挤出型保温砖的研究

        轻质高保温砖的优点是具有大数量的孔洞 多排孔洞和薄的孔壁使其具有高保温性能的主要因素这种砖的缺点是抗压强度低，多孔砖窑想获得一定的保温性能必须对其孔洞排列和孔形进行精巧的设计但这却会使多孔砖的抗压强度受到影响。德国砖瓦研究所曾用压制成型方法生产高保温性能砖然而建筑市场却挤出成型的保温砖有一定的需求。

        人们多年来致力于微孔陶瓷坯体的研究。其目的首先是生产高保温性能板材。由此推动了含有微孔的挤出型粘土多孔砖的发展。这些砖的强度介于2~4N/mm²之间。其各项性能见表1这就是工业化生产带有微孔结构的挤出型多孔砖成为可能。

表1 一些轻质保温建筑砖的性能

        在传统的基挤出成型多孔砖工艺中微孔的生成一般采用添加成孔剂的方法添加剂有聚苯乙烯、锯末、煤粉、纤维素碎片等。根据用户对多孔砖承受荷载要求的不同 必须对多孔砖抗压强度进行测试。成孔剂的掺入一般会降低坯体的抗压强度 而且其影响程度还与成孔剂的类型和成孔剂颗粒的大小有关。成孔剂的试验及其处理方法还直接影响到多孔砖的成型、干燥和烘烧。通过对原料进行适宜的预处理和添加细粒成孔剂可以将多孔砖的体积密度控制在较低的水平。

        合理的粘土多孔砖生产工艺可以有效地抵消抗压强度的降低。多孔砖的结构强度主要取决于制砖原料和所掺入原料的主要矿物组成。可燃料的掺入会降低砖坯的强度且降低程度主要与可燃料颗粒的大小和形状有关。提高砖强度的一些添加剂的情况要复杂的多它会改变焙烧过程中砖坯的烧结状态形成一些新的基质从而提高砖坯的结构强度矿物添加剂如石灰、白垩土以及工业废渣等。为了获得最佳的组成需要制砖原料中掺入上述一些成孔剂。多孔砖孔壁的几何形态是影响砖强度的主要因素砖内微孔的大小和数量以及微孔的密集程度也是影响砖强度的主要因素其中两个成孔剂颗粒之间物料的厚度对强度影响最明显。多个成孔剂颗粒如大聚苯乙烯颗粒的大量堆积会提高砖制品的密度和热导性能。多孔砖中掺入成孔剂成孔剂燃烧后会在砖制品中留下细小的孔隙。

        微孔多孔砖的研制

        为了利用砖瓦工业中常见的设备和挤出成型技术生产微孔多孔砖必须将掺有成孔剂的原料处理成可以挤出的浆料。首先用快速搅拌器将原料制成固体成分占的浆料在浆料的搅拌过程中掺入稳定剂和成孔剂稳定剂具有液化作用可以降低浆料的含水量并改善浆料的流动性能稳定剂的混入可将浆料变稠变硬。浆料和成孔剂也可同时连续地注入双轴搅拌机中进行强力搅拌，直到获得所需的稠度。干物料的掺入会影响挤出砖坯的均匀性，因此，干物料一定要掺入到双轴搅拌机中。为了获得较低体积密度(0.4〜0. 5kg/ dm³)的砖制品，需掺入粉状的稻草、锯末和极细的聚苯乙烯；粉状石灰或粘土的掺入可以生产较高密度(0.7〜0. 8kg/dm³)的砖制品。成型时采用改进过的不需抽真空的砖机，成型压力不需太高。尽管微孔孔隙率较高，仍可生产出孔洞率达50 %的多孔砖。生产如此高孔隙率、高孔洞率、高精致结构的多孔砖是有实际价值的，图1为正在挤出的高孔洞率微孔多孔砖。

图1正在挤出的微孔高孔洞率多孔砖

        如果用现有挤砖机生产这种微孔多孔砖。则需要对砖机进行改造。以便在低压力下也能使单位时间内通过机口的物料流较大。

        试验结果

        为了研究挤出微孔多孔砖的可能性，德国砖瓦研究所首先生产了三孔的标准砖如图2所示，随后，用同样的原料生产5排孔的标准砖(见图3)。两种砖烧后的体积密度大约为0.8kg/dm³分别用这两种砖砌墙。砖的长度方向(240mm)作为墙的厚度。经仪器测试，3排孔的砖墙的导热系数为入=0. 180W/ (m •k)，5排孔砖墙的导热系数为X = 0. 162W/（m •k）。设计多孔砖孔洞的最初目的是便于干燥和焙烧中水蒸气和气体的逸出，但是，多孔砖热导性能测试证实了孔洞排数对保温性能的影响作用是较大的，即使只有13%的孔洞率。为了使3排孔多孔砖获得与5排孔砖相同的导热系数，必须将3排孔砖的体积密度降低至0.7 kg/ dm³，砖的抗压强度仍要保持在3.0N/mm²，试验结果见表2，与压制成型砖相比，挤出型多孔砖的试验数据比较集中，这表明挤出砖的各项性能比较一致。在可行性研究中，还生产了7排孔的10DF挤出多孔砖见图4，并对砖的体积密度和其它性能进行了研究，其结果见表3。

图2  3排孔的标准砖

图3  5排孔的标准砖

图4  7排孔的微孔多孔砖

表2 德国标准砖（NF）的性能测试数据

图5  16排孔的短壁多孔砖

        图5为经另一机口挤出的16排孔的短壁多孔砖，其砖坯的真实密度为0.82 kg/ dm³，孔洞率为50%时的体积密度为0.41 kg/ dm³，其导热系数为人=0.094W/(m.K)，

        抗压强度为4. 4N/mm²。该多孔砖的缺点是；其在工业化的生产中不可避免地会出现扭曲变形，因此，挤出型的微孔多孔砖必须具有足够厚度的外壁和齿状的凸起，便于砖相互间组装拼接(见图6)，从而消除砂浆连接引起的热力学问题。在随后的试验中还挤出成型了19排孔和13排孔的10DF微孔多孔砖见图6图7 ，这些砖外壁还有齿状的凸起。

图6   13排孔的10DF微孔多孔砖

图7  19排孔的微孔多孔砖

        生产微孔多孔砖时，原料处理尤其重要，如果浆料太软，则挤出砖就会发生较明显的变形，外壁上齿状的凸起也会因变形而不精确;如果浆料太硬，则多孔砖内部的微孔结构就会破坏，试验结果见表3。该试验中选用了多种粘土，通过砖坯的体积密度和抗压强度可以对各种粘土进行分辨。试验结果表明只有少量的粘 土制成的多孔砖抗压强度较低如表3中的第7和第8 号样品。砖坯的体积密度和导热系数事实上是可以改善的。

表3 德国标准砖（10DF）的性能测试数据

        总结

        德国砖瓦研究所(IZF)在不减薄孔壁厚度的前提 ，通过试验证实，改变多孔砖的微结构可以达到改善粘土多孔砖和砌块的热保温性能的目的。在密实的原料中添加成孔剂，就可以在砖坯中形成微孔结构试验中 选用了多种粘土原料生产多种孔形排列的微孔多孔砖。使生产这种微孔多孔砖的可行性得到证实试验结果还表明并非所有的粘土都可以生产这种微孔多孔砖。只有通过细致的原料试验才可以得出准确的结论。