內墻調濕磚制備工藝的研究

趙勇

摘 要：本文以煅燒鋁礬土為主要原料，以煤粉作為造孔劑，采用傳統燒結方法制備出高吸水率的內墻調濕磚。研究了煤粉的添加量和煅燒鋁礬土的含量對內墻調濕磚性能的影響，并利用SEM對該內墻調濕磚的顯微結構進行了表征。結果表明：在基本配方相同的條件下，當煤粉的外加量為2%時，有助于內墻調濕磚吸水率的提高，而對其抗彎強度的影響較小；在其他原料含量不變的情況下，內墻調濕磚的吸水率和抗彎強度都會隨著煅燒鋁礬土含量的升高而增大；并得出優化配方，該配方所獲得的內墻調濕磚的吸水率為25.94%，抗彎強度為8.31MPa。

關鍵詞：調濕材料；內墻磚；吸水率；抗彎強度

1 引言

空氣濕度是影響居住環境舒適度的重要因素之一，并直接影響人們的身心健康、各種物品的保存，以及采暖空調能耗等。尤其對沿海地區人的居環境而言，濕度控制調節與溫度控制調節同等重要。因此，開發出具有自調濕功能的內墻磚，對改善人類室內生活環境具有重要的意義[1～4]。

西藤宮野等[5]是首次提出調濕材料的人。調濕材料是指不需要借助任何人工能源和機械設備，依靠自身的吸放濕性能，感應所調空間空氣濕度的變化，從而自動調節空氣相對濕度的材料。

20世紀80年代起，日本最早開發并發展調濕材料產品，主要應用于文物保存、紡織、化工、建筑材料等多個領域。繼日本之后，西班牙、德國等西方國家也先后展開了對調濕材料的研究，而我國近幾年才開展了一些有關調濕材料的研究工作[6-10]。由于調濕機理的復雜性，所開發的調濕產品存在制造工藝復雜、生產成本高、濕容量過小、調濕速度慢等缺點，使得這方面的研究進展緩慢。因此，如何制造出工藝簡單、成本低廉，且調濕性能優良的調濕材料成為現今研發的主要目標。本文以煅燒鋁礬土為主要原料，以價格低廉的煤粉作為造孔劑，可制備出性能優良的內墻調濕磚。

2 實驗過程

2.1 實驗原料及配方

內墻調濕磚的主要原料及含量范圍為：煅燒鋁礬土30%～34%、煅燒高嶺土26%～30%、其余為砂石原料。

內墻調濕磚主要原料的化學組成如表1所示。

2.2 試樣的制備

試樣制備過程依次包括：配料、球磨、干燥、過篩造粒、壓制成形、干燥、燒成。其具體工藝參數包括：在球磨過程中，料：球：水=1：2：1，球磨時間為25min；在壓制成形過程中，壓力為25MPa、坯體規格為300mm×300mm。

3 結果分析與討論

3.1 煤粉的添加量對試樣性能的影響

本試驗通過對內墻調濕磚配方中外加少量的煤粉，來提高該內墻調濕磚的吸水率。其中，煤粉作為造孔劑可在生坯中占據一定的空間，在該生坯燒結時，煤粉燒失，使該煤粉占據的空間成為氣孔，從而提高試樣的吸水率。

本文研究了在內墻調濕磚基本配方不變下，外加0%～3%的煤粉對試樣的吸水率、密度和抗彎強度的影響。試驗配方如表2所示，在950℃下保溫1h燒成的各試樣的性能見表3。

由表2、表3可以看出，在950℃的條件下，隨著煤粉的外添加量增大，試樣的吸水率逐漸增大，體積密度和抗彎強度逐漸減小。其中，當煤粉的外添加量為0%～1%時，試樣的吸水率從13.96%增大到20.06%、體積密度從1.84g/cm3降低到1.52g/cm3、抗彎強度由13.56MPa降低到9.21MPa。可見，煤粉的添加對試樣的吸水率、體積密度和抗彎強度有著顯著的影響。

產生這種現象的原因主要是：煤粉在干坯燒結過程中，在高溫時燒失，留下孔隙，形成孔道。隨著煤粉含量的提高，該煤粉燒失后在試樣中的孔隙結構的比表面積增大，使試樣氣孔率增大。而試樣表面和內部的孔隙結構在毛細管效應下，使試樣具有較大的吸水性。而試樣的氣孔率越高，其吸水性越強。同時，試樣的體積密度隨著煤粉摻量的增大而減小，因為煤粉摻量的增大使試樣孔隙增多。另外，試樣中的孔隙結構造成該試樣在一定負荷作用下所承受的應力增大，導致該試樣發生斷裂，因此，該試樣的抗彎強度隨吸水率的增大而降低。

試樣在外加2%的煤粉時的斷面SEM掃描圖如圖1所示。

由圖1（a）可以看出，以煤粉作為造孔劑的試樣，孔隙遍布于試樣斷面，使該試樣具有很大的比表面積，且孔隙彼此連通形成孔道。將試樣SEM圖片進一步放大至500倍，如圖1（b）所示。可以看出該試樣中的孔隙分布不規則， 以三維交錯的網狀孔道貫穿其中，而孔徑大小從 0.5μm～70μm呈梯度分布，在試樣大孔隙中分布著許多小孔隙，并通過這些小孔隙與其他大孔隙連通。通過試驗發現，煤粉最佳摻入量為2%。

3.2 煅燒鋁礬土的含量對試樣性能的影響

選擇吸水率和抗彎強度都較高的試樣C1配方為基本配方，改變試樣C1的配方中煅燒鋁礬土的含量，研究增加煅燒鋁礬土含量的同時降低煅燒高嶺土的含量對試樣的吸水率和抗彎強度的影響。其配方組成見表4。

圖2為試樣C1、C2和C3的吸水率與燒成溫度的關系。

從圖2中可以看出，隨著燒成溫度的升高，試樣C1、C2和C3的吸水率依次減小，并且在燒成溫度相同的情況下，試樣C1、C2和C3的吸水率的大小順序為：C3>C2>C1。當燒成溫度為950℃時，試樣C1、C2和C3的吸水率依次為23.68%、24.83%、25.94%。

圖3為試樣C1、C2和C3的抗彎強度與燒成溫度的關系。

從圖3中可以看出，試樣C1、C2和C3的抗彎強度隨溫度的升高而增大，且在相同的燒成溫度下，試樣C1、C2和C3的抗彎強度的大小順序為：C3>C2>C1。當燒成溫度為950℃時，試樣C1、C2和C3的抗彎強度分別為7.03MPa、7.75MPa、8.31MPa。

與煅燒高嶺土相比，煅燒鋁礬土中的Al2O3含量較高，且其堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的含量較低。因此，試樣的燒結溫度隨煅燒鋁礬土含量增加而提高。所以，在試樣干坯還沒達到燒結溫度時，配方中煅燒鋁礬土的含量越高，試樣的吸水率越大。而試樣干坯在燒成過程中會生成剛玉和莫來石晶體，其中，煅燒鋁礬土的含量越高，剛玉相和莫來石相會越多，抗彎強度就會越大。為了使試樣在具有較大的吸水率的同時又有較大的抗彎強度，選擇煅燒溫度為950℃時最佳。

4 結論

（1） 在基本配方相同的條件下，煤粉最佳外加量為2%時，有助于提高內墻調濕磚吸水率。同時，對內墻調濕磚的抗彎強度影響較小。

（2） 在其他原料含量不變的情況下，內墻調濕磚的吸水率和抗彎強度都會隨著煅燒鋁礬土含量的升高而增大。

（3） 當煅燒鋁礬土為34%、煅燒高嶺土為26%、硅灰石粒為2.5%、湖南超白石粉為13%、中溫砂為10%、中溫白砂為14.5%、煤粉為2%，煅燒溫度為950℃時，可以制備出性能優越的內墻調濕磚，其吸水率為25.94%、抗彎強度為8.31MPa。

參考文獻

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