復合EPS 顆粒發泡水泥保溫板的研究

■趙壇祥，邵 輝 ■.江蘇省蘇安能節能建材科技有限公司，江蘇 蘇州 544;.江蘇科技大學，江蘇 鎮江 003

隨著《江蘇省居住建筑熱環境和節能設計標準》DGJ32J71 -2014的落地和實施，江蘇省將使全省建筑的總能耗能夠達到節能的65%的總目標。其中外墻保溫技術的發展與節能材料的革新是密不可分的，建筑節能必須以發展新型節能材料為前提，必須有足夠的保溫絕熱材料做基礎。而目前市場上的A 級保溫材料價格普遍偏貴或導熱系數偏高，導致A 級材料外墻保溫系統均價偏高。因此，尋求一種保溫效果好且價格不高的A 級保溫材料是目前市場的迫切需求。

本文研究的復合EPS 顆粒發泡水泥保溫板:是指將雙氧水加入到由水泥基膠凝材料(硅酸鹽水泥為主，按干粉料總重量計)、改性EPS顆粒、摻合料、復配添加劑和水等制成的料漿中，經高速混合攪拌、澆注成型、發泡靜停、養護和切割而成的輕質多微孔A 級外墻保溫材料。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料

水泥:張家港海螺水泥有限公司產強度等級為42.5R 的普通硅酸鹽水泥;粉煤灰:采用Ⅱ級粉煤灰，具體性能指標見表1;EPS 泡沫顆粒:江蘇省蘇安能節能建材有限公司自產，具體性能指標見表2;復合添加劑:工業級，江蘇省蘇安能節能建材有限公司研制;雙氧水:工業級，質量分數27.5%;聚合物乳液:工業級，固含量55%，PH 值7.0-8.5。

表1 粉煤灰主要化學成分 %

表2 EPS 顆粒的性能

1.2 試驗方法

1.2.1 復合EPS 顆粒發泡水泥保溫板的制備

改性EPS 顆粒準備:首先將不同聚合物乳液添加改性劑改性后加水稀釋，然后霧化均勻噴在EPS 顆粒表面備用。水泥基粉料準備:將水泥、粉煤灰和復合添加劑按設定配比稱量，用高速攪拌機混合成均勻的粉料備用。保溫板的制備:按照預先設定好的基準配比，將水泥基粉料加入自來水(45℃)中在高速攪拌機中攪拌2 分鐘，再將處理后的EPS 顆粒(表面微干、無明顯水漬)加入漿料中攪拌2 分鐘，攪拌均勻后加入雙氧水攪拌6～7 秒鐘后澆注入模成型、發泡靜停、養護，24h 后脫模，在規定條件下養護至試驗齡期。

1.2.2 性能測試方法

測試改性EPS 顆粒與水泥基粉料漿體之間的粘結力參照JG 149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》;復合EPS 顆粒發泡水泥保溫板試塊干密度、抗壓強度和導熱系數的測試方法按照DGJ32/TJ174 -2014《復合發泡水泥板外墻外保溫系統應用技術規程》［1］。

2 試驗結果與分析

2.1 不同品種聚合物乳液做界面處理，對EPS 顆粒與水泥基漿料之間粘結力的影響

表3 不同品種聚合物乳液做界面處理后EPS 顆粒與水泥基漿料之間的拉伸粘結強度以及EPS 顆粒破壞程度

注:選用未經電熱絲切割EPS 顆粒保溫板表面模擬EPS 顆粒表面。(18kg/m3)

從表3 和圖1 可以看出，同樣固含量為10%的不同聚合物乳液，其對抗拉強度和對EPS 顆粒破壞程度的影響相差不明顯，總體上看固含量為10%丙烯酸乳液效果最好。同樣固含量為12.5%的不同聚合物乳液，其對抗拉強度和對EPS 顆粒破壞程度的影響相差較大。無論粘結強度、還是對板材的破壞程度都存在差別，用丙烯酸做界面處理的粘結強度最高，板材完全被破板。

圖1 三種聚合物乳液不同固含量對粘結強度的影響

由于水泥基漿體中不含聚合物乳液成份，僅在EPS 顆粒表面做界面濕處理，在顆粒與水泥漿體混合時，乳液較多存在于顆粒與水泥漿的交界面處。從表3 和圖1 可以看出此情況下，丙烯酸乳液作為界面處理劑效果最佳。EPS 顆粒和水泥石之間主要力學性能就是粘結強度，粘結強度主要來自于兩個方面:聚合物膜對EPS 顆粒、水泥石界面處的收縮橋連產生的粘結結合力以及水泥石嵌入EPS 顆粒后產生的機械咬合力［2］。

2.2 雙氧水摻量對復合EPS 顆粒發泡水泥保溫板性能的影響

雙氧水在堿性條件下會產生氧氣，氧氣在水泥漿體中發泡、體積增大，最后形成海綿狀水泥漿體;若雙氧水加入量過多，會導致體積密度過低，造成塌模等現象。

在其它材料配比不變的情況下，只改變雙氧水摻量，其對干密度、抗壓強度、導熱系數的影響。

從圖2～圖4 可以看出，隨著雙氧水摻量的增加，干密度和抗壓強度逐漸降低，導熱系數隨著雙氧水摻量的增加逐漸減小而后又增大;當雙氧水摻量為6%時，其干密度為219kg/m3，導熱系數為0.045W/(m·K)，28d 抗壓強度為0.52Mpa，符合江蘇省標準DGJ32/TJ174 -2014《復合發泡水泥板外墻外保溫系統應用技術規程》要求。

2.3 干密度和保溫板孔結構對保溫性能的影響。

(1)材料的生成。雙氧水在漿料的堿性環境下開始發生反應放出氣體，形成獨立的氣源。當氣源處氣體壓力大于料漿的極限剪切應力(粘滯阻力和靜水壓力之和)時，氣源開始加速膨脹，形成一個個獨立的氣泡［3］。在保溫板配比其它參數不變的情況下，雙氧水添加量越多，形成一個個獨立的氣泡處氣體越壓力越大，最后穩定后形成的保溫板的泡孔就越大，保溫板體積也就越大，而干密度和強度也就越低。

(2)干密度的影響。但從圖2、4 可以看出，導熱系數并不是隨著干密度降低而降低的，而是當干密度小于某個臨界值時，導熱系數反而增大。究其原因:由于干密度過低，其孔隙率就會升高，同時其對熱輻射的阻抗力能力也降低。從圖5 可以看出保溫板泡孔之間有孔隙連接，這樣有孔隙連接后的泡孔體積被放大，對降低導熱系數不利，會產生空氣對流。對于保溫材料，只有當熱量傳遞三種基本方式(導熱、對流、輻射)所傳遞的熱量之和最小時，才具有最佳的保溫效果［4］。

圖4 雙氧水的摻量對導熱系數的影響

(3)保溫板孔結構的影響。

圖5 中保溫板泡孔之間有較多孔隙連接，隔絕空氣氣泡被放大兩倍、甚至三倍，可能在較大的泡孔中形成渦流，影響導熱系數。同時對熱輻射的阻抗力能力也減弱。圖6 是EPS 顆粒內部孔結構，隔絕的空氣氣泡沒有孔隙連接，泡孔完全獨立封閉。圖7 是發泡水泥保溫板泡孔之間有極少孔隙連接，對降低導熱系數影響很小。

圖4 中可以看出，當雙氧水摻量為6%時，導熱系數最低，為0.045W/(m·K)，小于標準(DGJ32/TJ174 -2014)要求值［0.065W/(m·K)］30.77%。究其原因:圖6 和圖7 中隔絕的單獨氣泡的完美結合。這樣的泡孔結構組合即形成單獨隔絕空氣的泡孔，降低了導熱系數，又使得發泡水泥保溫板的泡孔包圍EPS 保溫顆粒，把每個EPS 顆粒分開(如圖5)，防火性能大大提高，可以達到燃燒性能等級A 級要求。

圖7 雙氧水摻量6%保溫板孔結構

3 結論

(1)在用表3 中六種不同固含量的乳液做界面處理時，固含量為12.5%的丙烯酸乳液作為界面處理劑效果最佳。其粘結力主要來源于聚合物膜對EPS 顆粒、水泥石界面處的收縮橋連產生的粘結結合力以及水泥石嵌入EPS 顆粒后產生的機械咬合力。

(2)復合EPS 顆粒發泡水泥板的導熱系數、抗壓強度和干密度與雙氧水摻量有關，隨著雙氧水摻量的增加，抗壓強度和干密度逐漸減小，導熱系數逐漸減小而后又漸增大。

(3)在雙氧水摻量為6%時，復合EPS 顆粒發泡水泥保溫板泡孔結構致密，隔絕的空氣氣泡有極少孔隙連接，泡孔處于獨立封閉狀態。抗壓強度和干密度達到標準要求，導熱系數降到0.045W/(m·K)，可以實現發泡水泥板泡孔和EPS 顆粒的完美結合。

［1］DGJ32/TJ174 -2014，江蘇省地方標準.復合發泡水泥板外墻外保溫系統應用技術規程［S］.

［2］姚利君，張惠，高向方.聚合物砂漿與膨脹聚苯板粘結強度的研究［J］.化學建材，2006(22):33 -35.

［3］張磊蕾，王武祥，廖禮平，王愛軍.發泡水泥板孔結構的影響因素研究［J］.混凝土與水泥制品，2013(9):1 -5.

［4］常儇宇，張金花，王小安，林莉.常見保溫材料密度與導熱系數關系的研究［J］.研究探索，2009(2):66 -70.