裝飾保溫一體化陶瓷復合板的制備與性能分析

摘 要：本研究制備了一種裝飾保溫一體化陶瓷復合板，并對其性能進行了分析。采用水泥基發(fā)泡保溫材料與陶瓷薄板進行復合，制備出具有良好保溫性能和裝飾效果的復合板。在制備過程中，通過對水灰比和玻璃纖維含量兩個指標對發(fā)泡保溫材料的性能進行測試分析。結果表明：過高的水灰比將明顯降低保溫材料干密度和抗壓強度；而玻璃纖維含量越高，保溫材料的干密度越大，抗壓強度則呈現(xiàn)先增高后降低的特征。本研究為制備高性能裝飾保溫一體化陶瓷復合板提供了有益的參考。

關鍵詞：陶瓷復合板；一體化；節(jié)能系統(tǒng)；水灰比；玻璃纖維；建筑節(jié)能

1前言

建筑節(jié)能指在建筑材料生產、房屋建筑和構筑物施工及使用過程中，滿足同等需要或達到相同目的的條件下，盡可能降低能耗。這是一個綜合性的概念，需要在建筑設計、施工和使用等各個環(huán)節(jié)中采取多種措施來實現(xiàn)。這些措施不僅可以降低能耗，還可以提高建筑的舒適性和使用壽命，對于推動綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。節(jié)能建筑的實現(xiàn)途徑包括合理的建筑規(guī)劃和設計、節(jié)能的電氣設備、節(jié)能的制冷制熱技術以及高效的外墻保溫系統(tǒng)等。以上措施中外墻保溫系統(tǒng)在建筑節(jié)能方面起著舉足輕重的作用。外墻保溫系統(tǒng)是由保溫層、保護層和固定材料（如膠粘劑、錨固件等）構成的，適用于安裝在外墻外表面的非承重保溫構件總稱。這個系統(tǒng)的作用是減少建筑物內外熱量傳遞，保持室內溫度，同時也有助于降低能源消耗。根據(jù)使用的材料和構造方式，外墻保溫系統(tǒng)可以分為多種類型，如聚苯乙烯泡沫塑料板薄抹灰外保溫系統(tǒng)、水泥發(fā)泡板外墻外保溫系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)通常具有高保溫隔熱性、強度相對好、不易碎裂、質輕、無毒無害、環(huán)保節(jié)能等特點。使用外墻保溫系統(tǒng)可以提高建筑物的能效和舒適度，并且可以降低能源消耗和運行成本。

2 陶瓷復合板一體化節(jié)能體系

2.1 外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系

外墻的保溫和裝飾是建筑工程主體結構的兩個子分部工程。傳統(tǒng)的外墻保溫和裝飾是分別進行的，這不僅增加了施工難度和成本，還容易出現(xiàn)開裂、滲水等問題。近年來隨著國家對建筑節(jié)能要求的不斷提高，在科技進步的支撐下，外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系的研發(fā)和應用逐漸成為實現(xiàn)綠色建筑的熱點環(huán)節(jié)。例如，新型的保溫材料、復合板材、粘結劑等的研發(fā)和應用，為外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系的實現(xiàn)提供了技術支持和材料保障。外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系是一種集外墻裝飾和外墻節(jié)能于一體的系統(tǒng)。這種體系將裝飾和保溫兩個分項工程預先在工廠合二為一制成成品，到現(xiàn)場后直接安裝到建筑物外墻上，實現(xiàn)了一次施工完成兩種建筑功能，簡化了施工過程。該體系中的外墻裝飾節(jié)能復合板是在工廠預制復合的、兼具裝飾、節(jié)能的功能型板材，具有良好的保溫、裝飾和防水功能。在實現(xiàn)節(jié)能減排的同時，降低了施工成本和維護成本、提高了建筑物的經濟效益。與傳統(tǒng)的冷粘復合工藝相比，該體系采用了熱壓復合一次性成型技術，實現(xiàn)了材料基面復合時的微觀滿粘，確保復合板自身的性能穩(wěn)定及優(yōu)良的耐候性。未來外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系的發(fā)展需要進一步加強政策引導和技術創(chuàng)新，提高產品質量和施工水平，推動該體系在建筑節(jié)能領域發(fā)揮更大的作用。

2.2 陶瓷板在一體化節(jié)能體系中的應用

建筑陶瓷板是一種新型的建筑材料，主要用于建筑物的外墻裝飾和保溫系統(tǒng)。這種陶瓷板的制作工藝相對復雜，主要包括配料、研磨、壓制、燒制等多道工序。選用適宜的天然無機材料作為膠凝材料，以頁巖、海泡石等為骨料，經過精確配料后進行研磨，確保材料的均勻性和細膩度。采用高壓壓制技術，使材料緊密結合，形成致密的坯體。最后，經過高溫燒制，陶瓷板得以硬化并形成獨特的微晶結構。建筑陶瓷板顏色豐富多樣，可以定制各種紋理和圖案，為建筑物增添更多的藝術感和時尚感。同時又兼有質輕、強度高、抗沖擊能力強、隔熱、隔音、防水、環(huán)保等優(yōu)良性能，且具有較長的使用壽命和較低的維護成本，能夠長期保持良好的性能和外觀。

將陶瓷板與發(fā)泡保溫材料復合成集裝飾與保溫功能于一體的復合板是近年來出現(xiàn)的外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系家族的新成員。這種復合板通常由陶瓷薄板、保溫芯層和背板組成。其中，飾面層是高溫壓制而成的陶瓷薄板，具有逼真的石材效果和優(yōu)良的耐候性能，不會分解霉變、無輻射、無污染，綠色環(huán)保。保溫芯層通常采用水泥基發(fā)泡保溫材料，一次化學合成，可以保證上墻永久不脫落。這種復合板具有優(yōu)異的保溫隔熱性能，能夠有效地降低能耗，同時還具有耐震防裂、隔音降噪、安裝便捷的特點。

3 一體化陶瓷復合板的制備

3.1 發(fā)泡保溫材料的制備

（1）原材料。

發(fā)泡保溫材料的制備主要用到了以下原材料：水、水泥、發(fā)泡劑、玻璃纖維以及防水劑。作為膠凝材料的水泥，其化學穩(wěn)定性對于保溫材料成品的保溫性能至關重要。為了確保保溫層的承載能力和穩(wěn)定性，本次研究在制備保溫材料時選用P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，并針對凝結時間和抗壓強度兩個參數(shù)進行了測定，測定結果見表1。從測試的結果來看，本次所選用的P.O42.5普通硅酸鹽水泥完全符合相關標準。

發(fā)泡劑是一種重要的外加劑，可以降低液體表面張力，產生大量均勻穩(wěn)定的泡沫。發(fā)泡劑的類型和品質對保溫材料成品的空隙類型及穩(wěn)定性起關鍵作用。本次研究選用高分子復合型水泥發(fā)泡劑FP-50，按照1：60的比例進行稀釋使用。該發(fā)泡劑發(fā)泡能力強，發(fā)泡后氣孔獨立封閉且不吸水、不儲水，具有較強的分散性和較好的穩(wěn)定性。

玻璃纖維是發(fā)泡保溫材料中一種常用的增強材料，具有較高的拉伸強度和模量，可以有效地增強發(fā)泡保溫材料的力學性能，提高其抗壓、抗拉、抗彎等能力，提高保溫材料的強度和韌性，防止其開裂和變形。本次研究選用ECR玻璃纖維，其主要的物理性能見表2。

（2）制備工藝。

發(fā)泡保溫材料在制備時，首先按照一定的比例將水、水泥、玻璃纖維和防水劑進行混合攪拌3～5min，直到混合漿料均勻、無顆粒狀物質。同時將水和發(fā)泡劑按照一定比例送入發(fā)泡機進行發(fā)泡得到泡沫液。將上述兩道工序得到的混合漿料和泡沫液混合攪拌后澆筑入模。按照設計要求的養(yǎng)護齡期養(yǎng)護后脫模。具體制備工藝流程見圖1。

3.2 陶瓷板與保溫層的復合

裝飾保溫一體化陶瓷復合板作為一體化的節(jié)能系統(tǒng)主要由三部分組成：裝飾層、保溫層和粘結劑。粘結劑是由粘結料、增塑劑、固化劑、充填劑等材料按照一定的配比、特定的工藝配制而成，具有優(yōu)良的粘結性能，可以將陶瓷板與保溫層有效粘結復合。為了取得理想的粘接效果，復合工序包括以下步驟：對陶瓷板表面進行處理，確保陶瓷板表面清潔、干燥、有一定的粗糙度。將制備好的粘結劑均勻地涂布在陶瓷板的背面。待粘接劑完全浸潤后將陶瓷板與制備好的水泥基發(fā)泡保溫材料進行復合，確保兩者緊密結合。將復合好的材料進行養(yǎng)護，以確保其強度和穩(wěn)定性。根據(jù)需要進行切割、打磨等加工，以滿足建筑陶瓷板與水泥基發(fā)泡保溫材料復合制品的尺寸和外觀要求。對復合制品進行質量檢驗，確保其性能和質量符合要求。

4保溫材料性能分析

4.1 保溫材料性能測試

本次研究按照GB/T 5486-2008《無機硬質絕熱制品試驗方法》的要求，對本工藝流程下制備的發(fā)泡保溫材料進行干密度和28d抗壓強度兩項指標的測定。試樣設定為棱長10cm的正方體小試塊，每項測試指標均在測試過程中設置了3塊試樣，并最終取三組數(shù)據(jù)的算術平均值為其代表值。

4.2 水灰比對保溫材料物理性能的影響

水灰比對于水泥基發(fā)泡所形成的保溫材料物理性能有重大影響。當水灰比過大（水泥含量低）時，水泥漿料凝結時間延后，澆筑入模后成型的保溫材料塊體易產生離析分層。而當水灰比過小（水泥含量高）時，水泥漿料中阻力較大，泡沫難以形成或已形成的泡沫被擠壓破壞而損失。從圖2中可以看出，在相同的養(yǎng)護條件下隨著水灰比的增大，保溫材料塊體的干密度和抗壓強度逐漸降低。這是因為水灰比的增加會導致材料中的氣孔數(shù)量和大小增加、材料的密實度降低，從而導致抗壓強度下降。此外，過高的水灰比還可能導致材料中的水泥和骨料之間的結合力減弱，進一步降低抗壓強度。

4.3 玻璃纖維含量對保溫材料物理性能的影響

根據(jù)前述水灰比對保溫材料物理性能的影響分析結果，確定采用水灰比為0.5的配合比方案。據(jù)此方案對玻璃纖維含量與保溫材料物理性能關系進行試驗研究。本次試驗中玻璃纖維的含量分別設定為0%、0.5%、1%、1.5%以及2%。玻璃纖維的摻入采用干混法的方式，確保其在水泥漿料中分布均勻且分散。從試驗過程來看，當玻璃纖維含量為0%時，隨外加荷載的增大保溫材料塊體開始出現(xiàn)豎向裂縫，且裂縫的寬度和深度逐漸增大并伴有清脆的破裂聲，直至試塊被完全破壞。而摻雜了玻璃纖維的試塊裂縫開始出現(xiàn)時所對應的外加荷載值明顯增大，且玻璃纖維含量越高，開始出現(xiàn)裂縫的荷載值越大。隨著荷載值持續(xù)增大，試塊破壞過程相對緩慢。

從測試得到的數(shù)據(jù)來看（圖3），隨著玻璃纖維含量的上升，保溫材料塊體的干密度逐漸降低，而抗壓強度則呈現(xiàn)先增高、后降低的趨勢。玻璃纖維的加入可以有效改善材料的孔結構，使其更加均勻和細致，從而降低材料的干密度。同時還可以提高保溫材料的抗壓強度，這是因為玻璃纖維具有高強度和高模量的特點，可以有效地增強材料的力學性能，防止其開裂和變形。當玻璃纖維含量適中時，可以在一定程度上提高材料的抗壓強度。但是，當玻璃纖維含量過高時，可能會導致材料的均勻性變差，從而影響其抗壓強度。

5 結論

（1）裝飾保溫一體化陶瓷復合板是一種集裝飾與保溫功能于一體的新型外墻材料。陶瓷板作為飾面層，具有逼真的石材效果和優(yōu)良的耐候性能，不會分解霉變、無輻射、無污染，綠色環(huán)保。同時，建筑陶瓷板還具有很好的耐震防裂、隔音降噪等特點，能夠有效地提高建筑物的能效和舒適度，降低能源消耗和運行成本。

（2）水灰比和玻璃纖維含量是決定發(fā)泡保溫材料的性能的兩個關鍵指標，同時也是決定一體化節(jié)能體系質量優(yōu)劣的關鍵。在其制備過程中發(fā)現(xiàn)：過高的水灰比將明顯降低保溫材料干密度和抗壓強度；而玻璃纖維含量越高，保溫材料的干密度越大，抗壓強度則呈現(xiàn)先增高后降低的特征。

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