硅藻土制備硅酸鈣板的研究

梁興榮，張英英，向 興，薛 俊，曹 宏,2

（1.武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074；2.國家磷資源開發利用工程技術研究中心，湖北 武漢 430074）

【試驗研究】

硅藻土制備硅酸鈣板的研究

梁興榮1，張英英1，向 興1，薛 俊1，曹 宏1,2

（1.武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074；2.國家磷資源開發利用工程技術研究中心，湖北 武漢 430074）

我國硅藻土資源豐富，由于其具有多孔性、密度小、強度高的特點，用來制備輕質保溫建筑材料具有較好的發展前景。本文以硅藻土、水泥、木纖維為原料，流漿成型后經180℃(1MPa)蒸壓養護8h獲得了硅酸鈣板，并探討了硅藻土、木纖維的添加量對所制備硅酸鈣板性能的影響。結果表明，通過改變硅藻土的加入量可以制備出性能指標達到D0.8～1.3-II、D0.8～1.3-Ⅲ類別的硅酸鈣板，其導熱系數均小于0.16W/(m·K)、吸水率與硅藻土加入量呈線性關系；但通過改變木纖維的加入量來制備不同類別硅酸鈣板的嘗試不具可行性。

硅藻土；硅酸鈣板；導熱系數；吸水率

1 引言

硅酸鈣板/纖維水泥板作為一類新型綠色環保建材，它是以優質高標號水泥為基體材料，并配以天然纖維增強，經先進生產工藝成型、加壓、高溫蒸養等特殊技術處理而制成，除具有傳統石膏板的功能外，更具有優越的防火、防潮、耐久、變形小等特點，目前已廣泛應用在房屋建筑和工業建筑領域。在房屋建筑領域，此種板材主要應用于室內隔墻墻面、吊頂、天花板、地面鋪設等。經專門加工制造并經表面涂裝后，可以用作外墻掛板或外墻貼面板等，并可用于內外墻保溫及永久性模板。在工業建設領域，此種板材可以用于發電廠煙道、鍋爐、化工管道保溫、工業用干燥窯爐等設備的爐壁以及輪船的隔艙板等[1-4]。

硅藻土的礦物成分主要是蛋白石及其變種，其次是粘土礦物(水云母、高嶺石)和其他礦物碎屑。礦物碎屑有石英、長石、黑云母及有機質等，有機物含量從微量到30%以上。硅藻土的顏色為白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等，有細膩、松散、質輕、多孔、吸水和滲透性強、熔點高、隔熱、吸聲、折射率低、化學性能穩定等特點[5]。

夏惠鳳[6]以硅藻土部分替代石英砂，進行了纖維增強硅酸鈣板生產的試驗。本文則以硅藻土作為全部的硅質原料，分別研究了硅藻土加入量、木纖維加入量對硅酸鈣板性能的影響，制備出的產品具有低容重、低導熱系數的特點，符合綠色建材的要求。

2 試驗

2.1 原料

水泥：P·O 42.5級華新水泥。

硅藻土：武漢高凱化工有限公司，顏色為白色，表觀密度0.538g/cm3，硅藻土XRD物相分析見圖1，可知主要礦物成分為蛋白石(Opal)。激光粒度儀所測粒徑分布如圖2所示，粒徑分布于0～200μm之間，d50=43.92μm。

圖1 硅藻土XRD圖譜

圖2 硅藻土粒徑分布

木纖維：安徽寧國市東南木業有限公司出產，由天然木材經過化學處理、機械加工而成。

2.2 試驗工藝

試驗工藝流程(如圖3所示)：①將木纖維稱量打漿；②將水泥、硅藻土分別稱量并混合均勻；③將①和②物料混合打漿；④將漿料流漿成型制備試塊；⑤將試塊在180℃(1.0MPa壓力)條件下蒸壓養護8h；⑥將蒸壓養護試塊烘干后進行性能測試。

圖3 試驗工藝流程

3 結果與討論

3.1 硅藻土含量對性能的影響

試驗原料按照木纖維(3%)、硅藻土(27%、37%、47%、57%)、其他為水泥，做4組對比試驗。試驗測試結果如圖4所示。

圖4 硅藻土含量對性能的影響

從圖4a、圖4b可以看出通過改變硅藻土的加入量可以制備出密度為0.89～1.22g/cm3，對應其抗折強度6.0～10.46MPa，性能指標至少達到JCT 564.1-2008《纖維增強硅酸鈣板第1部分：無石棉硅酸鈣板》D0.8～1.3-II、D0.8～1.3-Ⅲ類別的要求。圖4c中可以看出硅藻土的加入量跟吸水率呈線性關系，回歸分析其線性方程為y =19.3+87.7x，其中x為硅藻土加入百分比，y為吸水率。圖4d中可以看出其導熱系數＜0.16W/(m·K)，導熱系數遠遠低于國標要求的0.25W/(m·K)，因此該硅酸鈣板保溫節能效果較好。

硅藻土摻量對硅酸鈣板比強度值影響

比強度(抗折強度/密度)可反應相同密度物質強度的大小，下表為不同硅藻土加入量的試樣比強度值。從表中可以看出隨著硅藻土用量的增加，比強度值從0.008 6N·m/kg下降到0.006 2N·m/kg，總體呈下降趨勢。

3.2 纖維含量對性能的影響

試驗原料按照水泥(60%)、木纖維(2%、3%、4%、5%)、其他為硅藻土，做4組對比試驗。試驗測試結果如圖5所示。

從圖5a、圖5b可以看出通過改變木纖維的加入量可以制備出密度為1.08g/cm3對應其抗折強度9.54 MPa、1.03g/cm3對應其抗折強度8.47MPa的極材產品，性能指標至少達到JCT 564.1-2008《纖維增強硅酸鈣板第1部分：無石棉硅酸鈣板》D1.1-II、 D1.1-Ⅲ這兩種類別的要求。圖5c、圖5d中隨著木纖維含量的增多，抗折強度由9.54MPa降低到1.54MPa、吸水率由52%增大到60%、導熱系數由0.15W/(m·K)降低到0.09W/(m·K)。隨著木纖維加入量的增多，抗折強度遞減嚴重，當木纖維添加增大到3%以上時，硅酸鈣板強度將不能達到國標的要求，因此通過改變木纖維含量來制備不同類別的板材不具有可行性。

4 結論

(1) 通過改變硅藻土的加入量可以制備出多類別符合標準的硅酸鈣板產品，尤其可以用來制備低容重(密度＜0.95g/cm3)、低導熱率(導熱系數＜0.16W/ (m·K))的產品。

(2) 通過改變木纖維的加入量可以使得制備硅酸鈣板的容重從1.08g/cm3降到0.94g/cm3，缺點是硅酸鈣板抗折強度從9.54MPa降低到1.54MPa，強度遞減比較顯著，吸水率＞50%。通過改變木纖維的加入量來制備不同類別的硅酸鈣板不具有可行性。

圖5 木纖維加入量對性能的影響

[1]朱芝蘭.長石粉防火硅酸鈣板研制[J].非金屬礦，1999，22(6)：26-28.

[2]ASAMI T, IWANAGA T, ODA M, et al. Calcium silicate board and method of manufacturing same: U.S. Patent 6,139,620[P]. 2000-10-31.

[3]HAMILTON A, HALL C. Physicochemical characterization of a hydrated calcium silicate board material[J]. Journal of Building Physics, 2005, 29(1): 9-19.

[4]李清海，沈榮熹.白云母鱗片作增強材料制硅酸鈣板的研究[J].新型建筑材料，2000(5)：34-37.

[5]劉潔，趙東風.硅藻土的研究現狀及進展[J].環境科學與管理，2009，34(5)：104-106.

[6]夏惠鳳.硅藻土用于纖維增強硅酸鈣板生產的試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2014(2)：87-89.

[7]HARPER S. Developing asbestos-free calcium silicate building boards[J]. Composites, 1982, 13(2): 123-128.

[8]DO C T, BENTZ D P, STUTZMAN P E. Microstructure and thermal conductivity of hydrated calcium silicate board materials [J]. Journal of Building Physics, 2007, 31(1): 55-67.

Preparation of Calcium Silicate Board by Using Diatomite

LIANG Xing-rong1, ZHANG Ying-ying1, XIANG Xing1, XUE Jun1, CAO Hong1,2
(1. School of Material Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074, China; 2. National Engineering Research Center of Phosphate Resources Development and Utilization, Wuhan 430074, China)

Diatomite has the characteristics of the porosity, low density and high strength that are rich in our country, which owns a bright prospect for development in preparation of lightweight thermal insulation building materials. In this paper, the calcium silicate boards were produced by blending the raw materials diatomite, cement and wood fiber, and which were obtained by autoclaved curing for 8h at 180℃(1MPa) after pulp molding. In the meanwhile, the effect of diatomite or wood fiber content on property of the prepared calcium silicate board was discussed. The results showed that: calcium silicate board of this two performance indicators reached D0.8～1.3-II, D0.8～1.3-Ⅲ can be prepared by various diatomite content, among which its thermal conductivity is less than 0.16W/(m·K) and water absorption linearly increase as the increasing amount of diatomite; it is unsuccessful to prepare different types of calcium silicate board by the method of changing the amount of wood fiber.

diatomite; calcium silicate board; thermal conductivity; water absorption

P619.265；TU522.3

A

1007-9386(2014)05-0015-03

2014-05-06

國家科技支撐計劃項目(編號：2013BAB07B05)；國家自然科學基金青年科學基金項目(編號：71303180)。