新型無機外墻保溫材料的設計與研究

王慧（青海民族大學建筑工程學院）

新型無機外墻保溫材料的設計與研究

王慧
（青海民族大學建筑工程學院）

通過探究無機外墻保溫材料，研究各配方比對混凝土層的結合牢固度的影響，其結果表明雙氧水發泡劑的發泡結果明顯優于松香皂發泡劑，明膠溶液和水性環氧樹脂具有穩泡和固泡的作用，有效提升泡沫混凝土層性能以及密實混凝土層結合的牢固程度。本文著重分析新型無機外墻保溫材料的設計與研究。

保溫材料；無機；外墻

在倡導節能減排的背景下，新型外墻保溫材料的研究、開發與利用也越來越受人們的重視。其要求外墻保溫材料除了要滿足隔熱保溫的需求外，還需具備良好的安全性與耐久性。著重分析新型無機外墻保溫材料的設計與研究［1］。

1　實驗

1.1 實驗原料

本次實驗主要應用原料為：南方水泥寧鄉公司生產的42.5級普通硅酸鹽水泥；GEMOS水性環氧樹脂；10%含水量的粉煤灰；5%濃度的松香皂、雙氧水發泡劑；6～8mm的玻璃纖維；應用工業級明膠制成5%的溶液；30%質量分數的雙氧水；4～6mm長的木纖維。

1.2 實驗配方

由于泡沫混凝土具有質輕和隔熱保溫的作用，所以直接關系到整個外墻材料的保溫效果。其中，本次實驗設計了9組配方比的泡沫混凝土層，設置編號為A1～A9。在制備泡沫混凝土的過程中，均以外加的形式加入了與配料中水泥質量相應的發泡劑、明膠溶液與水性環氧樹脂等進行調和，表1為泡沫混凝土層的配方：

1.3 實驗過程

在本次實驗過程中，主要使用的是100mm× 100mm×100mm的模具進行制作，底層主要制作的是密實型混凝土層，并嚴格按照表1的配方比制作成水泥漿體，合理注入到模具中，采用震動措施作密實處理；當混凝土底層基本硬化之后，便可以將泡沫混凝土漿料注入模具中，將其抹平，土層高度為85mm；在混凝土層的頂面整體硬化后，再采用脫模的方式將其放置在水中，以達到養護效果。圖1為制備泡沫混凝土層的工藝流程圖：

圖1　泡沫混凝土層制備工藝流程圖

表1　泡沫混凝土層的配方

2　結果分析

表2　泡沫混凝土層的性能

2.1 發泡劑種類和加入方式對泡沫混凝土層性能的影響

該實驗所使用為雙氧水發泡劑與松香皂發泡劑，其中A1組所使用為雙氧水發泡劑，采用混合發泡的方式，即同時進行攪拌與發泡工作；A2組采用的發泡劑為松香皂，因松香皂特性只能采取先泡發后混合的預制發泡方式。添加發泡劑的目的在于改變泡沫混凝土層的力學強度，若泡沫混凝土層的氣孔大小均勻且呈規律分布狀態，則說明泡沫混凝土的各項指標均符合要求且其力學的強度較高。通過比較A1與A2組的實驗試樣可以發現，兩者在密度方面雖無較大差距，但在抗折與抗壓強度方面有著較為明顯的區別，A1組試樣在抗折與抗壓強度方面顯然高于A2組，且從試樣斷面方面來看，A1組在試樣斷面中的氣泡直徑大小較為一致且分布均勻，貫通性氣泡數量較少，而A2組試樣斷面中的氣泡分布不均勻，貫通性氣泡數量較多。造成這種差異的主要原因是采用預制發泡方式的松香皂發泡劑，其壓力主要作用在下層的氣泡，進而使得還未固化的氣泡會沿下層逐漸移動至表層，并且下層氣泡在其體積逐漸縮小的同時上層氣泡仍在不斷擴大尺寸，最終形成貫通性氣泡。這些都是導致A1組試驗體強度高于A2組的最主要原因。因此，本實驗選擇了抗折與抗壓強度較高的雙氧水作為發泡劑，并采用混合發泡的方式制備泡沫混凝土層［3］。

2.2 發泡改性劑對泡沫混凝土層性能的影響

添加發泡改性劑的目的在于改變泡沫混凝土層氣孔的分布狀況與直徑，進而提升泡沫混凝土層性能。其中膠溶液和水性環氧樹脂是最常用的發泡改性劑。對比表2中A3、A4，A5組試樣的28d抗折與抗壓強度可見，添加了明膠溶液和水性環氧樹脂的A5組泡沫混凝土層，其性能要高于只添加了明膠溶液的A4組與兩者均為添加的A3組，而只添加了明膠溶液的A4組，其性能也要高于A3組，由此可知，添加明膠溶液和水性環氧樹脂都能提高泡沫混凝土強度［4］。這是由于泡沫混凝土層在泡沫劑發泡過程中添加明膠溶液和水性環氧樹脂，能穩定氣泡，延緩氣泡的生長過程，使氣泡表面的強度得以增強而不易破裂，然后通過混合攪拌，使得貫通性氣泡大幅減少，最終使得泡沫混凝土孔的結構更加合理并提高其強度。圖2為A3、A4組的泡沫混凝土層結構［5］。

圖2　

圖3　

由圖2我們不難發現，未加入明膠溶液和水性環氧樹脂的A3組泡沫混凝土，其土質結構中貫通性氣孔較為明顯，而加入了明膠溶液的A4組泡沫混凝土中，其貫通性氣孔數量明顯少于前者；而水性環氧樹脂與水結合的方式是將環氧樹脂分散為微粒或滴液的形式，再由分散介質中取得穩定的樹脂材料，之后在通過添加固化劑的方式使水乳液中的環氧樹脂產生固化反應。將水分聚集并排出，進而分離出水與“脂”，最后固化環氧樹脂排出水分，而排出的水分量將決定泡沫混凝土層的抗壓強度；同時，水性環氧樹脂因其高達800（mPa·s）的粘結力能使混凝土層中氣泡的粘結力得到提升，促使其形成整體使其能與其他氣泡共同受力，最終提升泡沫混凝土層的強度，加強泡沫混凝土和密實混凝土的牢固程度。此外，泡沫混凝土層因其添加了水性環氧樹脂，使得其表面更為平滑，經過脫模后所獲得的試樣形狀也更趨完整。從結果來看，使用水性環氧樹脂能讓泡沫混凝土層的氣泡定性并防止其開裂，這便是為何A7組與A4、A5，A6組的密度差距不明顯，其抗折與抗壓強度卻高于其他幾組的重要原因。圖3為A6、A7混凝土層孔的剖面結構圖。

3　結論

⑴采用松香皂發泡劑所制備的泡沫混凝土，其孔結構與力學性能均低于雙氧水發泡劑所制備的泡沫混凝土。

⑵明膠溶液和水性環氧樹脂等發泡改性劑都能穩定固定氣泡，并改善孔結構大小與分布狀況；其中，環氧樹脂不僅能使泡沫混凝土層材料的強度得到提高，還能加強泡沫混凝土和密實混凝土結合的牢固程度。

⑶使用外墻保溫材料，能使外墻保溫材料的表面吸水力減弱并提高材料的強度，進一步加強密實混凝土層與泡沫混凝土層的結合牢固程度。

［1］宗秀橋.無機保溫材料在建筑外墻保溫中的應用［J］.江西建材，2016（5）：84-85.

［2］劉純.無機防火外墻保溫材料成套技術與裝備［J］.中國科技成果，2015（2）：33-34.

［3］胡兵濤.探討無機保溫材料在外墻保溫系統中的應用展望［J］.建材發展導向，2015（5）：281-282.

［4］周白霞.無機保溫材料在外墻保溫系統中的應用展望［J］.四川建筑科學研究，2013（1）：203-205.

［5］劉政辰，盧明安.鑄城科技無機保溫材料：外墻保溫市場中的新寵兒［J］.中州建設，2011（5）：46-49.

［6］胡驗君，蘇振國，楊金龍.建筑外墻外保溫材料的研究與應用［J］.材料導報：納米與新材料專輯，2012（2）：290-294.