玄武岩织物墙体材料的应用前景

玄武岩织物墙体材料的应用前景

李新娥(中原工学院纺织学院，郑州，450007 )

摘要：介绍墙体的作用及目前使用的一些墙体材料的状况。玄武岩丝具有高强、耐高温、耐腐蚀、吸湿性小、导热系数小、吸声系数高的特性。高性能的玄武岩织物能与水泥、石膏胶凝结合成复合板材。玄武岩织物的优良特性赋予玄武岩复合板材质轻、高强、防火、隔声、保暖的特性，玄武岩复合板材在墙体材料领域具有较好的应用前景。

关键词：墙体材料，玄武岩复合板材，高性能，应用前景

中图分类号：TU599文献标志码：A

收稿日期：2014-03-07

作者简介：李新娥，女，1962年生，副教授。主要研究方向为纺织新产品开发。

墙体在建筑中起着围护、承重、隔断、防火、保温绝热的作用，在不同的历史阶段所选用的墙体材料也不相同。墙体材料在房屋建材中约占70%，是建筑材料的重要组成部分。

1墙体材料简介

传统的墙体材料主要是黏土砖、木材、石材。黏土砖是以破坏良田为代价的，砖块体积小、质量重、施工效率低。目前国家为保护耕地，已限制使用实心黏土砖及空心黏土砖。木材和竹材都是可再生的天然材料。如果自然界木材的生长量与人类的消耗量相平衡，那么木材是最绿色的建筑材料。但随着人口数量的增加，木材已不能满足人类的生存需要。竹材成长周期短，资源丰富，可替代木材作建筑材料。但是木材和竹材的尺寸会随着湿度的变化而变化，且耐腐蚀性和承重能力较差。石材耐久性较好，重复利用率高，但是质量重、连接缝隙大、施工困难，有的还含有放射性物质。

新型墙体材料应使用耐久性好、可再生利用、可降解、能耗低、构造简单、施工容易、造价低、绿色环保的材料。目前采用的新型墙体材料主要有混凝土砌块、石膏板、复合板材等。混凝土砌块主要是以水泥、工业废渣为原料制成的，成本可以比黏土砖降低3%～10%；石膏板是以石膏为主要胶结材料经浇注成型的板材；复合板材是以水泥、粉煤灰、增强纤维等复合制成的轻质墙体板材，施工方便[1-2]。这些新型墙体材料虽然比黏土砖有优势，但在混凝土砌块和复合板材中水泥是主要成分，而传统的水泥生产需要消耗大量的资源与能量，并且对环境的污染较大；石膏板的耐水性较差、承重能力差。

2玄武岩丝的特性

玄武岩丝是以天然玄武岩矿石为原料，在1 450～1 500 ℃熔融后拉丝而成[3]。玄武岩丝的性能取决于玄武岩矿石的化学成分和生产加工工艺[4]。玄武岩矿石主要由SiO2、A12O3、FeO+Fe2O3、CaO、MgO、Na2O+K2O、TiO2等多种成分组成。通常SiO2的含量为45%～52%，A12O3的含量为9%～19%，FeO+Fe2O3的含量为6%～15%，CaO的含量为5%～13%，MgO的含量为6%～12%，Na2O+K2O的含量为2%～11%，TiO2的含量为0.5%～2.0%[4-6]。SiO2是玄武岩的主要成分，有利于玄武岩丝的弹性和化学稳定性；A12O3增加耐化学性；CaO、MgO和TiO2可以提高耐水性和耐腐蚀性；FeO+Fe2O3影响导热性，它的存在赋予玄武岩丝绿褐色[7]。

2.1　玄武岩丝的力学性能

玄武岩丝表面圆滑，内部结构紧密[8]。玄武岩丝的拉伸强度较高，通常为1 000 MPa以上。玄武岩丝的断裂伸长率为2%～3%，刚性较大，不易变形。玄武岩丝的剪切模量和压缩模量较高[9]。三种玄武岩丝的力学性能如表1所示。

表1　玄武岩丝的力学性能

2.2　玄武岩丝的耐腐蚀性

玄武岩丝具有较好的耐酸性和耐碱性。玄武岩丝在不同条件下的耐酸性和耐碱性如表2和表3所示(玄武岩丝单丝直径7 μm、线密度132 tex)。

表2　玄武岩丝耐H 2SO 4性能

表3　玄武岩丝耐NaOH性能

从表2和表3中可以看出，在H2SO4溶液和NaOH溶液中，温度越高，玄武岩丝的强度损失越大；H2SO4浓度或NaOH浓度越大，玄武岩丝的强度损失越大。

另外，玄武岩丝在H2SO4溶液中浸泡后，手感变得柔软；而在NaOH溶液中浸泡后，手感变硬。

2.3　玄武岩丝的防火性

玄武岩丝是很好的耐高温材料，经过高温处理后仍有较高的强力。玄武岩丝在不同温度下被加热2 h后的强伸性如表4所示[10](玄武岩丝单丝直径11 μm、线密度100 tex)。

表4　玄武岩丝在不同温度下的强伸性

从表4中可以看出，在200 ℃以下玄武岩丝的强度和伸长率几乎不变，在300 ℃时强度损失40%，在325 ℃时强度损失50%，在350 ℃时强度损失80%，在500 ℃时强度损失98%。玄武岩丝在火焰中不燃烧，具有很好的防火性。

2.4　玄武岩丝的防水性

玄武岩丝的吸湿性(在相对湿度65%时)小于0.1%[7]，具有很好的防水性能。

2.5　玄武岩丝的保温性

建筑物的能量损耗约50%来自于墙体，保温材料是控制室内热量外流的建筑材料。通常保温材料的导热系数λ≤0.12 W/(m·K)，玄武岩丝的导热系数为0.031～0.038 W/(m·K)[7]，是一种很好的保温材料。玄武岩丝与其他材料的导热系数对比如表5所示。

表5　玄武岩丝与其他材料的导热系数对比

2.6　玄武岩丝的隔声性

平均吸声系数大于0.4的材料被称为吸声材料，玄武岩丝的吸声系数为0.90～0.99[7]，具有很好的吸声、隔声效果。玄武岩丝与其他材料的吸声系数对比如表6所示。

3玄武岩复合板材的优势

玄武岩织物可以与水泥或石膏胶凝结合制成玄武岩复合板材，玄武岩复合板材可以按照工程要求制成实心板材或空心板材。在工程应用中，如想增加板材的强度，可以通过增加织物的厚度来实现。玄武岩复合板材以玄武岩织物为骨架材料，复合板材的性能主要依赖于玄武岩丝的性能。所以玄武岩复合板材具有质轻、高强、防火、防水、隔声、保温的特性。

表6　玄武岩丝与其他材料的吸声系数对比

以玄武岩丝为原材料可以制织各种厚度的三维玄武岩织物。两种玄武岩实心薄织物的拉伸性能如表7所示。

表7　玄武岩织物的拉伸强度

4结语

玄武岩复合板材具有质轻、高强、防火、防水、隔声、保温等许多优点，作为一种先进的墙体材料，它绿色环保，施工方便。随着生产技术的不断进步，玄武岩复合板材在墙体材料领域具有较好的应用前景。

参考文献

[1]李国忠．新型墙体材料应用现状与发展趋势[J]．21世纪建筑材料，2009(1)：31-33．

[2]WALKER John. Gypsum drywall specs[EB/OL].

(2012-05-12).http://www.ehow.com/list_7593590_gypsum-drywall-specs.html.

[3]齐凤杰，李锦文，李传校，等．连续玄武岩纤维研究综述[J]．高科技纤维与应用，2006，31(2)：42-46．

[4]梁磊，梁玉舫，李谨．玄武岩纤维物化性能的研究[J]．玻璃纤维， 2006(1)：15-19．

[5]DZHIGIRIS D D, MAKHOVA M F, GOROBINSKAYA V D, et al. Continuous basalt fibre[J]. Glass and Ceramics,1983,40(9/10):467-470.

[6]MILITKY Jiri, KOVACIC Vladimir. Mechanical ultimate properties of basalt filaments[J]. Textile Research Journal,1996,66(4):225-229.

[7]SWINK Mike. Continuous filament basalt: A unique

fibre capable of leadership in high temperature applications[R]. Techtextile North America Symposium, Atlanta, GA, USA,2002-04-09.

[8]李新娥．玄武岩纤维和织物的研究进展[J]．纺织学报，2010，31(1)：157-164．

[9]MILITKY Jiri, KOVACIC Vladimir, BAJZIK Vladimir. Mechanical properties of basalt filaments[J]. Fibres & Textile in Eastern Europe,2007,15(5/6) 49-53.

[10]LI Xine. Study on thermal resistance of basalt filament yarn[J]. Advanced Materials Research, 2011,146/147:666-669.

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