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        內(nèi)墻調(diào)濕磚制備工藝的研究

        2013-04-29 00:44:03趙勇
        佛山陶瓷 2013年8期
        關(guān)鍵詞:吸水率

        趙勇

        摘 要:本文以煅燒鋁礬土為主要原料,以煤粉作為造孔劑,采用傳統(tǒng)燒結(jié)方法制備出高吸水率的內(nèi)墻調(diào)濕磚。研究了煤粉的添加量和煅燒鋁礬土的含量對(duì)內(nèi)墻調(diào)濕磚性能的影響,并利用SEM對(duì)該內(nèi)墻調(diào)濕磚的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:在基本配方相同的條件下,當(dāng)煤粉的外加量為2%時(shí),有助于內(nèi)墻調(diào)濕磚吸水率的提高,而對(duì)其抗彎強(qiáng)度的影響較小;在其他原料含量不變的情況下,內(nèi)墻調(diào)濕磚的吸水率和抗彎強(qiáng)度都會(huì)隨著煅燒鋁礬土含量的升高而增大;并得出優(yōu)化配方,該配方所獲得的內(nèi)墻調(diào)濕磚的吸水率為25.94%,抗彎強(qiáng)度為8.31MPa。

        關(guān)鍵詞:調(diào)濕材料;內(nèi)墻磚;吸水率;抗彎強(qiáng)度

        1 引言

        空氣濕度是影響居住環(huán)境舒適度的重要因素之一,并直接影響人們的身心健康、各種物品的保存,以及采暖空調(diào)能耗等。尤其對(duì)沿海地區(qū)人的居環(huán)境而言,濕度控制調(diào)節(jié)與溫度控制調(diào)節(jié)同等重要。因此,開發(fā)出具有自調(diào)濕功能的內(nèi)墻磚,對(duì)改善人類室內(nèi)生活環(huán)境具有重要的意義[1~4]。

        西藤宮野等[5]是首次提出調(diào)濕材料的人。調(diào)濕材料是指不需要借助任何人工能源和機(jī)械設(shè)備,依靠自身的吸放濕性能,感應(yīng)所調(diào)空間空氣濕度的變化,從而自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度的材料。

        20世紀(jì)80年代起,日本最早開發(fā)并發(fā)展調(diào)濕材料產(chǎn)品,主要應(yīng)用于文物保存、紡織、化工、建筑材料等多個(gè)領(lǐng)域。繼日本之后,西班牙、德國(guó)等西方國(guó)家也先后展開了對(duì)調(diào)濕材料的研究,而我國(guó)近幾年才開展了一些有關(guān)調(diào)濕材料的研究工作[6-10]。由于調(diào)濕機(jī)理的復(fù)雜性,所開發(fā)的調(diào)濕產(chǎn)品存在制造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、濕容量過(guò)小、調(diào)濕速度慢等缺點(diǎn),使得這方面的研究進(jìn)展緩慢。因此,如何制造出工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,且調(diào)濕性能優(yōu)良的調(diào)濕材料成為現(xiàn)今研發(fā)的主要目標(biāo)。本文以煅燒鋁礬土為主要原料,以價(jià)格低廉的煤粉作為造孔劑,可制備出性能優(yōu)良的內(nèi)墻調(diào)濕磚。

        2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

        2.1 實(shí)驗(yàn)原料及配方

        內(nèi)墻調(diào)濕磚的主要原料及含量范圍為:煅燒鋁礬土30%~34%、煅燒高嶺土26%~30%、其余為砂石原料。

        內(nèi)墻調(diào)濕磚主要原料的化學(xué)組成如表1所示。

        2.2 試樣的制備

        試樣制備過(guò)程依次包括:配料、球磨、干燥、過(guò)篩造粒、壓制成形、干燥、燒成。其具體工藝參數(shù)包括:在球磨過(guò)程中,料:球:水=1:2:1,球磨時(shí)間為25min;在壓制成形過(guò)程中,壓力為25MPa、坯體規(guī)格為300mm×300mm。

        3 結(jié)果分析與討論

        3.1 煤粉的添加量對(duì)試樣性能的影響

        本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)內(nèi)墻調(diào)濕磚配方中外加少量的煤粉,來(lái)提高該內(nèi)墻調(diào)濕磚的吸水率。其中,煤粉作為造孔劑可在生坯中占據(jù)一定的空間,在該生坯燒結(jié)時(shí),煤粉燒失,使該煤粉占據(jù)的空間成為氣孔,從而提高試樣的吸水率。

        本文研究了在內(nèi)墻調(diào)濕磚基本配方不變下,外加0%~3%的煤粉對(duì)試樣的吸水率、密度和抗彎強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)配方如表2所示,在950℃下保溫1h燒成的各試樣的性能見表3。

        由表2、表3可以看出,在950℃的條件下,隨著煤粉的外添加量增大,試樣的吸水率逐漸增大,體積密度和抗彎強(qiáng)度逐漸減小。其中,當(dāng)煤粉的外添加量為0%~1%時(shí),試樣的吸水率從13.96%增大到20.06%、體積密度從1.84g/cm3降低到1.52g/cm3、抗彎強(qiáng)度由13.56MPa降低到9.21MPa??梢姡悍鄣奶砑訉?duì)試樣的吸水率、體積密度和抗彎強(qiáng)度有著顯著的影響。

        產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是:煤粉在干坯燒結(jié)過(guò)程中,在高溫時(shí)燒失,留下孔隙,形成孔道。隨著煤粉含量的提高,該煤粉燒失后在試樣中的孔隙結(jié)構(gòu)的比表面積增大,使試樣氣孔率增大。而試樣表面和內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)在毛細(xì)管效應(yīng)下,使試樣具有較大的吸水性。而試樣的氣孔率越高,其吸水性越強(qiáng)。同時(shí),試樣的體積密度隨著煤粉摻量的增大而減小,因?yàn)槊悍蹞搅康脑龃笫乖嚇涌紫对龆?。另外,試樣中的孔隙結(jié)構(gòu)造成該試樣在一定負(fù)荷作用下所承受的應(yīng)力增大,導(dǎo)致該試樣發(fā)生斷裂,因此,該試樣的抗彎強(qiáng)度隨吸水率的增大而降低。

        試樣在外加2%的煤粉時(shí)的斷面SEM掃描圖如圖1所示。

        由圖1(a)可以看出,以煤粉作為造孔劑的試樣,孔隙遍布于試樣斷面,使該試樣具有很大的比表面積,且孔隙彼此連通形成孔道。將試樣SEM圖片進(jìn)一步放大至500倍,如圖1(b)所示??梢钥闯鲈撛嚇又械目紫斗植疾灰?guī)則, 以三維交錯(cuò)的網(wǎng)狀孔道貫穿其中,而孔徑大小從 0.5μm~70μm呈梯度分布,在試樣大孔隙中分布著許多小孔隙,并通過(guò)這些小孔隙與其他大孔隙連通。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),煤粉最佳摻入量為2%。

        3.2 煅燒鋁礬土的含量對(duì)試樣性能的影響

        選擇吸水率和抗彎強(qiáng)度都較高的試樣C1配方為基本配方,改變?cè)嚇覥1的配方中煅燒鋁礬土的含量,研究增加煅燒鋁礬土含量的同時(shí)降低煅燒高嶺土的含量對(duì)試樣的吸水率和抗彎強(qiáng)度的影響。其配方組成見表4。

        圖2為試樣C1、C2和C3的吸水率與燒成溫度的關(guān)系。

        從圖2中可以看出,隨著燒成溫度的升高,試樣C1、C2和C3的吸水率依次減小,并且在燒成溫度相同的情況下,試樣C1、C2和C3的吸水率的大小順序?yàn)椋篊3>C2>C1。當(dāng)燒成溫度為950℃時(shí),試樣C1、C2和C3的吸水率依次為23.68%、24.83%、25.94%。

        圖3為試樣C1、C2和C3的抗彎強(qiáng)度與燒成溫度的關(guān)系。

        從圖3中可以看出,試樣C1、C2和C3的抗彎強(qiáng)度隨溫度的升高而增大,且在相同的燒成溫度下,試樣C1、C2和C3的抗彎強(qiáng)度的大小順序?yàn)椋篊3>C2>C1。當(dāng)燒成溫度為950℃時(shí),試樣C1、C2和C3的抗彎強(qiáng)度分別為7.03MPa、7.75MPa、8.31MPa。

        與煅燒高嶺土相比,煅燒鋁礬土中的Al2O3含量較高,且其堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的含量較低。因此,試樣的燒結(jié)溫度隨煅燒鋁礬土含量增加而提高。所以,在試樣干坯還沒(méi)達(dá)到燒結(jié)溫度時(shí),配方中煅燒鋁礬土的含量越高,試樣的吸水率越大。而試樣干坯在燒成過(guò)程中會(huì)生成剛玉和莫來(lái)石晶體,其中,煅燒鋁礬土的含量越高,剛玉相和莫來(lái)石相會(huì)越多,抗彎強(qiáng)度就會(huì)越大。為了使試樣在具有較大的吸水率的同時(shí)又有較大的抗彎強(qiáng)度,選擇煅燒溫度為950℃時(shí)最佳。

        4 結(jié)論

        (1) 在基本配方相同的條件下,煤粉最佳外加量為2%時(shí),有助于提高內(nèi)墻調(diào)濕磚吸水率。同時(shí),對(duì)內(nèi)墻調(diào)濕磚的抗彎強(qiáng)度影響較小。

        (2) 在其他原料含量不變的情況下,內(nèi)墻調(diào)濕磚的吸水率和抗彎強(qiáng)度都會(huì)隨著煅燒鋁礬土含量的升高而增大。

        (3) 當(dāng)煅燒鋁礬土為34%、煅燒高嶺土為26%、硅灰石粒為2.5%、湖南超白石粉為13%、中溫砂為10%、中溫白砂為14.5%、煤粉為2%,煅燒溫度為950℃時(shí),可以制備出性能優(yōu)越的內(nèi)墻調(diào)濕磚,其吸水率為25.94%、抗彎強(qiáng)度為8.31MPa。

        參考文獻(xiàn)

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