CN108503347A - 一种用于外墙的发泡融玻陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种用于外墙的发泡融玻陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于外墙的发泡融玻陶瓷，由以下重量份数的原料制成：60‑70份的玄武石粉、15‑30份的助熔剂、10‑20份的成孔料、1‑5份的聚合料和1‑5份的矿化剂。该发泡融玻陶瓷轻质、保温性能优异，且可防水、防水、防腐蚀，尤其抗压强度高，可单独作为外墙使用。

Description

一种用于外墙的发泡融玻陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料的技术领域，特别涉及一种用于外墙的发泡融玻 陶瓷及其制备方法。
背景技术
推广使用新型节能建筑墙体材料能极大地促进我国建筑节能工作。高 温发泡融玻陶瓷作为一种新型的墙体材料，导热系数低且防火性能好，能 够显著降低建筑能耗。而目前，建筑保温隔热多孔陶瓷尚无法实现产业化 生产或者隔热保温效率不高，且由于抗压强度不够，无法单独作为外墙使 用，只能作为保温板与外墙结合使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于外墙的发泡融玻陶瓷及其制备方法， 解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
本发明提供一种用于外墙的发泡融玻陶瓷，由以下重量份数的原料制 成：60-70份的玄武石粉、15-30份的助熔剂、10-20份的成孔料、1-5份的 聚合料和1-5份的矿化剂。
其中，玄武石属基性火山岩，是一种基性喷出岩，其化学成分与辉长 岩相似，SiO2含量变化于45％～52％之间，K2O+Na2O含量较侵入岩略高， CaO、Fe2O3+FeO、MgO含量较侵入岩略低。组成玄武岩的最多的矿物是长 石、辉石和橄榄石，其中。长石硬度6-6.5、辉石硬度5-6、橄榄石硬度6-7， 其硬度相对于与莫氏硬度在3-5的大理石，莫氏硬度在1-2的石灰岩和白云 岩等都要高。玄武石体积密度为2.8～3.3g/cm3，结构致密，其压缩强度很大， 可高达300MPa。
在一些实施方式中，玄武石粉的颗粒细度控制在325目以上。由于玄 武石硬度高，需要通过立磨机将其粉碎至325目以上。玄武石粉的粒径越 小，最后得到的发泡融玻陶瓷强度越高，均匀性越好。
在一些实施方式中，助熔剂为瓷石粉、锂辉石粉或碳酸钡中的一种或 多种。其中，助熔剂用于降低混合料的熔化温度。瓷石是一种由石英、绢 云母，并有包含长石，三氧化二铝等的硅酸盐岩石矿物。锂辉石是一种化 学物质，分子式是Li2O·Al2O3·4SiO2。
在一些实施方式中，成孔料为碳化硅、碳粉、碳酸镁、方解石或石灰 石中的一种或多种。
其中，碳化硅是一种强共价键化合物，在高温下仍能保持高的键合强 度，因而在常温下具有良好的抗氧化性。但碳化硅是非氧化材料，高温氧 化条件下不可避免发生氧化反应，虽然高温氧化生成的二氧化硅膜能起到 保护作用，迟缓碳化硅粉的进一步氧化，但也只是暂时的，高温条件下碳 化硅仍然会根据扩散控制机理进一步发生氧化。根据氧化条件的不同，碳 化硅氧化可以分为活性氧化和惰性氧化。在高温富氧条件下，氧在二氧化 硅氧化膜中的扩散系数非常小，导致碳化硅氧化非常缓慢，这种氧化称为 惰性氧化。碳化硅发生惰性氧化时，表面会生产致密的二氧化硅膜：
SiC(s)+3/2O2(g)→SiO2(s)+CO(g)
SiC(s)+2O2(g)→SiO2(s)+CO2(g)
由上述两个方程式可知，惰性氧化将SiC转化为SiO2，增加了净重，同时产 生CO、CO2气体，将减弱二氧化硅膜的保护作用。在足够高的温度或氧分 压较低时，碳化硅氧化生成挥发性的SiO而无法生成二氧化硅膜，或者生产 的二氧化硅保护膜被腐蚀，使得碳化硅被快速氧化，这种氧化称为活性氧 化：
SiC(s)+O2(g)→SiO(s)+CO(g)
一般碳化硅的活性氧化只有在氧分压较低时才能发生，通常低于10-2Pa。
根据气固相反应动力学原理，SiC颗粒氧化反应由以下步骤组成：(1) O2分子通过气相边界层扩散到产物表面；(2)氧通过产物层向边界界面扩 散；(3)在反应界面发生氧化反应；(4)气体反应产物通过边界界面向产 物层扩散；(5)气体反应物通过产物层向气相边界层扩散。在氧化反应前 期，反应产物层很薄，整个氧化速率受界面化学反应控制；在氧化反应后 期，氧化产物会覆盖碳化硅颗粒，氧通过产物层的扩散路径变长，阻止力 加大，氧化反应的速率受扩散控制。
碳粉也是在高温烧成过程中，通过氧化反应生成CO2引起物料发泡。
方解石和石灰石主要成分都是碳酸钙。碳酸钙和碳酸镁等成孔料，在 高温烧成过程中，发生分解生成CO2引起物料发泡。
在一些实施方式中，聚合料为凹凸棒土或铝矾土。其中，聚合料用于 混合料成型时的粘合作用。凹凸棒土又称坡缕石或坡缕缟石，是一种具链 层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。铝矾土又称矾土或铝土矿，主要成 分是氧化铝，系含有杂质的水合氧化铝，是一种土状矿物。
在一些实施方式中，矿化剂为白云石。其中，矿化剂作为催化剂缩短 混合料的发泡成型时间。
一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、将玄武石粉通过立磨将其颗粒细度控制在325目以上；
S2、将玄武石粉、助熔剂、成孔料、聚合料和矿化剂搅拌混合均匀制 成混合料，再将混合料通过模压或滚压制成所需的颗粒状材料；
S3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂， 堆放成型；
S4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温 炉的温度达到1200-1300℃，并在温度为1200-1300℃的高温炉中进行加热 50-70分钟，加热完成后从高温炉中取出，自然冷却10-12小时后模具中取 出，即为所述发泡融玻陶瓷。
在一些实施方式中，步骤S4的加热时间为60分钟。
有益效果：本发明实施例公开的一种用于外墙的发泡融玻陶瓷轻质、 保温性能优异，且可防水、防水、防腐蚀，尤其抗压强度高，可单独作为 外墙使用。
附图说明
图1为实施例1的发泡融玻陶瓷的显微镜的图片；
图2为对比例3的发泡融玻陶瓷的显微镜的图片；
图3为对比例4的发泡融玻陶瓷的显微镜的图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清 楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
A1、将玄武石粉通过立磨将其颗粒细度控制在325目；
A2、将60份的玄武石粉、15份的助熔剂、10份的成孔料、1份的聚 合料和1份的矿化剂通过无重力混合机搅拌混合均匀制成混合料，再将混 合料通过模压制成所需的颗粒状材料，其中，助溶剂为瓷石粉，成孔料为 碳化硅，聚合料为凹凸棒土，矿化剂为白云石；
A3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂， 堆放成型；
A4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温 炉的温度达到1200℃，并在温度为1200℃的高温炉中进行加热70分钟， 加热完成后从高温炉中取出，自然冷却10小时后模具中取出，即为所述发 泡融玻陶瓷A。
实施例2：
一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
B1、将玄武石粉通过立磨将其颗粒细度控制在500目；
B2、将70份的玄武石粉、30份的助熔剂、20份的成孔料、5份的聚 合料和5份的矿化剂通过无重力混合机搅拌混合均匀制成混合料，再将混 合料通过滚压制成所需的颗粒状材料，其中，助溶剂为瓷石粉和锂辉石粉 的混合物，瓷石粉和锂辉石粉的重量比为1:1，成孔料为碳化硅和方解石的 混合物，碳化硅和碳粉的重量比为5:2，聚合料为铝矾土，矿化剂为白云石；
B3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂， 堆放成型；
B4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温 炉的温度达到1300℃，并在温度为1300℃的高温炉中进行加热50分钟， 加热完成后从高温炉中取出，自然冷却12小时后模具中取出，即为所述发 泡融玻陶瓷B。
实施例3：
一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
C1、将玄武石粉通过立磨将其颗粒细度控制在400目；
C2、将65份的玄武石粉、25份的助熔剂、15份的成孔料、2份的聚 合料和2份的矿化剂通过无重力混合机搅拌混合均匀制成混合料，再将混 合料通过模压制成所需的颗粒状材料，其中，助溶剂为瓷石粉、锂辉石粉 和碳酸钡的混合物，瓷石粉、锂辉石粉和碳酸钡的重量比为1:1:1，成孔料 为碳化硅和碳粉的混合物，碳化硅和碳粉的重量比为3:2，聚合料为铝矾土， 矿化剂为白云石；
C3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂， 堆放成型；
C4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温 炉的温度达到1250℃，并在温度为1250℃的高温炉中进行加热60分钟， 加热完成后从高温炉中取出，自然冷却11小时后模具中取出，即为所述发 泡融玻陶瓷C。
对比例1：
一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
D1、将玄武石粉通过立磨将其颗粒细度控制在200目；
D2、将60份的玄武石粉、15份的助熔剂、10份的成孔料、1份的聚 合料和1份的矿化剂通过无重力混合机搅拌混合均匀制成混合料，再将混 合料通过模压制成所需的颗粒状材料，其中，助溶剂为瓷石粉，成孔料为 碳化硅，聚合料为凹凸棒土，矿化剂为白云石；
D3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂， 堆放成型；
D4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温 炉的温度达到1200℃，并在温度为1200℃的高温炉中进行加热70分钟， 加热完成后从高温炉中取出，自然冷却10小时后模具中取出，即为所述发 泡融玻陶瓷D。
对比例2：
一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
E1、将花岗岩粉通过立磨将其颗粒细度控制在325目；
E2、将60份的花岗岩粉、15份的助熔剂、10份的成孔料、1份的聚 合料和1份的矿化剂通过无重力混合机搅拌混合均匀制成混合料，再将混 合料通过模压制成所需的颗粒状材料，其中，助溶剂为瓷石粉，成孔料为 碳化硅，聚合料为凹凸棒土，矿化剂为白云石；
E3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂， 堆放成型；
E4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温 炉的温度达到1200℃，并在温度为1200℃的高温炉中进行加热70分钟， 加热完成后从高温炉中取出，自然冷却10小时后模具中取出，即为所述发 泡融玻陶瓷E。
对比例3：
一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
F1、将玄武石粉通过立磨将其颗粒细度控制在325目；
F2、将60份的玄武石粉、15份的助熔剂、10份的成孔料、1份的聚合 料和1份的矿化剂通过无重力混合机搅拌混合均匀制成混合料，再将混合 料通过模压制成所需的颗粒状材料，其中，助溶剂为瓷石粉，成孔料为碳 化硅，聚合料为凹凸棒土，矿化剂为白云石；
F3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂， 堆放成型；
F4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温 炉的温度达到1100℃，并在温度为1100℃的高温炉中进行加热70分钟， 加热完成后从高温炉中取出，自然冷却10小时后模具中取出，即为所述发 泡融玻陶瓷F。
对比例4：
一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
G1、将玄武石粉通过立磨将其颗粒细度控制在325目；
G2、将60份的玄武石粉、15份的助熔剂、10份的成孔料、1份的聚 合料和1份的矿化剂通过无重力混合机搅拌混合均匀制成混合料，再将混 合料通过模压制成所需的颗粒状材料，其中，助溶剂为瓷石粉，成孔料为 碳化硅，聚合料为凹凸棒土，矿化剂为白云石；
G3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂， 堆放成型；
G4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温 炉的温度达到1400℃，并在温度为1400℃的高温炉中进行加热50分钟， 加热完成后从高温炉中取出，自然冷却10小时后模具中取出，即为所述发 泡融玻陶瓷G。
性能测试：
将实施例和对比的发泡融玻陶瓷样品进行测试，具体的测试方法如下：
(1)密度的测试
密度是指单位体积所具有的质量。本实验采用几何原理，参照 GB/T5486-2008《无机硬质绝热制品实验方法》测试发泡融玻陶瓷的密度， 具体实验步骤为：将试样置于干燥箱内至恒定质量，然后采用天平称量试 样在自然状态下的质量G；测量试样几何尺寸，计算试样体积V1。利用如 下公式计算试样的密度：ρ＝G/V1，式中：ρ为试样的密度，kg/m3；G为试样烘干后的质量，kg；V1为试样体积，m3。
(2)导热系数的测试
实验采用TC-7000H型激光热常数仪测试发泡融玻陶瓷导热系数。测 试样品为切割120cm、宽10cm、高5cm的表面平整发泡融玻陶瓷，经100℃ 干燥至恒重，在室温(25℃)条件下测定。
(3)燃烧性能的测试
采用GB/T 8626-2007《建筑材料可燃性试验方法》对试样进行可燃性 试验，参照GB/T8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》对试样的燃 烧性能进行分级。
(4)吸水率的测试
参照GB/T5496-2008《无机硬质绝热制品实验方法》测试试样体积吸水 率，具体实验步骤为：首先，将试样烘干至恒定质量Gg，同时，测量试样 几何尺寸，计算出试样体积V2；然后，将试样浸泡在自来水中3h，3h后立 即取出试样，出去各表面残余水分后称量试样的质量Gs。利用如下公式计 算试样体积吸水率：WT＝(Gs-Gg)/(V2·ρw)*100，式中：WT为试样体积吸水率，％；Gs为试样浸水后的湿质量，kg；Gg为试样浸水前的干质 量，kg；V2为试样体积，m3；ρw为自来水的密度，取1000kg/m3。
(5)抗压强度的测试
实验采用TYE-3000型压力试验机，参照GB/T5486-2008《无机硬质绝 热制品实验方法》测试试样抗压强度。利用如下公司计算抗压强度：
σ＝P1/S，式中，σ为试样的抗压强度；MPa；P1为试样的破坏载荷， N；S为试样的受压面积，mm2。
(6)防腐性能的测试
通过醋酸盐雾试验(ASS试验)来测试试样的防酸雨腐蚀的性能，采 用GB/T 10125《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》标准进行检测。
醋酸盐雾试验(ASS试验)是在中性盐雾试验的基础上发展起来的。 它是在5％氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的PH值降为3左右，溶 液变成酸性，最后形成的盐雾也由中性盐雾变成酸性。它的腐蚀速度要比 NSS试验快3倍左右
性能测试结果如下表1：
表1：性能测试结果汇总
从上表结果可知，实施例1-3的试样，保温性能优异，且可防水、防 水、防腐蚀，尤其抗压强度高，可单独作为外墙使用；如图1所示，实施 例1的发泡融玻陶瓷的闭孔大小均一，孔径在1-2mm；
对比例1(样品D)采用200目的玄武石粉，由于采用粒径比较大的玄 武石粉，导致混料成型后，其密度和抗压强度均低于粒径更小的玄武石粉 作为原料的样品，说明玄武石粉粒径对最后成型的发泡融玻陶瓷密度和抗 压强度影响很大；
对比例2(样品E)采用花岗岩粉作为原料，混料成型后，其密度和抗 压强度均低于使用玄武石粉作为原料的样品，且防腐蚀性能也不如实施例 1-3，说明玄武石粉对最后成型的发泡融玻陶瓷密度、抗压强度甚至防腐蚀 性能影响很大；
对比例3(样品F)，成型温度达到1100℃，其成型温度低于实施例1-3， 而成型温度低会导致，如图2所示，最后发泡融玻陶瓷的成形的闭孔的孔 径较小，得到的试样F的保温性能虽然优于实施例1-3，但是抗压强度明显 低于实施例1-3，无法单独作为外墙使用；
对比例4(样品G)成型温度达到1400℃，其成型温度高于实施例1-3， 优于成型温度过高，如图3所示，最后发泡融玻陶瓷的成形的闭孔会导致 不均一等问题，导致样品G的保温性能和抗压强度都大幅度的降低。
本发明提供的实施方案提供了一种用于外墙的发泡融玻陶瓷轻质、保 温性能优异，且可防水、防水、防腐蚀，尤其抗压强度高，可单独作为外 墙使用。
以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进， 这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于外墙的发泡融玻陶瓷，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：60-70份的玄武石粉、15-30份的助熔剂、10-20份的成孔料、1-5份的聚合料和1-5份的矿化剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于外墙的发泡融玻陶瓷，其特征在于，所述玄武石粉的颗粒细度控制在325目以上。
3.根据权利要求1所述的一种用于外墙的发泡融玻陶瓷，其特征在于，所述助熔剂为瓷石粉、锂辉石粉或碳酸钡中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种用于外墙的发泡融玻陶瓷，其特征在于，所述成孔料为碳化硅、碳粉、碳酸镁、方解石或石灰石中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种用于外墙的发泡融玻陶瓷，其特征在于，所述聚合料为凹凸棒土或铝矾土。
6.根据权利要求1所述的一种用于外墙的发泡融玻陶瓷，其特征在于，所述矿化剂为白云石。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将玄武石粉通过立磨将其颗粒细度控制在325目以上；
S2、将玄武石粉、助熔剂、成孔料、聚合料和矿化剂搅拌混合均匀制成混合料，再将混合料通过模压或滚压制成所需的颗粒状材料；
S3、将颗粒状材料放入所需形状的模具中，其中模具涂覆有脱模剂，堆放成型；
S4、将堆放成型的材料同模具一起放入高温炉中缓慢加热，直到高温炉的温度达到1200-1300℃，并在温度为1200-1300℃的高温炉中进行加热50-70分钟，加热完成后从高温炉中取出，自然冷却10-12小时后模具中取出，即为所述发泡融玻陶瓷。
8.根据权利要求7所述的一种用于外墙的发泡融玻陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S4的加热时间为60分钟。
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