CN1389417A - 微晶泡沫玻璃墙体材料及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微晶泡沫玻璃墙体材料,其特征在于其组分为玻璃粉、粉煤灰和非金属矿,玻璃粉的粒度d(0.9)小于130目,粉煤灰的粒度d(0.9)小于120目,非金属矿的粒度d(0.9)小于230目。本发明的制法是:将研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金属矿粉加入水后进行混合;在含有水份的条件下压制成型,然后烘干;放入窑内烧制;将烧制后的毛坯切割成型。本发明的优点是(1)不含任何粘土。(2)比体密度相同的加气混凝土性能更优良。(3)符合工业化大生产的工艺流程。本发明已经过工厂规模中试生产。其连续匀速的加温曲线工艺完全适应工业化连续大生产的需要。

Description

微晶泡沫玻璃墙体材料及其制法
一、技术领域
本发明涉及一种墙体材料，特别是一种在结构和性能上介于微晶玻璃和泡沫玻璃之间的微晶泡沫玻璃墙体材料及其制法。
二、背景技术
国际上对各种微晶玻璃的研究开发和应用至少已有50年以上的历史，国内从20世纪80年代已开始研制，现已有一些产品问世。微晶玻璃体密度大(≥2700kg/m3)、耐腐、耐磨、不导电、不导磁、力学强度大，大量用于非建筑行业。当做成表面光洁的薄板材时，主要用于作装饰贴面材料，价格昂贵。
泡沫玻璃国外从20世纪30年代开始研制，国内80年代末期开始引进和开发。它以磨细玻璃粉为主要原料，加发泡剂，经烧熔发泡、退火冷却加工处理而成，具有独立气泡结构，体密度很小，导热系数小，常温下为0.052w/m.k，保温绝热性好，但抗压强度小(平均0.7Mpa)，抗折强度小(平均0.5Mpa)，因此主要用作复合墙体材料的保温绝热组成部分。
三、发明内容
1、发明目的：本发明的目的是利用微晶玻璃力学强度大，泡沫玻璃轻，保温、隔热、吸音性能良好的优点；提出一种非粘土的、利废、节能的微晶泡沫玻璃环保型墙体材料及其制法。
2、技术方案：为实现上述目的，本发明所述的微晶泡沫玻璃墙体材料，其特征在于其组分为玻璃粉、粉煤灰和非金属矿，玻璃粉的粒度d(0.9)小于130目，粉煤灰的粒度d(0.9)小于120目，非金属矿的粒度d(0.9)小于230。玻璃粉和粉煤灰的总量配比(重量％)为90-97％，非金属矿为3-10％。
在玻璃粉和粉煤灰的混合物中，主要氧化物的配比(重量％)为：SiO0∶62.43-76.80，Al2O3∶5.41-10.55，CaO∶5.43-14.89，MgO∶1.64-3.75，FeO+Fe2O3∶0.75-3.30，Na2O+K2O∶9.20-14.95。
所述的非金属矿为碱性长石、硅砂、硅灰石、纯碱(Na2CO3)和方解石中的一种或几种。碱性长石的重量配比(％)为1-5％，方解石为1-2％，硅灰石为1-2％，纯碱为1-5％。
所述的玻璃粉为钢化玻璃粉、平板玻璃粉或啤酒瓶玻璃粉。
本发明所述的微晶泡沫玻璃墙体材料的制法，其特征在于：
1)将研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金属矿粉加入水后进行混合；
2)含有水份的条件下压制成型，然后烘干；
3)放入窑内烧制；
4)将烧制后的毛坯切割成型。在第2步中，水份的含量(重量％)为6-8％.其中在第3步烧制过程中，在窖内的升温速度为1-5℃/分，至915-925℃降温，降温速率与升温速率相同，到400℃后自然冷却。
微晶泡沫玻璃新型墙体材料的主要原料是碎玻璃、粉煤灰、非金属矿，经磨粉混合加发泡剂烧结发泡，制成一种具有独立气泡结构的多孔、含微晶增强的泡沫玻璃材料，即在玻璃质基质中含有大量交织状硅灰石、钠硅灰石和折晶石针状晶体组成的一种玻晶交织结构，增加了材料的强度和韧性。根据所加粉煤灰、非金属矿组成和含量的变化，促使微晶泡沫玻璃体密度、导热系数，力学强度发生互为消长的关系，从而成为可用于墙体不同部分用途的相应建筑材料。
微晶泡沫玻璃的原料主要有碎玻璃粉和粉煤灰，其次为碱性长石(钾长石、钠长石)、硅砂、硅灰石、纯碱(Na2CO3)和方解石等。碎玻璃粉和粉煤灰占原料总重量90％wt以上，碎玻璃粉的粒度从d(0.9)＝130～250目为宜，电厂粉煤灰的粒度为d(0.9)＝120～150目可直接使用，其它原料粒度为d(0.9)＝230～325目。
玻璃粉可用钢化玻璃、平板玻璃和啤酒瓶玻璃废料加工磨细成粉。其化学成分如表1所示。其中酒瓶玻璃的化学成分随酒瓶种类的不同变化较大，在配制成微晶泡沫玻璃原料时，需根据成功制成产品的钢化玻璃或平板玻璃成分作准，用改变其它成分数量进行成分调正，如适当加减硅粉和碱等。
                     表1各种玻璃粉化学成分
样品名称 名种钢化玻璃 平板玻璃   啤酒瓶玻璃
    SiO2   69.50   70.88   69.86   69.90   70.40   71.37     68.39
    TiO2   0.02   0.02   0.03   0.01   0.05     0.07
    Al2O3   2.24   2.24   2.58   2.59   2.21   1.43     4.22
    Fe2O3   0.18   0.26   0.30   0.31 T0.18 0.14 T0.41
    FeO   0.15   0.08   0.04   0.09
    MnO   0.01   0.01   0.01   0.01   0.01     0.02
    MgO   3.47   3.43   3.57   3.57   3.35   3.67     1.96
    CaO   8.49   8.49   8.27   8.14   8.19   7.70     8.08
    Na2O   11.38   11.15   11.10   11.38   13.69 }13.98     13.10
    K2O   2.72   2.82   2.97   3.02   0.80     1.31
    P2O5   0.10   0.10   0.08   0.07   0.01     痕量
    烧失量   1.21   0.44   0.54   0.29   0.92     1.02
    总和   99.47   99.92   99.35   99.38   99.81   98.29     98.58
电厂粉煤灰其粒度一般可直接使用，其成分也随原煤成分有所变化，我们成功制作的微晶泡沫玻璃所用粉煤灰化学成分如表2，若用其他电厂粉煤灰则需据此成功标准加以调正成分，使之标准化。制造产品的粉煤灰需事先经放射性检测是否符合环保标准，因为成品的放射性含量主要来源于煤矿。
硅砂、碱性长石、方解石与纯碱Na2CO3结合，可增加微晶泡沫玻璃基质中的合成玻璃量，从而能增加产品的封闭气孔数量，增加产品力学强度。
当使用硅砂、碱性长石、方解石与纯碱Na2CO3时，要适量减少玻璃粉和粉煤灰的含量，以使化学成分平衡。长石和纯碱的用量为1～5％，方解石量为1～2％。配以适量硅砂，代替玻璃粉+粉煤灰的相应成分数量。
                             表2粉煤灰化学成分
  样  品     2A     3A     4A     5A     L-1
    SiO2     44.84     45.12     47.74     47.59     56.01
    TiO2     0.89     1.11     1.11     0.98
    Al2O3     26.37     25.58     26.05     26.50     29.62
    Fe2O3     2.11     2.46     1.79     2.52 }4.56
    FeO     1.16     0.91     1.00     0.58
    MnO     0.02     0.04     0.04     0.03
    MgO     0.86     0.74     0.72     0.77     0.92
    CaO     15.07     14.49     13.64     13.58     2.92
    Na2O     0.46     0.48     0.48     0.47 }1.31
    K2O     0.89     0.96     0.96     0.93
    P2O5     0.17     0.24     0.21     0.20
    烧失量     6.48     7.20     5.69     5.16
    总和     99.32     99.33     99.43     99.31
硅砂、长石、方解石的化学成分如表3所示。
         表3其它非金属的矿物原料的化学成分
  原料名称           硅  砂         钾  长  石    方解石
    SiO2     99.14     99.10     64.64     72.52     0.00
    TiO2     0.02     0.00     0.00
    Al2O3     0.21     0.21     13.43     15.21     0.32
    Fe2O3     0.00     0.18     0.09     0.04     0.03
    FeO     0.04     0.11     0.07
    MnO     0.01     0.02     0.00
    MgO     0.00     0.00     0.10     0.00     0.20
    CaO     0.00     0.08     6.51     0.30     55.52
    Na2O     0.00 }0.36     2.64 }11.22     0.00
    K2O     0.06     7.02     0.07
    P2O5     0.05     0.06     0.04
    烧失量     0.17     5.10     43.45
    总和     99.78     99.72     99.70
纯碱除起熔剂的作用外，也有发泡作用，它在850℃左右发生分解，产生气体CO2，其Na2O成分是生成新生晶体折晶石、钠硅灰石和新生玻璃的组成。方解石在800-920℃发生分解发生气体CO2，所以是本发明制品(加热＞900℃)的主要发泡剂，其分解生成的CaO也是新生玻璃的成分。
硅灰石的用量为1～2％，主要起促晶和微晶增强的作用。玻璃粉、粉煤灰、硅灰石、纯碱Na2CO3、方解石、或玻璃粉、粉煤灰、(碱性长石+硅砂+纯碱)、硅灰石、方解石等各种原料经机械混合均匀，在含水量为6～8％的条件下，压制成型，经烘干后进入窑炉焙烧，发泡烧结后，切割成型，便制成砖块成品。按上述组分(可以组成多种配方)和制作方法，便能获得多种微晶泡沫玻璃制品。其中轻型与强度是互为消涨关系的一对矛盾，当成分中增加粉煤灰或(硅砂+长石+碱)量，减少玻璃粉量则使强度增加、体密度增大。综合本发明所获得的微晶泡沫玻璃主要物理性质与有关墙体材料的性能比较如表4、表5所示。
      表4微晶泡沫玻璃墙体材料与类似产品物理化学性能比较
制品名称     制晶密度(kg/m3)       立方体抗压强度(MPa)     抗折强度(MPa)       导热系数(w/m·k)         抗冻性(15次)     干燥收缩(mm/M)     使用温度℃
微晶泡沫玻璃I型II型试样     433-451平均411平均750     3.5-4.1平均3.89.0-17.0平均10.7     2.0     0.137-0.139     冻后强度3.0MPa质量损失0.7％     0.05     ＞900
蒸压加气混凝土(GB/T11968-1997)     400500600700     平均≥2.0≥2.5-3.5≥3.5-5.0≥5.0-7.5     0.120.140.16/     冻后1.6MPa2.0MPa2.8MPa质量损失≤5.0 0.80 不耐高温
蒸压加气混凝土(南京建通)     547     2.7     0.12     冻后2.7MPa     0.70
泡沫玻璃(墙体材料手册2001.6)     130-160     平均0.7     0.052     ＜430
加气玻璃，泡沫玻璃(545)     300-500     0.116-0.163
泡沫混凝土(墙体材料手册2001.6)     300-1000     0.7-3.5     0.07-0.15     抗冻     0.6-1.0
泡沫混凝土(547)     400-800     0.151-0.291
烧结空心砖(墙体材料手册2001.6)     800-1100     大面2.0-5.0条面1.6-3.4     23孔砖0.3825孔砖0.51
各种空心砖     1000-1500     0.465-0.64
普通砖     1800-1900     MU10平均10.0
浮石     1000     0.372
    表5微晶泡沫玻璃墙体材料与类似产品吸音、隔音性能比较
材料名称 厚度cm                                   吸声系数(当频率为以下Hz时) 隔声性能
125 250 500 1000 2000 4000 备注 100-3150Hz
    微晶泡沫玻璃(混响室法)GBJ47-83 5.5 0.24 0.55 0.70 0.66 0.69 0.70 100-5000Hz平均0.61 平均隔声量39.1dB(墙厚13cm)
    蒸压加气混凝土(307)     平均38.8-43dB(墙厚7.5-15cm)
    砖(清水面)(551) / 0.02 0.03 0.04 0.04 0.05 0.05
    混凝土(露明)(551) / 0.35 0.25 0.18 0.12 0.02 0.04
    泡沫水泥(紧贴墙)     5     0.32     0.39     0.48     0.49     0.47     0.54
    泡沫玻璃(552) 5.3 0.23 0.69 0.57 0.46 0.49 0.55
    木板     2     0.16     0.15     0.10     0.10     0.10     0.10
3、有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)不含任何粘土。国家建材工业“十五”规划中指出：在170个大中城市中，用3年过渡时间完全禁止使用实心粘土砖。墙体材料要重点发展非粘土类空心制品、混凝土砌块等。重点发展年产10-20万m3加气混凝土砌块生产线，年产6000万块以上规模的烧结空心砖生产线，推广废渣高渗量新工艺。即使这样，由于历史的基础太薄弱的原因，到2005年也仅仅能做到从2001年的每年耗用土地66万亩降到46万亩。因为空心粘土砖还在大量使用粘土，而全国大部分地区还不能禁止使用粘土实心砖。而本项发明可以不使用粘土。
(2)比体密度相同的加气混凝土性能更优良。“十五”规划中提到重点发展蒸压加气混凝土砌块生产线。而本发明所生产的微晶泡沫玻璃墙体材料，在同样体密度条件下，力学性能等指标明显比加气混凝土更优良。本发明的产品与加气混凝土有相类似的用途。即轻型、保温、吸音的墙体材料，但性能更好。
我国于1958年开始进行加气混凝土研究，1963年进行工业试验和应用，1965年从瑞典西波列克斯(Siporex)公司引进全套技术与装备，以后又相继从波兰、罗马尼亚、德国、日本引进关键技术与设备。至1999年，建立了约200条加气混凝土生产线，到目前整体技术水平还很低，整个产品合格率也不高，主要是生产抗压强度为2.5Mpa～3.5Mpa的加气混凝土砌块。
本发明生产的微晶泡沫玻璃墙体材料已可生产抗压强度3.5Mpa～17Mpa的产品。
(3)符合工业化大生产的工艺流程。本发明已经过工厂规模中试生产。其连续匀速的加温曲线工艺完全适应工业化连续大生产的需要。
四、具体实施方式
实施例1：占总重量90％wt以上的玻璃粉和粉煤灰混合物为主要原料。其化学成分中各氧化物的重量百分数为SiO2 66.24、TiO2 0.18、Al2O3 6.50、Fe2O3 0.65、FeO 0.12、MnO 0.01、MgO 3.10、CaO 9.03、Na2O 9.36、K2O 2.81、P2O5 0.10、烧失量1.30，配以占总原料重量小于10％wt的纯碱Na2CO3、方解石和硅灰石。原料组分的粒度如说明书前段所述。经机械混合均匀后，含水份6-8％wt的条件下压制成型。烘干后，入窑烧制。在窑内的升温速度为1～1.5℃/分。至915-925℃降温，降温速率与升温速率相同，到400℃后为自然冷却，全部在窑内自动匀速推行。60℃左右出窑、冷却至室温切割为成品。
本实施例的产品主要性能为体密度≤450kg/m3，立方体抗压强度3.5～4.1Mpa。
实施例2：占总重量90％wt以上玻璃粉和粉煤灰混合物。其化学成分中各氧化物重量百分比分别为：SiO2 65.35、TiO2 0.24、Al2O3 7.41、Fe2O3 0.62、FeO O.28、MnO 0.02、MgO 3.0、CaO 9.28、Na2O 9.14、K2O 2.60、P2O5 0.1、烧失量1.4。配以占总原料重量≤10％wt的纯碱Na2CO3、方解石和硅灰石。原料粒度同说明书前段所述。经机械混合均匀后，如同实施例1一样的压制成型、入窑烧制、冷却切割为成品。
本实施例产品的主要性能为五组15块样品体密度平均750kg/M3，立方体抗压强度平均10.7Mpa。

Claims (9)

1、一种微晶泡沫玻璃墙体材料，其特征在于其组分为玻璃粉、粉煤灰和非金属矿，玻璃粉的粒度d(0.9)小于130目，粉煤灰的粒度d(0.9)小于120目，非金属矿的粒度d(0.9)小于230目。
2、根据权利要求1所述的微晶泡沫玻璃墙体材料，其特征在于玻璃粉和粉煤灰的总量配比(重量％)为90-97％，非金属矿为3-10％。
3、根据权利要求1所述的微晶泡沫玻璃墙体材料，其特征在于在所述的玻璃粉和粉煤灰的混合物中，主要氧化物的配比(重量％)为：SiO0∶62.43-76.80，Al2O3∶5.41-10.55，CaO∶5.43-14.89，MgO∶1.64-3.75，FeO+Fe2O3∶0.75-3.30，Na2O+K2O∶9.20-14.95。
4、根据权利要求1所述的微晶泡沫玻璃墙体材料，其特征在于所述的非金属矿为碱性长石、硅砂、硅灰石、纯碱(Na2CO3)和方解石中的一种或几种。
5、根据权利要求4所述的微晶泡沫玻璃墙体材料，其特征在于所述的碱性长石的重量配比(％)为1-5％，方解石为1-2％，硅灰石为1-2％，纯碱为1-5％。
6、根据权利要求1所述的微晶泡沫玻璃墙体材料，其特征在于所述的玻璃粉为钢化玻璃粉、平板玻璃粉或啤酒瓶玻璃粉。
7、根据权利要求1所述的微晶泡沫玻璃墙体材料的制法，其特征在于：
1)将研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金属矿粉加入水后进行混合；
2)在含有水份的条件下压制成型，然后烘干；
3)放入窑内烧制；
4)将烧制后的毛坯切割成型。
8、根据权利要求7所述的微晶泡沫玻璃墙体材料的制法，其特征在于在第2步中，水份的含量(重量％)为6-8％。
9、根据权利要求7所述的微晶泡沫玻璃墙体材料的制法，其特征在于在第3步烧制过程中，在窖内的升温速度为1-5℃/分，至915-925℃降温，降温速率与升温速率相同，到400℃后自然冷却。
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