復(fù)合EPS 顆粒發(fā)泡水泥保溫板的研究

■趙壇祥，邵 輝 ■.江蘇省蘇安能節(jié)能建材科技有限公司，江蘇 蘇州 544;.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 003

隨著《江蘇省居住建筑熱環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DGJ32J71 -2014的落地和實(shí)施，江蘇省將使全省建筑的總能耗能夠達(dá)到節(jié)能的65%的總目標(biāo)。其中外墻保溫技術(shù)的發(fā)展與節(jié)能材料的革新是密不可分的，建筑節(jié)能必須以發(fā)展新型節(jié)能材料為前提，必須有足夠的保溫絕熱材料做基礎(chǔ)。而目前市場上的A 級(jí)保溫材料價(jià)格普遍偏貴或?qū)嵯禂?shù)偏高，導(dǎo)致A 級(jí)材料外墻保溫系統(tǒng)均價(jià)偏高。因此，尋求一種保溫效果好且價(jià)格不高的A 級(jí)保溫材料是目前市場的迫切需求。

本文研究的復(fù)合EPS 顆粒發(fā)泡水泥保溫板:是指將雙氧水加入到由水泥基膠凝材料(硅酸鹽水泥為主，按干粉料總重量計(jì))、改性EPS顆粒、摻合料、復(fù)配添加劑和水等制成的料漿中，經(jīng)高速混合攪拌、澆注成型、發(fā)泡靜停、養(yǎng)護(hù)和切割而成的輕質(zhì)多微孔A 級(jí)外墻保溫材料。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥:張家港海螺水泥有限公司產(chǎn)強(qiáng)度等級(jí)為42.5R 的普通硅酸鹽水泥;粉煤灰:采用Ⅱ級(jí)粉煤灰，具體性能指標(biāo)見表1;EPS 泡沫顆粒:江蘇省蘇安能節(jié)能建材有限公司自產(chǎn)，具體性能指標(biāo)見表2;復(fù)合添加劑:工業(yè)級(jí)，江蘇省蘇安能節(jié)能建材有限公司研制;雙氧水:工業(yè)級(jí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)27.5%;聚合物乳液:工業(yè)級(jí)，固含量55%，PH 值7.0-8.5。

表1 粉煤灰主要化學(xué)成分 %

表2 EPS 顆粒的性能

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)合EPS 顆粒發(fā)泡水泥保溫板的制備

改性EPS 顆粒準(zhǔn)備:首先將不同聚合物乳液添加改性劑改性后加水稀釋，然后霧化均勻噴在EPS 顆粒表面?zhèn)溆谩Ｋ嗷哿蠝?zhǔn)備:將水泥、粉煤灰和復(fù)合添加劑按設(shè)定配比稱量，用高速攪拌機(jī)混合成均勻的粉料備用。保溫板的制備:按照預(yù)先設(shè)定好的基準(zhǔn)配比，將水泥基粉料加入自來水(45℃)中在高速攪拌機(jī)中攪拌2 分鐘，再將處理后的EPS 顆粒(表面微干、無明顯水漬)加入漿料中攪拌2 分鐘，攪拌均勻后加入雙氧水?dāng)嚢?～7 秒鐘后澆注入模成型、發(fā)泡靜停、養(yǎng)護(hù)，24h 后脫模，在規(guī)定條件下養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期。

1.2.2 性能測試方法

測試改性EPS 顆粒與水泥基粉料漿體之間的粘結(jié)力參照J(rèn)G 149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》;復(fù)合EPS 顆粒發(fā)泡水泥保溫板試塊干密度、抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的測試方法按照DGJ32/TJ174 -2014《復(fù)合發(fā)泡水泥板外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》［1］。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同品種聚合物乳液做界面處理，對EPS 顆粒與水泥基漿料之間粘結(jié)力的影響

表3 不同品種聚合物乳液做界面處理后EPS 顆粒與水泥基漿料之間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度以及EPS 顆粒破壞程度

注:選用未經(jīng)電熱絲切割EPS 顆粒保溫板表面模擬EPS 顆粒表面。(18kg/m3)

從表3 和圖1 可以看出，同樣固含量為10%的不同聚合物乳液，其對抗拉強(qiáng)度和對EPS 顆粒破壞程度的影響相差不明顯，總體上看固含量為10%丙烯酸乳液效果最好。同樣固含量為12.5%的不同聚合物乳液，其對抗拉強(qiáng)度和對EPS 顆粒破壞程度的影響相差較大。無論粘結(jié)強(qiáng)度、還是對板材的破壞程度都存在差別，用丙烯酸做界面處理的粘結(jié)強(qiáng)度最高，板材完全被破板。

圖1 三種聚合物乳液不同固含量對粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由于水泥基漿體中不含聚合物乳液成份，僅在EPS 顆粒表面做界面濕處理，在顆粒與水泥漿體混合時(shí)，乳液較多存在于顆粒與水泥漿的交界面處。從表3 和圖1 可以看出此情況下，丙烯酸乳液作為界面處理劑效果最佳。EPS 顆粒和水泥石之間主要力學(xué)性能就是粘結(jié)強(qiáng)度，粘結(jié)強(qiáng)度主要來自于兩個(gè)方面:聚合物膜對EPS 顆粒、水泥石界面處的收縮橋連產(chǎn)生的粘結(jié)結(jié)合力以及水泥石嵌入EPS 顆粒后產(chǎn)生的機(jī)械咬合力［2］。

2.2 雙氧水摻量對復(fù)合EPS 顆粒發(fā)泡水泥保溫板性能的影響

雙氧水在堿性條件下會(huì)產(chǎn)生氧氣，氧氣在水泥漿體中發(fā)泡、體積增大，最后形成海綿狀水泥漿體;若雙氧水加入量過多，會(huì)導(dǎo)致體積密度過低，造成塌模等現(xiàn)象。

在其它材料配比不變的情況下，只改變雙氧水摻量，其對干密度、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)的影響。

從圖2～圖4 可以看出，隨著雙氧水摻量的增加，干密度和抗壓強(qiáng)度逐漸降低，導(dǎo)熱系數(shù)隨著雙氧水摻量的增加逐漸減小而后又增大;當(dāng)雙氧水摻量為6%時(shí)，其干密度為219kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.045W/(m·K)，28d 抗壓強(qiáng)度為0.52Mpa，符合江蘇省標(biāo)準(zhǔn)DGJ32/TJ174 -2014《復(fù)合發(fā)泡水泥板外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》要求。

2.3 干密度和保溫板孔結(jié)構(gòu)對保溫性能的影響。

(1)材料的生成。雙氧水在漿料的堿性環(huán)境下開始發(fā)生反應(yīng)放出氣體，形成獨(dú)立的氣源。當(dāng)氣源處氣體壓力大于料漿的極限剪切應(yīng)力(粘滯阻力和靜水壓力之和)時(shí)，氣源開始加速膨脹，形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的氣泡［3］。在保溫板配比其它參數(shù)不變的情況下，雙氧水添加量越多，形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的氣泡處氣體越壓力越大，最后穩(wěn)定后形成的保溫板的泡孔就越大，保溫板體積也就越大，而干密度和強(qiáng)度也就越低。

(2)干密度的影響。但從圖2、4 可以看出，導(dǎo)熱系數(shù)并不是隨著干密度降低而降低的，而是當(dāng)干密度小于某個(gè)臨界值時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)反而增大。究其原因:由于干密度過低，其孔隙率就會(huì)升高，同時(shí)其對熱輻射的阻抗力能力也降低。從圖5 可以看出保溫板泡孔之間有孔隙連接，這樣有孔隙連接后的泡孔體積被放大，對降低導(dǎo)熱系數(shù)不利，會(huì)產(chǎn)生空氣對流。對于保溫材料，只有當(dāng)熱量傳遞三種基本方式(導(dǎo)熱、對流、輻射)所傳遞的熱量之和最小時(shí)，才具有最佳的保溫效果［4］。

圖4 雙氧水的摻量對導(dǎo)熱系數(shù)的影響

(3)保溫板孔結(jié)構(gòu)的影響。

圖5 中保溫板泡孔之間有較多孔隙連接，隔絕空氣氣泡被放大兩倍、甚至三倍，可能在較大的泡孔中形成渦流，影響導(dǎo)熱系數(shù)。同時(shí)對熱輻射的阻抗力能力也減弱。圖6 是EPS 顆粒內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，隔絕的空氣氣泡沒有孔隙連接，泡孔完全獨(dú)立封閉。圖7 是發(fā)泡水泥保溫板泡孔之間有極少孔隙連接，對降低導(dǎo)熱系數(shù)影響很小。

圖4 中可以看出，當(dāng)雙氧水摻量為6%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)最低，為0.045W/(m·K)，小于標(biāo)準(zhǔn)(DGJ32/TJ174 -2014)要求值［0.065W/(m·K)］30.77%。究其原因:圖6 和圖7 中隔絕的單獨(dú)氣泡的完美結(jié)合。這樣的泡孔結(jié)構(gòu)組合即形成單獨(dú)隔絕空氣的泡孔，降低了導(dǎo)熱系數(shù)，又使得發(fā)泡水泥保溫板的泡孔包圍EPS 保溫顆粒，把每個(gè)EPS 顆粒分開(如圖5)，防火性能大大提高，可以達(dá)到燃燒性能等級(jí)A 級(jí)要求。

圖7 雙氧水摻量6%保溫板孔結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

(1)在用表3 中六種不同固含量的乳液做界面處理時(shí)，固含量為12.5%的丙烯酸乳液作為界面處理劑效果最佳。其粘結(jié)力主要來源于聚合物膜對EPS 顆粒、水泥石界面處的收縮橋連產(chǎn)生的粘結(jié)結(jié)合力以及水泥石嵌入EPS 顆粒后產(chǎn)生的機(jī)械咬合力。

(2)復(fù)合EPS 顆粒發(fā)泡水泥板的導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度和干密度與雙氧水摻量有關(guān)，隨著雙氧水摻量的增加，抗壓強(qiáng)度和干密度逐漸減小，導(dǎo)熱系數(shù)逐漸減小而后又漸增大。

(3)在雙氧水摻量為6%時(shí)，復(fù)合EPS 顆粒發(fā)泡水泥保溫板泡孔結(jié)構(gòu)致密，隔絕的空氣氣泡有極少孔隙連接，泡孔處于獨(dú)立封閉狀態(tài)。抗壓強(qiáng)度和干密度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)熱系數(shù)降到0.045W/(m·K)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)泡水泥板泡孔和EPS 顆粒的完美結(jié)合。

［1］DGJ32/TJ174 -2014，江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn).復(fù)合發(fā)泡水泥板外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］姚利君，張惠，高向方.聚合物砂漿與膨脹聚苯板粘結(jié)強(qiáng)度的研究［J］.化學(xué)建材，2006(22):33 -35.

［3］張磊蕾，王武祥，廖禮平，王愛軍.發(fā)泡水泥板孔結(jié)構(gòu)的影響因素研究［J］.混凝土與水泥制品，2013(9):1 -5.

［4］常儇宇，張金花，王小安，林莉.常見保溫材料密度與導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系的研究［J］.研究探索，2009(2):66 -70.