利用淤泥制備建筑陶瓷外墻自保溫材料的研究

1、利用淤泥制備建筑陶瓷外墻自保溫材料的研究摘要：本實驗選用來源廣泛的河道淤泥取代常用的陶瓷原料粘土，利用發(fā)泡工藝制備新型燒結陶瓷自保溫磚，此燒結陶瓷保溫磚具有密度小、導熱系數(shù)小、抗壓強度大等特點。利用廢料開發(fā)自保溫體系承重和保溫相結合的墻體材料，既做到廢物利用又滿足了節(jié)能要求。關鍵詞：淤泥；保溫材料；導熱系數(shù)；抗壓強度；發(fā)泡1引言隨著世界能源的逐漸緊缺，以及保護環(huán)境的日益重視，廢物利用與節(jié)能將成為未來發(fā)展的主導，節(jié)約能源范圍較廣，其中建筑節(jié)能是節(jié)能減排的重要組成部分。開發(fā)新型的保溫墻體砌磚，完全符合這一發(fā)展趨勢。目前，我國建筑節(jié)能方面采用外墻外保溫技術。但外墻外保溫體系受材料的限制，其設計壽命一

2、般不超過25年，難以實現(xiàn)與建筑物同壽命，外墻裝飾也具有一定的局限性，此外，還需定期維護和維修。而外墻自保溫技術則是將建筑主體和圍護結構的隔熱保溫融為一體，與外墻外保溫體系相比，具有造價低廉、維護費用低、外裝飾多樣化，與建筑主體同壽命等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的實心粘土磚由于質量重、大量消耗資源、保溫性能差，將逐漸被新型的墻體保溫材料所取代。外墻自保溫體系由于其材料密度小，只有普通實心粘土磚的1/5-1/3重,保溫隔熱性能好、耐火性好，且施工技術成熟簡單，很適合節(jié)能市場的需求。本試驗選用來源廣泛的河道淤泥取代常用的陶瓷原料粘土，通過高溫發(fā)泡劑的發(fā)泡原理，在燒制過程中形成一定形狀和大小的空洞，達到降低導熱系數(shù)目

3、的，從而獲得建筑陶瓷外墻自保溫材料。2實驗內(nèi)容2. 1實驗原料及設備佛山某河道淤泥、Na2co3、CaC03,Na2Si03?5H20,數(shù)顯抗壓強度試驗機，導熱系數(shù)測試儀，電爐，手動壓片機等。2.2實驗方法本課題選擇用正交實驗法，使用Na2C03為助熔劑來調(diào)節(jié)淤泥的燒結溫度。取淤泥、碳酸鈉、碳酸鈣和燒成溫度為四個因素、選取三個水平，并以導熱系數(shù)，抗壓強度為測量考察指標，按配方設計表1進行實驗。然后用Na2Si03?5H20取代最優(yōu)配方E10里面的Na2c03做助熔劑，按照表2進行表3進行實驗。實驗。最后對助熔劑Na2SiO3?5H2O進行單因素實驗，按照2. 3性能測試本實驗所測試的產(chǎn)品性能主

4、要有真密度、體積密度、顯氣孔率、真氣孔率以及閉口氣孔率、導熱系數(shù)、抗壓強度，以及SEM掃描分析。3實驗結果與分析3. 1正交實驗的結果與分析本文選取淤泥、碳酸鈉、碳酸鈣和燒成溫度為正交實驗的四個因素，并選取三個水平，以導熱系數(shù)，抗壓強度為測量考察指標，進行正交優(yōu)化實驗。實驗結果如表4所示。綜合上面分析，得到材料的最優(yōu)配方為：A3B3C2D2,即淤泥90g、Na2CO315g、CaC0310g，燒成溫度為1050C。所以我們定此優(yōu)化配方編號為E10（淤泥78%、Na2CO313%、CaCO39%、燒成溫度1050C,此時導熱系數(shù)為0.5352W/m?k、抗壓強度為20MPao）。4. 2用五水硅

5、酸鈉取代碳酸鈉從正交實驗優(yōu)化出最優(yōu)配方為E10,為了進一步改善保溫材料的性能，在此優(yōu)化配方上，選用Na2Si03?5H20取代Na2c03來做助熔劑進行實驗，實驗結果如表5所示。從表5中可以得出，Na2Si03?5H20比Na2C03做助熔劑效果更好，主要原因如下：（1）Na20引入可以降低燒結溫度，增加玻璃相，玻璃相的增加會使得氣泡的溶解度增大，Na20,但是后者引入Na20的量更多，所以相同質量的Na2SiO3?5H2O和Na2C03所起到的助熔效果不一樣，明顯Na2C03的助熔效果更好，燒結溫度更低，產(chǎn)生的玻璃相也更多，從而氣泡被消除的比較多，氣孔率比較低。2)相同量的Na2C03和Na

6、2SiO3?5H2O弓|入的Na+的量不同，Na2C03弓|入的Na+比Na2SiO3?5H2O弓|入的Na+量多，所以Na2C03的降粘作用更大。Na2SiO3?5H2O做助熔劑比Na2c03做助熔劑的熔體粘度大，從而導致氣體難以排出，提高氣孔率。(3)氣孔率的高低與導熱系數(shù)的成反比的關系，做助熔劑時，氣孔率明顯比較高，而且多為閉口氣孔，使得導熱系數(shù)更低。(4)氣孔率高的材料密度也比較小，氣孔率越高的保溫材料，導熱系數(shù)也越低，Na2Si03?5H20Na2Si03?5H20做助熔劑時的氣孔率更高，所以密度相應更小。(5)選Na2Si03?5H20做助熔劑時，不僅氣孔率高，而且多為閉口氣孔，所

7、以材料的吸水率遠遠低于Na2C03做助熔劑的吸水率。(6)氣孔率越低的材料，抗壓強度越大，Na2Si03?5H20做助熔劑時，氣孔率比較高，相應的抗壓強度本應該越小，但是Na2Si03?5H20做助熔劑時引入了大量的Si02,使得反應CaC03+Si02CaSi03+C02f向右邊移動，生成了大量強度比較大的CaSi03晶體。因此，Na2Si03?5H20做助熔劑時的抗壓強度大于Na2C03做助熔劑的抗壓強度。所以,Na2Si03?5H20 取代 Na2C03 做助熔劑時，保溫材料的各項性能更好。通過SEM掃描圖（見圖1）（E10和F1的掃描圖）可以得出，用Na2SiO3?5H2O取代Na2C

8、03做助熔劑，并加入適當?shù)牧?，氣孔率較E10明顯增多，氣孔孔徑也從10-20Pm增大到150口m左右，氣孔呈圓球狀，且氣孔大小較均勻。3.3Na2SiO3?5H2O加入量的影響根據(jù)前面的對比結果，得出Na2SiO3?5H2O做助熔劑時，保溫材料的各項性能更好。所以選用Na2SiO3?5H2O做助熔劑，然后考慮助熔劑不同加入量對各項性能的影響。各項性能的測試結果如表6所示。綜合考慮保溫材料的性能要求，從表6中可以看出，當Na2SiO3?5H2O加入量為30g時，保溫材料的總體性能比較好。優(yōu)化配方為F4：淤泥69.2%、Na2SiO3?5H2O23.1%、CaCO37.7%o4結論1）在淤泥、碳酸

9、鈉、碳酸鈣、燒成溫度的四因素三水平的實驗中，通過分析四因素對兩個性能指標導熱系數(shù)和抗壓強度的影響，得到最優(yōu)配方為E10：淤泥78%、Na2CO313%、CaCO39%,燒成溫度為1050C。此時，導熱系數(shù)為0.5352W/m?k、抗壓強度為20MPa02）在本試驗條件下，用NaSi03?5H20做助熔劑保溫材料的各項性能明顯好于Na2c03做助熔劑保溫材料。此時，導熱系數(shù)為0.4986W/m?k、抗壓強度為25MPa。3）在NaSi03?5H20單因素實驗結果中，得出最佳此時，各項性能指標分別為:真氣孔率為83%、密度為0.75g/cm3,導熱系數(shù)為0.1123W/m?k、抗壓強度為19MPa

10、、吸水率為4.5%o參考文獻1趙毅，朱振峰等.多孔陶瓷材料的研究現(xiàn)狀及應用陶瓷.2008(11)：27-30.2田杰謨，李信勇，張勇等.浸漿法制備生物多孔陶瓷J.功能材料.2002,33(6)：656s657.3任雪潭，曾令可等.泡沫陶瓷制備工藝的探討.材料科學與工程.2001,19(1)：102-103.4王慧，曾令可，張海文等.多孔陶瓷-綠色功能材料J.中國陶瓷.2002,38(3)：6s8.-6KinYW,KimSH,ParkCB.ProcessingofclosedcellsiliconoxycarbidefoamsfromapreceramicpolymerJ.JounalofMat

11、erialsScience,2004,39(18)：p5647s5652_7ColomboP,SchefflerM,ect.ConductiveceramicfoamsfromapreceramicpolymerJ.JournaloftheAmericanCeramicSociety,2001,84(10)：2265s2268._8ColomboP.EngineeringporosityinpolymerderivedceramicsJ.JournaloftheEuropeanCeramicSociety,2008,28(7)：1389-1395.9艾凡榮.泡沫注凝法制備多孔陶瓷的研究瓷學院，2007.10張曉飛.發(fā)泡一膠凝法制備多孔陶瓷小球的研究D.長沙：中南大學，2006._11IlkerBekirTopcu,BurakIslkdag,Manufactureofh