膨脹珍珠巖在保溫節(jié)能中的研究與應用

1、膨脹珍珠巖在保溫節(jié)能中的研究與應用摘 要：對膨脹珍珠巖的開采和生產工藝進行了介紹；綜述了膨脹珍珠巖在建筑節(jié)能中的應用；重點論述了新型膨脹珍珠巖在外墻外保溫系統(tǒng)研究發(fā)展，展望了未來膨脹珍珠巖的發(fā)展和應用前景。關鍵詞：膨脹珍珠巖；建筑保溫材料；節(jié)能 Abstract: For of expansive perlite mining and production process were introduced; Reviews expansion perlite with the application in building energy saving. Discusses the new exp

2、ansion perlite in exterior insulation system research and development, and looks forward to the future of expansive perlite development and application prospect.Keywords: expanded perlite; Building insulation materials; energy saving引言膨脹珍珠巖是將天然珍珠巖礦石(屬酸性較大的玻璃質巖石，系火山噴發(fā)巖漿急冷濃縮而成的天然硅鋁質無機非金屬材料)，經過破碎篩選，在高溫

3、煅燒下，其體積急劇膨脹，制得的多孔、色白的顆粒狀物質。膨脹珍珠巖具有重量輕、無毒害、隔熱性能好、抗蝕、不燃等優(yōu)良的物理化學特性以及使用成本低廉的特點，被制成各種形狀的保溫制品，用于工業(yè)窯爐、蒸汽管道以及石化、工業(yè)冷庫、食品冷庫低溫管道與冷凍設備的隔熱。又因其同時具備保溫隔熱及吸音等多重特殊性能，在當今社會節(jié)能型工業(yè)、民用建筑上的應用日趨廣泛1。1.珍珠巖概述1.1珍珠巖工業(yè)的發(fā)展一種天然酸性玻璃質火山熔巖非金屬礦產，包括珍珠巖、松脂巖和黑曜巖，三者只是結晶水含量不同。由于在1000l300 高溫條件下其體積迅速膨脹430倍，故統(tǒng)稱為膨脹珍珠巖。一般要求膨脹倍數>710倍（黑曜巖>3

4、倍，可用），二氧化硅70左右。均為露天開采。不用選礦，只需破碎，篩分即可?？捎米鬟^濾劑、催化劑、分子篩以及橡膠、化肥、農藥的載體。廣泛用于建筑、冶金、石油、機械、輕工、水電、鑄造、醫(yī)藥、食品、農林園藝等部門。珍珠巖工業(yè)的發(fā)展可追溯到上個世紀20年代，1924年德國首先在實驗室發(fā)現珍珠巖在高溫條件下具有膨脹性；1940年美國在內華達洲開始生產膨脹珍珠巖做砂漿骨料；1949年成立了珍珠巖協(xié)會，現有44個國家和地區(qū)的75個珍珠巖協(xié)會，總部設在美國紐約2。我國珍珠巖工業(yè)起步較晚，1964年開始組織科研攻關，由地質部河北非金屬地質研究所探詢珍珠巖礦山資源，電力部在北京、冶金部在大連、建材部在天津選點進行

5、珍珠巖生產、科研攻關，經過5年的努力，終于研究掌握了膨脹珍珠巖及其制品的生產工藝，于1969年春在大連耐火材料廠進行了工藝、產品堅定，也標志著我國珍珠巖工業(yè)的規(guī)模化生產開始起步，由于我國珍珠巖資源豐富、分布面廣、品位又高，因而在不到20年的時間里，全國珍珠巖礦業(yè)已達到了千余家。1.2膨脹珍珠巖的特性與用途膨脹珍珠巖是一種無機玻璃質礦物材料，由火山巖粉碎成礦砂，再經過特殊膨化加工而成。大致化學成份為：SiO2 7072 、A12O3 1014 、Fe2O3 0.30.9 、CaO1.22.2、K2O23.5 、Na2O 13 、MgO少量、H2O 46 。其內部有豐富的多孔結構，具有價廉、表觀密

6、度低、導熱系數小、化學穩(wěn)定性好、使用溫度范圍廣、無毒、無味、防火、吸音等特點3。膨脹珍珠巖的主要用途：(1)建筑領域：保溫隔熱、防火涂料、吸音板等；(2)工業(yè)領域：管道保溫、保冷絕熱、過濾材料、煉鋼過程的集渣材、橡膠塑料的填充材料等；(3)農園藝領域：無土栽培、土壤改良、農藥緩釋劑等。1.3 膨脹珍珠巖的生產工藝過程膨脹珍珠巖的生產工藝過程：從礦山開采后的礦石通過機械破碎、振動式篩分加工成具有一定粒度級配的礦砂，膨脹廠根據不同用途進行選購。珍珠巖原料礦砂的含水量一般為46%，由于含水量過高，經高溫加熱后，水份的急速揮發(fā)會造成珍珠巖的炸裂4。所以，應首先將珍珠巖的無效水含量在膨脹前去除掉，使其保

7、留正常膨脹所需的水份（即有效水份）。經過國內外實驗室和生產廠的大量試驗總結，膨脹珍珠巖的有效含水量在2.22.4%之間時，膨脹后的效果最佳，膨脹倍數最大（即松散密度最低）。因此，膨脹珍珠巖的生產過程應包括預熱、膨脹兩個關鍵工序：(1)預熱：根據產地、粒度大小的不同，珍珠巖礦砂在650800的溫度環(huán)境下預熱28 min后，含水率將達到膨脹要求；(2)膨脹：經預熱后的礦砂，經投料裝置均勻灑向溫度保持在11001200高溫的火焰上，礦砂將被急劇加熱并迅速膨脹至原來體積的1030倍，膨脹后的珍珠巖顆粒呈白色或淺灰色，內部含有蜂窩狀結構，松散密度一般為4080 kg/m。膨脹后的珍珠巖隨著高溫氣體經旋風

8、分離器進行料器分離后進入集料倉，含有少量微塵的高溫氣體經袋式除塵裝置除塵后排到大氣中。條件較差的工廠則不設立專門的除塵裝置，而是將高溫氣體直接排出5。2.建筑保溫材料的應用狀況外墻墻體保溫隔熱在建筑節(jié)能中占有重大比重。國外的外墻保溫工程最早出現在歐洲，至今已有35年以上的歷史。使用最多的是發(fā)泡聚苯板薄板抹面外保溫系統(tǒng)，其他應用的技術還有玻璃棉外保溫系統(tǒng)、巖棉外保溫系統(tǒng)、聚氨酯外保溫系統(tǒng)和珍珠巖保溫系統(tǒng)6。我國在上世紀80年代中期開始研究外保溫技術，并進行了工程試點。國內的企業(yè)、研究單位首先通過改良工業(yè)窯爐、管道保溫技術用于建筑物節(jié)能。這方面的技術有珍珠巖、復合硅酸鹽、海泡石或有機硅復合的各種外

9、墻保溫砂漿，并于90年代初應用于北方寒冷地區(qū)的節(jié)能建筑。 隨著對國外技術的引進和消化吸收，我國也開始使用如發(fā)泡聚苯板薄板抹面外保溫技術、機械固定聚苯板鋼絲網架外墻保溫技術、膠粉發(fā)泡聚苯顆粒外保溫技術和聚氨酸高效外保溫材料。經過這些年的實踐，取得了很大成績，但也出現了不少問題。隨著我國建筑節(jié)能指標要提高到65%以上，這對外墻保溫技術提出了相當高的要求。對于建筑材料業(yè)也是一個重大的課題7。合格的外墻保溫系統(tǒng)應該具備下列條件：（1）能適應基層的正常形變而不產生裂縫或空鼓；（2）能長期承受自重而不產生有害的形變；（3）能承受風荷載的作用而不產生破壞；（4）能耐受室外氣候的長期反復作用而不產生

10、破壞；（5）在罕遇地震發(fā)生時不應從基層上脫落；（6）高層建筑外墻外保溫工程應采取防火構造措施；（7）應具有防水滲透性能。3.膨脹珍珠巖在保溫節(jié)能中的研究與應用21世紀能源危機的降臨和建筑節(jié)能政策的強制實施。推動了建筑保溫材料的快速發(fā)展。目前，建筑物外墻圍護結構多采用以聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯硬質泡沫塑料等有機泡沫塑料為保溫材料的外墻外保溫板體系。但是，該類有機保溫材料存在引發(fā)火災的危險性。一旦其局部點燃，火勢會迅速蔓延到整個保溫層。引發(fā)建筑物火災 針對近幾年由建筑保溫材料引發(fā)建筑火災而造成的嚴重果，國家公安部消防總局于2011年3月14日下發(fā)了關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關要

11、求的通知。通知中“民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料”這一規(guī)定的從嚴執(zhí)行。一方面極大限制了有機保溫材料在墻體保溫領域的大量應用。另一方面也推動了墻體保溫技術的深化與革新。無機保溫材料與有機保溫材料相比。具有防火性能好、耐老化、變形系數小、與面層材料粘結強度高等優(yōu)點8。所以將無機保溫材料應用于墻體保溫材料中。有著廣泛的應用前景。3.1膨脹珍珠巖在建筑節(jié)能中的應用膨脹珍珠巖是一種傳統(tǒng)的建筑保溫材料，應用非常廣泛。膨脹珍珠巖用于建筑保溫材料在歐洲占珍珠巖用途50%，在北美占60%，在日本占55%，在我國占65%。從1964年我國開發(fā)膨脹珍珠巖以來，在建筑保溫方面發(fā)揮了重要作用。其使用方法可分

12、兩類：“濕法”，供應商將袋裝混合物（石膏或水泥+膨脹珍珠巖+添加劑）提供給用戶，只需加水即可使用；“干法”，基本建筑材料是預制板（不加水）。一般來講，板材有許多種（屋頂板、天花板、隔墻板和地板），板材制作需要用以下原料；聚合材料（膨脹珍珠巖就是一種輕型骨料），（礦棉、石棉、玻璃棉、纖維、木材等），添加劑。還有一種板材不用纖維，就像是一種“三明治”（如石膏、灰漿、板材），或者很多不同層面，生產方法通常是將原材料混合，排干水分，壓制成帶形，切成一截一截的烘干，再進行表面處理。在我國發(fā)展使用最多的是GRC輕質墻板、GRC蜂巢式輕質墻板。1995年全國GRC隔墻板產量1000萬平方米，GRC內保溫板產

13、量為20萬平方米，而到了2000年其產量翻了一番。事物總是一分為二的，膨脹珍珠巖作為一種保溫材料在建筑節(jié)能上得到了廣泛的應用，而珍珠巖在高溫膨脹之后形成了許多微孔，這種特性被人們用于酒類、飲料、石油、醫(yī)藥和各種液體過濾的優(yōu)質介質材料。由于膨脹珍珠巖吸水率較高，在墻體溫度變化時，珍珠巖因吸水膨脹產生鼓泡開裂現象，吸水還降低了材料的保溫性能。另外，由于珍珠巖保溫材料多出于珍珠巖與水泥結合體，就出現了難以解決的強度與導熱系數的矛盾。如果導熱系數滿足了使用要求，往往強度變低，反之，墻體強度滿足了使用要求，導熱系數往往變高。這給其作為建筑保溫材料帶來了致使的缺陷。這種不盡人意之處招致了國家建設部下文限制

14、使用膨脹珍珠巖作為內保溫漿料的厄運9。近年以來，黨中央國務院高度重視發(fā)展循環(huán)經濟和建設節(jié)約型社會。2004年中央經濟工作會議上，胡錦濤同志明確指出要大力發(fā)展節(jié)能省地型住宅，全面推廣和普及節(jié)能技術，制定并強制推行更加嚴格的節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水標準。溫家寶同志也指出，大力抓好能源、資源節(jié)約，加快發(fā)展循環(huán)經濟；并在2005年政府工作報告中明確提出，鼓勵發(fā)展“節(jié)能省地型”住宅和公共建筑。建設部也頒發(fā)了關于加強節(jié)能工作的意見。3.2閉孔珍珠巖和玻化微珠膨脹珍珠巖雖然是一種具有保溫、防火、綠色環(huán)保的建筑材料，但是由于吸水率高，和難以保持應有的抗震、抗裂的外墻強度而不能被廣泛的應用。為了解決上述難題，我國珍珠巖

15、行業(yè)的科研人員經過幾年的科研攻關先后研制成功了閉孔珍珠巖和?；⒅?0。閉孔珍珠巖加工工藝是采用電爐加熱的方式，通過對珍珠巖礦砂的梯度加熱和滯空時間的精確控制，使產品表面溶融，氣孔封閉，內部保持蜂窩狀結構不變。閉孔珍珠巖克服了傳統(tǒng)膨脹珍珠巖吸水率大、強度低、流動性差的特點，延伸了膨脹珍珠巖的應用領域。我國珍珠巖行業(yè)的科研人員成功的開發(fā)了電爐絲發(fā)熱的單管電爐，最終形成了規(guī)?；a11。?；⒅椋且环N無機玻璃質礦物材料，經過特殊生產工藝技術加工而成，呈不規(guī)則球狀體顆粒，內部多孔空腔結構，表面玻化封閉，光澤平滑，理化性能穩(wěn)定，具有質輕、絕熱、防火、耐高低溫、抗老化、吸水率小等優(yōu)異特性，可替代粉煤灰

16、漂珠、玻璃微珠、膨脹珍珠巖、聚苯顆粒等諸多傳統(tǒng)輕質骨料在不同制品中的應用。是一種環(huán)保型高性能新型無機輕質絕熱材料。從以下產品主要性能對照，我們就可以根據不同理化性能分別加以應用，見表1。表1 不同珍珠巖材料的性能參數名稱膨脹珍珠巖閉孔珍珠巖?；⒅槿葜?kg/m3)70-250120-20050-120導熱系數(W/mK)0.047-0.0740.045-0.0580.028-0.048吸水率(%)480-36084-3850-20漂浮率(%)< 80> 90> 98筒壓強度(%) (1MPa下體積損失率)76-8035-6530-60閉孔珍珠巖和?；⒅椴坏哂姓渲閹r具有的

17、重量輕、穩(wěn)定抗老化、防火、綠色環(huán)保等特點，又克服了一般珍珠巖導熱系數高的弊端，是理想的外墻保溫系統(tǒng)的輕質骨料。3.3玻化微珠保溫砂漿我國建筑能耗占全部能耗的1/3以上，建筑節(jié)能在國家節(jié)能系統(tǒng)中占據著重要的地位。而在建筑能耗中，通過外墻造成的能耗約占建筑總能耗的50。因而，提高外墻的保溫性能已成為實現建筑節(jié)能的關鍵所在。?；⒅楸厣皾{具有粘結性好、強度高，耐水、抗老化、防火、不空鼓、抗開裂等特點。所以，?；⒅楸厣皾{得到廣泛的推廣和應用。膨脹珍珠巖與?；⒅榻M成復合骨料來制備保溫砂漿，以改善骨料顆粒級配，降低砂漿的干密度，提高砂漿強度閉；粉煤灰來源廣泛、價格低廉，可減少水泥用量降低成本，起到

18、節(jié)能環(huán)保作用，同時也能降低砂漿的干密度，改善拌合物的和易性；聚丙烯纖維與水泥基材料有極強的結合力，可以迅速而輕易的與砂漿結合，提高抗拉強度；在保溫砂漿中加入引氣劑可為砂漿引入連續(xù)的氣泡，可降低水泥漿體與骨料之間的密度差，防止骨料上浮，從而消除分層現象，并可提高砂漿的和易性12。4.新型膨脹珍珠巖外墻外保溫系統(tǒng)經過對多年來膨脹珍珠巖內外墻保溫砂漿的分析研究，我國珍珠巖行業(yè)的企業(yè)、大專院校和科研院所的科研人員在研制成功閉孔珍珠巖和玻化微珠的基礎上，研制開發(fā)了新型膨脹珍珠巖外墻外保溫系統(tǒng)，并在北京、上海、武漢等地用于建筑工程。新型膨脹珍珠巖外墻外保溫系統(tǒng)是由與基礎墻體相粘接的保溫界面層、珍珠巖骨料層

19、、表面抗裂層組成的復合保溫系統(tǒng)13。粘接保溫界面層漿料采用無機材料和有機添加劑合成，用噴槍在基礎墻體上噴涂1cm，與基礎墻體形成一體。同時粘接保溫界面具有一定的彈性，以保持與基礎墻體的穩(wěn)定性。中間珍珠巖骨料層由閉孔珍珠巖或?；⒅榕c無機材料和有機添加劑合成，由人工披涂在中間層，最后，可有用噴槍噴涂外層抗裂層。這種新型珍珠巖外墻保溫系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）根據建設部行業(yè)標準外墻外保溫工程技術規(guī)程基本規(guī)定內容要點七項要求，由于新型珍珠巖外墻保溫系統(tǒng)由三層結構形成，保溫系統(tǒng)與基礎墻體形成一體，首先是保溫界面層，此層采用了無機材料與有機添加劑，具有較高的附著力、粘合力和柔韌性，能適應基礎墻體內應力的運

20、動，分散了因地震引起的變化。由于保溫系統(tǒng)與基礎墻體形成一體，基本避免了因內外溫差變化或因起鼓開裂引起水蒸汽在基礎墻體與保溫界面層之間結露產生的發(fā)霉?jié)B水變質，造成保溫系統(tǒng)脫落傷人等嚴重事故。由于基礎墻體與保溫界面層的一致性，提高了外墻外保溫系統(tǒng)的抗風能力，減少了大風對高層建筑外墻外保溫系統(tǒng)的破壞14。（2）由于珍珠巖外墻保溫系統(tǒng)用了無機復合材料與有機添加劑為漿料載體，其本身有一定的彈性成分，加上釉化后的閉孔珍珠巖或?；⒅椴粌H有一定的強度，而且又有一定的柔韌性，因此不會出現龜裂現象和空鼓現象。（3）由于閉孔珍珠巖和?；⒅槭窃趥鹘y(tǒng)膨脹珍珠巖基礎上進行了物理釉化，降低了導熱系數，以及在外墻保溫系統(tǒng)

21、中采用了低密度無機材料和有機添加劑，避免了增加導熱系數的因素，因此，提高了新型珍珠巖保溫系統(tǒng)的保溫性能。閉孔珍珠巖和?；⒅槿葜剌p、吸水率低、不易粉化，在料漿攪拌中體積收失率小。由于閉孔珍珠巖和玻化微珠物理性能穩(wěn)定，避免了如聚苯顆粒等有機材料在高溫下產生有害氣體和抗老化耐候性差、施工中反彈性大等缺陷。所以新型珍珠巖骨料層保溫性好，穩(wěn)定性強15。（4）由于珍珠巖骨料是經過1200高溫膨脹形成，所以具有天然的防火性能，不需要添加任何防火劑就可以保證了高層建筑外保溫層的安全性。（5）膨脹珍珠巖是酸性火山玻璃質熔巖，它具有獨特的結構和特征，無毒、無味，是天然的綠色環(huán)保材料。膨脹珍珠巖的物理性能穩(wěn)定，即

22、便是在高溫環(huán)境下也不會排放出有害氣體，不會出現老化及耐候性差的問題，不會對城市空氣造成污染，符合現代人對家居環(huán)保的要求，也符合綠色消費和循環(huán)經濟發(fā)展的要求。5.結束語黨的十六大提出了全面建設小康社會，加快了我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設的進程。建筑業(yè)發(fā)展正處于鼎盛時期，目前每年新增建筑面積在20億m2，給建筑節(jié)能提出了重大課題。因此，新型珍珠巖外墻保溫系統(tǒng)項目不僅具有重大的經濟意義，而且具有重大社會效益。參考文獻：1 鄒偉斌. 膨脹珍珠巖保溫材料及其應用J.四川水泥,2008,(5):15-16.2 王智宇,李陸寶,施衛(wèi)平,等.膨脹珍珠巖的聚合物改性技術與聚合物保溫砂漿J.新型建筑材料, 2008,(10) :40-42.3 Ilker Bekir Topcu. Manufacture of high heat conductivity resistant clay bricks containing perliteJ. Buildingand Environment,2007,42(10)3:540-3546.4 Ali karaipekli. Capricmyristic acidexpanded perlit