CN108585937A - 一种耐压防裂的轻质保温砖 - Google Patents

一种耐压防裂的轻质保温砖 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐火保温材料技术领域，具体涉及一种耐压防裂的轻质保温砖。轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥、粉煤灰、粘土粉、煅烧高岭土、漂珠、强化纤维、发泡剂、氟化镁、α‑氧化铝和水。其中强化纤维是一种通过静电纺丝和高温焙烧技术制备的陶瓷纤维材料，这种陶瓷纤维材料的耐火度和强度很好，陶瓷纤维表面经过粗糙化处理并固结有碳化硅晶须，该材料与保温砖主体集料之间的结合效果非常好，可以显著增强保温砖的耐压强度和抗裂性能。

Description

一种耐压防裂的轻质保温砖
技术领域
本发明涉及耐火保温材料技术领域，具体涉及一种耐压防裂的轻质保温砖。
背景技术
保温砖是一种新型建材大多数由煤渣、矿渣加工成的。主要用于楼房建筑的墙体填充，具有重量轻、施工方便、保温效果好的优点，使用现代建筑的主要墙体材料。今天的建筑主要依靠外墙保温工程来提升建筑的保温性能，外墙保温工程施工使用的材料则主要是保温板。该材料可以显著提高建筑的节能环保性能，国外对于建筑保温板的使用已经具有很长的历史，开发出软瓷保温材料、硅酸铝保温材料、酚醛泡沫材料、聚氨酯泡沫材料、胶粉聚苯颗粒、岩棉、发泡水泥等多种有机和无机保温材料。其中，我国建筑建设过程中使用的保温板主要为无机保温材料，无机保温材料具有生产成本低，材料抗老化性能优秀，热变形程度小的优点，另外还有些一些应用较为广泛的有机保温材料包括酚醛保温板、XPS保温板和聚氨酯保温板等。
由于失去大多数的建筑应用市场，今天的保温砖则主要应用于高温热窑的保温工程建筑。高温热窑的保温工程不仅要求保温砖具有保温隔热性能好，强度高，还要求砖体的耐火度较高，因为高温热窑的窑壁温度很高，如果保温砖的耐火度不足，在使用过程中砖体容易因为长期处于高温状态下，导致砖体的强度降低，粉化变质，失去使用价值。
在保温砖中增加耐火集料的使用可以提高保温砖的耐火度，但是耐火集料的密度一般较高，会增大保温砖的砖体质量。另外一个限制保温砖应用的性能是砖体的强度，为了提高砖体的耐压性能和高温状态下的抗震防裂性能，可以在砖体材料中添加纤维材料，但是常规的耐玻璃纤维和陶瓷纤维与砖体集料间的相容性较差，纤维表面比较光滑，与集料间的结合作用较差，因此对耐火保温砖的强度的提升作用有限。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐压防裂的轻质保温砖，该型轻质保温砖，耐火度和保温性能好，密度相对较低，并且具有强度高，耐压防裂性能优秀的特点。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种耐压防裂的轻质保温砖，按照质量份数，轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥30-35份，粉煤灰15-18份，粘土粉13-17份，煅烧高岭土7-10份，漂珠9-14份，强化纤维5-9份，发泡剂3-6份，氟化镁1-2份，α-氧化铝2-3份，水35-45份。
优选地，按照质量份数，轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥32-34份，莫来石粉11-13份，粘土粉14-16份，煅烧高岭土8-9份，漂珠10-12份，强化纤维6-8份，发泡剂4-5份，氟化镁1.3-1.7份，α-氧化铝2.2-2.6份，水38-43份。
进一步优选地，按照质量份数，轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥33份，莫来石粉12份，粘土粉15份，煅烧高岭土8.5份，漂珠11份，强化纤维7份，发泡剂4.5份，氟化镁1.5份，α-氧化铝2.4份，水40份。
本发明中，强化纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量百分比，准备陶瓷原料：氢氧化钙6.5-8.6%，胶体二氧化硅20.5-22.3%，二氧化钛1.5-2.3%，硫酸镁4.5-6.3%，碳酸钇0.02-0.04%，碳酸钠9.4-11.7%，余量为硝酸铝；将陶瓷原料加入到球磨机中球磨混合的，得到所需纤维物质源；
（2）按照质量百分比，将15.3wt%的纤维物质源，9.7wt%的聚乙烯醇，3.6wt%的聚环氧丙烷，0.8wt%的月桂酸单乙醇酰胺，2.8wt%的甜菜碱；加入到去离子水中分散处理，然后向组合液中滴加乙酸，调节组合液的PH值为3.8-4.5，得到所需纤维物质液；
（3）将纤维物质液加入到静电纺丝设备的储液容器中，纤维物质液从设备的纺丝喷口射出，后经15.5-18.0kV的高压电源作用，纤维物质液液射向集合器，纤维物质液中的挥发物挥发后，收集得到纺丝纤维，将纺丝纤维送入到高温炉中，以1050-1200℃的高温烧成2.5-3h，得到所需陶瓷纤维；陶瓷纤维的直径为120-150nm；
（4）将陶瓷纤维用去离子水洗涤后干燥，然后送入到酸化腐蚀处理室内，酸化腐蚀处理室内充盈有氯化氢蒸汽，蒸汽压力为0.8-1.0MPa，酸化腐蚀处理室内的温度为150-160℃，酸化腐蚀处理时间为4-7s，处理结束后将酸化腐蚀后的纤维取出，用去离子水反复冲洗3-5次，至洗涤液呈中性；
（5）按照质量百分比，将13wt%的超细碳化硅晶须，0.8wt%的聚乙烯醇缩丁醛，0.6wt%的丙酸醇和2wt%的磷酸三乙酯加入到异丙醇溶剂中，超声波分散处理得到晶须浸渍液，将上步骤的陶瓷纤维浸入到晶须浸渍液中处理10-15min，然后将陶瓷纤维取出，送入到高温炉中，以480-560℃的温度烧成30-40min，将烧成产物自然冷却至室温，得到所需强化纤维。
其中，步骤（3）和步骤（5）中的高温炉烧成过程中均采用氮气气氛进行保护。
步骤（5）中超细碳化硅晶须的粒径为50-55nm。
优选地，陶瓷废泥是工业陶瓷制品生产加工和抛光过程中产生的固体废弃物，经过脱水、干燥、分选、磁选、粉碎、筛分后制成粒径小于0.5mm的粉料。
这种材料的应用，不仅可以提高保温砖的保温隔热性能，而且可以降低保温砖的生产成本，对废弃的材料进行有效利用，环保价值较高。
优选地，发泡剂选用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙、碳酸氢钙中的一种。
优选地，漂珠选用粒径为0.1-0.2mm的轻质漂珠；强化纤维是经过剪切机短切，纤维长度为1-3mm的纤维。
漂珠的是一种良好的耐火材料，而且因为其特殊的中空结构，显著降低了材料的密度，并且使得该材料具有良好的保温绝热效果，因此非常适合在耐高温的保温材料制备中使用。
本发明提供轻质保温砖的制备方法为：按照质量份数，准备各原料组分，将陶瓷废泥、粉煤灰、粘土粉、煅烧高岭土、漂珠、氟化镁、α-氧化铝和强化纤维加入到混料机中，预先混合均匀，然后将发泡剂和水加入到混料机中，继续搅拌制成料浆，将料浆注入到成型模具中加压成型，待模具中的砖坯表干成型后完成脱模，脱模后的砖坯送入到110-130℃的干燥窑中干燥30-40min，进行初步脱水，待砖坯含水率降低至8%以下，将砖坯送入到1300-1380℃的隧道窑中进行焙烧，焙烧时间为8-12h，焙烧完成后出窑，自然冷却至室温，得到所需轻质保温砖。
本发明具有如下的有益效果：
本发明的轻质保温砖中通过多种耐火材料的使用，显著提高了保温砖的耐高温性能，使得该型保温砖可以应用于各类热窑的保温工程施工。其中，该型材料通过轻质材料的选用和高温发泡工艺的处理，使得该型保温砖内形成丰富的气隙，不仅降低了保温砖的密度，而且使得保温砖的隔热保温性能得到提升。
为了提高保温砖的耐压强度和耐折弯性能，在集料中使用了一种特殊的纤维材料，这种强化纤维利用静电纺丝和高温焙烧技术制备而成，是一种耐火陶瓷纤维，纤维的耐火度很高，抗拉强度也非常优秀，适合在该型保温砖中作为强化材料。为了提高陶瓷纤维与保温砖其它集料之间的结合效果，特意采用雾化腐蚀技术对纤维表面进行粗糙化处理，然后再将纳米碳化硅晶须焙烧固化在纤维表面，从而使得陶瓷纤维的强度更高，并提升陶瓷纤维与砖体集料之间的相互作用；使得制备的保温砖的强度得到显著提升，得到的保温砖的耐折弯性能和抗震、防裂效果更好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
以下实施例中，强化纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量百分比，准备陶瓷原料：氢氧化钙7.2%，胶体二氧化硅21.5%，二氧化钛1.8%，硫酸镁5.4%，碳酸钇0.03%，碳酸钠10.2%，余量为硝酸铝；将陶瓷原料加入到球磨机中球磨混合的，得到所需纤维物质源；
（2）按照质量百分比，将15.3wt%的纤维物质源，9.7wt%的聚乙烯醇，3.6wt%的聚环氧丙烷，0.8wt%的月桂酸单乙醇酰胺，2.8wt%的甜菜碱；加入到去离子水中分散处理，然后向组合液中滴加乙酸，调节组合液的PH值为4.2，得到所需纤维物质液；
（3）将纤维物质液加入到静电纺丝设备的储液容器中，纤维物质液从设备的纺丝喷口射出，后经17.0kV的高压电源作用，纤维物质液液射向集合器，纤维物质液中的挥发物挥发后，收集得到纺丝纤维，将纺丝纤维送入到高温炉中，以1100℃的温度高温烧成2.7h，得到所需陶瓷纤维；陶瓷纤维的直径为120-150nm；
（4）将陶瓷纤维用去离子水洗涤后干燥，然后送入到酸化腐蚀处理室内，酸化腐蚀处理室内充盈有氯化氢蒸汽，蒸汽压力为0.9MPa，酸化腐蚀处理室内的温度为155℃，酸化腐蚀处理时间为5s，处理结束后将酸化腐蚀后的纤维取出，用去离子水反复冲洗4次，至洗涤液呈中性；
（5）按照质量百分比，将13wt%的超细碳化硅晶须，0.8wt%的聚乙烯醇缩丁醛，0.6wt%的丙酸醇和2wt%的磷酸三乙酯加入到异丙醇溶剂中，超声波分散处理得到晶须浸渍液，将上步骤的陶瓷纤维浸入到晶须浸渍液中处理13min，然后将陶瓷纤维取出，送入到高温炉中，以500℃的温度烧成35min，将烧成产物自然冷却至室温，得到所需强化纤维。
其中，步骤（3）和步骤（5）中的高温炉烧成过程中均采用氮气气氛进行保护。
步骤（5）中超细碳化硅晶须的粒径为50-55nm。
实施例1
一种耐压防裂的轻质保温砖，按照质量份数，轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥30份，粉煤灰15份，粘土粉13份，煅烧高岭土7份，漂珠9份，强化纤维5份，发泡剂3份，氟化镁1份，α-氧化铝2份，水35份。
其中，陶瓷废泥是工业陶瓷制品生产加工和抛光过程中产生的固体废弃物，经过脱水、干燥、分选、磁选、粉碎、筛分后制成粒径小于0.5mm的粉料。
发泡剂选用碳酸钠。
漂珠选用粒径为0.1-0.2mm的轻质漂珠；强化纤维是经过剪切机短切，纤维长度为1-3mm的纤维。
本发明提供轻质保温砖的制备方法为：按照质量份数，准备各原料组分，将陶瓷废泥、粉煤灰、粘土粉、煅烧高岭土、漂珠、氟化镁、α-氧化铝和强化纤维加入到混料机中，预先混合均匀，然后将发泡剂和水加入到混料机中，继续搅拌制成料浆，将料浆注入到成型模具中加压成型，待模具中的砖坯表干成型后完成脱模，脱模后的砖坯送入到110℃的干燥窑中干燥30min，进行初步脱水，待砖坯含水率降低至8%以下，将砖坯送入到1300℃的隧道窑中进行焙烧，焙烧时间为8h，焙烧完成后出窑，自然冷却至室温，得到所需轻质保温砖。
实施例2
一种耐压防裂的轻质保温砖，按照质量份数，轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥35份，粉煤灰18份，粘土粉17份，煅烧高岭土10份，漂珠14份，强化纤维9份，发泡剂6份，氟化镁2份，α-氧化铝3份，水45份。
其中，陶瓷废泥是工业陶瓷制品生产加工和抛光过程中产生的固体废弃物，经过脱水、干燥、分选、磁选、粉碎、筛分后制成粒径小于0.5mm的粉料。
发泡剂选用碳酸氢钠。
漂珠选用粒径为0.1-0.2mm的轻质漂珠；强化纤维是经过剪切机短切，纤维长度为1-3mm的纤维。
本发明提供轻质保温砖的制备方法为：按照质量份数，准备各原料组分，将陶瓷废泥、粉煤灰、粘土粉、煅烧高岭土、漂珠、氟化镁、α-氧化铝和强化纤维加入到混料机中，预先混合均匀，然后将发泡剂和水加入到混料机中，继续搅拌制成料浆，将料浆注入到成型模具中加压成型，待模具中的砖坯表干成型后完成脱模，脱模后的砖坯送入到130℃的干燥窑中干燥40min，进行初步脱水，待砖坯含水率降低至8%以下，将砖坯送入到1380℃的隧道窑中进行焙烧，焙烧时间为12h，焙烧完成后出窑，自然冷却至室温，得到所需轻质保温砖。
实施例3
一种耐压防裂的轻质保温砖，按照质量份数，轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥33份，莫来石粉12份，粘土粉15份，煅烧高岭土8.5份，漂珠11份，强化纤维7份，发泡剂4.5份，氟化镁1.5份，α-氧化铝2.4份，水40份。
其中，陶瓷废泥是工业陶瓷制品生产加工和抛光过程中产生的固体废弃物，经过脱水、干燥、分选、磁选、粉碎、筛分后制成粒径小于0.5mm的粉料。
发泡剂选用碳酸氢钙。
漂珠选用粒径为0.1-0.2mm的轻质漂珠；强化纤维是经过剪切机短切，纤维长度为1-3mm的纤维。
本发明提供轻质保温砖的制备方法为：按照质量份数，准备各原料组分，将陶瓷废泥、粉煤灰、粘土粉、煅烧高岭土、漂珠、氟化镁、α-氧化铝和强化纤维加入到混料机中，预先混合均匀，然后将发泡剂和水加入到混料机中，继续搅拌制成料浆，将料浆注入到成型模具中加压成型，待模具中的砖坯表干成型后完成脱模，脱模后的砖坯送入到120℃的干燥窑中干燥35min，进行初步脱水，待砖坯含水率降低至8%以下，将砖坯送入到1350℃的隧道窑中进行焙烧，焙烧时间为10h，焙烧完成后出窑，自然冷却至室温，得到所需轻质保温砖。
性能测试
测试实施例中轻质保温砖的耐火度、导热系数和抗压强度等性能，得到如下结果；
表1：本实施例中轻质保温砖的性能测试结果：
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3
耐火度℃ 1130 1150 1145
导热系数W/m·K 0.04 0.03 0.05
抗压强度MPa 5.93 5.85 5.91
分析以上试验数据发现，本发明中的轻质保温砖的导热系数较低，砖体的保温隔热性能突出，砖体的抗压强度高，受到冲击力作用不容易断裂，砖体的耐火度高，耐高温性能较好，不易粉化。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

Claims (10)

1.一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：按照质量份数，所述轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥30-35份，粉煤灰15-18份，粘土粉13-17份，煅烧高岭土7-10份，漂珠9-14份，强化纤维5-9份，发泡剂3-6份，氟化镁1-2份，α-氧化铝2-3份，水35-45份。
2.根据权利要求1所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：按照质量份数，所述轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥32-34份，莫来石粉11-13份，粘土粉14-16份，煅烧高岭土8-9份，漂珠10-12份，强化纤维6-8份，发泡剂4-5份，氟化镁1.3-1.7份，α-氧化铝2.2-2.6份，水38-43份。
3.根据权利要求2所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：按照质量份数，所述轻质保温砖的原料组分包括：陶瓷废泥33份，莫来石粉12份，粘土粉15份，煅烧高岭土8.5份，漂珠11份，强化纤维7份，发泡剂4.5份，氟化镁1.5份，α-氧化铝2.4份，水40份。
4.根据权利要求1所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：所述强化纤维的制备方法包括如下步骤：
（1）按照质量百分比，准备陶瓷原料：氢氧化钙6.5-8.6%，胶体二氧化硅20.5-22.3%，二氧化钛1.5-2.3%，硫酸镁4.5-6.3%，碳酸钇0.02-0.04%，碳酸钠9.4-11.7%，余量为硝酸铝；将陶瓷原料加入到球磨机中球磨混合的，得到所需纤维物质源；
（2）按照质量百分比，将15.3wt%的纤维物质源，9.7wt%的聚乙烯醇，3.6wt%的聚环氧丙烷，0.8wt%的月桂酸单乙醇酰胺，2.8wt%的甜菜碱；加入到去离子水中分散处理，然后向组合液中滴加乙酸，调节组合液的PH值为3.8-4.5，得到所需纤维物质液；
（3）将纤维物质液加入到静电纺丝设备的储液容器中，纤维物质液从设备的纺丝喷口射出，后经15.5-18.0kV的高压电源作用，纤维物质液液射向集合器，纤维物质液中的挥发物挥发后，收集得到纺丝纤维，将纺丝纤维送入到高温炉中，以1050-1200℃的高温烧成2.5-3h，得到所需陶瓷纤维；陶瓷纤维的直径为120-150nm；
（4）将陶瓷纤维用去离子水洗涤后干燥，然后送入到酸化腐蚀处理室内，酸化腐蚀处理室内充盈有氯化氢蒸汽，蒸汽压力为0.8-1.0MPa，酸化腐蚀处理室内的温度为150-160℃，酸化腐蚀处理时间为4-7s，处理结束后将酸化腐蚀后的纤维取出，用去离子水反复冲洗3-5次，至洗涤液呈中性；
（5）按照质量百分比，将13wt%的超细碳化硅晶须，0.8wt%的聚乙烯醇缩丁醛，0.6wt%的丙酸醇和2wt%的磷酸三乙酯加入到异丙醇溶剂中，超声波分散处理得到晶须浸渍液，将上步骤的陶瓷纤维浸入到晶须浸渍液中处理10-15min，然后将陶瓷纤维取出，送入到高温炉中，以480-560℃的温度烧成30-40min，将烧成产物自然冷却至室温，得到所需强化纤维。
5.根据权利要求4所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：所述步骤（3）和步骤（5）中的高温炉烧成过程中均采用氮气气氛进行保护。
6.根据权利要求4所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：所述步骤（5）中超细碳化硅晶须的粒径为50-55nm。
7.根据权利要求1所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：所述陶瓷废泥是工业陶瓷制品生产加工和抛光过程中产生的固体废弃物，经过脱水、干燥、分选、磁选、粉碎、筛分后制成粒径小于0.5mm的粉料。
8.根据权利要求1所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：所述发泡剂选用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙、碳酸氢钙中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：所述漂珠选用粒径为0.1-0.2mm的轻质漂珠；强化纤维是经过剪切机短切，纤维长度为1-3mm的纤维。
10.根据权利要求1所述的一种耐压防裂的轻质保温砖，其特征在于：所述轻质保温砖的制备方法为：按照质量份数，准备各原料组分，将陶瓷废泥、粉煤灰、粘土粉、煅烧高岭土、漂珠、氟化镁、α-氧化铝和强化纤维加入到混料机中，预先混合均匀，然后将发泡剂和水加入到混料机中，继续搅拌制成料浆，将料浆注入到成型模具中加压成型，待模具中的砖坯表干成型后完成脱模，脱模后的砖坯送入到110-130℃的干燥窑中干燥30-40min，进行初步脱水，待砖坯含水率降低至8%以下，将砖坯送入到1300-1380℃的隧道窑中进行焙烧，焙烧时间为8-12h，焙烧完成后出窑，自然冷却至室温，得到所需轻质保温砖。
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