利用淤泥制备建筑陶瓷外墙自保温材料的研究

1、利用淤泥制备建筑陶瓷外墙自保温材料的研究摘要：本实验选用来源广泛的河道淤泥取代常用的陶瓷原料粘土，利用发泡工艺制备新型烧结陶瓷自保温砖，此烧结陶瓷保温砖具有密度小、导热系数小、抗压强度大等特点。利用废料开发自保温体系承重和保温相结合的墙体材料，既做到废物利用又满足了节能要求。关键词：淤泥；保温材料；导热系数；抗压强度；发泡1引言随着世界能源的逐渐紧缺，以及保护环境的日益重视，废物利用与节能将成为未来发展的主导，节约能源范围较广，其中建筑节能是节能减排的重要组成部分。开发新型的保温墙体砌砖，完全符合这一发展趋势。目前，我国建筑节能方面采用外墙外保温技术。但外墙外保温体系受材料的限制，其设计寿命一

2、般不超过25年，难以实现与建筑物同寿命，外墙装饰也具有一定的局限性，此外，还需定期维护和维修。而外墙自保温技术则是将建筑主体和围护结构的隔热保温融为一体，与外墙外保温体系相比，具有造价低廉、维护费用低、外装饰多样化，与建筑主体同寿命等优势。传统的实心粘土砖由于质量重、大量消耗资源、保温性能差，将逐渐被新型的墙体保温材料所取代。外墙自保温体系由于其材料密度小，只有普通实心粘土砖的1/5-1/3重,保温隔热性能好、耐火性好，且施工技术成熟简单，很适合节能市场的需求。本试验选用来源广泛的河道淤泥取代常用的陶瓷原料粘土，通过高温发泡剂的发泡原理，在烧制过程中形成一定形状和大小的空洞，达到降低导热系数目

3、的，从而获得建筑陶瓷外墙自保温材料。2实验内容2. 1实验原料及设备佛山某河道淤泥、Na2co3、CaC03,Na2Si03?5H20,数显抗压强度试验机，导热系数测试仪，电炉，手动压片机等。2.2实验方法本课题选择用正交实验法，使用Na2C03为助熔剂来调节淤泥的烧结温度。取淤泥、碳酸钠、碳酸钙和烧成温度为四个因素、选取三个水平，并以导热系数，抗压强度为测量考察指标，按配方设计表1进行实验。然后用Na2Si03?5H20取代最优配方E10里面的Na2c03做助熔剂，按照表2进行表3进行实验。实验。最后对助熔剂Na2SiO3?5H2O进行单因素实验，按照2. 3性能测试本实验所测试的产品性能主

4、要有真密度、体积密度、显气孔率、真气孔率以及闭口气孔率、导热系数、抗压强度，以及SEM扫描分析。3实验结果与分析3. 1正交实验的结果与分析本文选取淤泥、碳酸钠、碳酸钙和烧成温度为正交实验的四个因素，并选取三个水平，以导热系数，抗压强度为测量考察指标，进行正交优化实验。实验结果如表4所示。综合上面分析，得到材料的最优配方为：A3B3C2D2,即淤泥90g、Na2CO315g、CaC0310g，烧成温度为1050C。所以我们定此优化配方编号为E10（淤泥78%、Na2CO313%、CaCO39%、烧成温度1050C,此时导热系数为0.5352W/m?k、抗压强度为20MPao）。4. 2用五水硅

5、酸钠取代碳酸钠从正交实验优化出最优配方为E10,为了进一步改善保温材料的性能，在此优化配方上，选用Na2Si03?5H20取代Na2c03来做助熔剂进行实验，实验结果如表5所示。从表5中可以得出，Na2Si03?5H20比Na2C03做助熔剂效果更好，主要原因如下：（1）Na20引入可以降低烧结温度，增加玻璃相，玻璃相的增加会使得气泡的溶解度增大，Na20,但是后者引入Na20的量更多，所以相同质量的Na2SiO3?5H2O和Na2C03所起到的助熔效果不一样，明显Na2C03的助熔效果更好，烧结温度更低，产生的玻璃相也更多，从而气泡被消除的比较多，气孔率比较低。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做助熔剂比Na2c03做助熔剂的熔体粘度大，从而导致气体难以排出，提高气孔率。(3)气孔率的高低与导热系数的成反比的关系，做助熔剂时，气孔率明显比较高，而且多为闭口气孔，使得导热系数更低。(4)气孔率高的材料密度也比较小，气孔率越高的保温材料，导热系数也越低，Na2Si03?5H20Na2Si03?5H20做助熔剂时的气孔率更高，所以密度相应更小。(5)选Na2Si03?5H20做助熔剂时，不仅气孔率高，而且多为闭口气孔，所

7、以材料的吸水率远远低于Na2C03做助熔剂的吸水率。(6)气孔率越低的材料，抗压强度越大，Na2Si03?5H20做助熔剂时，气孔率比较高，相应的抗压强度本应该越小，但是Na2Si03?5H20做助熔剂时引入了大量的Si02,使得反应CaC03+Si02CaSi03+C02f向右边移动，生成了大量强度比较大的CaSi03晶体。因此，Na2Si03?5H20做助熔剂时的抗压强度大于Na2C03做助熔剂的抗压强度。所以,Na2Si03?5H20 取代 Na2C03 做助熔剂时，保温材料的各项性能更好。通过SEM扫描图（见图1）（E10和F1的扫描图）可以得出，用Na2SiO3?5H2O取代Na2C

8、03做助熔剂，并加入适当的量，气孔率较E10明显增多，气孔孔径也从10-20Pm增大到150口m左右，气孔呈圆球状，且气孔大小较均匀。3.3Na2SiO3?5H2O加入量的影响根据前面的对比结果，得出Na2SiO3?5H2O做助熔剂时，保温材料的各项性能更好。所以选用Na2SiO3?5H2O做助熔剂，然后考虑助熔剂不同加入量对各项性能的影响。各项性能的测试结果如表6所示。综合考虑保温材料的性能要求，从表6中可以看出，当Na2SiO3?5H2O加入量为30g时，保温材料的总体性能比较好。优化配方为F4：淤泥69.2%、Na2SiO3?5H2O23.1%、CaCO37.7%o4结论1）在淤泥、碳酸

9、钠、碳酸钙、烧成温度的四因素三水平的实验中，通过分析四因素对两个性能指标导热系数和抗压强度的影响，得到最优配方为E10：淤泥78%、Na2CO313%、CaCO39%,烧成温度为1050C。此时，导热系数为0.5352W/m?k、抗压强度为20MPa02）在本试验条件下，用NaSi03?5H20做助熔剂保温材料的各项性能明显好于Na2c03做助熔剂保温材料。此时，导热系数为0.4986W/m?k、抗压强度为25MPa。3）在NaSi03?5H20单因素实验结果中，得出最佳此时，各项性能指标分别为:真气孔率为83%、密度为0.75g/cm3,导热系数为0.1123W/m?k、抗压强度为19MPa

10、、吸水率为4.5%o参考文献1赵毅，朱振峰等.多孔陶瓷材料的研究现状及应用陶瓷.2008(11)：27-30.2田杰谟，李信勇，张勇等.浸浆法制备生物多孔陶瓷J.功能材料.2002,33(6)：656s657.3任雪潭，曾令可等.泡沫陶瓷制备工艺的探讨.材料科学与工程.2001,19(1)：102-103.4王慧，曾令可，张海文等.多孔陶瓷-绿色功能材料J.中国陶瓷.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艾凡荣.泡沫注凝法制备多孔陶瓷的研究瓷学院，2007.10张晓飞.发泡一胶凝法制备多孔陶瓷小球的研究D.长沙：中南大学，2006._11IlkerBekirTopcu,BurakIslkdag,Manufactureofh