建筑化学-研制和生产新型化学建筑材料的基础.pdf

第 18卷 V o l 18 材料科学与 工程 Materials Science Engineering 增刊 Sep 2000 建筑化学一研制和生产新型化学建筑材料的基础 汪峻峰 优美的建筑环境 舒适的居住空间是现代 社会居家乐业的基础 在房屋建造及维修过程 中单纯地使用传统的建筑材料 例如水泥 石 灰 石膏和砂子等己经远远不能满足现代化社 会对居住条件的要求 随着化学工业 特别 是精细化工产品的不断更新换代 在传统的建 筑材料化学和现代精细化工产品的基础上诞生 出一门新兴的学科 一 建筑化学 Construction Chemistr y 传统的建筑材料在神奇的化学 魔棒 下变 化万千 以各种新型化学建材 Chemical Building Materials 的全新面孔极大的丰富了 现有建筑材料市场 例如普通 425 号硅酸盐 水泥 通过添加不同的化学外加剂即可配制 超高强混凝土 抗压强度可达 60 180 N mm2 而普通混凝土约为 20 60 N mm2 也可配制 成象橡胶一样弯曲自如的揉性水泥基防水材 料 或者变成流动自如的所谓 自 流平水泥 本文将对德国建筑化学以及相应的化学建 材 特别是新型化学建材的发展状况进行一系 统的介绍 同时对几种主要的化学外加剂和化 工产品在化学建材中的作用机理以 及在各种不 同化学建材中的运用可能性进行了一些探讨 根据其相应的建筑性能及反应机理 可将这类建 筑化学材料划分为单组份 双组份或多组份的材 料 按其相应的物理状态也可将它们划分为千 态 液态与稠态建筑化学材料 这门以研究化学 建筑材料的化学反应与物理变化为主的新兴学 科 就可定义为所谓的建筑化学 或者建筑材料 化学 2德国和西欧建筑化学 发展简介 1什么是建筑化学 由现代精细化工产品和天然原材料 包括传 统的建筑材料 经均匀混合后 而制得的新型混 合材料 即可定义为所谓的化学建筑材料 这种 新型建筑材料只有通过相应的化学反应和 或 者 物理变化才能取得其最终的建筑材料性能 根据德国建筑化学协会的统计资料 整个 德国建筑化学工业约有 3 万名职工 在 1997 年的营业额约为60 亿马克 1998 年的营业额 约为65亿马克 USA 为60亿马克 占 整个德 国建筑业营业额 约 5600 亿马克 的 3 5 左 右 2 1 几种化学建筑材料的统计数据 1997 年 瓷砖粘结剂 535 000 吨 建筑营业额 903 million DM 无机矿物砂浆 350 100 吨 有机砂浆 分散剂型 110 100 吨 硅酸盐型 8800 吨 硅酮型 12900 吨 无机矿物涂料 3900 吨 有机涂料 分散剂型 97000 吨 硅酸盐型 29000 吨 硅酮型 31300 吨 混凝土外加剂 250000 吨 9 5 1 化学建筑材料研制与生产在欧洲各国的发 展很不一致 在西欧 730 多家的生产厂商中 近 1 4 是德国公司 其规模则以中小型企 业为主体 建筑物和混凝土新建 维修和保护 364 家 公司 混凝土外加剂 73 家公司 建筑地面 123 家公司 建筑粘结剂 139 家公司 建筑防水材料 37 家公司 西欧化学建筑材料生产厂商营业额规模 67 小于20million DM 14 20 50 million DM 8 50 100 million DM 11 大于 100million DM 2 2 化学建筑材料在今后几年中的发展趋势可 归纳为以下几个方面 建筑物的保养和修缮 一 建筑材料的循环使用 新型建筑化学材料的 研制与生产 一 欧洲统一标准的 制订与实施 废除各国 现行标准 目 前建筑化学材料全欧洲约有 650 多 个标准 一 生产基地逐步向劳动力低廉的东欧或南欧 转移 企业相互兼并以适应全球战略竞争的需 要 当前德国化学建材工业的几项最新科研和 生产动态 1 莲花型外墙涂料 该外墙涂料具 有很强的僧水效果 粘附在外墙涂料上的粉尘 等很容易用水 甚至雨水 清洗干净 1999 年 2 冬季型砂浆 该有机砂浆可以在较低的温度 高于 1 C 和很高的湿度条件下 相对空气 湿度大于90 进行正常的 施工 也就是说 使用该砂浆可以延长全年内的建筑施工时间 1998 年 3高效超塑化剂 该高效超塑化 剂具有减水 30 40 以上的效果 掺入普 通混凝土后可直接制得高强混凝土 1997年 4 改性无机矿物砂浆 该无机矿物砂浆经改性 后 具有很好的抗压 耐磨 抗化学酸 碱的 侵蚀性 但是价格大大低于环氧树脂 大约 1996 年 5 超高强水泥及砂浆 要用来制造高强 混凝土地面 具有很高的耐磨 抗冲击性能 其抗压强度可达 160N mm 以上 1997年 3几种化学建筑材料凝结剂 和外加剂简介 3 1 聚合物分散剂 液态聚合物分散剂是一种乳白色的液体 由不同的单体聚合而成 这种单体是一种低分 子的结构 其分子量为 50 250 左右 通过聚 合 缩聚或加聚作用而形成聚合物 通常使用 的单体有 vinylacetate 醋酸乙 烯 vinylester 乙 烯基 脂 styrene 苯乙 烯 acr ylicester丙 烯 酸脂 ethylene乙烯 butadieneT 二烯 这类分散剂通常还含有少t 的无机填充材料及 超塑化剂等 分散剂通常作为一种凝结材料而 在化学建材中得到了广泛应用 通过蒸发分散 剂中的水份 分散剂中所含的聚合物粒子逐步 靠近 而排列成紧密的球状堆积 最终形成膜 结构 在这一过程中 并没有出现化学反应 而纯粹是一种物理变化 液态的分散剂经过特 殊的加工处理 喷射干燥法 可制得粉态的 分散剂 其组成并没有发生变化 粉态的分散 剂在加水拌和后即形成初始的液态分散剂 聚 合物分散剂可作为凝结材料用于各种建筑涂料 和砂浆 也可作为砂浆混凝土的外加剂单独使 用 经干燥而成的粉态分散剂主要用于各类干 式砂浆的生产 32 甲基纤维素 纤维素醚是一种聚合碳水化合物 生产工 艺比较复杂 首先从棉花绒或木材中提取纤维 素进行化学分解 然后掺加氢氧化钠制得碱纤 维素 接着按所需的醚类型进行醚化 通过醚 化作用后 这些不溶于水的纤维素即可转变为 水溶性的纤维素醚 纤维素醚主要用来调节建 筑材料的保水性能和控制其工作稠度 同时改 善材料的粘结性 3 3 僧水剂 9 52 是一种由植物及动物油脂而制成的金属皂 聚合物 它能吸附在矿物材料的毛细表面上形 成一种憎水的结构膜 从而能够降低材料的吸 水作用 而达到防水的目 的 3 4 表 面活 化 剂 该外加剂是一种表面活化材料 溶于水中 后 能够极大地降低不互溶的两相材料 例如 固 液相或水 油相 的界面张力 从而使各相 材料能在极短的时间充分混合均匀 而达到最 佳的使用效果 4几种主要化学建筑材料简介 4 1内 外墙装修材料 4 1 1 无机涂料和砂浆 水泥 石灰 石膏 等 4 1 2 有机涂料和砂浆 分散剂型 硅酸 盐型 硅酮型等 4 1 3 墙体隔热保温系统 4 2 防水材料 4 2 1 无机防水材料 刚性水泥基防水材 料一防水砂浆和混凝土 4 2 2 有机防水材料 4 2 2 1揉性水泥基防水材料 4 2 2 2 环氧树脂防水材料 4 2 2 3 沥青防水材料 4 3 瓷砖粘结材料 4 3 1 无机瓷砖粘结剂 白 色 快干型 及 揉性等 4 3 2 有机瓷砖粘结剂 分散剂型 环氧 树脂型等 4 3 3 填缝材料 无机 有机 刚性 揉 性 各种颜色等 4 4 建筑物的保养与修缮 4 4 1 无机砂浆 粗 中 细砂浆 加气砂 浆等 4 4 2 有机涂料