硅酸钙保温材料工艺与性能研究

摘要

硅酸钙保温材料一种是以水化硅酸钙为主要成分，与增强纤维复合而成的保温材料，具有容重轻、强度高、导热系数低、使用温度高等优点，可以广泛应用于石油、化工、电力、冶金、建材领域的窑炉、管道、反应釜等保温。根据其形成的水化反应条件不同，硅酸钙保温材料的水化产物不同，又可分托贝莫来石型和硬硅钙石型两大类。由于硅酸钙保温材料的在我国的推广应用起步较晚，目前存在着工艺单一、设备简陋、科技含量低、产品性能不稳定等问题。具体体现在破损率高、高温性能差、吸水率高等产品质量方面。这些问题的存在已经严重制约了硅酸钙保温材料的应用领域和使用范围。 本论文采取动态水热法合成硬硅钙石料浆，主要研究了反应温度及保温时间对硬硅钙石晶体形成的影响；水固比对硬硅钙石晶体形成以及硬硅钙石球形粒子微观形貌的影响；搅拌工艺对料浆中硬硅钙石球形粒子平均粒度以及微观形貌的影响；锶类外加剂对硬硅钙石晶体的形成以及硬硅钙石球形粒子的影响，探讨了此过程中影响硬硅钙石晶体生成以及硬硅钙石球形粒子形成的因素及其作用规律。采用压制成型法制备硬硅钙石型硅酸钙保温制品，主要研究了稳泡剂、发泡剂对制品密度的影响；压缩比对生坯强度以及制品密度的影响；促凝剂对毛坯强度以及制品线收缩率的影响；纤维掺加量对制品线收缩率和密度的影响，探讨了压制成型工艺中影响制品性能的工艺参数。针对硅酸钙保温材料防水性能差的问题进行防水试验，研究了不同防水方法的防水效果及其对硅酸钙保温材料相关性能的影响。 研究结果表明，反应温度和保温时间对硬硅钙石晶体的生成有十分重要的影响。反应温度低于160℃，原料间基本上不发生反应；反应温度升至180℃，原料反应生成硅酸钙水化产物为托贝莫来石；反应温度升至200℃，原料反应生成的硅酸钙水化产物为硬硅钙石。在温度足够高的条件下，保温时间大于8h可保证硅质材料与钙质材料充分反应，生成的硅酸钙水化产物全部为硬硅钙石。SEM照片表明，水固比对硬硅钙石晶体生成以及硬硅钙石球形粒子微观形貌有重要影响，动态水热反应过程中保持适当的水固比，硬硅钙石纤维发育较好，球体表面纤维突起比较明显。搅拌工艺对硬硅钙石球形粒子的形成有重要影响，动态水热反应过程中，对硬硅钙石料浆不加以搅拌，SEM照片表明，料浆微观结构中无球形粒子出现；在动态水热反应保温阶段对料浆进行搅拌操作，料浆中出现硬硅钙石球形粒子且粒子平均粒径随搅拌速率增大而降低。锶类化合物影响硬硅钙石的生成，硝酸锶利于硬硅钙石生长；氢氧化锶则阻碍硬硅钙石晶体的生成。研究结果还表明，压制成型过程中，向料浆中掺加发泡剂、稳泡剂可有效降低制品密度，其中采用十二烷基苯磺酸钠发泡剂效果最佳；适当的压缩比利于提高毛坯强度，降低制品密度；料浆中掺加促凝剂可提高毛坯强度，但会导致制品线收缩率的增大。增强纤维可降低制品线收缩率，但掺量过多会引起制品密度的增大。硅酸钙保温材料防水试验表明，利用有机硅防水剂对制品进行浸涂防水处理，可明显改善制品防水性能，同时会导致制品导热系数的升高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2硅酸钙保温制品制备方法

1.3硅酸钙保温材料的特点及存在的问题

1.3.1硅酸钙保温材料特点

1.3.2目前硅酸钙保温材料制品存在的问题

1.4本论文研究的内容、目的及意义

1.4.1本论文研究的目的以及意义

1.4.2本论文研究的主要内容

1.5本论文采用的技术路线

第二章相关文献综述

2.1二氧化硅的溶解性质

2.2氢氧化钙的溶解性质

2.3水热条件下硬硅钙石的形成历程

2.4影响硬硅钙石形成的因素

2.4.1原料的影响

2.4.2外加剂的影响

2.4.3 Ca/Si克分子比的影响

2.5影响硬硅钙石球形粒子形成的因素

第三章原材料及实验方案

3.1原材料的选择

3.1.1硅质材料的选择

3.1.2钙质材料的选择

3.1.3纤维材料的选择

3.2实验设备

3.2.1主要实验设备

3.2.2辅助实验设备

3.3实验室动态水热反应流程

3.4实验方法

3.4.1料浆试样制备

3.4.2成品试样制备

3.5性能测试

3.5.1孔隙率测定

3.5.2导热系数测定

3.5.3抗压强度测定

3.5.4抗折强度测定

3.5.5容重的测定

3.5.6线收缩率的测定

3.5.7吸水率的测定

第四章硬硅钙石料浆制备工艺研究

4.1反应温度及保温时间对料浆的影响

4.1.1反应温度对料浆物相的影响

4.1.2保温时间对料浆物相的影响

4.2水固比对硬硅钙石料浆微观形貌的影响研究

4.2.1水在高温高压下的物理化学性质

4.2.2水固比对硬硅钙石料浆的影响

4.3搅拌工艺对硬硅钙石球形粒子的影响

4.3.1升温阶段搅拌速率的确定

4.3.2搅拌与湍流理论

4.3.3颗粒与流体的跟随性

4.3.4搅拌对硬硅钙石球形粒子粒度的影响

4.4锶类外加剂对硬硅钙石晶体的影响

4.5本章小结

第五章压制成型工艺参数对制品性能影响研究

5.1关于正交实验因素的讨论与分析

5.1.1膨胀珍珠岩对制品的影响

5.1.2 PS泡沫塑料对制品的影响

5.1.3压缩比因素对制品性能影响

5.1.4引泡剂、稳泡剂因素对制品影响

5.1.5促凝剂对制品性能影响

5.2正交实验设计及数据分析

5.3纤维添加量对保温制品性能的影响

5.4孔隙率对硅酸钙保温制品性能影响

5.5本章小结

第六章硅酸钙保温制品防水性能研究

6.1防水剂的选择

6.1.1脂肪酸盐防水剂的制备

6.1.2有机硅防水剂的制备

6.2防水实验方法

6.2.1拌和法防水实验

6.2.2浸涂法防水实验

6.3防水处理对硅酸钙保温材料性能的影响

6.3.1拌和法防水处理对硅酸钙保温材料性能的影响

6.3.2浸涂法防水处理对硅酸钙保温材料性能的影响

6.4本章小结

结论及创新点

参考文献

致谢

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的文章