超輕無機保溫板的研制與分析*

趙洪凱 王洪里

(吉林建筑大學材料科學與工程學院，長春 130118)

0 引言

目前國內(nèi)市場80%的建筑維護結(jié)構(gòu)使用的保溫材料以EPS板、XPS板、硬泡聚氨酯等有機材料為主，由于其材料自身的可燃性，被列為B2級可燃產(chǎn)品，近年來由其引發(fā)的多場大型火災(zāi)，已向世人敲響了警鐘．因此，A1與A2級保溫板材是建筑保溫行業(yè)的未來發(fā)展趨勢．然而，傳統(tǒng)無機保溫板材，如石膏類板材、水泥類板材、玻化微珠板材、鋼絲網(wǎng)架水泥類夾芯板材等密度大、保溫性能一般，很難大面積應(yīng)用推廣［1-4］．基于上述原因，本文從玻化微珠保溫板研制的基本理論與技術(shù)著手，進行物料配合試驗研究，研制出具有輕質(zhì)高強、保溫隔熱、防火防水、施工便捷等顯著優(yōu)點的無機保溫板材．

1 實驗部分

1．1 原料

水玻璃，模數(shù)3．0，固含量為38%，市售產(chǎn)品;磷酸硅，工業(yè)級，威海天天科技精細化工有限公司;硅溶膠，工業(yè)級，沈陽市立新硅溶膠廠;硅烷偶聯(lián)劑(KH-550)，工業(yè)級，東營市恒益化工有限責任公司;?；⒅椋６?0．5mm ～1．5mm，1．5mm ～3．5mm)，容重(90kg/m3～160kg/m3)、導(dǎo)熱系數(shù)(0．045W/m·K ～0．052W/m·K)，固安縣恒遠工貿(mào)有限公司;二氧化硅氣凝膠顆粒，粒度(0．075mm～0．5mm)，表觀密度(0．003g/m3～0．35g/cm3)，導(dǎo)熱系數(shù)0．015w/m·k，山西天一納米材料科技有限公司;硅藻土，SiO2(≥87．0%)，臨江市綠江助濾劑有限公司;有機硅防水劑，含固量為30±2%，市售產(chǎn)品．

1．2 試樣的制備

本試驗設(shè)計表觀密度為200kg/m3，故選用堆積密度為90kg/m3的大粒徑?；⒅闉榇旨?粒徑為1．5mm～3．5mm)，摻入小粒徑?；⒅?粒徑為0．5mm～1．5mm)、二氧化硅氣凝膠顆粒、硅藻土等輕集料;采用鈉水玻璃無機膠液拌合均勻，裝入模具，固化溫度100℃，固化時間2h．

實驗室研究用模壓成型方法:將有機硅防水劑配成一定濃度噴涂于物料表面，自然晾干備用;將物料與膠液充分攪拌1．5min，使其混合均勻，分2～3層裝入模具中(壓縮后物料尺寸為40mm×40mm×160mm與300mm×300mm×30mm)，層間鋪入事先裁剪好的耐堿玻纖網(wǎng)格布;確定溫度與壓力的情況下，熱壓成型;模壓成型后，出去毛邊，保持通風、自然晾干至恒重．

1．3 分析表征

(1)導(dǎo)熱系數(shù)的測定． 將尺寸規(guī)格為300mm×300mm×30mm的試樣放入DRY300X導(dǎo)熱系數(shù)測試儀測量試樣的導(dǎo)熱系數(shù);

(2)干密度的測定． 按照GB/T 5486-2008《無機硬質(zhì)絕熱制品試驗方法》規(guī)定進行干密度的測量;

(3)抗壓強度的測定． 取試樣尺寸為40mm×40mm×160mm，按照GB/T 5486-2008《無機硬質(zhì)絕熱制品試驗方法》的規(guī)定進行抗壓強度試驗，取6個試件的抗壓強度平均值;

(4)吸水率的測定． 參照GB/T 5486-2008《無機硬質(zhì)絕熱制品試驗方法》規(guī)格，制備5個試件，試樣周邊涂密封材料密封，并測試計算吸水率．

2 結(jié)果與討論

2．1 不同表觀密度對導(dǎo)熱系數(shù)及強度的影響

選擇具有一定級配的?；⒅?0．5mm～3．5mm)80份，添加20份鈉水玻璃膠液(按干燥后固含量計算)，鈉水玻璃膠液由100份水玻璃、15份磷酸硅、10份硅溶膠、1份硅烷偶聯(lián)劑配成，制備不同表觀密度板材，分析見表1．

表1 不同表觀密度的無機保溫板性能

結(jié)果表明:表觀密度過低，導(dǎo)熱系數(shù)明顯上升，如密度為150kg/m3板材，其導(dǎo)熱系數(shù)為0．075W/(m·k);隨著表觀密度的增加其導(dǎo)熱系數(shù)下降，其原因為板材內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)趨于合理，沒有出現(xiàn)較大的空隙所致;當表觀密度進一步增強時，由于板材內(nèi)部過于密實，從而使板材的導(dǎo)熱系數(shù)又出現(xiàn)上升趨勢．從表中可以看出，隨著密度的上升，其板材的抗壓強度也隨之增加．密度低于150kg/m3時，抗壓強度過低，當密度高于250kg/m3，其抗壓強度有較大幅度增加．考慮到保溫板導(dǎo)熱系數(shù)為主要指標，可以選擇200kg/m3左右為設(shè)計目標密度．

2．2 物料配比對表觀密度的影響

確定板材的表觀密度為200kg/m3作為對象，選用堆積密度為90kg/m3的大粒徑?；⒅闉榇旨?粒徑為1．5mm～3．5mm)100份，小粒徑?；⒅?粒徑為0．5mm～1．5mm)、二氧化硅氣凝膠、硅藻土、無機膠液(占總物料的質(zhì)量份數(shù))進行混拌，裝模熱壓，固化溫度100℃，固化時間2h，結(jié)果見表2．

表2 物料配比對表觀密度的影響

由表2可以得出，設(shè)計表觀密度為200kg/m3，而實際表觀密度為216kg/m3～229kg/m3，無機膠液及玻化微珠對表觀密度的影響最大，其次是硅氣凝膠、硅藻土．分析?；⒅槲?，最終導(dǎo)致實際表觀密度變大;無機膠液含量高，可能是因為物料吸水后被膠膜封閉，從而最終使密度變大;硅氣凝膠以及硅藻土對表觀密度影響較小，可能是因為物料水平設(shè)計偏低，或者是硅氣凝膠吸水極低以及硅藻土吸水后能及時揮發(fā)出去．

2．3 物料配比對導(dǎo)熱系數(shù)的影響

由表2可知:不同配比的保溫板導(dǎo)熱系數(shù)在0．061W/(m·k)～0．090W/(m·k)之間，減少膠液用量，增加小粒徑?；⒅榧肮铓饽z的用量，可以使導(dǎo)熱系數(shù)降低，但體系大量空隙存在及水分滲入輕集料內(nèi)部從而導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)偏高．分析膠液含量高可能導(dǎo)致保溫板材封閉過多的水分，使其導(dǎo)熱偏高;硅氣凝膠的加入對板材的導(dǎo)熱系數(shù)有一定的降低，但不是很明顯，分析認為硅氣凝膠的摻入水平過低所致;細顆粒?；⒅榧肮柙逋恋膿搅繉?dǎo)熱系數(shù)影響不大，分析大顆粒?；⒅樵诔尚瓦^程中已被壓實，所以硅藻土與細顆粒?；⒅閾搅慷嗌賹ζ溆绊戄^小．

2．4 物料配比對強度的影響

從表2可以看出，隨著無機膠液配比的增加，試樣抗壓強度呈增加趨勢，其他因素對強度的影響較?。?0份膠液成型的板材，其強度一般小于0．3MPa;15份膠液成型的板材其強度一般小于0．4MPa;20份膠液成型的板材其強度一般小于0．5MPa．

2．5 物料配比對吸水率的影響

吸水率是表征防火板材的重要指標．?；⒅槲蚀螅糜诒匕宀臅r因為吸水易出現(xiàn)空鼓、開裂的問題．選用粗大顆粒玻化微珠(＞1．5mm)∶?；⒅?0．5mm ～1．5mm)∶二氧化硅氣凝膠∶硅藻土 =100∶10∶5∶5，加入無機膠液15份(占總輕集料份數(shù))，成型后測定板材吸水率．

圖1 板材隨時間的吸水率

由圖1可看出，其吸水率在2h左右達到平衡，接近12%，隨后趨于穩(wěn)定;分析認為板材吸水率過高，由于?；⒅樵诔尚瓦^程中被大量壓碎而出現(xiàn)破碎空隙，導(dǎo)致?；⒅槲^高．

3 結(jié)論

不同表觀密度保溫板材，導(dǎo)熱系數(shù)亦不一樣;過高與過低的密度，其導(dǎo)熱系數(shù)明顯上升．就本實驗可以選擇200kg/m3為最佳值，物料吸水后被膠膜封閉從而使表觀密度大于設(shè)計值．不同配比的保溫板導(dǎo)熱系數(shù)在0．061W/(m·k)～0．090W/(m·k)之間，減少膠液用量，增加小粒徑?；⒅榧肮铓饽z的用量，可以使導(dǎo)熱系數(shù)適量降低，但體系大量空隙存在及水分滲入輕集料內(nèi)部從而導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)都偏高．板材抗壓強度一般在0．3MPa～0．5MPa之間．板材吸水率過高，由于?；⒅樵诔尚瓦^程中被大量壓碎而出現(xiàn)破碎空隙，導(dǎo)致?；⒅槲^高．

［1］張思成．國外建筑輕板發(fā)展狀況和趨勢［J］．墻材革新與建筑節(jié)能，2004(8):27-30．

［2］曹銘真，李 珠，劉元珍，趙 林．?；⒅榘l(fā)泡保溫板正交試驗研究［J］．施工技術(shù)，2013，42(16):79-82．

［3］肖 紅．建筑保溫材料的應(yīng)用種類及前景展望［J］．建筑技術(shù)，2010(17):182．

［4］張憲圓．硅鈣膨脹珍珠巖保溫板的開發(fā)及性能研究［D］．廣州:華南理工大學，2011．