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。

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