輕質(zhì)高保溫磚的優(yōu)點是具有大數(shù)量的孔洞 多排孔洞和薄的孔壁使其具有高保溫性能的主要因素這種磚的缺點是抗壓強(qiáng)度低，多孔磚窯想獲得一定的保溫性能必須對其孔洞排列和孔形進(jìn)行精巧的設(shè)計但這卻會使多孔磚的抗壓強(qiáng)度受到影響。德國磚瓦研究所曾用壓制成型方法生產(chǎn)高保溫性能磚然而建筑市場卻擠出成型的保溫磚有一定的需求。
人們多年來致力于微孔陶瓷坯體的研究。其目的首先是生產(chǎn)高保溫性能板材。由此推動了含有微孔的擠出型粘土多孔磚的發(fā)展。這些磚的強(qiáng)度介于2~4N/mm2之間。其各項性能見表1這就是工業(yè)化生產(chǎn)帶有微孔結(jié)構(gòu)的擠出型多孔磚成為可能。
表1 一些輕質(zhì)保溫建筑磚的性能
在傳統(tǒng)的基擠出成型多孔磚工藝中微孔的生成一般采用添加成孔劑的方法添加劑有聚苯乙烯、鋸末、煤粉、纖維素碎片等。根據(jù)用戶對多孔磚承受荷載要求的不同 必須對多孔磚抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測試。成孔劑的摻入一般會降低坯體的抗壓強(qiáng)度 而且其影響程度還與成孔劑的類型和成孔劑顆粒的大小有關(guān)。成孔劑的試驗及其處理方法還直接影響到多孔磚的成型、干燥和烘燒。通過對原料進(jìn)行適宜的預(yù)處理和添加細(xì)粒成孔劑可以將多孔磚的體積密度控制在較低的水平。
合理的粘土多孔磚生產(chǎn)工藝可以有效地抵消抗壓強(qiáng)度的降低。多孔磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要取決于制磚原料和所摻入原料的主要礦物組成。可燃料的摻入會降低磚坯的強(qiáng)度且降低程度主要與可燃料顆粒的大小和形狀有關(guān)。提高磚強(qiáng)度的一些添加劑的情況要復(fù)雜的多它會改變焙燒過程中磚坯的燒結(jié)狀態(tài)形成一些新的基質(zhì)從而提高磚坯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度礦物添加劑如石灰、白堊土以及工業(yè)廢渣等。為了獲得最佳的組成需要制磚原料中摻入上述一些成孔劑。多孔磚孔壁的幾何形態(tài)是影響磚強(qiáng)度的主要因素磚內(nèi)微孔的大小和數(shù)量以及微孔的密集程度也是影響磚強(qiáng)度的主要因素其中兩個成孔劑顆粒之間物料的厚度對強(qiáng)度影響最明顯。多個成孔劑顆粒如大聚苯乙烯顆粒的大量堆積會提高磚制品的密度和熱導(dǎo)性能。多孔磚中摻入成孔劑成孔劑燃燒后會在磚制品中留下細(xì)小的孔隙。
微孔多孔磚的研制
為了利用磚瓦工業(yè)中常見的設(shè)備和擠出成型技術(shù)生產(chǎn)微孔多孔磚必須將摻有成孔劑的原料處理成可以擠出的漿料。首先用快速攪拌器將原料制成固體成分占的漿料在漿料的攪拌過程中摻入穩(wěn)定劑和成孔劑穩(wěn)定劑具有液化作用可以降低漿料的含水量并改善漿料的流動性能穩(wěn)定劑的混入可將漿料變稠變硬。漿料和成孔劑也可同時連續(xù)地注入雙軸攪拌機(jī)中進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，直到獲得所需的稠度。干物料的摻入會影響擠出磚坯的均勻性，因此，干物料一定要摻入到雙軸攪拌機(jī)中。為了獲得較低體積密度(0.4〜0. 5kg/ dm3)的磚制品，需摻入粉狀的稻草、鋸末和極細(xì)的聚苯乙烯；粉狀石灰或粘土的摻入可以生產(chǎn)較高密度(0.7〜0. 8kg/dm3)的磚制品。成型時采用改進(jìn)過的不需抽真空的磚機(jī)，成型壓力不需太高。盡管微孔孔隙率較高，仍可生產(chǎn)出孔洞率達(dá)50 %的多孔磚。生產(chǎn)如此高孔隙率、高孔洞率、高精致結(jié)構(gòu)的多孔磚是有實際價值的，圖1為正在擠出的高孔洞率微孔多孔磚。
圖1正在擠出的微孔高孔洞率多孔磚
如果用現(xiàn)有擠磚機(jī)生產(chǎn)這種微孔多孔磚。則需要對磚機(jī)進(jìn)行改造。以便在低壓力下也能使單位時間內(nèi)通過機(jī)口的物料流較大。
試驗結(jié)果
為了研究擠出微孔多孔磚的可能性，德國磚瓦研究所首先生產(chǎn)了三孔的標(biāo)準(zhǔn)磚如圖2所示，隨后，用同樣的原料生產(chǎn)5排孔的標(biāo)準(zhǔn)磚(見圖3)。兩種磚燒后的體積密度大約為0.8kg/dm3分別用這兩種磚砌墻。磚的長度方向(240mm)作為墻的厚度。經(jīng)儀器測試，3排孔的磚墻的導(dǎo)熱系數(shù)為入=0. 180W/ (m •k)，5排孔磚墻的導(dǎo)熱系數(shù)為X = 0. 162W/（m •k）。設(shè)計多孔磚孔洞的最初目的是便于干燥和焙燒中水蒸氣和氣體的逸出，但是，多孔磚熱導(dǎo)性能測試證實了孔洞排數(shù)對保溫性能的影響作用是較大的，即使只有13%的孔洞率。為了使3排孔多孔磚獲得與5排孔磚相同的導(dǎo)熱系數(shù)，必須將3排孔磚的體積密度降低至0.7 kg/ dm3，磚的抗壓強(qiáng)度仍要保持在3.0N/mm2，試驗結(jié)果見表2，與壓制成型磚相比，擠出型多孔磚的試驗數(shù)據(jù)比較集中，這表明擠出磚的各項性能比較一致。在可行性研究中，還生產(chǎn)了7排孔的10DF擠出多孔磚見圖4，并對磚的體積密度和其它性能進(jìn)行了研究，其結(jié)果見表3。
圖2 3排孔的標(biāo)準(zhǔn)磚
圖3 5排孔的標(biāo)準(zhǔn)磚
圖4 7排孔的微孔多孔磚
表2 德國標(biāo)準(zhǔn)磚（NF）的性能測試數(shù)據(jù)
圖5 16排孔的短壁多孔磚
圖5為經(jīng)另一機(jī)口擠出的16排孔的短壁多孔磚，其磚坯的真實密度為0.82 kg/ dm3，孔洞率為50%時的體積密度為0.41 kg/ dm3，其導(dǎo)熱系數(shù)為人=0.094W/(m.K)，
抗壓強(qiáng)度為4. 4N/mm2。該多孔磚的缺點是；其在工業(yè)化的生產(chǎn)中不可避免地會出現(xiàn)扭曲變形，因此，擠出型的微孔多孔磚必須具有足夠厚度的外壁和齒狀的凸起，便于磚相互間組裝拼接(見圖6)，從而消除砂漿連接引起的熱力學(xué)問題。在隨后的試驗中還擠出成型了19排孔和13排孔的10DF微孔多孔磚見圖6圖7 ，這些磚外壁還有齒狀的凸起。
圖6 13排孔的10DF微孔多孔磚
圖7 19排孔的微孔多孔磚
生產(chǎn)微孔多孔磚時，原料處理尤其重要，如果漿料太軟，則擠出磚就會發(fā)生較明顯的變形，外壁上齒狀的凸起也會因變形而不精確;如果漿料太硬，則多孔磚內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)就會破壞，試驗結(jié)果見表3。該試驗中選用了多種粘土，通過磚坯的體積密度和抗壓強(qiáng)度可以對各種粘土進(jìn)行分辨。試驗結(jié)果表明只有少量的粘 土制成的多孔磚抗壓強(qiáng)度較低如表3中的第7和第8 號樣品。磚坯的體積密度和導(dǎo)熱系數(shù)事實上是可以改善的。
表3 德國標(biāo)準(zhǔn)磚（10DF）的性能測試數(shù)據(jù)
總結(jié)
德國磚瓦研究所(IZF)在不減薄孔壁厚度的前提 ，通過試驗證實，改變多孔磚的微結(jié)構(gòu)可以達(dá)到改善粘土多孔磚和砌塊的熱保溫性能的目的。在密實的原料中添加成孔劑，就可以在磚坯中形成微孔結(jié)構(gòu)試驗中 選用了多種粘土原料生產(chǎn)多種孔形排列的微孔多孔磚。使生產(chǎn)這種微孔多孔磚的可行性得到證實試驗結(jié)果還表明并非所有的粘土都可以生產(chǎn)這種微孔多孔磚。只有通過細(xì)致的原料試驗才可以得出準(zhǔn)確的結(jié)論。