(中國粉體技術網/班建偉)近年來,隨著建筑節能事業的不斷發展和推進,多種建筑保溫材料應運而生。膨脹珍珠巖內部具有蜂窩狀結構,具有無毒、無味、不燃、不腐、耐酸堿、隔音、隔熱等特性,符合綠色消費和循環經濟發展的要求。而且,膨脹珍珠巖在高溫下的導熱系數比較低,一般在0.054 W/m·K左右,耐火溫度在1250 ℃以上,容重也很小,一般在80~280 kg/m3,因此,被廣泛應用于輕質保溫材料中。
我國珍珠巖蘊藏量十分豐富,主要分布在河南、河北、內蒙、遼寧、山西、福建、廣東等地。以河南信陽、河北承德、內蒙赤峰、遼寧建平、山西靈丘為集中礦源地,品質較好。膨脹珍珠巖及其制品被廣泛應用在各個行業中,僅建筑保溫行業約占60 %以上,是使用最為普遍的一類保溫材料。
膨脹珍珠巖保溫板在燃燒性能和耐久性能等方面具有明顯優勢,并且制備工藝簡單,成本低,符合我國國情,有很大的市場空間。目前,膨脹珍珠巖保溫板已被用作防火門芯板、吸音天花板和外墻及屋面保溫隔熱板等。但因其所選粘結劑質量參差不齊,制得的產品或強度低,或密度大、保溫性能差,或耐水性差。因此,選用性能優異的膠凝材料,以最低的成本生產出符合國家標準的膨脹珍珠巖板材,會取得重大的社會效益和經濟意義。本課題以我國珍珠巖儲量最豐富、品質最好河南信陽地區的膨脹珍珠巖為輕質骨料,并分別采用堿激發信陽當地價格便宜的沸石粉和傳統的水玻璃為膠凝材料,制備出了綜合性能達到膨脹珍珠巖絕熱制品國家標準(GB/T 10303-2001)350號并且接近250號合格品的膨脹珍珠巖外墻保溫板實驗樣品,具有極大的經濟意義和實用價值。
1. 國內外研究現狀
1.1 膨脹珍珠巖的制備
珍珠巖是由火山噴出的巖漿經急劇冷卻形成的酸性玻璃質巖石,因具有珍珠裂隙而得名。我國珍珠巖蘊藏量十分豐富,主要分布在河南、河北、內蒙、遼寧、山西、福建等地。以河南信陽、河北承德、內蒙赤峰、遼寧建平、山西靈丘為集中礦源地,品質較好。珍珠巖包括珍珠巖、黑暇巖和松脂巖(國外通常以5%的含水率來區分珍珠巖和松脂巖),三者主要區別在于結晶水含量不同。珍珠巖經破碎、篩分形成各種大小不等的粒度,再經預熱后被瞬間加熱至700~1200 ℃高溫,這時其體內所含水份變成蒸汽,使已在高溫下軟化的巖石迅速膨脹4~30倍形成輕質顆粒狀白色或淺色的膨脹珍珠巖,是優質的絕熱保溫材料。
1.2 膨脹珍珠巖的應用
膨脹珍珠巖由于具有優良的性能而被應用在諸多領域:(1)各種熱力管道、制冷設備及建筑物的保溫絕熱。(2)在農業上做土壤改良劑、吸附劑、填充劑或者直接用在園藝、蔬菜和糧谷作物的無土栽培。(3)作為濾料對工廠化養魚池的排出水進行過濾,去除其中的懸浮固體。(4)用作助磨劑和應用于冶金等領域。圖1-3為美國膨脹珍珠巖的應用情況。隨著科學技術日新月異的發展,膨脹珍珠巖及其制品的應用領域也越來越廣泛,現有已知的用途就有160多種,多數用途都與建筑行業相關,其用量約占世界膨脹珍珠巖總量的60%以上。
國外膨脹珍珠巖在建筑領域中的應用
1924年德國首先在實驗室發現珍珠巖在高溫條件下具有膨脹性,1940年美國在內華達州開始生產膨脹珍珠巖作砂漿骨料。由此拉開了膨脹珍珠巖在建筑領域應用的序幕。在美國,使用膨脹珍珠巖混凝土作中間層、金屬薄板作表面層的夾層保溫板以其良好的保溫、防火性能、較低的生產成本而受歡迎,主要應用于高層建筑、屋面板、樓板。捷克斯洛伐克的膨脹珍珠巖一般散鋪于屋面、地坪和空心墻中實現保溫效果。
我國膨脹珍珠巖在建筑領域中的應用
我國珍珠巖工業起步較晚,1964年開始組織科研攻關,經過5年的努力,終于掌握了膨脹珍珠巖及其制品的生產工藝。我國膨脹珍珠巖在建筑領域的應用主要分為四大類:(1)普通膨脹珍珠巖和閉孔膨脹珍珠巖散料;(2)膨脹珍珠巖保溫砂漿;(3)膨脹珍珠巖保溫板、吸聲板;(4)復合保溫板。目前,膨脹珍珠巖是我國使用最廣泛的一種輕質保溫材料,年產量已超過400萬立方米。據有關部門統計,我國膨脹珍珠巖在市場上的應用比例為:建筑工程約60 %、熱管道保溫約30 %、裝飾材料約10 %(李從典,1999)。圖1-4為我國膨脹珍珠巖的應用比例。
1.3 膨脹珍珠巖保溫板簡介
膨脹珍珠巖保溫板是以膨脹珍珠巖為輕質骨料,輔以適量的粘結劑、纖維材料及其它添加劑,經攪拌、成型、干燥、養護等工藝制備而成的保溫材料,可用于門芯板、外墻和屋面保溫等。
由于膨脹珍珠巖具備質輕、不燃、不腐、隔音、隔熱等諸多特性,因此是保溫板起保溫、防火作用的關鍵材料。膨脹珍珠巖作為輕質骨料,要求顆粒大小適當,有一定的粒度級配,并且閉口率較高。顆粒尺寸、膨脹倍數與含粉量多少都會影響膨脹珍珠巖保溫板的強度及導熱系數。
粘結劑對膨脹珍珠巖保溫板的性能也有很大的影響,選擇粘結劑時應考慮膨脹珍珠巖保溫板的耐火、防水、耐酸堿腐蝕等性能,以及取材、價格、生產工藝等因素。制備膨脹珍珠巖保溫板所使用的粘結劑一般分為有機粘結劑和無機粘結劑:有機粘結劑主要有:乳化瀝青、膠粉、樹脂以及橡膠乳液等;無機粘結劑主要有水玻璃、水泥、石膏等。
添加劑是指能提高工藝可操作性、改善產品的某些性能而使用的少量物質。例如添加防水劑,可以提高產品的防水性能。目前,常用的防水劑為有機硅防水劑,可分為水性和油性兩種,無污染、無刺激、性能優異、耐久性強。
1.4 幾種常見的膨脹珍珠巖保溫板
根據膨脹珍珠巖保溫板所用的粘結劑不同,將其分為水玻璃膨脹珍珠巖保溫板、水泥膨脹珍珠巖保溫板、石膏膨脹珍珠巖保溫板、瀝青膨脹珍珠巖保溫板等。因粘結劑不同,各板材性能差別很大。
(1)水玻璃膨脹珍珠巖保溫板
水玻璃膨脹珍珠巖保溫板是以膨脹珍珠巖為輕質骨料,一定模數的水玻璃為粘結劑,并輔以適量的防水劑,按配比混合,經成型、干燥、焙燒制備而成。水玻璃的模數一般為2.3-3.0,成型壓力為0.3-0.5 MP,成型后的坯體在60-110 ℃的烘箱中烘干或微波加熱。水玻璃膨脹珍珠巖保溫板的優點是工藝簡單、成本低、耐酸性、耐高溫性強。一般水玻璃膨脹珍珠巖保溫板的性能見表2-1。
(2)水泥膨脹珍珠巖保溫板
水泥膨脹珍珠巖保溫板是以膨脹珍珠巖為輕質骨料,多種水泥為粘結劑,并輔以適量的添加劑,按一定配比進行混料,經攪拌、成型、養護工藝制備而成。使用的水泥主要包括硅酸鹽水泥、高鋁水泥、低鈣鋁酸鹽水泥等。其常用常見配方如表2-2所示。
現在市場上出售的水泥膨脹珍珠巖保溫板,以其較低廉的價格,具有一定的競爭力,但與其它類型的保溫材料相比,尚存在導熱系數較高的劣勢。
(3)石膏膨脹珍珠巖保溫板
一般以天然石膏或化學石膏為膠凝劑,以粉煤灰、生石灰等作為摻合料,以膨脹珍珠巖作為輕質骨料,以尼龍短纖維等作為增強材料,混合料經攪拌、澆注成型、干燥等工藝制備而成的輕質板材。它具有體積密度小、抗壓強度高、隔熱、隔聲、防火等性能,但防水性能較差,有專利介紹,將熔融的蠟質材料如石蠟、瀝青等噴射到石膏漿中形成很細的石蠟或瀝青顆粒,可以提高石膏制品的耐水性能。一般石膏膨脹珍珠巖保溫板的性能如表2-3。
(4)瀝青膨脹珍珠巖保溫板
作為膨脹珍珠巖保溫板粘結劑的瀝青有兩種:石油瀝青和乳化瀝青。石油瀝青是固體或者半固體,故使用前需要加熱熔化,再將預熱好的膨脹珍珠巖加入并攪拌均勻,熱澆鑄成型。這種制品的防水性能較好,抗壓強度高,但體積密度也較大,保溫效果較差,制備工藝相對復雜,且會造成環境污染。乳化瀝青是瀝青和乳化劑在一定工藝作用下,生成的液態瀝青。在制備乳化瀝青膨脹珍珠巖保溫板時無需加熱熔化,僅在常溫下與骨料攪拌均勻,加壓成型即可,成型工藝簡單。乳化瀝青可以在膨脹珍珠巖顆粒表面形成一層瀝青薄膜,使制品具有防水功能,且不會造成污染環境??傮w說來,瀝青膨脹珍珠巖保溫板防水性能優異,可用在防水要求高的保溫領域,但其致命弱點是使用溫度低,燃燒性能差。常見的瀝青膨脹珍珠巖保溫板性能見表2-4。
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