CN116375442A - 一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板及其制备方法，其制备方法包括步骤：S1.以方英石、氢氧化钙粉末的混合物为原料，喷洒水分并压制成型，得到硅酸钙板粗产物；S2.将硅酸钙板粗产物进行自然陈化，并在自然陈化期间喷洒水分；S3.以自然陈化后的硅酸钙板粗产物为原料，在0.5‑0.7MPa条件下于160‑180℃进行水热反应8‑12h，降温冷却并烘干，即得高强度硅酸钙板，所得到的硅酸钙板强度高、密度低、防水性能好。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板及其制备方法。
背景技术
硅酸钙板作为一类轻质高强的建筑板材，因具有高强度、重量轻、易加工、不燃性和防水性等优点，被广泛应用于工商业工程建筑的吊顶天花和隔墙，家庭装修等方面，硅酸钙板是将硅质材料和钙质材料按一定的比例混合，以有机合成纤维、无机矿物纤维或纤维素纤维等短纤维为增强材料，经制浆、成型、蒸压养护(水化反应)、烘干、砂光等工序制成，目前，几乎所有类型的硅酸钙板都是由天然矿物(如石英砂、硅藻土等，主要成分SiO2)作为硅质材料，石灰石或水泥(主要成分CaO)作为钙质材料。
虽然硅酸钙板的制备工艺已经成熟，但复杂的水化反应体系的合成机理尚不明确。在硅酸钙板制作过程中，水化反应体系相当复杂，有30多种稳定相，托贝莫来石、硬硅钙石等，一般板材中托贝莫来石的含量与结晶度越高，板材的抗折强度也越高，密度越小；一旦产生硬硅钙石，则会降低板材的抗折强度，提升板材的密度，所以相关领域技术人员对水化反应的研究大多集中在合成托贝莫来石，使其高度结晶。
但通过增加托贝莫来石的含量制备得到的硅酸钙板的强度仍有待提升。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板及其制备方法，所得到的硅酸钙板强度高、密度低、防水性能好。
为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：
第一方面，本申请一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：
S1.以方英石、氢氧化钙粉末的混合物为原料，喷洒水分并压制成型，得到硅酸钙板粗产物；
S2.将硅酸钙板粗产物进行自然陈化，并在自然陈化期间喷洒水分；
S3.以自然陈化后的硅酸钙板粗产物为原料，在0.5-0.7MPa条件下于160-180℃进行水热反应8-12h，降温冷却并烘干，即得高强度硅酸钙板。
优选地，方英石与氢氧化钙粉末的质量比为1:0.6-0.8。
优选地，方英石与氢氧化钙粉末的质量比为1:0.7。
优选地，自然陈化的温度为室温，自然陈化的时间为12-18h。
优选地，步骤S1还包括研磨原料。
优选地，烘干温度为80-110℃。
优选地，水热反应的温度为170-180℃。
优选地，水热反应的时间为10-12h。
优选地，水热反应的压力条件为0.6-0.7Mpa。
第二方面，本申请提供一种高强度硅酸钙板。
本申请的有益效果如下：本申请以方英石为硅质原料，以氢氧化钙粉末为钙质原料进行水热反应并控制反应条件，得到含有白钙沸石的硅酸钙板，所得到的硅酸钙板抗折强度高、密度低、吸水率低，因此重量更轻、机械性能更好、防水性能更好，提高了硅酸钙板的整体性能。
附图说明
图1为本方案制备硅酸钙板的工艺流程图。
图2为不同硅质材料制备硅酸钙板物相图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：
S1.以方英石、氢氧化钙粉末的混合物为原料，喷洒水分并压制成型，得到硅酸钙板粗产物；
S2.将硅酸钙板粗产物进行自然陈化，并在自然陈化期间喷洒水分；
S3.以自然陈化后的硅酸钙板粗产物为原料，在0.5-0.7MPa条件下于160-180℃进行水热反应8-12h，降温冷却并烘干，烘干温度为80-110℃，即得高强度硅酸钙板。
本申请中，如图1所示，先将硅质原料与钙质原料进行干混后，压制成型，再经陈化后，蒸压养护，最后再降压烘干，得到目标硅酸钙板，其中蒸压养护过程即水热反应过程，在该过程中，方石英与Ca(OH)2经过水热反应后，不只是生成了托贝莫来石，还生成了白钙沸石(C2S3H2)，比单一含有托贝莫来石而言的硅酸钙板的强度更大，其原因在于，白钙沸石与托贝莫来石相比，白钙沸石晶体片层更厚，呈六角形板状结构，因此以白钙沸石相居多的硅酸钙板会具备更大的强度，且由于白钙沸石的存在，所得到的硅酸钙板的密度也更低，吸水率更低，使其重量更轻，防水效果增强，提升了硅酸钙板的整体性能。
本方案中，生成白钙沸石的关键除了硅质原料的选用，还在于水热反应条件的控制，发明人意外的发现，在0.5-0.7MPa条件下于160-180℃下，方石英与Ca(OH)2能生成大量的白钙沸石，高于该反应温度及压力范围，则易生成硬硅钙石，不会形成白钙沸石，低于该反应温度，则达不到水热反应的条件。合适但非限制性地，水热反应的温度为160℃、165℃、170℃、175℃、180℃；合适但非限制性地，水热反应的时间为8h、9h、10h、11h、12h；合适但非限制性地，水热反应的压力条件为0.5MPa、0.55MPa、0.6MPa、0.65MPa、0.7MPa。
方英石与氢氧化钙粉末的质量比为1:0.6-0.8，合适但非限制性地，例如1:0.6、1:0.7、1:0.8，更为优选地，方英石与氢氧化钙粉末的质量比为1:0.7。
自然陈化的温度为室温，自然陈化的时间为12-18h，自然陈化为预养护阶段。
步骤S1还包括研磨原料，研磨的时间为20-30min，目的在于提高后续反应效率。
第二方面，本申请提供一种高强度硅酸钙板。
本申请中的石英砂取自内蒙古粒度均在74μm以下，SiO2的含量为99.59％，99.85％。
以下通过具体实施方式对本申请进行阐述。
实施例1
一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：
S1.以方英石、氢氧化钙粉末的混合物为原料，按1∶0.6的比例混合，研磨20min，使物料充分混合均匀，将所得混合物放入模具中，均匀洒入水分，压制使其成型，脱模，得到硅酸钙板粗产物；
S2.将硅酸钙板粗产物进行自然陈化，陈化时间为12h，陈化期间每隔2-3h向成型的硅酸钙板上喷撒少量水，使其保持湿润；
S3.将自然陈化后的硅酸钙板粗产物放入蒸压釜中，在0.5MPa条件下于160℃进行水热反应8h，反应完毕后自然降压降温，而后取出烘干，烘干温度为80℃，即得高强度硅酸钙板。
实施例2
一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：
S1.以方英石、氢氧化钙粉末的混合物为原料，按1∶0.8的比例混合，研磨30min，使物料充分混合均匀，将所得混合物放入模具中，均匀洒入水分，压制使其成型，脱模，得到硅酸钙板粗产物；
S2.将硅酸钙板粗产物进行自然陈化，陈化时间为18h，陈化期间每隔3h向成型的硅酸钙板上喷撒少量水，使其保持湿润；
S3.将自然陈化后的硅酸钙板粗产物放入蒸压釜中，在0.7MPa条件下于180℃进行水热反应12h，反应完毕后自然降压降温，而后取出烘干，烘干温度为110℃，即得高强度硅酸钙板。
实施例3
一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：
S1.以方英石、氢氧化钙粉末的混合物为原料，按1∶0.7的比例混合，研磨30min，使物料充分混合均匀，将所得混合物放入模具中，均匀洒入水分，压制使其成型，脱模，得到硅酸钙板粗产物；
S2.将硅酸钙板粗产物进行自然陈化，陈化时间为18h，陈化期间每隔3h向成型的硅酸钙板上喷撒少量水，使其保持湿润；
S3.将自然陈化后的硅酸钙板粗产物放入蒸压釜中，在0.7MPa条件下于170℃进行水热反应12h，反应完毕后自然降压降温，而后取出烘干，烘干温度为100℃，即得高强度硅酸钙板。
对比例1
一种硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：其他步骤与实施例3相同，所不同的是，将原料方英石更换为石英砂。
对比例2
一种硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：其他步骤与实施例3相同，所不同的是，步骤S3中，水热反应的温度为190℃。
评价测试
对实施例3及对比例1所制备的硅酸钙板进行物相检测(采用X射线衍射分析(XRD)进行物相检测)，结果如图2所示。
对比例2的xrd物相图，与实施例3对比，温度过高后，白钙沸石进一步反应生成富钙相Ca4Si5O13.5(OH)2，白钙沸石衍射峰强度减弱，硅酸钙板强度下降。说明在实施例3的条件下，硅酸钙板中白钙沸石含量最多，强度也最大，更突出了本发明在一定水热条件下控制生成更多的白钙沸石，使硅酸钙板的强度得到极大的提升。
对实施例3及对比例1、对比例2所制备得到的硅酸钙板进行抗折强度、吸水率及密度测试，具体步骤如下：
抗折强度测试：将烘干后的样品通过电子万能材料试验机Instron 5967进行抗折强度测试，支点跨距30mm；
吸水率测试：将烘干后的硅酸钙板称重，记录质量为m1。再将硅酸钙板浸入水中30s，取出硅酸钙板，擦去表面水分，称重，记录质量为m2。硅酸钙板30s吸水率计算公式如下：30s吸水率＝(m2-m1)/m1×100％；
测试结果如表1所示：
表1不同硅质材料制备硅酸钙板性能对比表
| 原料 | 密度/g·cm-3 | 30s吸水率/％ | 抗折强度/MPa |
| 对比例1 | 1.62 | 7.44 | 6.81 |
| 对比例2 | 1.59 | 4.57 | 8.34 |
| 实施例3 | 1.51 | 3.45 | 12.38 |
由上述结果综合可知，对比例1以石英为硅相材料，产物主要物相为托贝莫来石，本方案产物中的物相为白钙沸石和托贝莫来石混合物，说明制备硅酸钙板采用方石英为硅质原料时，水热反应后生成了托贝莫来石，同时生成了白钙沸石，产物为托贝莫来石和白钙沸石的混合物，石英为硅质原料时，产物只生成了托贝莫来石，相比于石英型硅酸钙板，方石英型硅酸钙板水热反应后的产物含白钙沸石，白钙沸石的产生使得硅酸钙板的强度大大提升，抗折强度是石英型硅酸钙板的2倍，白钙沸石的生成不仅增大了硅酸钙板的强度，还降低了硅酸钙板的密度、吸水率，使其重量更轻，且具有更好的防水性能。说明白钙沸石的生成提高了硅酸钙板的整体性能。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.以方英石、氢氧化钙粉末的混合物为原料，喷洒水分并压制成型，得到硅酸钙板粗产物；
S2.将所述硅酸钙板粗产物进行自然陈化，并在自然陈化期间喷洒水分；
S3.以自然陈化后的硅酸钙板粗产物为原料，在0.5-0.7MPa条件下于160-180℃进行水热反应8-12h，降温冷却并烘干，即得所述高强度硅酸钙板。
2.根据权利要求1所述的含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述方英石与氢氧化钙粉末的质量比为1:0.6-0.8。
3.根据权利要求1所述的含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述方英石与氢氧化钙粉末的质量比为1:0.7。
4.根据权利要求1所述的含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述自然陈化的温度为室温，自然陈化的时间为12-18h。
5.根据权利要求1所述的含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，步骤S1还包括研磨所述原料。
6.根据权利要求1所述的含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述烘干温度为80-110℃。
7.根据权利要求1所述的含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为170-180℃。
8.根据权利要求1所述的含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述水热反应的时间为10-12h。
9.根据权利要求1所述的含白钙沸石的高强度硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述水热反应的压力条件为0.6-0.7Mpa。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法得到的高强度硅酸钙板。
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