璃为主要原料，以SiC为发泡剂，在840～900℃下发泡制备微晶泡沫玻璃的方法，该方法所制备的微晶泡沫玻璃中晶体有Pb，PbO等，且强度较高。但是，该方法所制备的泡沫玻璃密度大，发泡温度高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种密度低，发泡温度低，制备工艺简单的高强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0.2～1.2g/cm³，孔径0.3～5.0mm，且气孔分布均匀，抗折强度可达到1.5～20.0MPa。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

首先将碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；

然后按质量分数将88～99％的碎玻璃粉末，0.8～5％的CaCO₃，0～5％的硼砂，0～5％的NaNO₃，0.2～10.0％的耐火纤维加入到球磨罐中球磨混合10～60分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；

预热阶段，自室温以10～12℃/min的升温速度升温至400℃后，保温10～30min；

发泡阶段，升温速度为15～20℃/min升温到720～850℃；

稳泡阶段，在720～850℃恒温下保温10～60min；

快速冷却阶段，冷却速度为15～25℃/min，冷却至500～550℃，恒温时间10～60min；

退火阶段，降温速度为1～2℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。

本发明的耐火纤维采用直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆耐碱玻璃纤维或含锆真空纤维。

本发明所用碎玻璃包括各种废旧平板玻璃，瓶罐玻璃，电子玻璃等，且对玻璃的颜色没有特别要求，碎玻璃粉的粒度越细所制备的泡沫玻璃的泡径分布越均匀；CaCO₃作为发泡剂；硼酸作为助熔剂，NaNO₃作为稳泡剂，耐火纤维作为增强剂，其中对耐火纤维的要求为，在发泡温度下不变形；不与玻璃粉及添加剂反应；可以在常温下长期存在，化学稳定性良好；力学性能优良。泡沫玻璃中加入耐火度高，强度高的纤维，有利于提高泡沫玻璃的力学性能。因此，本发明所制备的泡沫玻璃机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。该泡沫玻璃可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，用且具有刚性结构的优点，当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部分。

具体实施方式

实施例1：首先将废旧平板玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将91％的碎玻璃粉末，1.5％的CaCO₃，3.5％的硼砂，2.5％的NaNO₃，1.5％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆耐碱玻璃纤维加入到球磨罐中球磨混合20分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以10℃/min的升温速度升温至400℃后，保温30min；发泡阶段，升温速度为15℃/min升温到780℃；稳泡阶段，在780℃恒温下保温15min；快速冷却阶段，冷却速度为15℃/min，冷却至550℃，恒温时间30min；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，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.7mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.36g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到3.5MPa。

实施例2：首先将废旧平板玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将90％的碎玻璃粉末，1.5％的CaCO₃，3.5％的硼砂，2.5％的NaNO₃，2.5％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆耐碱玻璃纤维加入到球磨罐中球磨混合10分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以10℃/min的升温速度升温至400℃后，保温30min；发泡阶段，升温速度为20℃/min升温到750℃；稳泡阶段，在750℃恒温下保温20min；快速冷却阶段，冷却速度为20℃/min，冷却至500℃，恒温时间20min；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，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.6mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.41g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到3.9MPa。

实施例3：首先将废旧平板玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将88％的碎玻璃粉末，1.2％的CaCO₃，3.3％的硼砂，2.5％的NaNO₃，5％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆耐碱玻璃纤维加入到球磨罐中球磨混合40分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以10℃/min的升温速度升温至400℃后，保温20min；发泡阶段，升温速度为18℃/min升温到720℃；稳泡阶段，在720℃恒温下保温40min；快速冷却阶段，冷却速度为25℃/min，冷却至520℃，恒温时间50min；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，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径2.1mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.35g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到7.9MPa。

实施例4：首先将废旧平板玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将94％的碎玻璃粉末，5％的CaCO₃，0.8％的NaNO₃，0.2％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆耐碱玻璃纤维加入到球磨罐中球磨混合30分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以11℃/min的升温速度升温至400℃后，保温10min；发泡阶段，升温速度为16℃/min升温到800℃；稳泡阶段，在800℃恒温下保温60min；快速冷却阶段，冷却速度为17℃/min，冷却至540℃，恒温时间10min；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，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.8mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.37g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到3.1MPa。

实施例5：首先将废旧平板玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将96％的碎玻璃粉末，0.8％的CaCO₃，2％的硼砂，1.2％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆耐碱玻璃纤维加入到球磨罐中球磨混合30分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以11℃/min的升温速度升温至400℃后，保温15min；发泡阶段，升温速度为19℃/min升温到830℃；稳泡阶段，在830℃恒温下保温10min；快速冷却阶段，冷却速度为22℃/min，冷却至510℃，恒温时间40min；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，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.7mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.37g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到3.4MPa。

实施例6：首先将废旧瓶罐玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将99％的碎玻璃粉末，0.8％的CaCO₃，0.2％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆真空纤维加入到球磨罐中球磨混合60分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以12℃/min的升温速度升温至400℃后，保温25min；发泡阶段，升温速度为17℃/min升温到850℃；稳泡阶段，在850℃恒温下保温50min；快速冷却阶段，冷却速度为19℃/min，冷却至530℃，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，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径2.2mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.41g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到8.3MPa。

实施例7：首先将废旧瓶罐玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将89％的碎玻璃粉末，2％的CaCO₃，5％的硼砂，3％的NaNO₃，1％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆真空纤维加入到球磨罐中球磨混合50分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以12℃/min的升温速度升温至400℃后，保温10min；发泡阶段，升温速度为20℃/min升温到740℃；稳泡阶段，在740℃恒温下保温30min；快速冷却阶段，冷却速度为23℃/min，冷却至505℃，恒温时间25min；退火阶段，降温速度为2℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。

实施例8：首先将废旧瓶罐玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将88％的碎玻璃粉末，4％的CaCO₃，1％的硼砂，5％的NaNO₃，2％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆真空纤维加入到球磨罐中球磨混合35分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以12℃/min的升温速度升温至400℃后，保温20min；发泡阶段，升温速度为15℃/min升温到810℃；稳泡阶段，在810℃恒温下保温45min；快速冷却阶段，冷却速度为18℃/min，冷却至525℃，恒温时间45min；退火阶段，降温速度为1、2℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。

实施例9：首先将废旧瓶罐玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；然后按质量分数将88％的碎玻璃粉末，1％的CaCO₃，0.5％的硼砂，0.5％的NaNO₃，10％的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆真空纤维加入到球磨罐中球磨混合25分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；预热阶段，自室温以11℃/min的升温速度升温至400℃后，保温15min；发泡阶段，升温速度为17℃/min升温到770℃；稳泡阶段，在770℃恒温下保温25min；快速冷却阶段，冷却速度为21℃/min，冷却至545℃，恒温时间15min；退火阶段，降温速度为1℃/min，退火至50℃以下得泡沫玻璃。

本发明是采用模具生产的泡沫玻璃制品，将配合料加入耐热钢模具中，模具尺寸为l×b×h＝560×450×130，铺料厚度为30～60mm。

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小，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，而且该高强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，可广泛用于墙体材料或海底等耐压，耐热，耐腐蚀，抗折等建筑环境中。具有明显的经济效益、环保效益，具有广阔应用前景。

Claims

1.一种高强度泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：

1)首先将碎玻璃清洗干净，烘干后球磨成为300目以下的玻璃粉末；

2)然后按质量分数将88～99％的碎玻璃粉末，0.8～5％的CaCO₃，0～5％的硼砂，0～5％的NaNO₃，0.2～10.0％的耐火纤维加入到球磨罐中球磨混合10～60分钟得配合料，将配合料加入到耐热钢模具中并将其移入发泡炉中按照以下工艺过程烧成；

发泡阶段，升温速度为15～20℃/min升温到720～850℃；

稳泡阶段，在720～850℃恒温下保温10～60min；

2.根据权利要求1所述的高强度泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：所说的耐火纤维采用直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米的含锆耐碱玻璃纤维或含锆真空纤维。