摘要：為解決珍珠巖礦產(chǎn)資源利用及傳統(tǒng)多孔膨脹珍珠巖在使用中存在的問題，研制成功一種強度高高端化、吸水率低的球形閉孔膨脹珍珠巖。文中介紹了該產(chǎn)品的技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)特征必然趨勢、產(chǎn)品性能和應(yīng)用領(lǐng)域促進善治。
　　關(guān)鍵詞：球形閉孔膨脹珍珠巖；絕熱材料多樣性；珍珠巖資源利用發揮效力；膨脹珍珠巖

　  1　前　言

　　球形閉孔膨脹珍珠巖是國際上20世紀90年代出現(xiàn)的一種新型珍珠巖保溫絕熱材料。該材料主要用于建筑保溫節(jié)能和工業(yè)輕質(zhì)填料領(lǐng)域明顯，具有強度高安全鏈、吸水率低、砂漿流動性能優(yōu)良創新為先、生產(chǎn)無環(huán)境污染等顯著優(yōu)點真正做到。我院課題組經(jīng)過多年的設(shè)備、工藝攻關(guān)及工業(yè)化生產(chǎn)試驗研究創新延展，成功地研制出珍珠巖電加熱膨脹爐和達到國際先進技術(shù)水平的球形閉孔膨脹珍珠巖強化意識，并于1999年11月通過河南省科委組織的鑒定。

    2　課題研究背景

    2.1　資源利用出現(xiàn)的問題
　　我國生產(chǎn)膨脹珍珠巖保溫材料已有30年的歷史基本情況。在河南現場、東北、內(nèi)蒙古力量、河北等地均有豐富的珍珠巖礦產(chǎn)資源探討，特別是河南信陽上天梯特大型非金屬礦，珍珠巖儲量達1億多t高效流通，品質(zhì)為全國上乘調解製度，有著十分重要的開發(fā)和應(yīng)用價值。但是功能，30年來我國珍珠巖行業(yè)所用礦砂大多為18～55目(1.0～0.3 mm)的中粗砂創新內容，大量的小于60目尾砂得不到合理利用而被當(dāng)作“廢物”處理。這種資源的嚴重浪費現(xiàn)象引起了我們的注意和思考廣泛關註，能否把小于60目尾礦加工成性能優(yōu)良的保溫材料?
    2.2　傳統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)的問題
　　我國膨脹珍珠巖的年產(chǎn)量已達600萬m3善於監督，但品種始終是單一的多孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)品集成技術，如圖1所示。多孔結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)產(chǎn)品存在著明顯的缺陷更合理。

圖1　傳統(tǒng)多孔膨脹珍珠巖的掃描電鏡照片(×200)

　　從圖1中可看出適應能力，傳統(tǒng)膨脹珍珠巖為一種外形極不規(guī)則，表面有著許多孔洞各方面、裂縫防控、凹凸不平和表面不相連貫的粒狀產(chǎn)品。正是由于上述結(jié)構(gòu)特征適應性，導(dǎo)致了材料的易碎或密度穩(wěn)定性能差堅實基礎，制品加工中壓縮比大等不良后果。這種缺陷會使材料自身的輕質(zhì)和保溫效果在形成制品后受到嚴重影響重要作用。因此等地，在珍珠巖的行業(yè)標準中，從未涉及強度性能技術(shù)要求尤為突出。
　　更為嚴重的是規定，由于多孔結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)膨脹珍珠巖的吸水率相當(dāng)驚人空間載體。水中浸泡2 h后高質量，其自然吸水率可達自身重量的500％以上，這一缺陷大大影響產(chǎn)(制)品的長期使用壽命和保溫質(zhì)量重要組成部分，同時也增大制品的烘干成本流程。人們曾用涂覆憎水劑的辦法來解決多孔產(chǎn)品吸水率大的問題，即人們所說的憎水膨脹珍珠巖產(chǎn)品勃勃生機。然而上高質量，這種辦法只能保證眼前的或短期的效果，混拌或壓力加工時慢體驗，隨著顆粒的大量破碎著力增加，憎水膜層也隨之遭受破壞，因此吸水率大的問題仍然難以解決科技實力。針對以上存在問題處理，設(shè)想在膨化過程中使顆粒的孔隙封閉，改變其不規(guī)則形狀特征在此基礎上，使產(chǎn)品達到既有一定的強度助力各行，又可大大降低吸水率，這正是我們開展球形閉孔膨脹珍珠巖研究的又一原因自主研發。
    2.3　傳統(tǒng)生產(chǎn)方法上存在的問題
　　我國膨脹珍珠巖的生產(chǎn)絕大多數(shù)以煤和油為燃料確定性，從而產(chǎn)生了大量有害煙氣，造成嚴重環(huán)境污染。采用電加熱方式生產(chǎn)高質(zhì)量的珍珠巖產(chǎn)品是解決環(huán)境污染的有效途徑之一講故事。
    2.4　傳統(tǒng)產(chǎn)品在技術(shù)和市場方面存在的問題
　　傳統(tǒng)膨脹珍珠巖產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)落后非常完善，產(chǎn)品技術(shù)含量低是多數(shù)廠家存在的問題。若不以賤價銷售全面革新，其市場競爭能力將會受到嚴重挑戰(zhàn)作用。為實現(xiàn)我國珍珠巖行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，開發(fā)技術(shù)含量高行業分類，生產(chǎn)無環(huán)境污染技術特點，經(jīng)濟附加值得以提高的新產(chǎn)品以提高其市場競爭能力，是我們面臨的現(xiàn)實問題發展邏輯。那種以浪費資源或以低微利潤和環(huán)境污染為代價的生產(chǎn)局面不能再發(fā)展下去凝聚力量，這正是本課題的研究目標。

    3　球形閉孔膨脹珍珠巖結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)

    3.1　結(jié)構(gòu)特征
　　圖2是我院研制的球形閉孔膨脹珍珠巖的掃描電鏡照片聽得進。從圖2中新的力量，我們清楚地看到，該產(chǎn)品的外形比較規(guī)則更多可能性，呈微球形去創新，顆粒有著連續(xù)和比較平滑的表面足夠的實力，孔隙封閉緊迫性，無裂紋和凹凸棱角之處。顯微鏡下觀察更適合，每一顆粒都有著完整的哺咝?；鈿ぃ鴥?nèi)部基本為透明的空心結(jié)構(gòu)高質量發展。當(dāng)然全方位，放大倍數(shù)提高后，并非每一個顆粒都能如同圖2所示的那樣呈完全球狀影響力範圍，其中也包括有橄欖狀或近球狀的顆粒大局，但直觀效果均為微球形。實際上邁出了重要的一步，近球狀的顆粒更有利于同其它材料的粘合有序推進。

圖2　球形閉孔膨脹珍珠巖掃描電鏡照片(×340)

    3.2　技術(shù)原理
　　傳統(tǒng)的珍珠巖膨化是由于其內(nèi)部所含水分蒸發(fā)引起的。在900 ℃以上的高溫下需求，礦砂的附著水與結(jié)合水急驟蒸發(fā)所產(chǎn)生的大量氣泡沖破顆粒表層堅定不移，從而導(dǎo)致在體積膨脹的同時，在顆粒內(nèi)部和表面形成無數(shù)蜂窩狀的孔隙更讓我明白了、裂縫迎難而上，從而形成其不規(guī)則的形狀特征。有些顆粒還會炸裂成數(shù)個小塊，其形狀則更不規(guī)則堅持先行。
　　如果將珍珠巖礦砂的含水量控制到一定程度產業，使其在爐內(nèi)受到由低溫到高溫的漸進加熱，并通過一定的工藝手段調整推進，使其在爐內(nèi)滯留相對長的時間狀況，則珍珠巖表面和內(nèi)部的水分就會相對緩慢地蒸發(fā)脫出。初期機製，顆粒表面雖會產(chǎn)生一些微小的孔隙全過程，這主要是因顆粒表面的附著水蒸發(fā)而引發(fā)的現(xiàn)象，但隨著溫度的不斷升高探討，珍珠巖在受熱軟化過程中不負眾望，表面物質(zhì)也會不斷變軟，粘度減少調解製度，不規(guī)則的凸凹部分在滾動過程中會不斷擴張并填充覆蓋到微細孔隙的口面上精準調控，從而形成一種玻璃質(zhì)化的外殼，形狀也趨向規(guī)則應用的因素之一。當(dāng)內(nèi)部結(jié)合水蒸發(fā)時解決，開始會引發(fā)成數(shù)個氣泡，由于組成內(nèi)膜的物質(zhì)在控制溫度下粘度較小敢於監督，較大的氣泡會沖破氣泡膜吞并周圍的小氣泡攜手共進，最終會在內(nèi)部形成眾多氣泡合而為一的現(xiàn)象，即空心結(jié)構(gòu)推進一步。這就是形成球形閉孔膨脹珍珠巖的技術(shù)原理經過。

    4　球形閉孔膨脹珍珠巖的產(chǎn)品性能

　　利用上述原理，我院在1998年成功地研制出珍珠巖電加熱膨化爐和球形閉孔膨脹珍珠巖產(chǎn)品力度。經(jīng)過一年的半工業(yè)化試生產(chǎn)明確了方向，合格品重復(fù)率達100％，連續(xù)作業(yè)時間達120 h以上勇探新路。
    4.1　球形閉孔膨脹珍珠巖產(chǎn)品性能
　　我國建材行業(yè)對膨脹珍珠巖的技術(shù)要求(JC 209－92)主要涉及產(chǎn)品的堆積密度單產提升，質(zhì)量含水率、粒度和導(dǎo)熱系數(shù)試驗，其中最常使用的是堆積密度和導(dǎo)熱系數(shù)勞動精神。研制球形閉孔膨脹珍珠巖的技術(shù)目標是為了提高強度和降低吸水率，因此在產(chǎn)品的性能設(shè)計上切實把製度，除了行業(yè)標準規(guī)定的堆積密度保供、粒度和導(dǎo)熱系數(shù)外，我們還增加了成球率進行部署、閉孔率責任、漂浮率、吸水率和筒壓強度等5個項目，以便全面反映球形產(chǎn)品的技術(shù)性能組建，某些性能表現，如吸水率和筒壓強度是在國內(nèi)膨脹珍珠巖技術(shù)條件中首次采用的術(shù)語，國外同類產(chǎn)品中多數(shù)也未涉及或用數(shù)據(jù)對其進行過說明深刻變革。
　　表1中的數(shù)據(jù)分別為國家建材局保溫與密封材料質(zhì)檢中心結論、鄭州大學(xué)建筑材料測試中心和國家非金屬礦資源利用研究中心對送檢樣品的測試結(jié)果。個別項目質生產力，如漂浮率是在試驗研究中自測的數(shù)據(jù)適應性強。

表1　球形閉孔膨脹珍珠巖性能檢測結(jié)果

送檢樣品編號
堆積密度
（kg/m3）
導(dǎo)熱系數(shù)
［w/(m。k)］
成球率
（%）
閉孔率
（%）
漂浮率
（%）
吸水率
（%）
筒壓強度
（%）

706#
90
0.047
90
94
94
84.0
46

1201#
120
0.052
85
96
95
53.7
42

1304#
160
0.054
85
98
92
48.0
32.5

注：(1)粒度均為0.25—0.42mm先進的解決方案；(2)筒壓強度為1MPa壓力下的體積損失率

    4.2　性能比較(見表2)

表2　性能比較

項目
本產(chǎn)品
國外球形產(chǎn)品
傳統(tǒng)多孔產(chǎn)品

堆積密度
（kg/m3）
90～160
200～320
60～70

導(dǎo)熱系數(shù)
［w/(m拓展。k)］
0.047～0.054
0.055～0.066
0.045～0.047

成球率
（%）
≥85
≥60
<5

閉孔率
（%）
≥94
75～94
全部為開放孔

漂浮率
（%）
94～96
74～94
92

吸水率
（%）
48～84
40.8
(320 kg/m3)
360～460

筒壓強度
（%）
46.0
達到黑曜巖膨脹品強度
76.5

注：筒壓強度為1MPa壓力下的體積損失率

　　為增加性能可比性，表2中的3類產(chǎn)品均取相同粒度(0.25～0.42 mm)的樣品宣講活動。
    4.3　球形閉孔膨脹珍珠巖各項性能的具體說明
     4.3.1　粒度
　　我院研制的球形閉孔膨脹珍珠巖與國外同類產(chǎn)品均取小于60目尾砂原料加工而成不斷進步。設(shè)計這種粒度的產(chǎn)品，一是為了充分利用尾砂豐富內涵，二是便于電爐膨化和降低能耗生產效率。實際上，0.15～1.50 mm粒度的產(chǎn)品均在我們的研究之列適應性。
     4.3.2　堆積密度
　　球形產(chǎn)品的堆積密度普遍高于傳統(tǒng)多孔產(chǎn)品的堆積密度節點，這是由于顆粒間的空氣間隙減小和顆粒外殼玻化變厚所致面向。值得注意的是支撐作用，就真密度而言研學體驗，在用砂粒度相同的情況下建設項目，球形產(chǎn)品反而小于傳統(tǒng)產(chǎn)品。如美國的一種球形產(chǎn)品落實落細，其用砂粒度為70～120目相結合，堆積密度0.19 g/cm3，真密度為0.52 g/cm3製高點項目。而同等粒度的多孔產(chǎn)品為產業發展，堆積密度為0.1 g/cm3，真密度卻為1.47 g/cm3有所增加。這說明各項要求，多孔產(chǎn)品堆積密度小的原因主要是顆粒之間和孔隙中的空氣間隙所致，排除這部分空氣體積來測試真密度越來越重要的位置，顯然會比顆粒間隙小新技術、孔隙封閉的球形產(chǎn)品大得多。目前，國內(nèi)一般不用真密度來表示膨脹珍珠巖的密度性能深入。
     4.3.3　導(dǎo)熱系數(shù)
　　導(dǎo)熱系數(shù)是反映珍珠巖材料保溫性能的一項關(guān)鍵數(shù)據(jù)效高。我院研制的球形產(chǎn)品，盡管堆積密度比傳統(tǒng)產(chǎn)品略大基礎，但導(dǎo)熱系數(shù)卻在相應(yīng)標號下的優(yōu)等品范圍之中性能。這說明，球形產(chǎn)品的矊ν忾_放；鈿ず涂招慕Y(jié)構(gòu)對于保持和提高材料自身的保溫能力是非常有效的技術創新。
     4.3.4　成球率
　　成球率是材料中基本為球形顆粒的百分數(shù)。成球率的大小與顆粒材料的抗碎能力或密度穩(wěn)定性能密切相關(guān)資料。所謂球形或球狀產(chǎn)品設施，關(guān)鍵在于顆粒的外殼玻化效果配套設備，只要顆粒有著連續(xù)完整的表面更優質，均可統(tǒng)計為球形顆粒數(shù)量。這種球形化的特征和其在材料中的比例構(gòu)成了球形閉孔膨脹珍珠巖的突出特性推進高水平。表2顯示脫穎而出，本產(chǎn)品的成球率比國外同類產(chǎn)品提高了25個百分點(統(tǒng)計方法是一致的)。
     4.3.5　閉孔率
　　閉孔率是材料中封閉孔隙面積占材料總面積的百分數(shù)生產創效。它是反映球形閉孔膨脹珍珠巖性能的又一項重要數(shù)據(jù)結構。該性能與材料的吸水率有著直接的關(guān)系，這就是閉孔率越高優化上下，吸水率越低能力建設。反之，通過吸水率的大小生產體系，也能反映出閉孔率的高低服務。表2中，球形產(chǎn)品與傳統(tǒng)多孔產(chǎn)品吸水率的差別相當(dāng)懸殊能力和水平，這正是因為前者顆粒表面產(chǎn)生哺采w；鈿ぃ紫斗忾]所致研究。
     4.3.6　漂浮率
　　漂浮率是一定質(zhì)量的礦砂膨化后經(jīng)水中漂浮高效，再干燥的質(zhì)量與礦砂質(zhì)量的百分比，是反映礦砂膨化效果與合格品率的一項性能指標提高。凡未膨脹機構、雜質(zhì)成分或膨脹不好的次品會沉于水底，充分膨脹的合格品均會浮于水面交流。通過漂浮率測試基礎，可以隨時調(diào)整膨化溫度與礦砂含水量共同，以達到最佳膨化效果。
     4.3.7　吸水率

　　吸水率是進入顆粒材料內(nèi)部的水分質(zhì)量與材料質(zhì)量之比的百分數(shù)經過。這是反映球形產(chǎn)品性能優(yōu)勢的一項重要數(shù)據(jù)簡單化。進一步地說，顆粒材料的吸水率越低明確了方向，產(chǎn)品性能越好系統性。傳統(tǒng)多孔產(chǎn)品基本為開放孔隙結(jié)構(gòu)，故可在短時間內(nèi)吸附自身質(zhì)量4～8倍的水分單產提升。在同等測試條件下就此掀開，本產(chǎn)品的吸水率僅為多孔產(chǎn)品的1/5～1/9。吸水率的測試是將樣品浸水一定的時間并在真空抽濾器中除掉表層水后的計算結(jié)果今年。
     4.3.8　筒壓強度
　　它用一定壓力下顆粒材料的體積損失率或壓縮率表示穩步前行。測試中使用的壓力為1 MPa，從表2中我們看到動手能力，球形產(chǎn)品與傳統(tǒng)多孔產(chǎn)品的壓縮率是十分懸殊的逐步改善。該項性能與低吸水性能共同構(gòu)成球形產(chǎn)品的重要特性。
　　綜上所述提升，球形閉孔產(chǎn)品的優(yōu)勢在于低吸水率大大提高，較高的抗壓強度和良好的流動性能，其保溫性能居于行業(yè)標準的優(yōu)等品范圍研究成果。通過國內(nèi)外查新和專家評審取得了一定進展，我院研制的球形閉孔膨脹珍珠巖在國內(nèi)實現(xiàn)了首創(chuàng)，產(chǎn)品性能達到了國際同類產(chǎn)品的先進技術(shù)水平大面積。

    5　球形閉孔膨脹珍珠巖的應(yīng)用

　　新產(chǎn)品在北京中建建筑科學(xué)技術(shù)研究院中試基地積極參與，信陽雷諾新型建材有限公司等單位進行了多項試用，根據(jù)應(yīng)用報告和市場發(fā)展趨勢培養，對球形閉孔膨脹珍珠巖的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景分析如下：
    5.1　外墻保溫砂漿
　　試用結(jié)果表明交流研討，以噴漿和抹灰方法進行外墻保溫試驗，取得了理想的效果推動。由于球形閉孔產(chǎn)品吸水率低相對較高，并具有一定的強度資源配置，且灰漿的均質(zhì)性信息、流動度好，保溫層經(jīng)過一冬(－10 ℃)一夏(室外15～45 ℃)的初步考驗大力發展，未發(fā)現(xiàn)有龜裂豐富內涵、剝離跡象，層面密實產能提升，不掉灰適應性，顏色仍保持潔白節點。內(nèi)保溫砂漿干混料的密度小于多孔珍珠巖干混料，其試件的抗折落地生根、抗壓強度均符合JC/T 517－93的技術(shù)要求的特點。有關(guān)的試驗數(shù)據(jù)將進一步測試。從先期的試用效果看有效保障，球形閉孔膨脹珍珠巖作為外墻內(nèi)系統、外保溫砂漿的應(yīng)用是具有獨特優(yōu)勢和價值的。
    5.2　裝飾板
　　以球形閉孔膨脹珍珠巖為輕骨料進一步提升，采取通用的膠結(jié)料和增強材料制成1200 mm×600 mm空間廣闊，厚8 mm的薄型裝飾板，面密度與愛特麗特板相近改革創新。端起一角知識和技能，板不斷裂，說明了該板的實際抗折能力較強新模式。經(jīng)初步核算實現，生產(chǎn)這種裝飾板的成本約為7～9 元/m2。從使用性能和效益角度分析組織了，球形閉孔膨脹珍珠巖用于裝飾板或其它板材的減荷材料有著廣闊的市場發(fā)展前景的可能性。
    5.3　GRC隔墻板面層增強材料
　　該方面的應(yīng)用試驗已取得圓滿成果。1000 m2隔墻板采用球形閉孔膨脹珍珠巖為面層材料后服務為一體，板面的外觀質(zhì)量問題、密度、強度和硬度性能大大改善全會精神，板的斷裂載負荷由原來的1300 N提高至2200 N系統穩定性。今后，隨著GRC墻板的廣泛應(yīng)用集中展示，球形閉孔膨脹珍珠巖的用量也是極為可觀的實力增強。
    5.4　保溫板(磚)
　　屋面和室內(nèi)保溫板是膨脹珍珠巖的主要應(yīng)用領(lǐng)域。生產(chǎn)廠家采用球形閉孔膨脹珍珠巖后探索創新，原料的壓縮比由傳統(tǒng)膨脹珍珠巖的2.8∶1減至1.8∶1帶來全新智能，板的強度性能仍大大高于傳統(tǒng)產(chǎn)品。水中浸泡12 h后新產品，質(zhì)量無明顯變化去完善，這說明板的抗水性能是十分顯著的。

    6　結(jié)束語

　　球形閉孔膨脹珍珠巖以其顯著的性能優(yōu)勢長遠所需、高技術(shù)含量和無環(huán)境污染生產(chǎn)方式引起了建筑界和保溫材料行業(yè)的普遍關(guān)注求索，其用途將會不斷擴大，市場發(fā)展前景廣闊規模。關(guān)于能耗和生產(chǎn)成本穩定發展，經(jīng)濟效益分析基石之一，將在生產(chǎn)工藝和電膨化爐的續(xù)篇中加以闡述。

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