高性能微孔水泥保溫板的研制與應(yīng)用

1、高性能微孔水泥保溫板的研制與應(yīng)用王洪鎮(zhèn)（西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院 甘肅 蘭州 730030）摘要：本文介紹了高性能微孔水泥保溫板的材料組成、生產(chǎn)工藝技術(shù)、微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和熱工及防火性能。闡述了其作為高性能建筑保溫系統(tǒng)的應(yīng)用構(gòu)造作法。關(guān)鍵詞： 微孔水泥保溫板 物理化學(xué)復(fù)合制泡 高效保溫與防火 與建筑同壽命Development and application of high-performance micro foam cement insulation boardWANG hong-zhen（School of Civil Engineering, Northwest University fo

2、r Nationalities，Lanzhou 730124，china）Abstract：This article describes the composite material , microstructure characteristics , production technology and product performance of insulation and fireproofing performance. Elaborate decoration of its building insulation construction practices in the appli

3、cation of integrated system.Keyword：micro foam cement board；physical chemistry composite froth ；high-performance insulation and fireproofing；with construction the same duration0前言近年來因保溫材料引發(fā)建筑物火災(zāi)事故頻發(fā)，國家在大力提倡節(jié)約資源和建筑節(jié)能的同時(shí)，日益重視對(duì)民用建筑保溫材料的消防監(jiān)管。公安部連續(xù)發(fā)布了規(guī)定和通知，要求建設(shè)工程必須采用燃燒性能為A級(jí)的保溫材料。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)建筑外保溫系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)同壽命，避免二

4、次資源浪費(fèi)，亟需研發(fā)應(yīng)用具有高效保溫和防火性能及體系耐久性滿足同壽命要求的建筑保溫材料。針對(duì)目前國內(nèi)外普遍采用的無機(jī)保溫材料存在的保溫性能差，粘結(jié)強(qiáng)度低的不足，我們研制開發(fā)了各項(xiàng)性能優(yōu)良的高性能微孔水泥保溫板（以下簡稱微孔水泥板）。本文主要介紹該型微孔水泥保溫板的材料組成、配合比、性能指標(biāo)、微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝技術(shù)及其建筑外保溫系統(tǒng)的構(gòu)造和作法。微孔水泥保溫板以水泥為膠凝材料形成水泥石基體，短切纖維增強(qiáng)整體柔性和抗裂性，通過物理化學(xué)方式在水泥石基體中引入大量微小、均勻、穩(wěn)定的微小氣泡，通過特定的外加劑提高微小氣泡的封閉性和保溫及憎水效果，并經(jīng)特殊工藝制成一種具有高效保溫和防火性的新型多功能保

5、溫隔熱材料，在建筑物適用的厚度條件下滿足較高的（第三步65%）建筑節(jié)能要求。其僅在微孔水泥石中引入少量的纖維和外加劑，且均勻地分散在水泥中，故產(chǎn)品的燃燒性能為A級(jí)。同時(shí)，其自身的水泥石質(zhì)基體與粘結(jié)砂漿親和性良好。不存在諸如泡沫玻璃與水泥砂漿粘結(jié)層化學(xué)腐蝕問題和巖棉等無機(jī)纖維軟質(zhì)保溫材料和水泥砂漿粘結(jié)不牢靠的現(xiàn)象，可確保體系與建筑物同壽命。不但可用于建筑物外墻外保溫還可用于屋面和地面保溫。1. 原輔材料1.1膠凝材料微孔水泥保溫板制造工藝需采用一種大水灰比的流態(tài)料漿體澆注發(fā)泡成型。可采用普通硅酸鹽水泥或硬硫鋁酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥早強(qiáng)硬化較慢，但后期強(qiáng)度較高，生產(chǎn)成本也較低。硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)快

6、、早期強(qiáng)度高，有利微孔的穩(wěn)定形成。但由于該型水泥抗碳化能力較差，表面易起粉，一般要與普通硅酸鹽水泥和礦渣粉復(fù)配成快硬型復(fù)合水泥使用。 本研制試驗(yàn)用普硅酸鹽水泥，采用祁連山牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表1，符合GB 175-1999標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求。祁連山42.5普通硅酸鹽水泥性能檢測(cè)結(jié)果 表1本研制試驗(yàn)用硫鋁酸鹽水泥，采用自主研發(fā)的HF早強(qiáng)快硬復(fù)合水泥，已獲國家發(fā)明專利（ZL200510096428.1）。其HF-32.5型水泥物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表2，符合蘭州海鋒建材科技有限公司企標(biāo)早強(qiáng)快硬復(fù)合水泥Q/HF01-2006標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求。HF-32.5早強(qiáng)快硬復(fù)合水泥性

7、能檢測(cè)結(jié)果 表21.2礦物摻合料的選用采用硅灰、粉煤灰、礦渣微粉可增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性提高強(qiáng)度和耐久性，從而提高混凝土的抗沖磨性。本研制試驗(yàn)用粉煤灰采用蘭州西固熱電廠優(yōu)質(zhì)粉煤灰，其品質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果見表3，滿足GB1596-91標(biāo)準(zhǔn)對(duì)級(jí)灰的要求。西固熱電廠粉煤灰性能檢測(cè)結(jié)果表31.3增強(qiáng)纖維選用9mm長無機(jī)礦物與聚丙烯短切復(fù)合纖維，經(jīng)采用自行研制的高效分散劑處理后，具有很好的分散性，可均勻分散于彩色混凝土中減小干縮，提高抗裂性。本試驗(yàn)采用蘭州海鋒公司HFPP聚丙烯纖維和蘭維公司聚丙烯睛纖維兩種纖維。它們的物理力學(xué)性能見表4。選用的9mm纖維，經(jīng)采用自行研制的高效分散劑處理后，具有很好的分散性，可均

8、勻分散于輕集料微孔混凝土中。纖維的主要技術(shù)參數(shù) 表41.4微孔發(fā)泡劑非燒結(jié)無機(jī)材料發(fā)泡技術(shù)，目前國內(nèi)外主要采用有物理法和化學(xué)法兩大類。物理法主要是將泡沫劑水溶液通過壓縮空氣或高速攪拌等物理方式預(yù)先制備成微小的泡沫，再將其與攪拌好的水泥膠凝材料漿體，攪拌混合均勻成料漿，硬化后形成微孔水泥石基體；化學(xué)法是將發(fā)泡劑與水泥基材料一起混合攪拌均勻制成料漿，在水泥漿體稠化初凝前，通過發(fā)泡劑的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體在漿體中形成氣泡，使料漿逐漸膨脹而形成泡沫狀水泥石基體。物理法發(fā)泡時(shí)，泡沫劑性能影響很大，為此我們對(duì)市售不同品種的引氣發(fā)泡劑進(jìn)行了起泡高度、氣泡直徑、氣泡形態(tài)、消泡時(shí)間等性能的測(cè)試和觀察。優(yōu)選出兩種國產(chǎn)

9、泡沫劑蘭州HFPM和河南CHPM用于試驗(yàn)研究。 性能見表5高效微泡劑主要技術(shù)性能指標(biāo) 表5化學(xué)發(fā)泡采用的發(fā)泡劑通常為金屬類，如鋁粉、鋅粉等造價(jià)較高；和非金屬類，如雙氧水、碳化鈣等。雙氧水造價(jià)低廉，反應(yīng)較快，較易控制。本研制試驗(yàn)采用雙氧水為化學(xué)發(fā)泡劑，品質(zhì)為市售工業(yè)級(jí)，濃度27%。并采用金屬化合物作為引發(fā)劑。同時(shí)為協(xié)調(diào)解決微孔水泥保溫板水泥石中微孔的形成、料漿穩(wěn)定性和流動(dòng)性，提高制品的強(qiáng)度和防水性。還應(yīng)使用早強(qiáng)促凝劑、穩(wěn)泡劑、憎水劑和減水劑等。 1.5拌合水水灰比對(duì)料漿的粘稠度、流動(dòng)性及強(qiáng)度影響十分顯著。水的溫度直接影響化學(xué)發(fā)泡的效果，冬季生產(chǎn)須用熱水。 2. 生產(chǎn)工藝關(guān)鍵技術(shù)研究 2.1發(fā)泡方

10、式的確定本研制所作大量試驗(yàn)表明：采用物理發(fā)泡方式，水泥石中微孔孔徑細(xì)小0.251mm，閉孔率高，如圖2（b）所示。制品保溫性能好，但澆注后料漿易塌模，對(duì)發(fā)泡劑穩(wěn)定性要求很高，同配合比條件下使用不同品種的泡沫劑，料漿容重對(duì)澆注高度影響很大。450400350300250200150100500澆注高度mm200300400500600料漿容重kg/m3700800圖1 最大澆注高度-料漿容重關(guān)系如圖1所示，隨著泡沫劑引入量的增加，料漿容重減小，澆注后料漿穩(wěn)定性變差，最大澆注高度下降。為獲得較好的保溫性，微孔水泥板的料漿容重盡可能要小，一般為250kg/m3，制品干容重為160kg/m左右。此時(shí)最

11、大澆注高度僅為200mm。模具效率低下，無法較好的滿足大規(guī)模生產(chǎn)的工藝要求。采用物理發(fā)泡法時(shí)應(yīng)選擇快硬硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料，提高漿體稠化硬化速度，才能滿足穩(wěn)定澆注的要求。而采用化學(xué)發(fā)泡方式，水泥石中泡沫孔徑粗大35mm，閉孔率低，如圖2（a）所示。同容重條件下制品保溫性能較差，但澆注后料漿逐步發(fā)氣，穩(wěn)定性較好，澆注后發(fā)氣高度大。不易塌模。3（a）化學(xué)發(fā)泡孔 （b）物理制泡孔圖2 物理法和化學(xué)法制泡泡徑對(duì)比研究表明：微孔水泥保溫板采用物理化學(xué)復(fù)合發(fā)泡工藝，先在料漿中引入部分細(xì)小的微孔泡沫，可顯著增加料漿的粘聚度，增加漿體稠度，降低化學(xué)發(fā)氣的初始密度，從而減小料漿內(nèi)部的對(duì)發(fā)氣存在的壓力，有利于化

12、學(xué)發(fā)氣氣泡的長成，避免純化學(xué)發(fā)泡條件下造成氣泡合并變大和逸出現(xiàn)象。最終形成孔徑細(xì)小的微孔水泥石基體。同時(shí)，仍可獲得較高的發(fā)氣高度，提高生產(chǎn)效率。與同容重純化學(xué)發(fā)泡制成的產(chǎn)品相比，導(dǎo)熱系數(shù)更低。2.2工藝條件控制重點(diǎn)采用物理化學(xué)復(fù)合制泡工藝制造微孔水泥保溫材料，通過漿體澆注成型的過程實(shí)際是微孔泡沫引入，料漿體反應(yīng)發(fā)泡和水泥膠凝材料凝結(jié)硬化的三個(gè)過程。物理法引入微泡的過程較易控制，泡沫的引入量由可測(cè)得的初始料漿容重反應(yīng)出。預(yù)物理發(fā)泡有利于后期化學(xué)發(fā)泡的進(jìn)行。而化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡量，雖取決于發(fā)泡劑的用量，但受到料漿流動(dòng)度、和易性和溫度等諸多因素的影響，不易控制。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)泡過程還必須與水泥凝結(jié)稠化過程協(xié)

13、調(diào)步調(diào)一致，才能獲得理想的微孔水泥基體。試驗(yàn)表明：雙氧水發(fā)泡劑在堿性條件下，通過催化引發(fā)，78min內(nèi)發(fā)氣達(dá)到最大值，1015min發(fā)氣反應(yīng)趨于結(jié)束。故應(yīng)對(duì)水泥膠凝材料調(diào)凝，使水泥的初凝在20min開始，之后迅速稠化和硬化。才能避免發(fā)氣快，凝結(jié)稠化慢，料漿體內(nèi)形成的微孔泡沫因不能及時(shí)固結(jié)，承受不住壓力而塌陷和逸出；同時(shí)也要避免調(diào)凝過快，造成凝結(jié)稠化快，發(fā)氣慢，料漿體發(fā)氣膨脹高度不夠，使產(chǎn)品容重過高，影響保溫性能?？傊挥型ㄟ^配合比設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的確定，控制協(xié)調(diào)好幾個(gè)過程的關(guān)系，才能生產(chǎn)出高性能的微孔水泥保溫材料。2.3配合比的優(yōu)化如上所述，配合比的確定是關(guān)鍵控制點(diǎn)之一。微孔水泥保溫材料的研制

14、是試驗(yàn)科學(xué)，必須通過大量的實(shí)際配制才能優(yōu)化出適用的配方。以下是本研制的試驗(yàn)優(yōu)化配合比之一，供參考。以干容重160級(jí)微孔水泥保溫板為例：每立方米制品材料用量快硬水泥 110kg粉煤灰（一級(jí)干灰） 20 kg促凝劑 0.1 kg物理制泡劑 3kg雙氧水 8kg 引發(fā)劑 5 kg 短纖維 0.9kg 憎水穩(wěn)泡劑 3kg 高效減水劑 0.5kg水灰比0.6，水溫2030度，控制料漿容重500kg/m，發(fā)氣高度倍數(shù)2。 2.4生產(chǎn)工藝流程微孔水泥保溫板可采用先進(jìn)的工藝技術(shù)以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化大規(guī)模生產(chǎn)。2010年我們?yōu)樘m州海鋒公司設(shè)計(jì)建成了年產(chǎn)2萬立方米微孔水泥保溫板生產(chǎn)線，在該生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)中采用了移動(dòng)式坯體成

15、型模車、微機(jī)自控配料預(yù)物理發(fā)泡攪拌制漿、可控化學(xué)發(fā)泡分料澆注機(jī)、太陽能光電熱輻射養(yǎng)護(hù)窯、自動(dòng)脫模移坯吊機(jī)、自動(dòng)多片切割機(jī)組、熱塑膜包裝機(jī)組等多項(xiàng)專利和自有工藝技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了微孔水泥保溫板的機(jī)械化規(guī)模生產(chǎn)，滿足了市場(chǎng)對(duì)A級(jí)保溫材料的需求，促進(jìn)了其在建筑保溫工程的推廣與應(yīng)用。微孔水泥保溫板生產(chǎn)工藝流程見圖33圖3 生產(chǎn)工藝流程 3.微孔水泥保溫板性能及其建筑保溫系統(tǒng)應(yīng)用 3.1主要性能指標(biāo)微孔水泥保溫板技術(shù)性能指標(biāo)見表6表6GB8624-2006，測(cè)試評(píng)定為A1級(jí)。3.2 微孔水泥保溫板熱工計(jì)算微孔水泥保溫板建筑保溫系統(tǒng)的熱工的設(shè)計(jì)計(jì)算可依據(jù)民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50176-93）、公共建筑節(jié)能

16、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50189-2005）和嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ26-2010）進(jìn)行。微孔水泥保溫板在絕干狀態(tài)下，具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，雖具有一定的憎水性，但吸水后，其導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)增加，保溫效果有所降低。如自產(chǎn)普輕型板經(jīng)檢測(cè)：干密度為245 kg/m³(絕干狀態(tài)下)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0566 W/(m·k)，體積吸水率在8%時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0684 W/(m·k)。因此，進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際熱工測(cè)試數(shù)據(jù)，考慮不利因素影響修正后，對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)設(shè)計(jì)值進(jìn)行修正，修正系數(shù)的選取參照表7取值。微孔水泥保溫板板的c、Sc、修正系數(shù)值 表7設(shè)計(jì)例如20

17、0厚剪力墻外貼80厚超輕型微孔水泥保溫板墻體（雙面計(jì)15mm水泥砂漿，計(jì)內(nèi)外表面換熱阻0.15 m2.K/W），算得墻體主斷面?zhèn)鳠嵯禂?shù)0.61w/m2k，可能滿足國家寒冷地區(qū)居住建筑65%節(jié)能對(duì)9層以上建筑外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)0.7w/mk的限值要求，說明微孔水泥保溫板熱工性能良好，適用于寒冷地區(qū)建筑外墻外保溫工程。3.3 微孔水泥保溫板墻體保溫系統(tǒng)基本構(gòu)造作法微孔水泥保溫板建筑保溫系統(tǒng)的基本構(gòu)造和作法如圖4所示，2圖4 微孔水泥保溫板建筑墻體保溫系統(tǒng)基本構(gòu)造墻體外保溫工程應(yīng)用 防火隔離帶工程應(yīng)用3.4 微孔水泥保溫板施工要點(diǎn)進(jìn)行外墻粘貼施工時(shí)，微孔水泥保溫板鋪貼之前應(yīng)清除表面浮塵。粘貼施工應(yīng)

18、從首層開始，并距勒腳地面300mm處彈出水平線，用1：3水泥砂漿并按照要求添加一定的防水劑，粉刷和微孔水泥保溫板相同厚度的防水層做托架，干固后自下而上沿水平方向橫向鋪貼微孔水泥保溫板板，上下排之間微孔水泥保溫板的粘貼應(yīng)錯(cuò)縫1/2板長。微孔水泥保溫板與基層墻體粘貼采用滿貼法粘貼，粘貼時(shí)用鐵抹子在每塊微孔水泥保溫板上均勻批刮一層厚不小于3mm的粘結(jié)砂漿，粘貼面積應(yīng)大于95%，及時(shí)粘貼并擠壓到基層上，板與板之間的接縫縫隙不得大于1mm。 由于微孔保溫板自重相對(duì)聚苯板等較大，外貼時(shí)，如圖4所示，應(yīng)采取支托措施和機(jī)械固定措施。防火隔離帶施工：用微孔水泥保溫板做防火隔離帶時(shí)，防火隔離帶采用粘結(jié)劑滿貼。面層施工做法（含錨栓）同外貼微孔水泥保溫板面層做法