建筑保溫隔熱材料的研究及應用進展

劉小成

摘 要：保溫隔熱材料近年來發展迅速，在墻體方面得到大量應用。文章將分析我國保溫隔熱墻體材料的應用現狀，并以磷石膏基的干混砂漿保溫材料為例，展開了詳細研究。

關鍵詞：建筑；保溫隔熱材料；磷石膏；應用

進入21世紀后，自然資源受到了大量的開發利用，導致能源緊缺，資源危機已越來越嚴重。建筑節能是一種有效的節能方式，因此，保溫隔熱現已成為社會大眾廣泛關注的話題之一，開發并應用高效的保溫隔熱墻體材料是保證建筑節能的行之有效方法。

1 我國保溫隔熱墻體材料的應用現狀

磷石膏在建筑制品（石膏板、石膏砌塊）、土壤改良、水泥工業等領域均有應用。其中，通過將磷石膏、其他膠凝材料（水泥、礦渣等）及輕質骨料復合制備綠色墻體保溫材料，不但可利用大量磷石膏工業廢渣，而且具有顯著的節能環保意義，逐漸成為磷石膏資源有效利用的途徑之一。

2 以磷石膏基的干混砂漿保溫材料制備工藝研究

2.1 原材料

本實驗磷石膏比表面積為92m2/kg。磷石膏主要組成為CaSO4以及少量的F、P等雜質。礦渣為某鋼鐵集團生產的高爐礦渣，比表面積為420m2/kg。水泥型號為P.O42.5。膨脹珍珠巖，松堆密度為55-65kg/m3，粒度為0.2-2mm；聚羧酸減水劑，減水率為28%；羥乙基纖維素醚，相對分子質量為6萬；河沙，細度模數為2.6，含泥量小于1%；聚丙烯腈纖維，密度為0.91-0.98g/cm3，長度為25-38cm，直徑為0.8-1.1mm，抗拉強度≥350MPa，斷裂伸長率≤30%。

2.2 試驗方案

2.2.1 磷石膏預處理。磷石膏中還有F、P等雜質，會引起水泥的凝結時間異常，因此需要進行預處理。文章的預處理包括水洗、石灰中和、粉磨、烘干等工藝。將一定量的水加入磷石膏，攪拌均勻，去掉表面雜質液體，靜置陳化一段時間，除去上層清液，加入生石灰（CaO），將泥漿倒入球磨機進行濕磨，再進行烘干處理。

2.2.2 磷石膏基保溫砂漿的制備。通過對磷石膏基砂漿的膠凝材料（水泥、磷石膏、礦渣）組成進行優化設計，研究膠凝材料組成、輕質骨料摻量、外加劑種類等因素對保溫砂漿性能的影響規律，確定大摻量磷石膏基保溫砂漿的配合比，其中砂的摻量固定為膠凝材料總質量的30%。

2.3 磷石膏預處理工藝對砂漿性能的影響

2.3.1 CaO摻量對磷石膏基砂漿的影響。在磷石膏中添加磷石膏質量10%水泥、30%礦渣、15%細砂，水膠比為0.5，組成磷石膏基砂漿，再在磷石膏基砂漿中添加磷石膏質量0、2%、4%、6%、8%的CaO進行試驗，試件尺寸為40mm×40mm×160mm，成型后在標準條件下養護7d測其抗壓強度（試驗結果見圖1）。石灰對磷石膏基砂漿抗壓強度的影響規律相似。試驗結果表明，CaO的加入能夠中和磷石膏中的雜質（如磷、氟等），提高磷石膏砂漿的強度，但CaO過量，在磷石膏基砂漿中則有可能存在殘留的CaO，在后期與水形成Ca（OH）2，產生體積膨脹，會對試件的強度產生不利影響。

2.3.2 比表面積對磷石膏基砂漿的影響。對磷石膏進行粉磨處理，研究磷石膏的粉磨性能及比表面積與磷石膏基砂漿強度之間的關系。結果表明，隨粉磨時間延長，磷石膏比表面積增大，表現出較好的易磨性，當比表面積達到648m2/kg時，繼續增加粉磨時間比表面積提升不明顯；隨磷石膏比表面積提高，磷石膏基砂漿的抗壓強度逐漸提升，表明磷石膏的活性隨比表面積增加而提高。

3 磷石膏基保溫砂漿性能研究

磷石膏基保溫砂漿試驗結果見表1。加入水泥和礦渣后，其凝結時間略有提高，加入檸檬酸鈉后，凝結時間大幅提高，初凝時間達到了66min，終凝時間為80min，具有較好的施工可操作性能。這是由于檸檬酸鈉與Ca2+反應，生成難溶的檸檬酸鈣，降低了體系中Ca2+的濃度，使更多的石膏溶解而不形成結晶，從而使凝結時間延長。加入水泥和礦渣粉后，相當于反應更為迅速的半水石膏含量降低，因此凝結時間略有提高。加入纖維素醚和聚丙烯纖維后，磷石膏基保溫砂漿的均質性顯著提高，均質性指數從20.3%降低至3%左右。這是由于膨脹珍珠巖密度低，與磷石膏砂漿混合后，膨脹珍珠巖會漂浮于磷石膏砂漿的表面。膨脹珍珠巖在機械力作用下得到充分分散，纖維素醚和聚丙烯纖維的加入增加了漿體的黏度，對膨脹珍珠巖產生一個黏滯阻力，抵消了部分膨脹珍珠巖的浮力，因此，磷石膏基保溫砂漿的均質性大幅提高。

由于膨脹珍珠巖的強度較低，在荷載作用下，材料首先在膨脹珍珠巖及膨脹珍珠巖與膠凝材料的界面處發生破壞。配比制備的磷石膏基保溫砂漿的抗折強度達到2.1MPa，抗壓強度達到6.5MPa，導熱系數達到0.073W/（m·K），滿足保溫砂漿的使用要求。通過勻質性研究，避免了由于膨脹珍珠巖上浮而導致的材料離析，在導熱系數相同的情況下，提高了磷石膏基保溫砂漿的強度。

4 以磷石膏基的干混砂漿保溫墻體材料在建筑工程中的應用發展

我國已有以磷石膏為主料生產建筑石膏板、石膏粉和水泥緩凝劑等的成熟技術和工藝，但由于生產工藝復雜、產品質量不達標、經濟附加值不高，導致企業的積極性不大，而石膏基砌塊在全框架結構建筑上使用極其廣泛，是最常用的建筑單元結構材料之一，特別是高強度石膏基砌塊屬國家亟待發展的產品之一，具有很好的市場前景，同時石膏建材具有的阻燃性，也被建筑界看好。磷石膏和天然石膏一樣，由于結晶水的存在，遇高溫后釋放出來，可起到降溫阻燃的作用，并且還可借助于特殊工藝，獲得高性能石膏基建筑材料。現在石膏砌塊技術在不斷的完善之中，隨著時間的推移，將逐漸被市場認可，必將成為磷石膏資源化利用的一個重要的轉折點和發展方向。

5 結語

為了更好地實現建筑節能，作為建筑工程的技術人員，要加強新型建筑保溫材料的應用，例如以磷石膏基的干混砂漿保溫墻體材料，其均質性和保溫隔熱性都較強，能夠很好的實現墻體保溫，保證建筑工程的節能施工。

參考文獻

[1] 劉榮，高文元.新型建筑保溫隔熱材料的研究及應用進展[J].中國陶瓷工業，2013，20（05）：25-28.

[2] 劉琨.無機建筑節能墻體保溫隔熱材料的應用研究[J].建筑知識：學術刊，2013（B06）：316.