玄武巖織物墻體材料的應(yīng)用前景

李新娥(中原工學(xué)院紡織學(xué)院，鄭州，450007 )

摘要：介紹墻體的作用及目前使用的一些墻體材料的狀況。玄武巖絲具有高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕、吸濕性小、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸聲系數(shù)高的特性。高性能的玄武巖織物能與水泥、石膏膠凝結(jié)合成復(fù)合板材。玄武巖織物的優(yōu)良特性賦予玄武巖復(fù)合板材質(zhì)輕、高強(qiáng)、防火、隔聲、保暖的特性，玄武巖復(fù)合板材在墻體材料領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：墻體材料，玄武巖復(fù)合板材，高性能，應(yīng)用前景

中圖分類號：TU599文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2014-03-07

作者簡介：李新娥，女，1962年生，副教授。主要研究方向?yàn)榧徔椥庐a(chǎn)品開發(fā)。

墻體在建筑中起著圍護(hù)、承重、隔斷、防火、保溫絕熱的作用，在不同的歷史階段所選用的墻體材料也不相同。墻體材料在房屋建材中約占70%，是建筑材料的重要組成部分。

1墻體材料簡介

傳統(tǒng)的墻體材料主要是黏土磚、木材、石材。黏土磚是以破壞良田為代價(jià)的，磚塊體積小、質(zhì)量重、施工效率低。目前國家為保護(hù)耕地，已限制使用實(shí)心黏土磚及空心黏土磚。木材和竹材都是可再生的天然材料。如果自然界木材的生長量與人類的消耗量相平衡，那么木材是最綠色的建筑材料。但隨著人口數(shù)量的增加，木材已不能滿足人類的生存需要。竹材成長周期短，資源豐富，可替代木材作建筑材料。但是木材和竹材的尺寸會隨著濕度的變化而變化，且耐腐蝕性和承重能力較差。石材耐久性較好，重復(fù)利用率高，但是質(zhì)量重、連接縫隙大、施工困難，有的還含有放射性物質(zhì)。

新型墻體材料應(yīng)使用耐久性好、可再生利用、可降解、能耗低、構(gòu)造簡單、施工容易、造價(jià)低、綠色環(huán)保的材料。目前采用的新型墻體材料主要有混凝土砌塊、石膏板、復(fù)合板材等?；炷疗鰤K主要是以水泥、工業(yè)廢渣為原料制成的，成本可以比黏土磚降低3%～10%；石膏板是以石膏為主要膠結(jié)材料經(jīng)澆注成型的板材；復(fù)合板材是以水泥、粉煤灰、增強(qiáng)纖維等復(fù)合制成的輕質(zhì)墻體板材，施工方便[1-2]。這些新型墻體材料雖然比黏土磚有優(yōu)勢，但在混凝土砌塊和復(fù)合板材中水泥是主要成分，而傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)需要消耗大量的資源與能量，并且對環(huán)境的污染較大；石膏板的耐水性較差、承重能力差。

2玄武巖絲的特性

玄武巖絲是以天然玄武巖礦石為原料，在1 450～1 500 ℃熔融后拉絲而成[3]。玄武巖絲的性能取決于玄武巖礦石的化學(xué)成分和生產(chǎn)加工工藝[4]。玄武巖礦石主要由SiO2、A12O3、FeO+Fe2O3、CaO、MgO、Na2O+K2O、TiO2等多種成分組成。通常SiO2的含量為45%～52%，A12O3的含量為9%～19%，F(xiàn)eO+Fe2O3的含量為6%～15%，CaO的含量為5%～13%，MgO的含量為6%～12%，Na2O+K2O的含量為2%～11%，TiO2的含量為0.5%～2.0%[4-6]。SiO2是玄武巖的主要成分，有利于玄武巖絲的彈性和化學(xué)穩(wěn)定性；A12O3增加耐化學(xué)性；CaO、MgO和TiO2可以提高耐水性和耐腐蝕性；FeO+Fe2O3影響導(dǎo)熱性，它的存在賦予玄武巖絲綠褐色[7]。

2.1　玄武巖絲的力學(xué)性能

玄武巖絲表面圓滑，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密[8]。玄武巖絲的拉伸強(qiáng)度較高，通常為1 000 MPa以上。玄武巖絲的斷裂伸長率為2%～3%，剛性較大，不易變形。玄武巖絲的剪切模量和壓縮模量較高[9]。三種玄武巖絲的力學(xué)性能如表1所示。

表1　玄武巖絲的力學(xué)性能

2.2　玄武巖絲的耐腐蝕性

玄武巖絲具有較好的耐酸性和耐堿性。玄武巖絲在不同條件下的耐酸性和耐堿性如表2和表3所示(玄武巖絲單絲直徑7 μm、線密度132 tex)。

表2　玄武巖絲耐H 2SO 4性能

表3　玄武巖絲耐NaOH性能

從表2和表3中可以看出，在H2SO4溶液和NaOH溶液中，溫度越高，玄武巖絲的強(qiáng)度損失越大；H2SO4濃度或NaOH濃度越大，玄武巖絲的強(qiáng)度損失越大。

另外，玄武巖絲在H2SO4溶液中浸泡后，手感變得柔軟；而在NaOH溶液中浸泡后，手感變硬。

2.3　玄武巖絲的防火性

玄武巖絲是很好的耐高溫材料，經(jīng)過高溫處理后仍有較高的強(qiáng)力。玄武巖絲在不同溫度下被加熱2 h后的強(qiáng)伸性如表4所示[10](玄武巖絲單絲直徑11 μm、線密度100 tex)。

表4　玄武巖絲在不同溫度下的強(qiáng)伸性

從表4中可以看出，在200 ℃以下玄武巖絲的強(qiáng)度和伸長率幾乎不變，在300 ℃時強(qiáng)度損失40%，在325 ℃時強(qiáng)度損失50%，在350 ℃時強(qiáng)度損失80%，在500 ℃時強(qiáng)度損失98%。玄武巖絲在火焰中不燃燒，具有很好的防火性。

2.4　玄武巖絲的防水性

玄武巖絲的吸濕性(在相對濕度65%時)小于0.1%[7]，具有很好的防水性能。

2.5　玄武巖絲的保溫性

建筑物的能量損耗約50%來自于墻體，保溫材料是控制室內(nèi)熱量外流的建筑材料。通常保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ≤0.12 W/(m·K)，玄武巖絲的導(dǎo)熱系數(shù)為0.031～0.038 W/(m·K)[7]，是一種很好的保溫材料。玄武巖絲與其他材料的導(dǎo)熱系數(shù)對比如表5所示。

表5　玄武巖絲與其他材料的導(dǎo)熱系數(shù)對比

2.6　玄武巖絲的隔聲性

平均吸聲系數(shù)大于0.4的材料被稱為吸聲材料，玄武巖絲的吸聲系數(shù)為0.90～0.99[7]，具有很好的吸聲、隔聲效果。玄武巖絲與其他材料的吸聲系數(shù)對比如表6所示。

3玄武巖復(fù)合板材的優(yōu)勢

玄武巖織物可以與水泥或石膏膠凝結(jié)合制成玄武巖復(fù)合板材，玄武巖復(fù)合板材可以按照工程要求制成實(shí)心板材或空心板材。在工程應(yīng)用中，如想增加板材的強(qiáng)度，可以通過增加織物的厚度來實(shí)現(xiàn)。玄武巖復(fù)合板材以玄武巖織物為骨架材料，復(fù)合板材的性能主要依賴于玄武巖絲的性能。所以玄武巖復(fù)合板材具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、防火、防水、隔聲、保溫的特性。

表6　玄武巖絲與其他材料的吸聲系數(shù)對比

以玄武巖絲為原材料可以制織各種厚度的三維玄武巖織物。兩種玄武巖實(shí)心薄織物的拉伸性能如表7所示。

表7　玄武巖織物的拉伸強(qiáng)度

4結(jié)語

玄武巖復(fù)合板材具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、防火、防水、隔聲、保溫等許多優(yōu)點(diǎn)，作為一種先進(jìn)的墻體材料，它綠色環(huán)保，施工方便。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，玄武巖復(fù)合板材在墻體材料領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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Application prospect of basalt fabrics wall material

LiXine(College of Textiles, Zhongyuan University of Technology)

Abstract:Functions of wall and some of wall materials were introduced. Basalt filaments possess excellent properties such as high strength, high temperature resistance, corrosion resistance, small hygroscopicity, small thermal conductivity and high sound absorption coefficient. High performance basalt fabrics can be gelatinized to become a composite sheet with cement or gypsum. High performance basalt fabrics made related composite sheet have excellent properties of light-weight, high strength, fire protection, sound insulation and heat preservation. Basalt compound materials possess good application prospect in the wall materials.

Keywords:wall material, basalt composite sheet, high performance, application prospect