CN107200474A - 一种泡沫玻璃保温材料及其制备方法 - Google Patents

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孙彦彬
张培萍
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Abstract

本发明公开了一种泡沫玻璃保温材料及其制备方法，其是以分布广泛的黑棉土和玄武岩为主料、以碳酸钙为发泡剂、以氢氧化钠和水玻璃为助溶剂和成型剂制备而成。本发明的原料成本低廉、工艺简单、易于工业化生产，所得泡沫玻璃导热系数小、质量轻、强度高、综合性能优异，填补了直接使用粘土制作泡沫玻璃的空白，可用于各种不同领域。

Description

一种泡沫玻璃保温材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫玻璃保温材料及其制备方法。
背景技术
目前我国是世界上每年新建建筑量最大的国家，据2015年统计，我国建筑总量已达519亿m2，每年新建房屋面积高达20亿m2，相当于全世界每年新建建筑的50％。在我国既有建筑中，节能建筑仅占1％左右，大量老旧建筑急需进行节能改造。我国新增建筑虽然基本可满足当下节能标准，但其中95％以上属于高能耗建筑，单位建筑面积采能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。目前国内墙体材料生产能耗和建筑采暖能耗近15000万吨燃煤，建筑能耗在我国能源消耗总量中所占的比例已从20世纪70年代末的10％增加到2015年的27.6％。然而，我国资源占有量不到世界平均水平的1/5，由此可见，节能环保的新型墙体材料取代能耗大的粘土砖己经刻不容缓。
泡沫玻璃保温材料作为一种新兴多孔陶瓷，由于兼具了密度小、强度高、保温、隔热和阻燃等优良特性，已成为一种新型建筑保温材料而广泛应用于建筑物的承重、保温和吸音墙等。泡沫玻璃通常是基础配方料中混入发泡剂、成型剂等外加剂，于特制模具中成型后再放入马弗炉内加热至熔融、发泡、稳泡等工艺而形成，一般由玻璃相、晶体和气孔三部分组成。其中国内外学者大部分借助玻璃、玻璃碎屑通过烧结工艺制备得到了泡沫玻璃。如：Fang等(Construction and Building Materials，2017,134，358–363)用碎玻璃为原料、Li2CO3为发泡剂在750℃合成泡沫玻璃；Andre′C.Bento等(Ceramics International，2013,39，2423–2430)以废旧玻璃为原料、氢氧化钠为发泡剂、TiO2为增强剂合成泡沫玻璃。但是这两种制作方法均以玻璃为原料，对原料要求较高，工业化批量生产实施较为困难。随着人们对保护生态环境的重视，近年来国内外学者开始尝试用固体废弃物为原料烧制泡沫玻璃，如钱帅等(硅酸盐学报，2014，42，0454-5648)以生活垃圾焚烧制得灰渣然后加入少量玻璃用碳酸钙为发泡剂制得泡沫玻璃，但是此种方法制作工艺复杂，且能耗相对较高。
发明内容
为避免上述现有技术所存在的不足指出，本发明提供了一种泡沫玻璃保温材料及其制备方法，旨在简化现有泡沫玻璃的制作工艺、降低原料成本，同时保证泡沫玻璃的性能。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
本发明的泡沫玻璃保温材料，其各原料按重量份的构成为：黑棉土30～55重量份、玄武岩15～35重量份、碳酸钙0.2～0.5重量份、氢氧化钠10～15重量份、水玻璃15～20重量份。
上述配比是申请人通过实验发现的较佳的配比，只要在可选范围内调整黑棉土、玄武岩及碳酸钙等的配比，都可以制备出符合国家标准的泡沫玻璃。但是需要说明的是，由于试验次数是有限的，因此不排除还有其他的不属于上述可选范围的可行的配比。
本发明泡沫玻璃保温材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先粉碎黑棉土和玄武岩；然后将粉碎后的黑棉土和玄武岩与碳酸钙按配比混合，研磨均匀，得到混料；
(2)将氢氧化钠溶于水玻璃中，得到成型剂；
(3)将所述混料与所述成型剂充分混匀，注入模具中预压成型，然后静置陈化，最后脱模，得到初坯；
(4)将所述初坯放在马弗炉中煅烧，然后随炉冷却至室温，即得到所述泡沫玻璃保温材料。
优选的，步骤(1)中是将黑棉土和玄武岩粉碎至粒径目数≥400目。
优选的，步骤(4)中所述煅烧的温度为850～900℃、保温时间15～45min。
优选的，步骤(4)中所述静置陈化的温度为常温、时间为4-8h。
上述优选条件同样是申请人通过实验发现的粉碎、煅烧等步骤的较佳的执行条件，随着原料配比的改变、设备状态的不同等因素的变化上述条件可以进行灵活地调整。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明提供了一种以分布广泛的黑棉土和玄武岩为主料、以碳酸钙为发泡剂、以氢氧化钠和水玻璃为助溶剂和成型剂的泡沫玻璃制备方法，原料成本低廉、工艺简单、易于工业化生产，所得泡沫玻璃综合性能优异，填补了直接使用粘土制作泡沫玻璃的空白，可用于各种不同领域。
2、本发明所获得的泡沫玻璃导热系数小、质量轻、强度高于国家及行业标准3倍，导热系数和强度等性能达到美国材料与试验协会ASTM C552-14的要求，是一种可广泛应用的工程建筑保温材料。
3、黑棉土和玄武岩作为本发明泡沫玻璃原料的主料分布广泛，可就地取材，不仅可以减少原料运输带来的困难，也降低了产品的生产成本，提高了经济效益。
附图说明
图1为本发明泡沫玻璃保温材料制备方法的流程图；
图2为本发明实施例1所得泡沫玻璃保温材料的实物图；
图3为本发明实施例1所得泡沫玻璃保温材料的SEM图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下述实施例所用黑棉土土样取自肯尼亚内罗毕路基土，取样深度2.0m；所用水玻璃为摩数2.5的工业级水玻璃；所用玄武岩取自长白山；所用氢氧化钠为纯度大于96％的工业级片碱。
实施例1
本实施例泡沫玻璃保温材料的各原料按重量份的构成为：黑棉土47重量份、玄武岩20重量份、碳酸钙0.4重量份、氢氧化钠13重量份、水玻璃20重量份。具体的，黑棉土质量为35g。
如图1所示，本实施例泡沫玻璃保温材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先粉碎黑棉土和玄武岩，过400目筛；然后将粉碎后的黑棉土和玄武岩与碳酸钙按配比混合，研磨均匀，得到混料；
(2)将氢氧化钠溶于水玻璃中，得到成型剂；
(3)将混料与成型剂充分混匀，注入模具中预压成型，然后常温静置陈化6h，最后脱模，得到初坯；
(4)将初坯放在马弗炉中850℃煅烧45min，然后随炉冷却至室温，即得到泡沫玻璃保温材料。
图2和图3分别为本实施例所得泡沫玻璃保温材料的实物图和SEM图。
实施例2
本实施例泡沫玻璃保温材料的各原料按重量份的构成为：黑棉土35重量份、玄武岩35重量份、碳酸钙0.4重量份、氢氧化钠13重量份、水玻璃20重量份。具体的，黑棉土质量为35g。
本实施例泡沫玻璃保温材料的制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例泡沫玻璃保温材料的各原料按重量份的构成为：黑棉土47重量份、玄武岩20重量份、碳酸钙0.25重量份、氢氧化钠13重量份、水玻璃20重量份。具体的，黑棉土质量为35g。
本实施例泡沫玻璃保温材料的制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例泡沫玻璃保温材料的各原料按重量份的构成为：黑棉土44重量份、玄武岩19重量份、碳酸钙0.4重量份、氢氧化钠19重量份、水玻璃19重量份。具体的，黑棉土质量为35g。
本实施例泡沫玻璃保温材料的制备方法与实施例1相同。
对比例1
本实施例泡沫玻璃保温材料的各原料按重量份的构成为：黑棉土47重量份、玄武岩20重量份、碳酸钙0重量份、氢氧化钠10重量份、水玻璃15重量份。具体的，黑棉土质量为35g。
本实施例泡沫玻璃保温材料的制备方法与实施例1相同。
对比例2
本实施例泡沫玻璃保温材料的各原料按重量份的构成为：黑棉土47重量份、玄武岩20重量份、碳酸钙1.3重量份、氢氧化钠13重量份、水玻璃20重量份。具体的，黑棉土质量为35g。
本实施例泡沫玻璃保温材料的制备方法与实施例1相同。
上述各实施例及对比例所获得的泡沫玻璃保温材料的性能如表1所示，ASTMC552-14中的性能如表2所示。
表1
样品 导热系数W/(m·k) 密度kg/m3 抗压强度Mpa
实施例1 0.0799 324 1.175
实施例2 0.0825 476 1.811
实施例3 0.0853 387 1.013
实施例4 0.0762 276 1.018
对比例1 0.1014 749 2.063
对比例2 0.0637 217 0.324
表2
6级 8级 10级 12级 14级 16级 24级
抗压强度(Kpa) 414 552 689 827 965 1103 1655
密度(kg/m3) 98 102 110 119 128 136 170
导热系数W/(m·k) 0.084 0.084 0.084 0.084 0.086 0.087 0.094
通过对上述各实施例中所获得的泡沫玻璃保温材料的性能进行测试，并将测试结果与ASTM C552-14中的性能进行对比，可以发现，以上各实施例制备而成的泡沫玻璃的抗压强度和导热系数都达到ASTM C552-14中的标准。此外，由对比例可知，不加碳酸钙会导致密度大幅增大，导热系数也相应相应增大，所以不符合墙体保温材料轻质保温的要求；而碳酸钙加入量过高，会使得保温材料抗压强度明显降低，抗压强度达不到墙体保温材料强度要求。
以上仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种泡沫玻璃保温材料，其特征在于，各原料按重量份的构成为：黑棉土30～55重量份、玄武岩15～35重量份、碳酸钙0.2～0.5重量份、氢氧化钠10～15重量份、水玻璃15～20重量份。
2.一种权利要求1所述泡沫玻璃保温材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先粉碎黑棉土和玄武岩；然后将粉碎后的黑棉土和玄武岩与碳酸钙按配比混合，研磨均匀，得到混料；
(2)将氢氧化钠溶于水玻璃中，得到成型剂；
(3)将所述混料与所述成型剂充分混匀，注入模具中预压成型，然后静置陈化，最后脱模，得到初坯；
(4)将所述初坯放在马弗炉中煅烧，然后随炉冷却至室温，即得到所述泡沫玻璃保温材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中是将黑棉土和玄武岩粉碎至粒径目数≥400目。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述煅烧的温度为850～900℃、保温时间15～45min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述静置陈化的温度为常温、时间为4～8h。
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