建筑保溫用巖棉板在酸、堿環境下的基本性能的研究分析

【摘要】建筑外墻所處的環境條件相對于復雜。建筑外墻可能受到環境中酸、堿和鹽介質的交替作用。尤其在薄抹灰體系構造中，表面覆蓋材料通常是水泥基聚合物改性砂漿，水泥的水化溶液通常為堿性，導致巖棉纖維初期就可能受到堿性介質的侵蝕，并長期處于堿性環境之中。

巖棉的生產是在加熱熔融后經高速離心或氣流噴吹而成，急速冷卻決定了其微觀結構為玻璃體相。這種硅鋁酸鹽的玻璃體結構在堿性環境中，有水存在的條件下，有可能發生侵蝕現象。若纖維被侵蝕將會造成巖棉板板面劣化，影響外墻外保溫系統的耐久性。

【關鍵詞】PH值；巖棉板；酸堿環境；纖維；侵蝕

為解決建筑用巖棉板自然環境中的纖維材料侵蝕造成的建筑保溫板面劣化的影響，本研究將通過大量的實驗室試驗，分析不同PH值的侵蝕溶液及介質對巖棉纖維侵蝕破壞，以保證巖棉外墻外保溫體系的耐久性。

1、試驗用原材料及試驗方案

1.1 原材料

山東貝爾特化工產巖棉板，普通硅酸鹽水泥，磷酸、硼酸、醋酸，氫氧化鈉等。

1.2 試驗方案

酸侵蝕試驗：

建筑用巖棉板保溫體系中，巖棉板常受到自然界酸雨的侵蝕。通常情況下，自然界雨水的PH值約為6.0左右，呈現出弱酸性狀態，但當空氣污染嚴重時，尤其是空氣中二氧化硫、氮氧化物等酸性氣體，經過復雜的大氣化學反應，被雨水吸收溶解，就會形成酸雨。

侵蝕試驗采用采用70℃的水浴環境中進行，侵蝕至規定齡期，觀察和測試纖維的侵蝕情況。為評價建筑用巖棉板保溫體系施工后長期處于酸性介質中的耐久性能，特配置PH值為5.0的NH4Ac-HAc酸性緩沖溶液。

堿侵蝕試驗：

試驗用堿性侵蝕溶液采用NaOH與三酸混合液（磷酸、硼酸、醋酸）配制的緩沖溶液。按規定方法配制PH值分別為9.05，9.81，10.98和11.88的緩沖溶液。

由于建筑用巖棉板保溫體系施工時多采用膠漿材料進行粘接固定，并進行表面覆面處理，在傳統的膠漿材料中，多以水泥基聚合物復合膠凝材料，其中含有大量的堿性材料。巖棉板所處的環境為堿性環境，水泥基材料水化過程中，堿性材料中的堿極有可能滲入到巖棉板材區域，對巖棉板形成腐蝕作用。為模擬實際水泥膠凝材料對巖棉纖維侵蝕作用，本次實驗采用直接提取水泥水化溶液方法，完成堿侵蝕實驗。采用山東沂州產P.II42.5硅酸鹽水泥與蒸餾水的混合溶液放入塑料容器中，在70℃恒溫水浴中養護24h。經空氣過濾得到試驗用侵蝕溶液。并測定該溶液PH約為13.96。

2、試驗結論

酸堿侵蝕下纖維表觀特性分析

通過對試驗樣品進行分析，在浸酸條件下，纖維簇團變得更為緊密，但纖維仍保持原始形態，表明浸酸后對纖維影響不大。

在堿性侵蝕溶液的作用下，纖維均會發生不同程度的侵蝕現象。隨侵蝕溶液堿性增強，纖維被侵蝕的程度越高，并隨著齡期增長，纖維被堿液侵蝕現象越發嚴重。與pH值高于11.88的堿性侵蝕溶液相比，當pH值低于10.98時，巖棉纖維受侵蝕現象明顯較輕。在水泥水化溶液中浸泡的巖棉纖維，至28d粉化嚴重，90d侵蝕齡期時纖維原始形貌幾乎消失。

纖維單絲強度測試

纖維單絲強度測試過程如下：采用YG005E型電子式單纖維強力機，其量程為50CcN，分度值為0.01 CcN。設定上下夾頭間距為50mm，拉伸速度為5mm/min。

采用pH=5.0的酸浸泡后，隨侵蝕時間延長，纖維抗拉強度及強度增加率，在7d以前快速增加，接近1倍左右，其后至56d，抗拉強度緩慢增加，但變化不大。由此可知：僅從力學性能角度看，弱酸不會產生明顯損害，反而有增強的作用。這為纖維性能優化，提供了一條途徑。

分析纖維堿侵蝕試驗，pH值為9.05和9.81時，堿蝕纖維單絲斷裂強度降低程度較小。9.05和9.81各齡期所對應的抗拉強度接近，各齡期平均強度保持率較高，約為93%左右，而高于10.88后，抗拉強度下降幅度明顯增加。10.98侵蝕溶液纖維各齡期的平均抗拉強度保持率為89%，而11.88的強度保持率僅為83%左右。采用水泥水化溶液時，侵蝕28d后纖維粉化嚴重，無法進行纖維單絲抗拉強度的測量。

結論：

纖維在浸酸條件下，基本保持原始形態，變化不大，其表面沒有發現明顯侵蝕現象，證明該纖維在酸介質中具有較高的穩定性。纖維浸泡于弱酸后，纖維抗拉強度及強度增加率，在7d以前快速增加，接近1倍左右，至56d，則緩慢增加。從力學性能角度看，若用弱酸浸泡巖棉纖維7d，可明顯提高纖維的抗拉強度。

纖維浸堿后，在堿性溶液作用下，纖維均會發生不同程度的侵蝕現象。隨溶液堿性增強和浸泡時間的延長，纖維受侵蝕程度越高。在堿性溶液侵蝕情況下，隨著PH值的提高，各侵蝕期的纖維抗拉強度呈現總體下降的趨勢。采用水泥水化溶液時，侵蝕28d后纖維粉化嚴重而無法完成強度測量。將pH值控制在10左右，能夠保證受侵蝕纖維力學性能不受到過分的損害。

參考文獻：

【1】袁志能.建筑巖棉的腐蝕行為和力學性能研究及應用經濟性.華東理工大學.碩士論文，2014.

【2】肖群芳.玻璃棉板和巖棉板在外墻外保溫系統中應用關鍵技術研究.新型建筑材料，1001-702X（2014）03-0041-04.

【3】巖棉板（帶）薄抹灰外墻外保溫系統應用技術規程 （DGTJ08-2126-2013）.