轻质隔热陶瓷砖的研究

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摘 要：我国各种建筑的总面积已经达到400亿m2以上，并且每年新竣工房屋面积为16～20亿m2，其中绝大多数建筑的外墙没有进行隔热保温处理。隔热保温陶瓷外墙砖具有导热系数低、强度高、防火、抗雨水渗透、美观和经久耐用等优点，能够极大地降低建筑能耗，对于我们实现节能的目标具有非常重要的意义。本文主要研究了添加剂对吸水率、抗压强度、气孔率等方面的影响，并分析了烧成温度对气孔率、抗压强度的影响，研制出了导热系数在0.30W/M·K以下，抗压强度在10MPa以上的轻质隔热陶瓷砖。

关键词：陶瓷砖；隔热；导热系数；气孔率

1 引言

建筑陶瓷具有强度高、防火、耐腐蚀、抗雨水渗透、美观和经久耐用等性能。目前，我国的陶瓷墙地砖产量已经达到45亿m2左右，其中有大约一半用于内外墙的铺贴。但是普通建筑陶瓷在室温的导热系数一般为1W/m·K左右，空气的导热系数为0.025W/m·K。显然，如果适当提高陶瓷墙地砖的气孔率，并且是以小的闭合气孔为主，则其导热系数会明显降低，成为良好的隔热材料。在能源相对紧缺的今天，一方面，研究具有较高的强度、抗渗透性强、导热系数远低于现有墙面砖的隔热保温墙面砖对于建筑物的节能具有非常重要的意义；另一方面，该产品的研究开发也为我国建筑陶瓷产品的高性能化和多功能化开拓新的途径，为利用高新技术改造传统优势产业作了示范。本文以工业废渣为主要原料制备导热系数低、强度高的轻质隔热陶瓷砖，并研究了添加剂和烧成温度对吸水率、抗压强度、气孔率等方面影响，并研究了导热系数与容重的关系。

2 实验部分

2.1 原料

本实验以工业废渣为主要原料，以膨润土、河道淤泥、玻璃粉等为辅助原料，并增加适量的分散剂三聚磷酸钠和增塑剂羧甲基纤维素，制备出具有高性能隔热性能的陶瓷砖。

2.2 样品制备

根据各种化学成分对陶瓷烧成时低共熔点的形成、液相量、粘度等影响机理，研究出有利于生成微细气孔的添加剂配方。将复合添加剂加入到该配方中，在不同的温度和烧成时间条件下，获得添加剂、气孔率、气孔大小和分布、烧成温度和时间、陶瓷强度之间的关系。其主要工艺流程为：将研制好的基础配方原料、复合添加剂、外加0.5%三聚磷酸钠，混合球磨，其中料:水=1:0.45；过250目筛余为2%～2.5%，烘干过筛并造粒；干压成形、干燥、烧成；获得60mm×240mm×8mm规格的陶瓷砖。

3 实验结果分析与讨论

3.1 添加剂用量对吸水率、抗压强度、气孔率的影响

经过分析，本文对含微细闭气孔陶瓷的成孔机理、成孔剂以及多孔陶瓷的配方和制造工艺进行了比较深入的研究。探讨了添加剂用量对吸水率、抗压强度、气孔率的影响，其研究结果如图1、2所示。

从图1可以看出，隔热保温陶瓷的吸水率与添加剂含量有着一定的关系。当添加剂含量≤1.25%时，吸水率呈下降状态；当添加剂含量约在1.25%～3.25%之间时，吸水率保持在0.5%；当添加剂≥3.25%时，吸水率呈上升状态。由图2可知，随着添加剂用量增加，超过一定程度后，增加了开口气孔率。因为开口气孔率增加，导致产品吸水率上升。同时，随着添加剂含量的不断增加，隔热陶瓷砖的抗压强度则随之下降。因为添加剂用量增加后，气孔率并没有明显增加，而是气孔直径增大，导致抗压强度的降低。

3.2 导热系数与体积密度之间的关系

导热系数与体积密度的关系如图3所示。

由图3可以看出，随着体积密度的降低，导热系数也随之降低。

3.3 烧成温度对抗压强度与气孔率的影响

陶瓷抗压强度、气孔率与烧成温度的关系如图4、5所示。

从图4、5可以看出，随着煅烧温度的不断升高，陶瓷的抗压强度却不断下降。当煅烧温度1220℃时，气孔率没有明显变化。说明煅烧温度在1200～1220℃之间，添加剂逐渐分解，形成大部分封闭气孔，而随着温度升高，气孔并没增多，而是逐渐增大，导致了产品强度的急剧下降。

4 结论

（1） 本文所用的复合添加剂的用量为2%～3%时，砖坯的气孔率和抗压强度等指标效果最佳。

（2） 本文所采用的煅烧温度为1210～1230℃时，砖坯效果最佳。

（3） 选用工业废渣为主要原料，可制备出导热系数在0.3 W/M·K以下，抗压强度在10MPa以上，吸水率在1%以下的轻质隔热陶瓷砖。

参考文献

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