畢春波

（華北理工大學(xué) 輕工學(xué)院，河北 唐山063000）

燒結(jié)瓷磚，由于具有表面光潔，耐水、耐候性好的特點，在傳統(tǒng)建筑施工中被廣泛作為建筑裝飾材料使用。而傳統(tǒng)的燒結(jié)瓷磚無論是生產(chǎn)還是使用都不能滿足資源節(jié)約、環(huán)境友好的要求。在生產(chǎn)中要消耗較大的資源與能源，又排放大量的廢氣，對環(huán)境造成較大的污染；在使用中由于瓷磚本身密度大、質(zhì)量重、導(dǎo)熱系數(shù)高等特點，既不安全又不節(jié)能。

研制輕質(zhì)節(jié)能型仿瓷磚，既能保持傳統(tǒng)瓷磚裝飾性能好的特點又可達到在生產(chǎn)和使用中節(jié)能環(huán)保的要求。是一種綠色墻體材料，將具有廣闊的應(yīng)用前景。本實驗以外包覆聚合物水泥聚苯顆粒為輕質(zhì)骨料、聚合物水泥為成型劑制備了輕質(zhì)水泥基仿瓷磚。測試了水泥包覆聚苯顆粒松芯顆粒、輕質(zhì)基體及仿瓷磚飾面的性能。

1 實驗部分

1.1 原料

發(fā)泡聚苯乙烯空心顆粒（密度12kg·m-3，唐山萬興泡沫板廠）；水泥（42.5R 普通硅酸鹽水泥，唐山冀東水泥公司）；VAE 乳膠粉（固含量98%，玻璃化溫度0℃，臺灣大連化學(xué)公司）；羥丙基甲基纖維素醚（HPMC）（粘度75000Pa·s，臺灣大連化學(xué)公司）；聚丙烯酸酯乳液（固含量45%，北京有機化工公司）；重質(zhì)CaCO3粉末（168#，石家莊青山礦業(yè)）；Fe3O4粉末（天津合成材料廠）。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平感重0.001g（上海精科實業(yè)）；3 擋板模具40×40×170（mm）（中國建筑科學(xué)研究院）；WDW-50J 型微機控制電子萬能試驗機（精度0.5級，規(guī)格50kW，濟南聯(lián)工玻璃儀器，唐山冀東玻璃廠）；離心攪拌機（上海升力機械制造）；DHG-9075A型恒溫干燥箱；比重瓶50mL，承壓筒、沖壓模和導(dǎo)向筒。

1.3 實驗步驟及方法

1.3.1 松芯顆粒相對密度的測定 相對密度是材料不包括孔隙在內(nèi)的單位體積的質(zhì)量與同溫度、同體積純水的質(zhì)量之比。在一個50mL 的比重瓶內(nèi)加入一定質(zhì)量的輕質(zhì)基料，然后加入已知液體（環(huán)己烷）充滿比重瓶。用稱量法求得這一液體的體積，從而間接的計算出輕質(zhì)基料的真實體積，然后算出輕質(zhì)基料的相對密度。

1.3.2 松芯顆粒筒壓強度的測定 由于制得的松芯顆粒粒徑并不完全一致，為了表征顆粒強度的平均值，采用筒壓強度。測定步驟如下：

（1）篩取符合要求的輕質(zhì)基料5L。

（2）將輕質(zhì)基料用承壓筒體盛裝，分別測定三次松散料重，用其算術(shù)平均值乘以1.10 的填充系數(shù)后作為輕質(zhì)基料量。

（3）將稱取的輕質(zhì)基料放入承壓筒，先沿筒壁四周用木錘輕輕敲打幾次，后裝上導(dǎo)向筒和沖壓模，檢查導(dǎo)向筒的上邊緣與沖壓模的下刻度是否重合，如果不重合，需再輕輕敲打筒壁四周直至完全重合為止。

（4）將承壓筒放于壓力機的下壓板上，以每秒294～490N 的速度勻速加荷。當沖壓模壓入的深度為20mm 時，記下壓力值。

1.3.3 基體強度的測定 參照GB177-85《水泥膠砂強度檢驗方法》進行抗壓強度試驗。

將水泥、水泥外包裹聚苯乙烯顆粒及聚合物乳液等原材料按所確定的配合比進行人工攪拌后倒入鋼制模具振動成型，24h 后脫模、編號并在自然條件下養(yǎng)護到一定齡期后，在60t 液壓萬能試驗機上測定抗壓強度。

2 結(jié)果和討論

2.1 制備工藝對包覆顆粒大小及包覆率的影響

2.1.1 坯球的滾動時間 坯球的滾動時間即坯球從小的球核長大到2mm 以上，最后從圓盤造球機取出來的時間。滾動時間越長，聚合物水泥在聚苯顆粒表面的包覆率越高，但滾動時間過長會使球和球之間發(fā)生粘連，形成球體的聚集。實驗表明：達到90%以上包覆率又不產(chǎn)生聚集的時間為50 到60min。

2.1.2 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速高有利于成球，可縮短成球時間，但轉(zhuǎn)速過高形成的球體粒徑不均勻，適宜造球機轉(zhuǎn)速為20～30r·min-1。

2.1.3 水的噴加速度 在成球過程中，水的噴加速度對包覆顆粒的強度和外貌有顯著影響，噴得太慢球在滾動過程中易碎，使包覆顆粒的強度不夠;噴得太快，球和球會粘結(jié)在一起，形成大的球體，不利于包覆顆粒的制備。

2.1.4 造球機圓盤傾角 造球機圓盤傾角大包覆顆粒粒徑小，傾角小粒徑大。為控制包覆顆粒粒徑在2～4mm 之間，圓盤傾角控制在40～50℃之間。

2.2 聚苯顆粒與聚合物水泥體積比對聚合物水泥包覆聚苯顆粒松芯珠粒性能的影響

圖1 為顆粒水泥體積與松芯珠粒密度的關(guān)系。

圖1 顆粒水泥體積比VK/VS 與松芯珠粒密度ρ（g·cm-3）的關(guān)系Fig.1 Relationship of partical cement volume ratioand loose core particle density

由圖1 可知，包覆顆粒密度隨顆粒水泥體積比的減小而減小。這是因為在相同包覆率的條件下，水泥所占比例越高，包覆在聚苯乙稀顆粒表面層的聚合物水泥殼層就越厚，而水泥的密度約為1.7g·cm-3，大約是聚苯乙烯顆粒（密度0.018g·cm-3）密度的100 倍。

圖2 松芯珠粒筒壓強度與聚苯顆粒和聚合物水泥體積的關(guān)系Fig.2 Relationship of loose core particle cylinder compressive strength and polystyrene particles withpolymer cement volume

由圖2 可知，松芯顆粒桶壓強度同樣也是隨著顆粒水泥體積比的減小而減小。結(jié)合圖1、2，在聚苯顆粒與聚合物水泥體積比為1∶0.8 時，松芯顆粒密度為0.838g·cm-3，桶壓強度達到5.1MPa，達到瓷磚的密度和強度標準。

2.3 水泥與松芯顆粒配比對仿瓷磚基體抗壓強度的影響

由不同密度松芯顆粒作為輕基料制得的仿瓷磚基體抗壓強度與松芯顆粒密度的關(guān)系見圖3。

圖3 不同密度時的強度-水泥輕質(zhì)基料配比圖Fig.3 Proportioning of strength- cement light materialunder different density

由圖3 所示，水泥基體比例是按水泥為1，包覆聚苯顆粒依次為1、2、3 做的水泥基體，通過圖3 可以看出，同一比例相同水泥用量的前提下包覆聚苯顆粒用量越多，水泥基體的強度就越低；相同比例下，水泥用量減少，水泥基體的強度就降低。對于松芯顆粒密度為0.838g·cm-3（泡沫∶水泥=1∶0.8）的輕質(zhì)基料與水泥按2∶1 的質(zhì)量比制備的基體，其抗壓強度為5.5MPa，既具有較高的抗壓強度又具有較低的密度，具備了輕質(zhì)高強的特點。

2.4 輕質(zhì)節(jié)能型仿瓷磚的性能測試數(shù)據(jù)

根據(jù)上述實驗的材料組成制備成仿瓷磚進行性能測試，結(jié)果見表1。

表1 飾面層性能測試結(jié)果Tab.1 Property test of finish coat

由以上測試數(shù)據(jù)可知，飾面層耐洗刷性、耐沾污性、表面光澤度及耐老化性均優(yōu)于國標GB/T9757-2001溶劑型外墻涂料中優(yōu)等品指標。

3 結(jié)論

以發(fā)泡聚苯乙烯空心顆粒為輕質(zhì)材料，聚丙烯酸酯乳液作為膠料，添加助劑制備的仿瓷磚，在聚苯顆粒與聚合物水泥體積比為1∶0.8 時，松芯顆粒密度為0.838g·cm-3，桶壓強度達到5.1MPa。對于松芯顆粒密度為0.838g·cm-3的輕質(zhì)基料與水泥按2∶1 的質(zhì)量比制備的基體，其抗壓強度為5.5MPa，既具有較高的抗壓強度又具有較低的密度，具備了輕質(zhì)高強的特點。最后對仿瓷磚進行了其他性能測試均優(yōu)于瓷質(zhì)磚相關(guān)國家標準，具有實用價值。