国内外珍珠岩概述及其在建筑领域的应用分析.pdf
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广东建材2 0 1 2 年第2 期 材料研究与应用 国内外珍珠岩概述 及其在建筑领域的应用分析 张宪圆林克辉谢红波 ( 广东省建筑材料研究院) 摘 要：本文概述了国内外珍珠岩矿的分布与产量， 分析了膨胀珍珠岩、 膨胀玻化微珠的特性及应 用现状， 着重探讨了膨胀珍珠岩、 膨胀玻化微珠在建筑领域的应用， 并指出当前存在的相关问题以及 今后的发展方 向。 关键词：珍珠岩； 膨胀玻化微珠； 保温砂浆； 建筑节能 1 前言 近年来 ， 随着建筑节能事业 的不断发展 ， 利用珍珠 岩的膨化特性所 生产的膨胀珍珠岩和膨胀玻化微珠 已 被广泛应用于建筑领域 。特别是在南方地 区， 由于膨胀 珍珠岩及其制 品在防火性及耐久性方面的优异表现， 受 到了设计方、 施工方及用户的青睐。 目前， 我 国珍珠岩矿 砂产销量 已居世 界首位 I x ， 受建筑市场拉动， 2 0 1 1年产 量高达 2 5 0万吨， 其中， 2 0 1 1 年膨胀珍珠岩产量达 1 0 0 0 万 m 。 ， 玻化微珠达 1 5 0 0万 m 。 ， 珍珠岩保温板 1 0 0 0万 m ， 珍珠岩防火 门芯板 2 4 0 0万 m 。 膨胀珍珠岩 是由珍珠岩矿砂 ， 在高温条件 ( 通常为 7 0 0 1 2 0 0 C ) 下其体积迅速膨胀而成 ， 具有质轻 、 多 孑 L 、 无毒、 化学稳定性好等特性， 在保温隔热 、 吸音隔音、 防火性等方面表现 出色 。 膨胀玻化微珠是近年来出现的 一 种新型绿色材料， 是 由珍珠岩矿砂表面经过高温熔融 玻化后的闭孔膨胀珍珠岩， 在一定程度上改善了传统膨 胀珍珠岩存在 的吸水率大 、 强度低等 问题 ， 为方便论述 本文将其归为膨胀珍珠岩的一种， 即闭孔膨胀珍珠岩。 目前膨胀珍珠岩及其制品市场混乱， 生产厂家规模 小 ， 产品质量波动大， 以次充好现象严重， 加之对其利用 不当以及膨胀珍珠岩本身存在 的各种缺陷， 致使其在应 用过程中出现了各种 问题 。 因此 ， 有必要全面、 深刻地认 识珍珠岩 ， 从而 实现珍珠岩 资源 的高效利用 ， 使其在建 筑领域发挥更大的作用。 2 珍珠岩矿概述 2 1 珍珠岩矿及其成分 珍珠岩是玻璃质的酸性火 山熔岩 ，其含水率为 2 6 ， 因具有珍珠裂隙结构而得名， 在地质学上可 以归 ，喷出岩 ( 言武岩安 山岩流蚊岩) 厂 火 成 岩 t 懂 入 培 辉 长 五 ， 阂 长 岩 ， 花 岩 岩石 沉积岩 三三岩 变质岩( 犬理者、石荚者，扳患等) 珍珠岩 9 5 是玻璃相，其 中 6 5 7 5 为无定形石 英。碱金属氧化物含量较高， 可达 8 9 ， 铁着色氧化 物含量较少。 矿石中含有不等量的石英、 透长石的斑晶、 微晶， 并有针状、 球状等各种形态的雏晶及隐晶质矿物 如角闪石、 黑云母、 赤铁矿等。莫氏硬度 5 5 6 ， 折光率 1 4 9 2 1 5 0 2 。其化学成分依矿产地不同而不同， 组成 范围 ( 质量 百分数) 为 S i O 2 ： 6 8 - - - 7 5 ， A 1 2 0 。 ： 9 1 4 ， F e 0 。 ： 0 9 4 0， M g O： 0 4 1 0， K 2 O- 1 5 4 5， Na 2 0： 2 5 5 0 ， H 2 O - 3 O 6 5 ， 属于高硅、 高碱玻璃质 6 。 2 2 珍珠岩矿的分布与产量 国外珍珠岩的储量基础大约为 7 7亿吨，其 中土耳 其 5 7亿吨， 希腊 3 亿吨， 美国 2亿吨， 其它 1 5 亿吨分布 于日本、 菲律宾、 俄罗斯 、 匈牙利、 墨西哥和意大利等国嘲 。 美 国是最早生产膨胀珍珠岩的国家 ， 二次世界大战后 即 开始生产和应用 隅 ，并且在产量方面一直位于世界前 列 ， 粗矿砂年产量在 5 0 6 0万吨9 。美国珍珠岩产量从 2 0 0 3年被希腊超越 ， 2 0 0 6年美国本土矿砂产销量 降至 自 1 9 8 4年时 4 5 2万吨的最低水平， 这主要是铁路运输 成本的增加 ， 从而使进 口希腊矿砂更具竞争力。图 2为 1 9 万方数据 材料研究与应用 广东建材2 0 1 2 年第2 期 6。 5。 f 柏 20 l 。 0 蹦雄 - - 失。卅 希腊匈牙 鬟 哥 _ 耳 图 2 国外各主要膨胀珍珠岩生产 国 2 0 0 5和 2 0 0 6年的产量 国外各主要生产国 2 0 0 5年和 2 0 0 6年的产量 。 我国珍珠岩资源丰富， 蕴藏省区达 2 0多个， 矿产主 要分布于东部的火山岩地带，产于中生代 的侏罗纪、 白 垩纪酸性火 山岩断陷盆地中，受燕 山期岩浆活动控制； 我国西部也有少数珍珠岩矿产 ， 产于 白炭纪 、 泥盆纪地 层中， 因质量差、 储量少， 不具有工业价值 。已探明珍珠 岩矿产地 2 0处 ， 保有储量为 2 6亿吨， 分布于河南、 黑 龙江、 内蒙古、 吉林、 辽宁、 河北、 山西、 浙江、 山东、 福建 、 湖北、 安徽等地。 已开发的较大矿床有河南信阳、 河南罗 山、 辽宁建平 、 浙江缙云、 吉林九 台、 山西灵丘等处。 其中 信 阳上天梯矿床为亚洲第一大、世界第二大非金属矿 床 ， 珍珠岩储量为 1 2亿吨 加 ， 而且品质较高。 我 国从 1 9 6 5年 开始 生产 膨胀 珍珠 岩及 制 品瞳 。 1 9 9 8年矿砂产量约为 6 O万吨 ， 其中河南信 阳地区大约 年产 3 0万吨， 占全国生产总量 的一半n 。而 2 0 1 1 年矿 砂产量 已达 2 5 0万 吨， 居世界首位 ， 可见我 国珍珠岩工 业发展之快 。 3 膨胀珍珠岩的制备 膨胀珍珠岩 的生产工艺流程大致可分为矿砂制备、 预热处理、 高温焙烧膨化三个阶段： ( 1 ) 矿砂 的产 品质量， 决定着珍珠岩产 品质量和企业 的经济效益 ， 是珍珠岩工业发展 的基础， 其杂质含量、 细 度含水率、 颗粒均匀性及破碎方式等均对膨胀珍珠岩产 品产生重要影响2 3 。据报道， 矿砂粒度较粗 的 2 0 6 0目 矿砂经电加热膨胀后， 堆积密度最小， 但成球率、 闭孔率 均不理想， 原 因是矿砂粒度较大时， 难 以在短时间内通 过软化点温度控制颗粒外表面凹凸及棱角部分的消除 。 珍珠岩矿砂的生产工艺流程见 图 3 。 2 0 图 3 矿砂 生产工 艺流程 图 ( 2 ) 预热的 目的主要是排除矿砂中的裂隙水， 并将结 合水含量控制在一定范围内， 原因为高温焙烧时裂隙水 和过高的结合水易使颗粒烧炸。工业上常用烘干机、 逆 流式回转预热炉等设备进行预热 ，主要控制参数为： 预 热温度 4 0 0 4 5 0 ， 预热时间 6 8分钟。 ( 3 ) 焙烧 目的是在矿砂软化温度范 围内， 使玻璃体 内 的结合水迅速汽化 ， 产生气泡 的使体积膨胀 ， 然后迅速 冷却， 使气泡保留而形成多孔结构 ； 玻化微珠 ( 闭孔膨胀 珍珠岩)的生产是在此基础上控制熔融温度和时间， 使 表面气孔熔融封闭而成 。工业生产中常用回转窑、 卧式 窑、 立窑进行焙烧， 常用能源为燃煤、 煤气和电能。 闭孔膨胀珍珠岩的生产多用 电膨化炉 ， 也有用煤气 膨化炉。 电膨化炉特点有： 各区间的温度易于控制， 利于 玻化过程 的进行 ； 加热温度较低 ， 因此生产出的玻化微 珠普遍膨化倍数低， 堆积密度较大 ( 大部分在 l O O k g m 3 以上) 。图 4为电膨胀炉生产工艺示意图。 图 4 电膨化工艺示意图 4 膨胀珍珠岩的应用 4 1 膨胀珍珠岩的应用分析 膨胀珍珠岩的多孔性结构， 赋予了它质轻、 良好 的 吸附性和优异的保温 、 保冷、 隔音性 ， 又由于其不燃、 抗 老化、 耐腐、 耐虫蛀、 无毒等特性而被广泛应用于各个行 业领域 ： 大量用于建筑物墙体和屋面的保温隔热和热 力管道 的保温； 液化气深冷绝热保温、 围护保冷结构 、 船 舶军舰及冷库、 制氧机等的填充式保冷和吸声工程。 用于园艺、 无土栽培和盐碱化土壤改 良。 作助滤剂： 用 于食品、 酒类 、 药品、 油类等产品的过滤 。 用作助磨剂、 炸药敏化剂、 爆竹密度调节剂和冶金等领域。目前 ， 膨胀 珍珠岩及其制品的应用范围仍在继续扩大 ， 其用途 已知 一建筑业 嘲芑 -螭料 媳 其它 图 5美国膨胀珍珠岩应用情况 万方数据 广东 建材2 0 1 2 年第2 期 材料研究与应用 的就有 1 6 0多种 。图 5为美 国目前膨胀珍珠岩的应用 情况 。 4 2 膨胀珍珠岩在建筑领域的应用 时至今 日， 膨胀珍珠岩虽然应用范围很广 ， 但其产 品仍绝大部分应用在建筑业 ， 其用量约占世界膨胀珍珠 岩总量的 6 0 以上 。 4 2 1 国 外膨胀珍珠岩在建筑 领域的应用同 美 国不仅是最早开始使用珍珠岩的国家， 而且是膨 胀珍珠岩用量最大的国家之一， 主要在高层建筑 中作夹 层墙板、 屋面板、 楼板 ， 也用作耐火保温层。以珍珠岩混 凝土作中间层、 金属薄板作面层的经济夹层墙板在美国 获得了广泛 的应用。珍珠岩混凝土还广泛用于屋面隔 热 ， 如联合国大厦、 美 国国家银行大厦等建筑物的屋顶 结构中都采用了这种隔热材料。 德国在建筑业中，广泛采用膨胀珍珠岩作散铺隔 热、 隔音层， 作隔热和耐火抹灰砂浆的集料， 并用于调制 快硬砌筑砂浆 。 此外， 采用沥青珍珠岩板作屋面保温层， 可以与泡沫玻璃相媲美。 匈牙利生产的膨胀珍珠岩中有 8 0 - - 9 0 应用于建 筑业 。在多层建筑中广泛采用面层为普通混凝土、 中间 层为珍珠岩混凝土的夹层墙板和夹层屋面板。此外， 也 生产沥青珍珠岩屋面隔热板、 石膏珍珠岩隔墙板、 珍珠 岩抹灰砂浆、 用于管道和建筑构件保温隔热的以大颗粒 膨胀珍珠岩充填的泡沫聚氨酯， 以及用大颗粒膨胀珍珠 岩作骨料的水泥混凝土构件 。 4 2 2 国内 膨胀珍珠岩在建筑领域的应用 我国膨胀珍珠岩在建材方面的应用可分为共 四大 类 ： 膨胀散料 ， 主要有一般膨胀珍珠岩、 闭孔膨胀珍珠 岩 、 玻化微珠。 珍珠岩类保温砂浆。 膨胀珍珠岩板类 制 品， 主要有保温板、 玻璃纤维增强水泥板 ( G R C板) 、 钢 丝网架夹芯板、 珍珠岩防火门芯板。 珍珠岩块类制品， 主要有轻集料小砌块、 复合 自保温砌块 。 由于建筑节能及墙体改革的需要 ， 各地纷纷推 出政 策鼓励珍珠岩保温材料的应用 ， 如 2 0 1 0年 1 0月 1日起 施行的昭 阳市建筑节能与发展应用新型墙体材料管理 规定 中， 明确鼓励研制、 开发和推广应用 以珍珠岩为主 要 原 料 的 新 型 墙 体 材 料 和 建 筑 节 能 产 品 。 J C T 2 8 3 2 0 1 0 膨胀玻化微珠轻质砂浆 已于 2 0 1 1 年 1月 l 目起正式实施 ， 该标准将玻化微珠砂浆分为保温隔热性 ( B w ) 、 抹灰型( M H ) 、 砌筑型 ( Q z ) ， 同时在施工方面的技术 规程一 玻化微珠保温隔热砂浆应用技术规程 ， 也即将 发布， 这些必将对玻化微珠轻质砂浆的生产及应用起到 规范和推动作用 。 5结语 ( 1 ) 国外珍珠岩矿开采及膨胀珍珠岩生产大多集中 于几家大型公司，如美国的哈鲍莱特和迪卡波尔公司， 希腊的银与重晶石采矿公司和奥他维海拉斯矿业公司， 土耳其 的埃蒂邦可和埃奇珍珠岩公司等 。 而国内如信阳 地区， 膨胀珍珠岩生产企业数量众多， 规模普遍较小， 相 互之问恶性竞争 ， 不利于新技术的采用和产品。 ( 2 ) 由于珍珠岩资源过于集中， 导致膨胀珍珠岩的运 输成本较高 ， 加之近年来需求量的增加 ， 使得膨胀珍珠 岩价格一路攀升， 对其在建筑领域的推广应用造成不利 影响。 ( 3 ) 当前及今后一段时间， 应着重考虑提高膨胀珍珠 岩的利用效率及附加值 ，如生产憎水型轻质高强制 品、 高档装饰吸声板、 保温隔热板、 高性能防火 门芯板等； 在 生产砂浆等制品时，可考虑与发泡等其他手段联用 ， 使 制品在达到同等性能的同时，降低膨胀珍珠岩 的掺量。 通过 以上途径 ， 实现膨胀珍珠岩在建筑领域高效和高附 加值利用 。 【 参考文献】 1 蒙华王耀： 规范市场秩序， 实现行业跃升 N 中国建材报， 2 0 1 2 - 1 1 1 ( 3 ) 2 姜继圣， 罗玉萍， 兰翔新型建筑绝热、 吸声材料 M 北京： 化学工业 出版社， 2 0 0 2 9 3 ， 9 4 - 9 5 3 S e m i h a Y i I m a z e r ， M e s u t B O z d e n i z T h e e f f e c t o f m o i s t u r e c o n t e n t o n s o u n d a b s o r p t i o n o f e x p a n d e d p e r l i t e p l a t e s J B u i l d i n g a n d E n v i r o n m e n t J 2 0 0 5 ，4 0 ：3 1 1 4 l k e l r B e k r T o p c u ， B u r a k I S l k d a 垂 M a n u f a c t u r e o f h i g h h e a t c o n d u c t i v i t y r e s i s t a n t c l a y b r i c k s c o n t a i n i n g p e r l i t e J B u i
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