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提高发泡陶瓷耐火极限性能的方法研究

本文通过添加锰泥及TiO2微粒实现了一种提高发泡陶瓷耐火极限性能的方法,并研究了其微观形态及物理性能,以期为提高发泡陶瓷耐火极限性能提供参考。


实 验


01 TiO2微粒的制备


将90 g尿素溶解到1L水中,称取260 g熟石灰缓缓加入到溶有尿素的水中,搅拌2 ~ 6 h,放置待澄清后过滤,得到溶液A。将硫酸钛和硫酸氧钛的浓缩溶液与水按照1:10的比例混合均匀,得到溶液B。将Span80和Tween40按照一定比例加入到环己烷中,搅拌30 min,混合均匀,得到乳化液。将乳化液均匀分成两份,其中一份加入溶液A搅拌均匀制成乳液A;另一份加入溶液B搅拌均匀制成乳液B。剧烈搅拌下将乳液A缓慢地加入到乳液B中,得到白色的TiO2微粒的乳液,该溶液抽滤后得到白色TiO2微粒粉末。


02 发泡陶瓷的制备


按照配方分别称取钾钠长石、锰泥、黄泥、滑石、碳化硅和TiO2微粒粉末,用快速球磨机将原料混合20 min,使原料各组分充分混合。将混合好的原料喷雾造粒、陈腐一段时间后,放入磨具,在台式快速全自动炉中进行烧结处理。


实验结果与分析


01 TiO2微粒的表征


提高发泡陶瓷耐火极限性能的方法研究

从上图可以看到制备的TiO2微粒多呈准球形,部分TiO2微粒团聚在一起生成较大的粒子。粒度分布相对均匀,通过粒度分析可以得到纳米粒子的粒径多在0.6 ~ 1.0 μm之间。扫描电镜结果说明,得到了较为均匀的准球形的TiO2微粒,其粒径大于100 nm,由于该粒径较小,其TiO2微粒在烧结时的烧结温度比普通的TiO2粉末要低的多。


02 改性发泡陶瓷的微观形貌分析


提高发泡陶瓷耐火极限性能的方法研究

添加TiO2微粒后,发泡陶瓷表面几乎变为一个整体,不存在裂痕,并且褶皱消失。这种结构持续接触火焰,气孔受应力整体几乎一致,要比普通发泡陶瓷的耐火极限性能时间会长得多。


提高发泡陶瓷耐火极限性能的方法研究

同时添加锰泥和TiO2微粒后,发泡陶瓷表面变为一个整体,不存在裂痕,并且褶皱消失,也不存在分层的现象。这种结构与实验中其它组的耐火极限性能时间相比,会长很多。


03 改性发泡陶瓷的耐火极限性能


普通发泡陶瓷耐火极限性能时长为1.13 h,添加锰泥发泡陶瓷耐火极限性能时长为1.75 h,添加TiO2微粒发泡陶瓷耐火极限性能时长为2.55 h,添加TiO2微粒与锰泥发泡陶瓷耐火极限性能时长为3.47 h。从实际测量的耐火极限性能来看,材料的微观结构对耐火极限性能影响比较大,当材料存在很多细小的裂痕,并出现一些褶皱时,其耐火极限性能最差。发泡陶瓷表面成为一个整体,不存在裂痕,褶皱消失,也不存在分层时,其耐火性能最好。根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》:民用建筑中墙体耐火极限性能最高要求达到3 h。其中添加TiO2微粒与锰泥发泡陶瓷显然可以满足该要求。


04 改性发泡陶瓷的抗压抗折强度


提高发泡陶瓷耐火极限性能的方法研究

结 论


使用钾钠长石、黄泥、滑石合成了一种白色的发泡陶瓷,并且添加锰泥、TiO2微粒对其改性,其发泡陶瓷孔径均在0.1 ~ 0.3 cm之间,并且均有玻璃化现象。


添加锰泥、TiO2微粒对发泡陶瓷的性质会有比较大的影响。其中,添加了TiO2微粒会对发泡陶瓷的烧成温度有所降低;添加锰泥、TiO2微粒会对发泡陶瓷的微观结构产生影响,发泡陶瓷原有的褶皱、裂痕消失。



发泡陶瓷的微观结构变化会对发泡陶瓷的性质产生影响,随着发泡陶瓷原有的裂痕、褶皱消失,其耐火极限性能提高,并达到民用建筑中墙体耐火极限性能最高要求;抗压抗折性能也有所增加。


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