CN112608159B - 耐火发泡砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了耐火发泡砖及其制备方法，涉及建筑陶瓷技术领域。耐火发泡砖的原料包括硅酸盐主料70‑98份、发泡剂0.3‑1份、钛酸盐2‑8份和稀释剂0.1‑0.5份。其通过在原料配方中引入钛酸盐，显著提升了耐火发泡砖的耐火极限性能，经过长时间的高温加热之后也不会出现开裂现象。耐火发泡砖的制备方法，其通过配方原料的改进，特别是钛酸盐的加入，显著提升了耐火发泡砖的耐火极限性能，解决了长期制约发泡砖应用的一大难题，本发明在建筑材料领域具有广泛的应用前景。

Description

耐火发泡砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷技术领域，且特别涉及耐火发泡砖及其制备方法。
背景技术
发泡砖是陶瓷原料添加发泡剂后经过高温烧结而得到的一种闭孔的多孔陶瓷，因其特殊的结构特点，发泡砖具有轻质高强、防火不燃、保温隔热、防水防潮、隔音降噪的特点。因此，发泡砖被广泛应用在建筑保温及室内隔墙等工程中。
目前，发泡砖在建筑陶瓷领域的应用仍然面临着巨大挑战：虽然发泡砖能够满足保温属性和力学要求，但在耐火性能方面无法满足国家标准。发泡砖耐火性能不能满足要求，在受到持续高温加热的情况下会出现明显的开裂。鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐火发泡砖及其制备方法，旨在提升发泡砖的耐火极限性能，有效改善发泡砖因持续加热而产生的开裂问题。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出了一种耐火发泡砖，以重量份数计，其原料包括硅酸盐主料70-98份、发泡剂0.3-1份、钛酸盐2-8份和稀释剂0.1-0.5份。
本发明还提出一种耐火发泡砖的制备方法，根据耐火发泡砖的原料组成进行配料制备耐火发泡砖。
本发明实施例提供一种耐火发泡砖，其通过在原料配方中引入钛酸盐，并配合碳酸盐主料和发泡剂，显著提升了耐火发泡砖的耐火极限性能，经过长时间的高温加热之后也不会出现开裂现象。
本发明实施例提供的一种耐火发泡砖的制备方法，其通过配方原料的改进，特别是钛酸盐的加入，显著提升了耐火发泡砖的耐火极限性能，解决了长期制约发泡砖应用的一大难题。
需要说明的是，导致发泡砖耐火性能差的主要原因是发泡砖在受到持续高温加热的情况下，由于玻璃相、晶相和气相的热膨胀系数差异而在内部产生热应力，当应力超过发泡砖本身的承受极限后就会发生开裂。本发明实施例通过在发泡砖的配方中加入钛酸盐，利用其晶体结构特点改善热膨胀系数差异，从而降低或消除上述热应力，以提高发泡砖的耐火性能，这是发明人在原理上的分析和猜测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的耐火极限试验炉内升温曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的耐火发泡砖及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供了一种耐火发泡砖，以重量份数计，其原料包括硅酸盐主料70-98份、发泡剂0.3-1份、钛酸盐2-8份和稀释剂0.1-0.5份。发明人在以碳酸盐主料和发泡剂为主要原料的配方中加入少量的钛酸盐，能够很大程度上改善发泡砖因持续加热而产生的开裂问题，提升发泡砖的耐火极限性能。
需要补充的是，钛酸盐的加入不仅能够改善发泡砖的耐火极限，而且成本较低，发明人综合成本和耐火性能改善的效果两个方面，选择钛酸盐能够满足两方面的要求。
具体地，碳酸盐主料为制备发泡陶瓷的主要原料，其可以采用现有技术中的常用碳酸盐原料，在一些优选的实施例中可以采用废料，实现变废为宝，如采用废砖屑等。
在优选的实施例中，以重量份数计，其原料包括废砖屑10-30份、抛光渣40-60份、钛酸盐2-8份、发泡剂0.3-1份和稀释剂0.1-0.5份。为进一步保证发泡砖其他方面的性能，如力学性能、隔热性能等，采用废砖屑、抛光渣等主要原料，原料易得、制备成本低。
在优选的实施例中，其原料还包括钾钠长石10-20份和高岭土10-20份，通过进一步引入钾钠长石，进一步提升了发泡砖的力学性能；通过进一步引入高岭土改善了原料之间的粘结性能，进一步防止了高温下开裂的出现。
在综合各方面性能的前提下，发明人对整体配方做了进一步优化。以重量份数计，包括废砖屑15-25份、钾钠长石13-18份、抛光渣45-55份、高岭土13-18份、钛酸盐3-6份、发泡剂0.5-0.8份和稀释剂0.2-0.4份。通过原料的种类和用量的进一步优化，不仅保证了材料的耐火性能，在力学性能、保温隔热性能等方面均表现较为优异，适合于工业化应用。
进一步地，钛酸盐选自钛酸铋、钛酸铅和钛酸钡中的至少一种，优选为钛酸铋。钛酸盐选择以上几种原料易得，且成本较低，能够显著改善发泡砖的耐火性能。
进一步地，发泡剂选自碳化硅和碳酸钙中的至少一种，优选为碳化硅，碳化硅的粒径为100-200目。发泡剂为制作发泡砖的常规原料，一般的发泡剂均适合于本发明的配方体系，选择碳化硅作为发泡剂最为理想，有利于进一步提升发泡砖的综合性能。
进一步地，稀释剂选自减水剂A、水玻璃和三聚磷酸钠中的至少一种，稀释剂的加入能够使各组分的混合更加均匀，制备出质地均一的发泡砖。
本发明实施例还提供了一种耐火发泡砖的制备方法，根据耐火发泡砖的原料组成进行配料制备耐火发泡砖，通过发泡砖配方的改进，特别是钛酸盐的加入，显著提升了发泡砖的耐火性能。制备方法可以采用现有的发泡砖的制备工艺，将耐火发泡砖的原料和水混合造粒，再进行烧结以制备形成发泡砖。
进一步地，混合造粒主要是将原料混合均匀制备成粒径较为均一的颗粒状物料，为烧结做好准备。混合造粒的过程是将耐火发泡砖的原料和水球磨8-10h，再进行喷雾造粒，耐火发泡砖的原料总量和水的质量比为1:0.5-0.7；球磨过程中，耐火发泡砖的原料总量和球料的质量比为1:1.3-1.8。通过进一步控制水和球料的用量提升混合的均匀度，制备得到粒度均一的颗粒。喷雾造粒后，粒径在40目-80目之间的颗粒的质量占比大于或等于80％，物料含水率小于7％。
进一步地，在烧结过程中，分阶段升温至1150-1200℃，并进行保温，采用1150-1200℃的最高烧结温度为宜，以使烧结之后得到的发泡砖具备特殊的多孔结构，不仅具备质轻高强、防火不燃、保温隔热的优点，还具备非常好的耐火性能。
在优选的实施例中，分三阶段进行升温，包括第一升温阶段、第二升温阶段和第三升温阶段；第一升温阶段是从常温升温至600-700℃，升温时间为50-100min，并在600-700℃的条件下保温40-60min；第二升温阶段是从600-700℃升温至900-1000℃，升温时间为125-175min，并在900-1000℃的条件下保温40-60min；第三升温阶段是从900-1000℃升温至1150-1200℃，升温时间为100-150min，并在1150-1200℃的条件下保温80-120min。通过进一步控制升温的过程，实现温度的精细化控制，进一步保证发泡砖的综合性能。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种耐火发泡砖，以质量份数计，其原料包括废砖屑20份、钾钠长石15份、抛光渣50份、高岭土15份、钛酸铋5份、150目的碳化硅粉末0.5份、减水剂A0.1份和水玻璃0.1份。
本实施例提供一种耐火发泡砖的制备方法，包括如下步骤：
按本实施例提供的耐火发泡砖的原料配方称取各组分，将所有原料混合加水球磨9小时，按质量原料：球：水＝1:1.5:0.6。然后进行喷雾造粒，粒径控制在40目-80目≧80％，干燥后含水率＜7％，将造粒制得粉料陈腐一段时间后放入模具，再放入烧结炉进行烧结处理。设置烧成制度为常温～650℃，升温时间为75min，650℃保温50min，650℃～950℃，升温时间为150min，950℃保温50min，950℃～1175℃，升温时间为120min，最高温度保温时间为100min，随后自然冷却，获得高耐火性能发泡砖。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》，升温曲线见图1。经过测试制备所得发泡砖体积密度为453Kg/m3，抗压强度为7.9MPa，耐火极限时间为3.23h。
实施例2
本实施例提供一种耐火发泡砖，以质量份数计，其原料包括废砖屑20份、钾钠长石15份、抛光渣50份、高岭土15份、钛酸铅3份、150目的碳化硅粉末0.7份、减水剂A0.2份、水玻璃0.2份和三聚磷酸钠0.1份。
本实施例提供一种耐火发泡砖的制备方法，包括如下步骤：
按本实施例提供的耐火发泡砖的原料配方称取各组分，将所有原料混合加水球磨8小时，按质量原料：球：水＝1:1.5:0.6。然后进行喷雾造粒，粒径控制在40目-80目≧80％，干燥后含水率＜7％，将造粒制得粉料陈腐一段时间后放入模具，再放入烧结炉进行烧结处理。设置烧成制度为常温～650℃，升温时间为85min，650℃保温40min，650℃～950℃，升温时间为130min，950℃保温60min，950℃～1150℃，升温时间为110min，最高温度保温时间为90min，随后自然冷却，获得高耐火性能发泡砖。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》。经过测试制备所得发泡砖体积密度为377Kg/m3，抗压强度为6.8MPa，耐火极限时间为3.01h。
实施例3
本实施例提供一种耐火发泡砖，以质量份数计，其原料包括废砖屑20份、钾钠长石15份、抛光渣50份、高岭土15份、钛酸铅7份、150目的碳化硅粉末0.4份和减水剂A0.3份。
本实施例提供一种耐火发泡砖的制备方法，包括如下步骤：
按本实施例提供的耐火发泡砖的原料配方称取各组分，将所有原料混合加水球磨10小时，按质量原料：球：水＝1:1.5:0.6。然后进行喷雾造粒，粒径控制在40目-80目≧80％，干燥后含水率＜7％，将造粒制得粉料陈腐一段时间后放入模具，再放入烧结炉进行烧结处理。设置烧成制度为常温～650℃，升温时间为100min，650℃保温60min，650℃～950℃，升温时间为125min，950℃保温40min，950℃～1200℃，升温时间为140min，最高温度保温时间为120min，随后自然冷却，获得高耐火性能发泡砖。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》。经过测试制备所得发泡砖体积密度为416Kg/m3，抗压强度为7.2MPa，耐火极限时间为3.09h。
实施例4
本实施例提供一种耐火发泡砖及其制备方法，与实施例不同之处仅在于：废砖屑30份、抛光渣65份、钛酸铋1份、钛酸铅1份、钛酸钙1份、150目的碳化硅粉末0.5份和减水剂A0.4份。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》。经过测试制备所得发泡砖经过测试制备所得发泡砖体积密度为400Kg/m3，抗压强度为6.9MPa，耐火极限时间为3.06h。
对比例1
本对比例提供一种耐火发泡砖及其制备方法，与实施例不同之处仅在于：原料中不包括钛酸盐。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》。经过测试制备所得发泡砖体积密度为402Kg/m3，抗压强度为6.8MPa，耐火极限时间为1.56h，未满足国标中防火墙和承重墙耐火极限时间3h的要求。
对比例2
本对比例提供一种耐火发泡砖及其制备方法，与实施例不同之处仅在于：原料中的钛酸铋替换为钛酸钙。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》。经过测试制备所得发泡砖体积密度为422Kg/m3，抗压强度为6.4MPa，耐火极限时间为2.57h，耐火极限时间虽有提升但未满足国标中防火墙和承重墙耐火极限时间3h的要求。
对比例3
本对比例提供一种耐火发泡砖及其制备方法，与实施例不同之处仅在于：原料中的钛酸铋替换为钴酸镥。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》。经过测试制备所得发泡砖体积密度为401Kg/m3，抗压强度为6.0MPa，耐火极限时间为2.44h，未满足国标中防火墙和承重墙耐火极限时间3h的要求。
对比例4
本对比例提供一种耐火发泡砖及其制备方法，与实施例不同之处仅在于：原料中的钛酸铋的用量为2份。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》。经过测试制备所得发泡砖体积密度为402Kg/m3，抗压强度为6.0MPa，耐火极限时间为2.72h，未满足国标中防火墙和承重墙耐火极限时间3h的要求。
对比例5
本对比例提供一种耐火发泡砖及其制备方法，与实施例不同之处仅在于：原料中的钛酸铋的用量为10份。
对所得发泡砖进行耐火极限测试，测试条件符合《GBT9978.1-2008建筑构件耐火试验方法——第1部分通用要求》。经过测试制备所得发泡砖体积密度为389Kg/m3，抗压强度为5.6MPa，耐火极限时间为2.88h，未满足国标中防火墙和承重墙耐火极限时间3h的要求。
综上，本发明提供的耐火发泡砖，其通过在原料配方中引入钛酸盐，并配合碳酸盐主料和发泡剂，显著提升了耐火发泡砖的耐火极限性能，经过长时间的高温加热之后也不会出现开裂现象。
本发明提供的一种耐火发泡砖的制备方法，其通过配方原料的改进，特别是钛酸盐的加入，显著提升了耐火发泡砖的耐火极限性能，解决了长期制约发泡砖应用的一大难题。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种耐火发泡砖，其特征在于，以重量份数计，其原料包括废砖屑10-30份、抛光渣40-60份、钛酸盐3-8份、发泡剂0.3-1份和稀释剂0.1-0.5份；还包括钾钠长石10-20份和高岭土10-20份；
所述钛酸盐选自钛酸铋和钛酸铅中的至少一种；
所述发泡剂为碳化硅和碳酸钙中的至少一种，碳化硅的粒径为150-200目。
2.根据权利要求1所述耐火发泡砖，其特征在于，以重量份数计，原料包括废砖屑15-25份、钾钠长石13-18份、抛光渣45-55份、高岭土13-18份、钛酸盐3-6份、发泡剂0.5-0.8份和稀释剂0.2-0.4份。
3.根据权利要求1-2中任一项所述耐火发泡砖，其特征在于，所述钛酸盐为钛酸铋。
4.根据权利要求2所述耐火发泡砖，其特征在于，所述稀释剂选自减水剂A、水玻璃和三聚磷酸钠中的至少一种。
5.权利要求1-4中任一项所述耐火发泡砖的制备方法，其特征在于，根据所述耐火发泡砖的原料组成进行配料制备所述耐火发泡砖；
包括将所述耐火发泡砖的原料和水混合造粒，再进行烧结；
在烧结过程中，分阶段升温至1150-1200℃，每个阶段均是升温至指定温度后进行保温；
分三阶段进行升温，包括第一升温阶段、第二升温阶段和第三升温阶段；
所述第一升温阶段是从常温升温至600-700℃，升温时间为50-100min，并在600-700℃的条件下保温40-60min；
所述第二升温阶段是从600-700℃升温至900-1000℃，升温时间为125-175min，并在900-1000℃的条件下保温40-60min；
所述第三升温阶段是从900-1000℃升温至1150-1200℃，升温时间为100-150min，并在1150-1200℃的条件下保温80-120min。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述耐火发泡砖的原料总量和水的质量比为1:0.5-0.7。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述混合造粒的过程是将所述耐火发泡砖的原料和水球磨8-10h，再进行喷雾造粒。
8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，球磨过程中，所述耐火发泡砖的原料总量和球料的质量比为1:1.3-1.8。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述喷雾造粒后，粒径在40目-80目之间的颗粒的质量占比大于或等于80%。
10.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，所述喷雾造粒后，以质量分数计，物料含水率小于7%。
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