約束發(fā)泡混凝土復(fù)合保溫板的制備技術(shù)

史靈玉，曹斌，伍任雄，張宇，段文川

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015；2重慶市建設(shè)崗位培訓(xùn)中心，重慶 400014）

0 引言

建筑保溫不僅能夠增加建筑舒適性，而且是建筑節(jié)能的核心內(nèi)容，也是我國實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)之一。發(fā)泡混凝土是一種建筑保溫中常用的輕質(zhì)無機(jī)保溫材料，主要由膠凝材料（水泥）、水、（輕質(zhì)）骨料經(jīng)物理發(fā)泡或化學(xué)發(fā)泡制成，前者通過機(jī)械攪拌等物理方式制泡，后者通過發(fā)泡劑化學(xué)反應(yīng)制泡。大量封閉、不連通的孔是發(fā)泡混凝土具有保溫效果的根本原因，但是這同時導(dǎo)致其強度很低，因此協(xié)調(diào)發(fā)泡過程和硬化過程是生產(chǎn)發(fā)泡混凝土的關(guān)鍵。泡沫混凝土雖然具有較低的密度，但其抗壓強度過低，使得其使用范圍受限。因此研究水泥基發(fā)泡混凝土復(fù)合保溫板的增強技術(shù)具有重要意義。

陸正華等[1]采用碳纖維切絲改性，發(fā)現(xiàn)對發(fā)泡混凝土的增強效果明顯。巫文靜等[2]采用氣凝膠改性，發(fā)現(xiàn)不僅能改善導(dǎo)熱系數(shù)，增加抗壓強度，還能降低發(fā)泡混凝土的吸水率。此外，還有通過將發(fā)泡混凝土與超薄石材粘結(jié)及機(jī)械連接件復(fù)合制成的保溫板，以石材作為外飾面，滿足外墻用裝飾材料的國家標(biāo)準(zhǔn)要求,且保溫性能優(yōu)良,能夠較好地應(yīng)用到多層及高層建筑裝飾中[3]。

上述措施在對發(fā)泡混凝土保溫板進(jìn)行增強改進(jìn)時，一般先制備發(fā)泡混凝土，再與增強面層粘接或機(jī)械連接，適用于大尺寸的保溫板制備。而由于發(fā)泡混凝土強度低、脆性大，因此無法切割成小尺寸的保溫板。本研究在已有約束發(fā)泡研究基礎(chǔ)上[4]，采用聚丙烯纖維增強，同時在面層增加厚度2～3mm的保護(hù)層，制得約束發(fā)泡混凝土復(fù)合保溫板，使得發(fā)泡混凝土保溫性能和抗壓強度得到改善，同時具有可切割性，可用于制備多尺寸的保溫板。

1 生產(chǎn)工藝

約束發(fā)泡復(fù)合保溫板由芯材發(fā)泡混凝土和增強面層組成，如圖1所示，增強面層為上下表層覆有抗裂砂漿的玻璃纖維網(wǎng)格布，芯層為聚丙烯纖維增強的發(fā)泡混凝土，其原材料包括膠凝材料（普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、硅灰）、調(diào)凝劑（碳酸鋰）、減水劑（聚羧酸減水劑）、發(fā)泡劑（雙氧水）、催化劑（納米MnO2）、穩(wěn)泡劑（硬脂酸鈣）和聚丙烯纖維。

圖1 約束發(fā)泡混凝土復(fù)合增強板

約束發(fā)泡復(fù)合保溫板具體制備步驟如下：

（1）涂刷增強面層。清理模具表面，涂刷脫模劑；涂刷一層抗裂砂漿，鋪上玻璃纖維網(wǎng)格布后，再涂刷一層抗裂砂漿；

（2）發(fā)泡準(zhǔn)備。按比例稱量各原料，先將干料（水泥、硅灰、粉煤灰和聚丙烯纖維）和濕料（雙氧水、納米MnO2）分別混合攪拌均勻，再將二者混合攪拌形成漿料；

（3）注模成型。將漿料迅速注入模具，漿料液面不低于模具口，擰緊蓋板靜置發(fā)泡成型；

（4）養(yǎng)護(hù)。帶模養(yǎng)護(hù)1天后拆模；

（5）切割。送入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)一定齡期后，將其切割為一定大小的發(fā)泡混凝土保溫板。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 漿料攪拌

發(fā)泡混凝土是水泥凝結(jié)硬化和發(fā)泡劑發(fā)泡同時進(jìn)行的結(jié)果，因此對二者進(jìn)行合理的調(diào)控是制備過程的重要內(nèi)容。水泥的凝結(jié)硬化時間一般無法改變，但是攪拌制度對發(fā)泡過程影響較大。對漿體的攪拌制度（攪拌速率和攪拌時間）與發(fā)泡混凝土的強度和干表觀密度兩個性能之間的關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在攪拌速率600r/min和攪拌時間5s的攪拌條件下，制得的發(fā)泡混凝土質(zhì)量最佳。

2.1.1 攪拌速率

在攪拌時間相同的條件下（均為5s），改變攪拌速率生產(chǎn)發(fā)泡混凝土板，測試其表觀密度和28d抗壓強度，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，發(fā)泡混凝土28d表觀密度隨著攪拌速率增大出現(xiàn)先減后增的現(xiàn)象，攪拌速率為600r/min時，干表觀密度最小。而發(fā)泡混凝土的抗壓強度隨著攪拌速率的增加而逐漸下降，最終趨于平緩。當(dāng)攪拌速率超過600r/min后，表觀密度和抗壓強度變化不大，因此將攪拌速率600r/min作為發(fā)泡漿體的最優(yōu)攪拌速率。

圖2 攪拌轉(zhuǎn)速對發(fā)泡混凝土性能的影響

2.1.2 攪拌時間

在最優(yōu)攪拌速率600r/min下，不同攪拌時間下保溫板的抗壓強度和干密度結(jié)果如圖3所示。通過圖3可知，攪拌時間為5s時，發(fā)泡水泥混凝土在具有較低表觀密度的同時具有較高的28d抗壓強度。

圖3 加發(fā)泡劑后攪拌時間對發(fā)泡混凝土性能的影響

2.2 約束發(fā)泡

約束發(fā)泡是在模具上加蓋形成密閉空間，讓氣泡在約束條件下發(fā)泡。這一發(fā)泡過程具有兩方面的好處：一是減少發(fā)泡混凝土的塌模現(xiàn)象，二是簡化復(fù)合增強板的生產(chǎn)工藝。

2.2.1 減少塌模

采用約束發(fā)泡，能夠限制氣泡自由逸出，并且能夠改善塌模現(xiàn)象。發(fā)泡混凝土在空氣中自然發(fā)泡時，氣泡會在漿料中遷移，從表面逸出，導(dǎo)致其整體分布不均勻（越靠近逸出表面，氣泡越少），且容易造成塌模現(xiàn)象。自然發(fā)泡和約束發(fā)泡如圖4和圖5所示，當(dāng)約束發(fā)泡采用濕板覆蓋時，能夠避免塌模現(xiàn)象，這是因為濕板含有水分，密閉性好，在發(fā)泡混凝土約束發(fā)泡時，能夠更有效地阻止氣泡的逸出，從而改善塌模現(xiàn)象。

圖4 干板塌模現(xiàn)象（自然發(fā)泡）

圖5 濕板塌模現(xiàn)象（約束發(fā)泡）

2.2.2 簡化生產(chǎn)工藝

采用約束發(fā)泡工藝，增強面層和芯層通過水泥的凝膠硬化作用直接緊密連接在一起，連接質(zhì)量穩(wěn)定可靠，避免了常規(guī)增強過程中的粘接工序，簡化了生產(chǎn)工藝。常規(guī)發(fā)泡混凝土保溫板面層復(fù)合增強，常采用粘接劑粘接或者機(jī)械錨固的方式，如文獻(xiàn)[3]中通過石材專用粘接劑將發(fā)泡混凝土和超薄石材粘接，文獻(xiàn)[5]中采用鉚釘將玻璃纖維網(wǎng)格布固定在發(fā)泡混凝土板上。該連接方法不僅要求增強面層表面干凈平整，而且對粘接劑和鉚釘?shù)牟牧腺|(zhì)量和施工質(zhì)量均有要求，是常規(guī)生產(chǎn)施工過程中重要的環(huán)節(jié)。采用約束發(fā)泡工藝，面層和芯層通過水泥凝膠作用連接，無需額外的連接工序，簡化了保溫板的生產(chǎn)工藝。

2.3 面層增強

抗裂砂漿和玻璃纖維網(wǎng)格布作為復(fù)合保溫板上下面層增強材料，其良好的韌性可改變純發(fā)泡混凝土脆性大的缺點，提升保溫板坯體抗斷性能，使得保溫板在搬運中不易破壞，而且能夠改善切割時容易出現(xiàn)缺棱掉角的問題。此外，增強面層改善了抗裂性、抗沖擊性，玻璃纖維網(wǎng)格布能夠阻隔水分，降低保溫板的吸水性。增強后發(fā)泡混凝土復(fù)合保溫板性能可以得到顯著改善，以干密度165 kg/m2、抗壓強度0.26 MPa的發(fā)泡混凝土保溫板為例，復(fù)合增強后，其抗壓強度可達(dá)0.36MPa。

3 結(jié)語

約束發(fā)泡混凝土復(fù)合保溫板通過漿料在增強面層之間發(fā)泡，利用水泥的凝結(jié)硬化作用將增強面層與發(fā)泡混凝土粘接在一起，相比于傳統(tǒng)復(fù)合保溫板采用粘接或機(jī)械連接進(jìn)行復(fù)合增強的方式，該生產(chǎn)工藝更加簡單。此外，增強面層不僅能夠提高保溫板的力學(xué)性能（包括抗壓強度、抗裂性），而且能夠改善保溫板的保溫性能，玻璃纖維網(wǎng)格布能夠阻隔水分，避免芯層發(fā)泡混凝土受潮而失去保溫性，其優(yōu)異的韌性，使得復(fù)合保溫板在搬運中不易損壞，且具有可切割性，可以適應(yīng)實際工程對保溫板的各種尺寸要求。