發泡水泥保溫板性能研究及實驗

張澤華張志強

(1.大港一中培訓部，天津 300270；2.河南濮陽市天河電子機械設備維修制造有限公司，河南 濮陽 457000)

發泡水泥保溫板性能研究及實驗

張澤華1張志強2

(1.大港一中培訓部，天津 300270；2.河南濮陽市天河電子機械設備維修制造有限公司，河南 濮陽 457000)

文中針對發泡水泥板性能（體積密度、抗壓強度、導熱系數）及其影響因素進行了研究。在研究和實驗基礎上，以525普通硅酸鹽水泥作為基體材料、玻化微珠為添加劑、加入自制強化劑材料和其它原料，采用化學發泡方法制造出導熱系數低、體積密度小、抗壓強度符合要求的發泡水泥保溫板。

發泡水泥；保溫板；導熱系數

目前建筑業界常用的外墻保溫材料有EPS（膨脹性聚苯乙烯泡沫板板）、XPS（擠塑聚苯乙烯泡沫板）、酚醛板、巖棉板等。EPS和XPS有防火性能差、耐老化時間短、容易出現空鼓開裂現象等缺點。酚醛板和巖棉板雖然性能優異，但造價較高。而發泡水泥板無毒、無害、耐老化、成本低、強度高、綠色環保、防火性能好，且與建筑墻體屬同種材料，膨脹系數相同，不會因熱脹冷縮而引起空鼓開裂的現象，能夠滿足外墻保溫的需要，具有很大的應用潛力。硫鋁發泡水泥保溫板和復合硅酸鹽發泡水泥保溫板是目前較常見的發泡水泥板。這兩種發泡水泥保溫板密實性好、強度高，但存在體積密度大（180kg/m3以上）、導熱系數高等缺點。本文首先研究影響發泡水泥保溫板性能的因素，然后在實驗的基礎上配置出一種性能良好的發泡水泥保溫板。

1 發泡水泥保溫板性能研究

本文中研究的發泡水泥板性能主要是體積密度、抗壓強度、導熱系數等。同等工藝工序情況下，體積密度與抗壓強度正相關，體積密度抗壓強度與導熱系數沒有直接關系。在相同體積密度時，抗壓強度高，導熱系數低的發泡水泥保溫板性能較好。以上參數中對體積密度在保溫設計要求中相對較低，對抗壓強度、導熱系數等要求比較高。

發泡水泥保溫板性能與水泥和固體原料添加量、添加劑、發泡情況密切相關。同等情況下，水泥板和固體原料添加越多，發泡水泥保溫板體積密度越大，密實性好，重量越大，而發泡水泥板導熱系數變化不大。發泡水泥板的品質與發泡的均勻度、閉孔率、泡徑的大小有著一定的關系。同等重量的發泡水泥保溫板，泡徑較小（1-2mm），泡壁完整無破損，閉孔率高的保溫板的導熱系數明顯比泡徑較大（3-5mm）且泡壁有半孔的要低。體積密度大較大的發泡水泥板，泡徑較大泡壁較厚，此時發泡水泥保溫板抗壓強度較高，導熱系數也較高。不同的添加劑對體積密度、抗壓強度、導熱系數影響不同。部分添加劑可明顯降低導熱系數，但可能降低發泡水泥保溫板的體積密度和抗壓強度。

2 實驗方法

2.1 實驗準備

在實驗開始前，按照以下過程進行準備：（1）首先對發泡水泥保溫板所用的各種原料進行分析，檢索各種原料搭配的合理性，調研探索合適的添加劑；（2）觀察分析成品的結構和強度低形成的原因；（3）查閱相關資料采用化學方法，在不增加固體原料的情況下提高各種原料的凝膠性；（4）合理調配各種原料的用量，加料順序和反應時間，用合適的加工工藝使漿液入模發泡形成密實均勻的蜂窩狀結構；（5）采用高標號水泥配合適的表面活性劑，提高水泥的水化反應速度；（6）采取科學的方法對成品進行養護、強化成品結構。

2.2 實驗方案

目前市場上的發泡水泥保溫板一般都能滿足抗壓強度的要求，但是其導熱系數仍然偏高。因此本文中先考慮導熱系數，盡量降低發泡水泥保溫板的導熱系數。在獲得優良的導熱系數后，再通過改善工藝等方法提高抗壓強度、降低體積密度。

2.3 實驗目標

對于發泡水泥保溫板的抗壓強度，國家還沒有一個具體的標準。在國家建筑標準設計圖集10J121中針對泡沫混凝土防火隔離帶有顯示0.10-0.20Mpa，大多上述圖集的標準參考各企業的標準而定。本文中設定的目標為：抗壓強度≥0.20Mpa、導熱系數≤0.05w/m·K、體積密度≤150kg/m3。

2.4 導熱系數實驗與抗壓強度實驗

為降低導熱系數，擬采用兩種方法：（1）通過減少水泥和固體原料添加量方式減小體積密度；（2）添加某種導熱系數低的材料：在加工生產發泡水泥保溫板時添加一定量的具有低導熱性能的材料與發泡水泥形成的勻質蜂窩結構相結合。

方法（1）：減少水泥和固體原料添加量后，體積密度明顯降低，重量大大減輕。如圖1所示，改變發泡水泥保溫板體積密度，導熱系數降低變化不大，但抗壓強度降低較大，材料性能明顯降低。通過降低發泡水泥保溫板體積密度的方法無法有效降低導熱系數。

圖1 體積密度對發泡水泥保溫板性能的影響

方法（2）：考慮添加某種導熱系數低的材料來降低產品的導熱性能，經查詢、調研后擬采用閉孔玻化微珠作為添加材料。玻化微珠是一種內部多孔、表面玻化封閉，呈球狀體的細徑顆粒，是一種具有高性能的新型無機輕質絕熱材料，容重50-100 kg/m3，導熱系數為0.028-0.048w/m·K，特別是炭火燒的小粒徑微珠閉孔率高、導熱系數只有0.037。

如圖2所示，改變玻化微珠摻量，導熱系數變化劇烈，在玻化微珠摻量達到4%以后，導熱系數降低到0.05w/m·K，該導熱系數已經充分滿足建筑施工中防火保溫的需求。玻化微珠摻量增加到8%以后，導熱系數降低為0.047 6。通過增加發泡水泥保溫板中玻化微珠摻量的方法可以有效降低導熱系數。

圖2 玻化微珠摻量對發泡水泥保溫板性能的影響

由圖2所示，經過導熱測試導熱系數實驗后，導熱系數能夠滿足要求，但是抗壓強度很低，在導熱系數為0.05w/m·K，只有0.13Mpa左右，未達到預定的抗壓強度目標。

考慮采用加入自制強化劑材料的方法增加發泡水泥保溫板抗壓強度，自制強化劑使發泡水泥保溫板形成一個完整堅實的結構整體。強化劑主要成分為纖維素鈉、三乙醇胺、op-10乳化劑、氯化鈣、硫酸鈉、硅酸納等。加入強化劑后，發泡水泥保溫板抗壓強度由0.12Mpa提升到0.24Mpa，達到預期的抗壓強度目標。

3 實驗結論

本文中采用525普通硅酸鹽水泥作為基體材料，玻化微珠作為添加劑，加入自制強化劑材料，經過多次的調試、試驗，最后成功加工生產符合如下參數的玻化微珠發泡水泥保溫板：體積密度139kg/m3，0.048w/m·K，抗壓強度0.24Mpa，該產品達到實驗預定目標并且性能較為優良。

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TU551

A

1003-5168(2014)03-0053-02

張澤華(1994—)，女，就讀于大港一中培訓部，研究方向：玻化微珠水泥泡沫材料與相關設備開發。