CN117735898A - 一种轻质纤维水泥板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质纤维水泥板及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述轻质纤维水泥板包括以下重量份数的各原料：水泥30～40份，漂珠10～20份，石英砂尾矿10～15份，木浆8～10份，氧化铝8～10份，硫酸钙晶须5～10份，珍珠岩5～10份，云母片5～10份，高岭土1～5份；所述漂珠的容重小于420kg/m3。本发明的轻质纤维水泥板的原料中不含有预反应料，解决了生产过程中污水处理的问题，同时轻质纤维水泥板兼具低密度和高强度的优点，防火隔热效果好，调湿性能好，市场竞争力强。所述轻质纤维水泥板的密度可达到0.7～0.8g/cm3，抗折强度≥12MPa，抗冲击强度≥3KJ/m2，导热系数≤0.10W/(m·K)，耐火极限≥4h，室内24h吸湿量≥80*10‑3kg/m2，室内24h放湿量≥70*10‑3kg/m2。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种轻质纤维水泥板及其制备方法。
背景技术
纤维水泥板是以水泥为基本材料和胶黏剂，以矿物纤维水泥和其它纤维为增强材料，经制浆、成型、养护等工序而制成的板材。纤维水泥板具有许多优良的性质，如质轻高强、防火绝缘、防水防潮、隔热隔音、机械加工(锯、钻、钉、打孔、开槽等)性能好等。随着国民经济的快速发展和城市化进程的加快，根据国家节能减排以及绿色环保的政策要求，纤维水泥板以其一系列优点作为新型建筑材料广泛应用于非承重内外墙板、天花板以及复合墙板等领域。
纤维水泥板按密度可分为低密度、中密度和高密度纤维水泥板，其中低密度纤维水泥板的密度在1.2g/cm3以下。现有技术中，为了保障低密度纤维水泥板的密度，一般都会先制备预反应料，以此作为超轻料降低纤维水泥板的密度，例如发明授权专利CN105777043B提供了一种轻质节能板，其原料包括预料、氢氧化钙、木浆、石英砂等，其中预料的制备方法为：按钙硅比为0.5～0.9，分别投入氢氧化钙和石英粉，水固比控制在8～12，同时添加固体质量1～1.2％的催化剂，升温至160～180℃后保温4～8h，降温至110℃以下时卸料，得预料。这种预反应料的生产工艺复杂，对原料要求高，反应时间过长，一般反应一次要数个小时，同时预反应料的反应是水热反应，在反应的时候会带进去大量的水，一般水固比为8～10。而在生产纤维水泥板的系统中本来就存在大量的水，在生产1.2g/cm3密度的纤维水泥板时系统刚好达到水平衡，如果采用预反应料来生产纤维水泥板势必会引入大量的水，造成整个系统水量过多，无法做到污水全部回用，企业需要额外对污水进行处理，增加了生产成本。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轻质纤维水泥板及其制备方法，所述轻质纤维水泥板的原料中不含有预反应料，解决了生产过程中污水处理的问题，同时轻质纤维水泥板兼具低密度和高强度的优点，且防火隔热效果好。
为了实现上述目的，具体通过以下技术实现：
一种轻质纤维水泥板，包括以下重量份数的各原料：水泥30～40份，漂珠10～20份，石英砂尾矿10～15份，木浆8～10份，氧化铝8～10份，硫酸钙晶须5～10份，珍珠岩5～10份，云母片5～10份，高岭土1～5份；所述漂珠的容重小于420kg/m3。
漂珠是一种能浮于水面的粉煤灰空心球，表面封闭而光滑，热导率小，相比其它相同质量的材料，漂珠的体积更大。本发明选用容重小于420kg/m3的漂珠代替常规的预反应料，利用其容重低的特性，不仅解决了普通预反应料带入大量水的问题，还降低了纤维水泥板的密度，最终使纤维水泥板的密度达到0.7～0.8g/cm3；另外漂珠独特的半真空球体结构也使其热传导极微，使得最终制备的纤维水泥板的热导系数小，具有良好的保温隔热性能。
但同样由于漂珠的容重较低，在降低纤维水泥板密度的同时，也导致其强度有所降低。本发明通过在原料中加入硫酸钙晶须来提升整体强度。硫酸钙晶须是一种亚纳米纤维材料，兼具增强纤维和超细无机填料的优点，一方面硫酸钙晶须利用自身尺寸小的特点，从纳米-微米尺度填充纤维水泥板内部颗粒之间的孔隙，降低纤维水泥板内孔隙的连通性和渗透性，增加纤维水泥板的致密性，进而提高整体强度；另一方面，硫酸钙晶须自身具有高强度特性，同时兼具耐高温、耐酸碱性、抗化学腐蚀、隔热等优点，可起到凝聚水泥和石英砂颗粒以及纤维增强的作用，提高纤维水泥板的强度、防火隔热性能和耐腐蚀性能；硫酸钙晶须还可与氧化铝产生化学反应生成钙矾石，进一步填充孔隙，提高纤维水泥板的强度。此外，硫酸钙晶须的加入还可以防止木浆纤维的重叠，增强木浆纤维与混凝土基体之间的粘接性，减小空隙和孔隙率，进一步提升纤维水泥板整体的强度。
本发明以漂珠和硫酸钙晶须为原料，可使纤维水泥板在不采用预反应料的前提下兼具低密度和高强度的特性，此外，在漂珠和硫酸钙晶须的协同作用下，可显著提升纤维水泥板的调湿性能。原料中石英砂尾矿起到填充和参与水泥水化反应的作用，可与水泥形成一种高强度高硬度的托贝莫来石晶体，从而提高纤维水泥板的强度和防火性能。珍珠岩的加入可增加纤维水泥板整体的耐热性和硬度。云母片可对纤维水泥板起到部分增强的作用，有效提高纤维水泥板的防火隔热性能。
优选的，所述轻质纤维水泥板包括以下重量份数的各原料：水泥35份，漂珠15份，石英砂尾矿12份，木浆9份，氧化铝9份，硫酸钙晶须8份，珍珠岩8份，云母片8份，高岭土3份。
优选的，所述硫酸钙晶须的长度为10～100μm。
优选的，所述漂珠为改性漂珠，所述改性漂珠的制备方法如下：在纳米二氧化硅水溶液中加入漂珠，然后在65～75℃下超声分散3.5～4h，最后在70～80℃下干燥4～5h，即得改性漂珠。
通过对漂珠进行改性，在漂珠表面附着纳米二氧化硅，纳米二氧化硅可与氢氧化钙反应生成致密的C-S-H凝胶，C-S-H凝胶填充于漂珠与纤维水泥板内部的颗粒之间，使漂珠与纤维水泥板的连接更加紧密，进一步提升了纤维水泥板的整体强度。
优选的，所述轻质纤维水泥板的密度为0.7～0.8g/cm3，抗折强度≥12MPa，抗冲击强度≥3KJ/m2，导热系数≤0.10W/(m·K)，耐火极限≥4h，室内24h吸湿量≥80*10-3kg/m2，室内24h放湿量≥70*10-3kg/m2。
一种轻质纤维水泥板的制备方法，包括以下步骤：
S1、将木浆加入水中，磨浆，得到打浆度为30～35°SR、纤维湿重为8～10g的木浆浆料；
S2、按比例称取水泥、漂珠、石英砂尾矿、氧化铝、硫酸钙晶须、珍珠岩、云母片和高岭土，并与步骤S1得到的木浆浆料进行混合搅拌，得到质量浓度为10～15％的坯体浆料；
S3、将步骤S2得到的坯体浆料经流浆成型，得到湿坯板材，接着加入模板堆垛，然后依次进行养护脱模、蒸压、堆垛、烘干，得到轻质纤维水泥板。
本发明的制备方法无需进行预反应料提前制备，节省大量时间，且制备过程不会产生大量难处理的污水，节约了生产成本。胚体浆料采用流浆成型工艺进一步降低了废水的排出量，且纤维在水泥板中分布均匀，利用率高，成型后的板材横纵向强度均匀，不易断裂。
优选的，步骤S3中，养护温度为50～60℃，养护湿度≥90％，养护时间不低于6h。
优选的，步骤S3中，蒸压的具体方法为：先升温升压至180～185℃和1～1.2MPa，然后保温保压7～9h，最后在4～5h内降压至常压。温度和压力不宜过大或过小，过小会影响纤维水泥板的抗折强度，过大会导致许多副反应发生，增加能耗。
进一步优选的，步骤S3中，蒸压的升温速率为40～45℃/h，升压时间为4～5h。
优选的，步骤S3中，烘干温度为90～110℃，压力为0.3～0.7MPa，烘干完成后轻质纤维水泥板的水分含量低于10％。在0.3～0.7MPa压力条件下进行烘干，可促进纤维水泥板中水分的挥发，提高烘干效率。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
(1)本发明的轻质纤维水泥板兼具低密度和高强度的优点，防火隔热效果好，调湿性能好，市场竞争力强。轻质纤维水泥板的密度可达到0.7～0.8g/cm3，抗折强度≥12MPa，抗冲击强度≥3KJ/m2，导热系数≤0.10W/(m·K)，耐火极限≥4h，室内24h吸湿量≥80*10- 3kg/m2，室内24h放湿量≥70*10-3kg/m2。
(2)本发明通过在原料中添加漂珠和硫酸钙晶须，避免了传统预反应料带入大量水导致生产能力低、污水难处理的问题，极大地缩短了制备时间，节约了成本。
(3)本发明的轻质纤维水泥板的制备方法主要包括混合、制浆、成型、养护，工艺简单，适合大规模生产。其中对木浆进行预磨浆，改变了木浆纤维的形态，使其比表面积增大，增强了木浆与其它原料的结合力。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种轻质纤维水泥板，包括以下重量份数的各原料：水泥35份，漂珠15份，石英砂尾矿12份，木浆9份，氧化铝9份，硫酸钙晶须8份，珍珠岩8份，云母片8份和高岭土3份，所述漂珠的容重为418.8kg/m3。
所述轻质纤维水泥板的制备方法为：
S1、将木浆加入水中，打开磨浆机进行磨浆，得到打浆度为30～35°SR、纤维湿重为8～10g的木浆浆料；
S2、打开配料机内是否异物，贮浆池内是否有异物，检查无误后启动混浆机；打开水阀加入水，接着按比例加入水泥、漂珠、石英砂尾矿、氧化铝、硫酸钙晶须、珍珠岩、云母片、高岭土和步骤S1得到的木浆浆料，混浆搅拌4分钟以上，制得质量浓度为10～15％的坯体浆料；
S3、开启抽浆泵电源，将步骤S2得到的坯体浆料输进流浆箱，放浆，使浆料直接流到毛毯上，经流浆成型，得湿坯板材；接着将湿坯板材进行堆垛，放入养护房进行养护，养护温度55±5℃，湿度≥90％，养护时间6～8h；养护完成后进行脱模，取出钢模板，换成放热垫架送入蒸压釜进行蒸压，先以每小时升温40-45℃的速率升温至180-185℃，升温期间同步均匀升压4-5h至釜压1.1±0.1MPa，接着恒温恒压7～9h，最后打开排汽阀进行放汽降压，在不少于4～5h的时间内匀速降温降压至常压，打开釜门，拉出板材；将板材在0.3-0.7MPa，90～110℃条件下烘干至水分含量小于10％，得到轻质纤维水泥板；
S4、最后对步骤S3得到的轻质纤维水泥板进行分类，并根据需要进行磨边处理。
实施例2
本实施例提供一种轻质纤维水泥板，包括以下重量份数的各原料：水泥30份，漂珠20份，石英砂尾矿10份，木浆10份，氧化铝10份，硫酸钙晶须10份，珍珠岩5份，云母片5份和高岭土1份；所述漂珠的容重为418.8kg/m3。
所述轻质纤维水泥板的制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种轻质纤维水泥板，包括以下重量份数的各原料：水泥40份，漂珠10份，石英砂尾矿15份，木浆8份，氧化铝10份，硫酸钙晶须5份，珍珠岩10份，云母片10份和高岭土5份；所述漂珠的容重为418.8kg/m3。
所述轻质纤维水泥板的制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供的轻质纤维水泥板及其制备方法与实施例3基本相同，不同之处在于，所述漂珠为改性漂珠，所述漂珠的改性步骤为：往纳米二氧化硅水溶液中加入漂珠，接着在70℃下超声分散4h，然后在75℃下烘干，即得改性漂珠，其中，纳米二氧化硅与漂珠的质量比为0.5:1。
对比例1
本对比例提供的轻质纤维水泥板及其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中不含有硫酸钙晶须，用等量木浆代替。
对比例2
本对比例提供的轻质纤维水泥板及其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，用等量玄武岩纤维代替硫酸钙晶须。
对比例3
本对比例提供的轻质纤维水泥板及其制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，原料中不含有漂珠。
应用例
分别取实施例1～4和对比例1～3制备的纤维水泥板，按照JC/T564.1-2018《纤维增强硅酸盖板》以及JC/T 2082-2011检测其密度、抗折强度、抗冲击强度、导热系数、耐火极限、室内24h吸湿量和室内24h放湿量，测试结果如下表1所示：
表1纤维水泥板的性能测试结果
从表1的数据可以看出，各实施例制备得到的轻质纤维水泥板的密度均低于0.8g/cm3，抗折强度在12MPa以上，抗冲击强度也在3KJ/m2以上，说明本发明的轻质纤维水泥板兼具低密度和高强度的特点；各实施例制得的材料的导热系数均小于0.10W/(m·K)，耐火极限≥4h，室内24h吸湿量大于80*10-3kg/m2，室内24h放湿量大于70*10-3kg/m2，也说明了本发明的纤维水泥板的防火隔热效果好，调湿性能好，大大提高了市场竞争力。各实施例材料的制备方法无需提前制备预反应料，避免了传统预反应料带入大量水导致生产能力低、污水难处理的问题，极大地缩短了制备时间，节约了成本。比较实施例3和实施例4的数据可以看出，实施例4制得的纤维水泥板的抗折强度和抗冲击强度明显优于实施例3的，这是因为漂珠经过改性后，其表面附着了纳米二氧化硅，纳米二氧化硅与氢氧化钙反应生成了致密的C-S-H凝胶，使得漂珠与纤维水泥板的连接更加紧密，进一步提升了纤维水泥板的整体强度。
比较对比例1和实施例1，硫酸钙晶须替换成木浆后，纤维水泥板的抗折强度、抗冲击强度均明显下降。这是因为硫酸钙晶须的强度比木浆纤维的高，对纤维水泥板的强度增强效果更明显；而且硫酸钙晶须可与氧化铝反应，进一步提高纤维水泥板的强度；硫酸钙晶须还可以防止木浆纤维的重叠，促进整体强度提升。由于木浆不具备防火性能，对比例1的纤维水泥板的防火性能也显著降低。
比较对比例2和实施例1的数据可以看出，硫酸钙晶须替换成玄武岩纤维后，对纤维水泥板的强度提升并不明显，说明并不是所有的增强纤维均可与漂珠相互配合，使制得的轻质纤维水泥板兼具低密度和高强度的优点，只有在本发明的范围内，硫酸钙晶须和漂珠相互配合才能显著降低纤维水泥板的密度并提高其抗压和抗冲击强度。
此外，比较各对比例和实施例1制得的纤维水泥板的室内24h吸湿量和放湿量可以看出，相比实施例1，对比例2、3和4制得的纤维水泥板的吸湿量和放湿量明显降低，说明本发明的漂珠和硫酸钙晶须之间具有协同作用，可以协同提升纤维水泥板的调湿性能。
以上具体实施方式详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节。在本发明的权利要求书和技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单改型和改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种轻质纤维水泥板，其特征在于，包括以下重量份数的各原料：水泥30～40份，漂珠10～20份，石英砂尾矿10～15份，木浆8～10份，氧化铝8～10份，硫酸钙晶须5～10份，珍珠岩5～10份，云母片5～10份，高岭土1～5份；所述漂珠的容重小于420kg/m3。
2.根据权利要求1所述的一种轻质纤维水泥板，其特征在于，包括以下重量份数的各原料：水泥35份，漂珠15份，石英砂尾矿12份，木浆9份，氧化铝9份，硫酸钙晶须8份，珍珠岩8份，云母片8份，高岭土3份。
3.根据权利要求1所述的一种轻质纤维水泥板，其特征在于，所述硫酸钙晶须的长度为10～100μm。
4.根据权利要求1所述的一种轻质纤维水泥板，其特征在于，所述漂珠为改性漂珠，所述改性漂珠的制备方法如下：在纳米二氧化硅水溶液中加入漂珠，然后在65～75℃下超声分散3.5～4h，最后在70～80℃下干燥4～5h，即得改性漂珠。
5.根据权利要求1所述的一种轻质纤维水泥板，其特征在于，所述轻质纤维水泥板的密度为0.7～0.8g/cm3，抗折强度≥12MPa，抗冲击强度≥3KJ/m2，导热系数≤0.10W/(m·K)，耐火极限≥4h，室内24h吸湿量≥80*10-3kg/m2，室内24h放湿量≥70*10-3kg/m2。
6.权利要求1所述的轻质纤维水泥板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将木浆加入水中，磨浆，得到打浆度为30～35°SR、纤维湿重为8～10g的木浆浆料；
S2、按比例称取水泥、漂珠、石英砂尾矿、氧化铝、硫酸钙晶须、珍珠岩、云母片和高岭土，并与步骤S1得到的木浆浆料进行混合搅拌，得到质量浓度为10～15％的坯体浆料；
S3、将步骤S2得到的坯体浆料经流浆成型，得到湿坯板材，接着加入模板堆垛，然后依次进行养护脱模、蒸压、堆垛、烘干，得到轻质纤维水泥板。
7.根据权利要求6所述的轻质纤维水泥板的制备方法，其特征在于，步骤S3中，养护温度为50～60℃，养护湿度≥90％，养护时间不低于6h。
8.根据权利要求6所述的轻质纤维水泥板的制备方法，其特征在于，步骤S3中，蒸压的具体方法为：先升温升压至180～185℃和1～1.2MPa，然后保温保压7～9h，最后在4～5h内降压至常压。
9.根据权利要求8所述的轻质纤维水泥板的制备方法，其特征在于，步骤S3中，蒸压的升温速率为40～45℃/h，升压时间为4～5h。
10.根据权利要求6所述的轻质纤维水泥板的制备方法，其特征在于，步骤S3中，烘干温度为90～110℃，压力为0.3～0.7MPa，烘干完成后轻质纤维水泥板的水分含量低于10％。
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