高效建筑外墻保溫板的制備與研究

吳建兵

(天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300457)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，整個(gè)社會(huì)對(duì)于節(jié)能減排的要求日益強(qiáng)烈。在民用建筑領(lǐng)域，近年來民用建筑中普遍采用外墻覆蓋保溫板的辦法來實(shí)現(xiàn)民用建筑的室內(nèi)保溫，整個(gè)社會(huì)對(duì)于外墻保溫板的需求越來越強(qiáng)烈。目前國內(nèi)普遍使用的建筑外墻保溫板是采用純有機(jī)類保溫材料作為芯材進(jìn)行填充，如膨脹聚苯乙烯板、擠塑聚苯乙烯板、聚氨酯板等。該類保溫板導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫效果良好且材質(zhì)輕，擁有著較廣闊的市場。但其材料為高分子材料，極易燃燒，消防隱患巨大，無法達(dá)到公安部關(guān)于建筑保溫材料A級(jí)防火要求。隨著對(duì)于高層建筑防火要求日益增加，尤其是在央視大樓火災(zāi)、上海高層住宅大火等高層建筑火災(zāi)發(fā)生之后，該類外墻保溫板的缺點(diǎn)日漸凸顯。本文旨在研究一種新型防火外墻保溫板，在保證建筑保溫效果的同時(shí)，徹底杜絕外墻保溫板的消防隱患。

1 保溫板的制備

1.1 原料

菱苦土、鹵水、高效生物發(fā)泡劑、介孔低導(dǎo)熱硅粉、三維編織玻纖網(wǎng)格。

1.2 制作方法

菱苦土為一種廉價(jià)易得的工業(yè)原料，其有效成分是活性氧化鎂(MgO)。鹵水為工業(yè)鹵片溶解得到，其中含有大量MgCl2。二者按比例混合為水泥狀材料，放置后經(jīng)化學(xué)變化硬化，內(nèi)部會(huì)形成大量由MgO-MgCl2-H2O組成的鎂質(zhì)膠凝材料，即氯氧鎂水泥［1］。氯氧鎂水泥具有機(jī)械強(qiáng)度好，成本低廉，適宜工業(yè)化生產(chǎn)，耐火性能優(yōu)異，良好的耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)［2］。

在本文中介紹的外墻保溫板以氯氧鎂水泥為基材，通過生物發(fā)泡劑發(fā)泡，制成內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有面包狀蜂窩的發(fā)泡氯氧鎂水泥。在發(fā)泡的同時(shí)向基材中添加介孔低導(dǎo)熱硅粉來增加其保溫效果。介孔硅粉為粉狀納米材料，內(nèi)部為納米級(jí)的半開放孔隙，這種結(jié)構(gòu)能有效地抑制空氣分子在孔隙中的自由流動(dòng)，從而限制對(duì)流傳熱來實(shí)現(xiàn)保溫隔熱。將上述發(fā)泡氯氧鎂水泥澆入被模具固定兩側(cè)的三維編織的玻纖網(wǎng)格中，在模具中進(jìn)行硬化，養(yǎng)護(hù)12 d以上即可。

2 保溫板性能的研究

2.1 發(fā)泡劑添加量的影響

根據(jù)發(fā)泡劑添加量不同，最終得到的發(fā)泡氯氧鎂水泥內(nèi)部的泡沫孔隙比例就會(huì)不同，從而直接影響材料的容重、強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)。本文通過一系列的研究，得到最佳平衡配比。如表1所示，發(fā)泡程度越大，孔隙比例越大，有利于降低材料容重，但材料強(qiáng)度會(huì)隨之下降。導(dǎo)熱系數(shù)隨著發(fā)泡程度的增加呈現(xiàn)先降低后略增的現(xiàn)象，說明發(fā)泡少孔隙率低時(shí)，泡沫孔隙增加有利于降低導(dǎo)熱系數(shù)，增加保溫性能，但泡沫孔隙過于密集容易造成泡沫相連形成大孔，增加對(duì)流傳熱，導(dǎo)熱系數(shù)反而有所增加。綜合各方面考慮，發(fā)泡劑比例為2%～2.5%為宜。

表1 發(fā)泡程度對(duì)性能的影響

2.2 介孔硅粉對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)的影響

在按一定發(fā)泡劑發(fā)泡的前提下，對(duì)比不同添加量的介孔硅粉的保溫板以及不添加介孔硅粉的保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 介孔硅粉與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系圖

由此可見，介孔硅粉的加入有利于降低導(dǎo)熱系數(shù)，增加了保溫效果。介孔硅粉的添加量越大，其導(dǎo)熱系數(shù)就越低。但在實(shí)際操作中，由于介孔硅粉密度極低，即使在質(zhì)量添加比很小的情形下，其仍能占據(jù)較大的體積分?jǐn)?shù)，體積分?jǐn)?shù)過大時(shí)會(huì)對(duì)添加造成一定困難。

2.3 防火性能

將依據(jù)本方法制成的外墻保溫板進(jìn)行灼燒試驗(yàn)。火焰噴槍噴嘴處火焰溫度可達(dá)1 000℃以上。利用其對(duì)保溫板進(jìn)行高溫灼燒5 min，保溫板不燃燒不融化不變形，說明其完全符合防火的要求。

2.4 防水性能

水以其巨大的比熱容會(huì)對(duì)保溫材料造成嚴(yán)重的不良影響。發(fā)泡氯氧鎂水泥材料本身不具有出色的防水性能，但在施工過程中可以通過在其表面覆蓋防水面層和基層來解決，在防水面層和基層上可通過涂覆防水硅烷等材料進(jìn)一步增加防水性能。

3 結(jié)語

利用氯氧鎂水泥為基材，通過發(fā)泡和添加介孔硅粉的方式降低導(dǎo)熱系數(shù)，成功地制成了一種新型復(fù)合建筑外墻保溫板。該保溫板集高強(qiáng)度、低導(dǎo)熱系數(shù)、防火不燃、低成本等優(yōu)點(diǎn)于一體，性價(jià)比高，滿足現(xiàn)階段對(duì)于外墻外保溫材料的要求，有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］C Mazuranic，H Billinski，B Matkovic.Reaction products in the system MgCl2-NaOH-H2O［J］.J Am Ceram Soc，1982(65):523.

［2］嚴(yán)育通，景 燕，馬 軍.氯氧鎂水泥的研究進(jìn)展［J］.鹽湖研究，2008，1(16):60-66.