基于氯氧鎂水泥制備的EPS 保溫砂漿研究

李政奎

（廣州建筑股份有限公司）

0 引言

聚苯顆粒(EPS 顆粒)由聚苯乙烯塑料經加工制作而成，具有質量輕、導熱系數低、保溫隔熱效果好、吸水率低、抗裂性好等特點。建筑工業上經常將EPS 顆粒代替傳統無機骨料制作成輕質保溫材料。EPS 材料遇火易燃，且具有熔滴現象，會加劇EPS 的燃燒，存在安全隱患，因此，提高EPS 保溫材料的阻燃性能具有重要的研究意義[1-3]。研究發現[4-8]，以EPS 顆粒作為骨料制備的EPS 復合保溫砂漿具有良好的保溫隔熱性和阻燃性。

氯氧鎂水泥是法國人Sorel 于1867 年發明的，是由一定濃度的氯化鎂水溶液與活性氧化鎂粉調配而成。這種氯氧鎂水泥石是一種由MgO-MgCl2-H2O 體系組成的鎂質膠凝材料，具有粘結性能好、強度高、耐高低溫、空氣穩定性和耐候性好，以及質量輕和腐蝕性低等特性，可應用于阻燃領域[9]。

本研究以質量比m(氧化鎂):m(氯化鎂水溶液):m(水)=7.4:5.1:1.0 作為氯氧鎂水泥的配合比，并摻入聚苯顆粒顆粒制備出復合EPS 保溫砂漿，研究了聚苯顆粒摻量對EPS 保溫砂漿的力學強度、密度、導熱系數的影響，同時研究了粉煤灰對聚苯顆粒摻量為0.486%的復合EPS 保溫砂漿容重和導熱系數的影響。

1 試驗

1.1 試驗原材料

本試驗使用氧化鎂為輕燒氧化鎂，來自北京利福升化工有限公司，活性氧化鎂含量為37.0%，燒失量為26.1%，化學組成見表1。

表1 氧化鎂化學成分組成 （%）

氯化鎂來自河南鑫宏泰生物科技有限公司，MgCl2·6H2O 含量為99.1%；實驗用氯化鎂水溶液按摩爾比mol（MgCl2·6H2O）:mol（H2O）=1:10 配制而成。

聚苯顆粒來自北京順港筑邦環保科技有限公司，以廢舊聚苯顆粒為基材，經特殊工藝處理，呈現出淡藍色光澤。本實驗用粉煤灰來自韶關曲江區烏石港有限公司，F 類II 級，燒失量為2.3%，其化學成分見表2。

表2 粉煤灰化學成分組成 （%）

1.2 試驗方法

復合保溫砂漿力學性能測試參考標準GB/T 17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》，試樣尺寸為40mm×40mm×160mm；導熱系數的測量采用熱流法導熱分析儀HFM（Lambda），試樣尺寸為300mm×300mm×25mm。

以質量比m (氧化鎂):m (氯化鎂水溶液):m (水)=7.4:5.1:1.0 作為氯氧鎂水泥的配合比，摻入EPS 顆粒，制備復合保溫砂漿，其配比見表3。

表3 保溫砂漿的實驗配比(wt%)

EPS 顆粒摻量為0.486%的復合保溫砂漿具有質輕導熱系數小的特點，為改善復合保溫砂漿的耐水性及穩定性，以EPS 顆粒摻量為0.486%的砂漿作為研究對象，摻入粉煤灰替代部分氧化鎂，研究粉煤灰摻量對復合保溫砂漿的容重和導熱系數的影響，實驗配比見表4。

表4 保溫砂漿的實驗配比(wt%)

2 結果與討論

2.1 聚苯顆粒摻量對力學性能的影響

由圖1、圖2 可以看出，隨著聚苯顆粒摻量的增加，砂漿的抗折強度、抗壓強度呈現下降趨勢，抗壓強度的下降幅度較大。聚苯顆粒摻量為0%時，砂漿3d、7d、28d的抗折強度分別是19.5MPa、20.6MPa、21.3MPa，抗壓強度則分別為87.2MPa、100.0MPa、130.5MPa。隨著聚苯顆粒摻量的增加，抗折強度和抗壓強度持續下降，摻量為0.486%時，達到最小值。這是因為聚苯顆粒具有良好的變形能力，其本身的抗拉強度和抗壓強度小于氯氧鎂水泥的，在應力作用下，硬化的氯氧鎂水泥漿體承受主要應力，隨著聚苯顆粒摻量的增多，單位體積氯氧鎂水泥漿減少，復合EPS 砂漿抗壓強度和抗折強度下降，另一方面，聚苯顆粒是有機高分子材料，而氯氧鎂水泥屬于無機材料，表面性能差異較大，界面粘結強度低，在連續載荷作用下，界面處很容易產生微裂紋，聚苯顆粒摻量越多，其與水泥漿體形成易產生微裂紋的界面也越多，力學強度越低[10]。

圖1 EPS 顆粒摻量與抗折強度關系曲線

圖2 EPS 顆粒摻量與抗壓強度關系曲線

2.2 聚苯顆粒摻量對導熱系數和容重的影響

砂漿密度和導熱系數測試結果見圖3。由圖3 可知，隨著聚苯顆粒摻量的增加，復合保溫砂漿容重和導熱系數均下降。砂漿密度由聚苯顆粒摻量為0%時的2043㎏/m3降低到摻量為0.486%時的805㎏/m3；導熱系數則由聚苯顆粒摻量為0%時的0.4093W(m·K)下降到摻量為0.486%的0.2191W/(m·K)。由于聚苯顆粒具有密度小、導熱系數小的特性，隨著聚苯顆粒摻量的增加，保溫效果增強。另外，聚苯顆粒是有機高分子材料，具有一定疏水性，在其與水泥漿界面處容易產生閉合孔隙，隨著聚苯顆粒摻量的增加，界面處形成的閉合孔也增加，閉合孔的增加阻礙熱量的傳遞，降低砂漿導熱系數，提高保溫性能[11]。

圖3 不同摻量聚苯顆粒的砂漿密度和導熱系數

2.3 粉煤灰對復合保溫砂漿密度、導熱系數的影響

由圖4 可見，隨著粉煤灰摻量的增加，復合保溫砂漿的密度和導熱系數均先增加后降低。粉煤灰摻量為5.487%時，砂漿的容重、導熱系數最大。這是因為小摻量的粉煤灰能均勻分布在水泥顆粒之中，不僅能填充水泥顆粒間的空隙，而且能改善膠凝材料的顆粒級配，并增加水泥漿體的密實度。由圖5 水泥漿體28d 水化產物的微觀形貌可看出，粉煤灰摻量為0%的水化產物為相互交錯的針狀物，孔隙多，粉煤灰摻量為5.487%時，水化產物則是大塊狀物，表面附有少量針狀物，結構較密實。但由于粉煤灰密度小，且其本身的球體顆粒是一種孔隙較多的結構[12]，隨著粉煤灰摻入增加，單位體積的水泥漿體減少，粉煤灰含量增多，從而導致砂漿密度減小，導熱系數降低。

圖4 粉煤灰摻量與砂漿密度、導熱系數的關系曲線

圖5 水泥漿體28d 水化產物微觀形貌

3 結論

⑴隨著聚苯顆粒摻量的增加，砂漿的抗折強度、抗壓強度出現下降趨勢，在聚苯顆粒摻量為0.486%時，抗折強度和抗壓強度均達到最小值。

⑵聚苯顆粒能顯著降低復合保溫砂漿的密度和導熱系數，摻量為.0486%時，密度和導熱系數分別是805㎏/m3、0.2191W/(m·K)。

⑶由于粉煤灰的填充效應，粉煤灰摻量為5.487%時，砂漿密度和導熱系數達到最大；粉煤灰球體顆粒具有多孔隙結構，當粉煤灰摻量大于5.487%時，能顯著降低砂漿的密度和導熱系數。