墙体中水泥保温材料

墙体中水泥保温材料墙体中水泥保温材料 保温隔热材料通常是一种质轻 疏松 多孔 导热系数小的材料 通常使用的保温隔热材料在平均温度不大于623K 350 C 时 导热 系数应小于0 14W m K 保温隔热材料通过减缓由传导 对流 辐射产生的热流速率起到防 止高温向低温传热 隔离太阳辐射和高温影响的作用 1 2保温隔热材料的分类保温隔热材料根据材质的不同 可分为无机 保温隔热材料和有机保温隔热材料 无机保温隔热材料大多吸水率高 易开裂 部分产品强度和粘结力 差的问题 有机保温隔热材料的导热系数小 但极易燃烧 防火性 能差 且原材料紧缺 价格较贵 根据状态和结构的不同 可分为 1 泡沫状保温隔热材料 即固体基质连续而气孔不连续 2 粉末状保温隔热材料 即固体基质不连续而气孔连续 3 纤维状或多层状保温隔热材料 即固体基质和气孔都连续 根据形态的不同 可分为板块状保温隔热材料和浆体状保温隔热材 料等 目前常用的保温隔热材料的分类及品种如下表所示纤维状无机天然 石棉 海泡石 坡缕石人造矿棉 矿渣棉 岩棉 玻璃棉 硅酸 铝纤维 氧化铝纤维 氧化锆纤维 莫来石纤维 碳纤维 纸纤维 木纤维 草纤维硅藻土有机天然微孔状无机天然人造碳酸钙制品 复合硅酸盐涂料及制品 反射涂料气泡状无机人造膨胀珍珠岩 膨 胀蛭石 泡沫石棉 泡沫玻璃 泡沫硅 粉煤灰微珠 玻璃微珠天 然人造泡沫材料 聚苯乙烯 EPS XPS 聚氨酯 聚乙烯 聚氯乙 烯 酚醛泡沫 泡沫橡胶 橡胶制品有机软木层状金属人造铝箔1 2 1有机保温隔热材料有机保温隔热材料主要以泡沫型保温隔热材料 为主 聚苯乙烯泡沫 聚氨酯泡沫及其酚醛树脂泡沫是目前应用最 为广泛的有机保温隔热材料 这些材料具有导热系数小 强度高 吸水率低 不透水等特点 1 聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料是目前应用最广的一类塑 料泡沫保温材料 其原料是聚苯乙烯树脂 经发泡后可在材料内部 可产生大量密闭的微孔 按照生产工艺进行划分 该类材料可分为膨胀型 EPS 与挤塑型 XPS 2 聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫材料是一种轻质保温材料 其生产 过程是在聚合物多元醇和异氰酸酯基础上 添加催化剂 稳定剂 发泡剂等助剂 经混合后发泡反应而制成 根据生产工艺的不同 可分为硬质和软质 3 酚醛树脂泡沫塑料酚醛泡沫保温隔热材料在制备过程中 可通 过控制发泡剂 固化剂和表面活性剂的量而控制发泡体的性能 目前较为成熟的方法是在酚醛泡沫塑料体系中 添加颗粒状的聚苯 乙烯泡沫作为填料 1 2 2无机保温隔热材料无机保温材料以膨胀珍珠岩 加气混凝土和 矿棉等为代表 较有机材料相比具有极好的防火性和耐热性 1 膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩是以水玻璃或水泥无机胶凝材料作为浆 料 膨胀珍珠岩作为主要填料 经养护或煅烧等加工工艺制备而成 2 加气混凝土加气混凝土是通过在混凝土中加入发泡剂或通过机 械搅拌的方式充入气体的方式制备出的一种具有多孔结构的混凝土 材料 3 矿物棉矿物棉 是通过将矿物岩石通过特殊的工艺制成纤维 进而通过胶黏剂粘接等方式制备出具有一定形状的制品 常用的矿棉材料是岩棉和玻璃棉 制备岩棉所用的原料为辉绿岩 玄武岩等火山岩 而玻璃棉的原料 是石英砂 石灰石等天然矿石 但正是这些原料的不同使得它们制 成的制品具有了不同的性质 玻璃棉是一种玻璃纤维 属无机纤维范畴 是目前常用的保温隔热 材料 2 发泡水泥的研究发展2 1发泡水泥发展概述发泡水泥是指利用化学 发泡剂发生化学反应在新拌料浆中产生大量微小气泡 经浇注成型 养护等工序制成的轻质多孔材料 发泡水泥材料具有保温隔热性好 耐久性好等优点 xx年 新加坡南洋大学的Suryavanshi和英国谢菲尔德大学的Swamy 以陶瓷微珠做填料 将其填充到波特兰水泥浆中 制备出了一种高 抗水性等性能优良的发泡材料 陶瓷微珠是一种具有低密度 堆积密度400kg m3 低膨胀 膨胀 系数8x10 6 C 1 高硬度 莫氏硬度6 高熔点 熔点1600 1800 C 等特性 的无机粉体 因而将其填充进水泥中 可降低制品的密度 提高制品的强度和耐 火度 此外 陶瓷微珠其特有的真空结构 可阻隔热量的传递 提高材料 的保温隔热性能 同时微珠表面无吸附性可降低材料的收缩和吸水 性 是一种良好的发泡水泥填料 xx年 墨西哥的Rubio Avalos等研究人员发现 型硫酸钙半水合物 CaSO4 1 2H2O 和NaHCO3在有H2O的条件可发生反应生成气体 于 是他们将其作为发泡剂填充进水泥中 成功制得了一种无机泡沫水 泥材料 xx年 台湾的Kuen和Davin等人 通过在水泥中添加铝粉做发泡剂 淤泥灰填充水泥形成了性能较好的发泡水泥 xx年 俄罗斯的Yakovlev和Kerien 等人以浓缩的芳烃类物质为原材 料 通过缩聚反应和碳化作用合成出了一种聚团后直径30 m 长度 为10mm的碳纳米管 并将这种碳纳米管填充到波特兰泡沫水泥中 制备出了一种性能优异的发泡水泥材料 xx年 美国的Muthyala将玻璃微珠分散在水泥泥浆中 并通过添加 大量的橡胶胶乳对水泥泥浆进行了改性 此外还添加了一定量的纳 米粘土粒子和玻璃纤维 制备出了一种新型的发泡水泥制品 2 2水泥发泡剂的发泡机理简述通常采用在原料中充入气体 添加低 沸点的液体 可分解出气体的物质 或利用机械搅拌的方法产生气 体的发泡工艺来制备发泡材料 无论采用何种发泡工艺 发泡过程一般都要包括三个阶段气泡核的 形成 气泡的长大及其材料的固化成型 发泡成型 1 将气体或低沸点液体融入浆液中 然后这些气体或低沸点液体 与溶液开始分离分散 形成大量均匀的细密的气泡核 2 以气泡核为中心 材料中的气体分子通过扩散进入气泡核 气 泡开始长大 气泡核膨胀 3 通过降温或化学反应固化定型将跑题结构固定 形成发泡材 料 气泡核的形成 在发泡成型过程中要控制好气泡核的形成阶段 必须研究聚合物浆 液中的气泡成核机理 弄清气泡成核数量及分布与其各影响因素 如 聚合物浆液的粘弹性 发泡剂浓度 成型压力等等 之间的关系 关于气泡核形成方面的理论研究有经典成核理论 自由体积理论 热点成核理论 界面成核理论 剪切成核理论等 气泡的长大 气泡在长的过程中存在许多动量 能量 以及质量方面的问题 且 过程多而复杂 因此很难定量的描述气泡长大的过程 因此 人们常常通过设定模型来简化气泡增长的过程 目前常用来定性的描述气泡长大过程模型有海岛模型和细胞膜型 2 3应用于泡沫混凝土中的发泡剂从化学组成成分上来看 混凝土发 泡剂主要是由表面活性剂和蛋白质两大类物质组成 这类物质除能在极少量情况下就能降低溶液表面张力外 还可以通过 不同方式促进泡沫的稳定 进而提高了泡沫混凝土的性能 有效地改善混凝土的物理力学性能 提高混凝土的流动度 耐久性 节约水泥 降低容重 从而起到节约能耗 改善环境的目的 2 3 1表面活性剂类发泡剂表面活性剂具有良好的表面活性 一直被 认为是制备发泡剂的优良试剂 作为两亲性物质 表面活性剂的一系列物理和化学性质皆由其分子结 构决定 在相同浓度情况下 极性基的亲水作用强 易溶于水的表面活性剂溶 解度大 表现出的起泡性能也就越好 但泡沫表面膜层含水较多 表现 为排液速度快 不利于泡沫稳定 而表面活性剂在混凝土中所表现出来的性质往往与其在水溶液中的 性质相差很大 在复杂的混凝土化学环境下 表面活性剂与水泥颗粒 的相容性一定程度上决定了泡沫混凝土的性能 美国1937年研究并于1938年获得专利的 文沙 Vinsol 树脂 是最 早问世的混凝土发泡剂 属于松香类发泡剂 陈伟章在复配m SDS m BS 12 1 3 1 6时 混合体系具有超起泡能力 出现优异的增效协同性 能 Ouyang以聚乙二醇和十二烷基硫酸钠重量配比为1 1合成水泥发泡 剂 试验表明 此合成发泡剂与改性后的木质素磺酸盐高效减水剂作为复 合外加剂使用时对水泥砂浆的流动度 水泥的水化过程以及硬化后 水泥强度都产生了积极的影响 其中发泡剂在4 10 5 质量分数 掺量时水泥浆体流动度达到最高 而在0 2 4 10 5 质量分数 掺量时 水泥砂浆的抗压强度逐渐增强 随着发泡剂浓度 进一步增加 抗压强度略有下降后最终保持不变 而在十二烷基硫酸钠水溶液中加入十二醇后 溶液黏度有很明显的上 升趋势 可以很好地减慢泡沫内部的排液速度 从而在很大程度上增 加了泡沫稳定性 2 3 2蛋白质类发泡剂蛋白质类发泡剂的制备实质是蛋白质的降解 蛋白质大分子的肽键断裂 使得溶液中水溶性蛋白质小分子逐渐增多 溶液中的疏水基团也越来越多 降低了表面张力 有利于界面的形成 同时分子间基团强烈的氢键作用 保证溶液形成机械强度较高的泡 沫液膜 进而促进发泡剂泡沫的稳定 但蛋白质类发泡剂易受温度和pH值等外部环境影响而变性 是阻碍蛋 白质类发泡剂进一步发展的重要因素 自上世纪90年代中期 余红发利用羊蹄角制备蛋白质发泡剂以来 大 量的科研工作者都利用动物的皮毛角开发蛋白质类发泡剂 使用的稳 泡剂不尽相同 寿延用鸡蛋黄为主原料 复配稳泡剂 研制了高效的混凝土发泡剂 克 服了传统的蛋白类发泡剂原材料不足的缺陷 Yumiko等利用藻酸盐提取物和变性蛋白质为原料制得发泡剂 经研究发现 泡沫在长时间内保持尺寸大小不变 具有良好的稳定性 2 3 3蛋白质 表面活性剂复合型发泡剂蛋白质与表面活性剂混合体 系界面吸附机理主要为置换和增溶 通过改变溶液的界面张力进一步增强其表面活性 从而满足不断提升 的工业需求 这一领域国外研究较早 如美国研制的由烷基磺酸碱金属盐和水解蛋 白质复合组成的液体发泡剂 日本采用蛋白质物添加适量的阳离子 表面活性剂配成的混合发泡剂等 3 发泡水泥保温材料的实验研究泡沫水泥保温材料是新型节能墙体 保温材料的一个重要发展方向 发泡水泥是指利用化学发泡剂发生化学反应在新拌料浆中产生大量 微小气泡 经浇注成型 养护等工序制成的轻质多孔材料 与普通的水泥相比 泡沫水泥材料具有密度小 导热系数低 保温 隔热性好 抗老化性好 隔音性能良好和抗震性能优异等特点 而在泡沫水泥材料中掺入纤维可显著改善保温材料被弱化的力学性 能 3 1实验研究1 采用物理发泡工艺 制备纤维增强泡沫水泥保温材料 实验内容详见参考文献7 研究不同水灰比 泡沫掺量和聚丙烯纤维 掺量对泡沫水泥保温材料性能的影响 确定纤维增强泡沫水泥保温 材料的最佳配合比 以普通硅酸盐水泥 水 发泡剂 稳泡剂 生石灰和纤维为原料 通过物理发泡的方法制备具有质轻 优异保温效果和优良耐火性能 的纤维增强泡沫水泥保温材料 试验结果表明 当水灰比为0 39 泡沫掺量为2 0ml g 纤维掺量为0 9 稳泡剂掺量为0 3 生 石灰掺量为1 5 时 泡沫水泥保温材料的干密度为324kg m3 3d抗 压强度为1 051MPa 3d抗折强度为0 611MPa 导热系数为0 069W m K 各性能均优于JG T266 xx 泡沫混凝土 的要求 3 2实验研究2 以普通硅酸盐水泥为结合剂 用粉煤灰和微硅粉取代砂和部分水泥制 备泡沫混凝土 实验内容详见参考文献8 采用预制泡沫的方法制备泡沫混凝土 具 体的制备工艺如下 先将水泥和粉煤灰 微硅粉 干拌1 5min 然后加 水 扣除泡沫制备用水 和外加剂 搅拌2min后 加入纤维 再搅拌4min 不掺纤维的省去此步 料浆搅拌的同时 将按比例混合的发泡剂和 水用高速搅拌机制成泡沫 将制好的泡沫加到料浆中一起搅拌2min 最后将泡沫混凝土浇注到试模中 用木板刮平表面 试件静置于试验 室中24h 然后脱模并送入标准养护室养护至规定龄期 研究结论 1 采用掺加微硅粉和聚丙烯纤维技术 可以制备表观密度在800 1 500kg m3 而抗压强度达到10 50MPa的结构用泡沫混凝土 2 微硅粉的掺入对于泡沫混凝土早期抗压强度发展具有较大贡献 而粉煤灰的掺入对于泡沫混凝 3 泡沫混凝土抗压强度随泡沫掺量的增大呈近线形减小 对于给 定泡沫掺量的泡沫混凝土 微硅粉的掺加能较大幅度地提高其抗压强 度 最高可以达到25 土长期抗压强度的获得具有贡献 4 聚丙烯纤维能显著提高泡沫混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度 5 泡沫混凝土具有较高的干缩特性 3 3实验研究3 在水相体系中 碱性条件下低温氧化木质素 有效地与苯酚甲醛发 生加成缩聚反应 实现木质素在酚醛泡沫领域的高效利用 实验内容详见参考文献9 建筑物的围护结构采取保温隔热措施以提 高热工性能 是最重要的节能手段之一 目前在市场上占主导地位的有机泡沫阻燃材料 如聚苯乙烯泡沫 聚氯乙烯泡沫 聚氨酯泡沫等 其耐热温度低 燃烧后放出大量热 量 产生大量烟毒气 既造成环境污染 也成为火灾中造成人员伤 亡的主要因素之一 酚醛泡沫是一种具有自阻燃性的新型隔热保温材料 传统的酚醛泡 沫塑料由化石基甲阶酚醛树脂和发泡剂 表面活性剂和酸固化剂共 混 在一定温度下发泡制备 采用可再生的 价格便宜的木质素 木质素是生物质资源中重要的 可再生酚类化合物 替代苯酚制备酚醛泡沫保温材料 通过对玉米秸秆碱木质素 木质素磺酸钙和Indulin碱木质素三种木 质素进行进行官能团定性定量分析和热力学性能分析 采用双氧水 作氧化剂 水相环境中低温条件下氧化木质素得到多种酚类小分子 化合物 提高了木质素的反应活性 采用一种新的方法将木质素应 用到甲阶酚醛树脂和酚醛泡沫中 试验结果表明 当摩尔比1 5 1和1 7 1 木质素替代量10 30 三种密度的泡沫均达到GB T20974 xx要求 参考文献9 P39 P119 P121 3 4实验研究4 以快硬硫铝酸盐水泥为原料 采用化学发泡的方法制备发泡水泥保 温材料 研究了有机类与无机类防水剂对发泡水泥吸水率 力学强 度以及软化系数的影响 实验内容详见参考文献10 试验结果结果表明掺加防水剂能够降低 吸水率 提高力学强度及软化系数 改善其耐水性 相同掺量下 有 机类防水剂对发泡水泥吸水率的降低效果明显优于无机类防水剂 当苯丙乳液防水剂掺量为2 5 水泥质量分数 时 发泡水泥的吸 水率为26 7 较基准试样降低了59 8 软化系数为0 88 较基准 试样增加了44 3 3 5实验研究5 一种以动物蹄角为主要原料生产发泡剂的工艺 实验内容详见参考文 献11 研究了一种以动物蹄角为主要原料生产发泡剂的新工艺 得到 蹄角蛋白的最佳水解温度为110 C 水解时间10h 此外 选择与其他的不同试剂进行复合配比 并对其性能及制得的 泡沫水泥制品进行研究 得出最佳复合配比为1 5 3 6实验研究6 试验中利用改性后的普通水泥为胶凝材料 同时掺加一定量的粉煤 灰掺和料 加入一种液态高效发泡剂 适宜的外加剂 采用混合搅 拌法 即料浆的搅拌与发泡同时进行的方法制备出一种新型超轻泡 沫混凝土 实验内容详见参考文献12 实验结论 试验了铝酸钠 碳酸锂 KW 母料以及无水硫酸钠四种调凝剂对水泥胶浆凝结时间及抗压强度 抗折强度的影响 结果表明碳酸锂的综合效果最好 通过对超轻泡沫混凝土的原材料进行研究 确定了制备超轻泡沫 混凝土的最佳原料配比为水泥粉煤灰为10 4 水料比为0 54 掺加水泥质量0 30 的稳泡剂WH 4 8 5 1 的发泡剂FP 通过对超轻泡沫混凝土的制备工艺进行研究 确定了制备超轻泡 沫混凝土的最佳工艺条件为料浆温度控制在27 29 范围内 搅拌机转速为2500r min 试验了聚丙烯纤维对超轻泡沫混凝土的改性作用 结果表明当聚 丙烯纤维掺量为1 2 时 可以对超轻泡沫混凝土起到较好的改性作 用 制品的孔隙率变大 抗压强度值提高 平均孔径变小 开裂现 象得以改善 在水泥粉煤灰为0 4 水料比为0 54 掺加水泥质量0 30 的WH 5 0 FP和0 34 碳酸锂 同时掺加水 泥质量1 2 的聚丙烯纤维 以及料浆温度为28 搅拌机转速2500r min的条件下制备了超轻泡沫混凝土 其主要性能指标为容重279kg m 3 28天抗压强度0 51MPa 导热系数0 068W m K 对比试验结果 表明 其综合性能优于市场同类产品 说明采用普通水泥可以制备 出性能优异的超轻泡沫混凝土保温材料 研究结果表明超轻泡沫混凝土的气孔结构对其性能有较大程度的 影响 最佳孔结构应为孔径细小 均匀且封闭的圆形孔 影响气孔 结构的因素较多 发气剂掺量 料浆温度和搅拌速率是主要影响因 素 3 7实验研究7 新型涂敷保温材料 实验内容详见参考文献13 新型涂敷保温材料是在传统硅酸盐复合 绝热涂料基础上发展而成的新型保温材料 传统硅酸盐复合绝热涂 料的原料组成一般由骨料 纤维材料 填充料 粘接剂和少量添加 剂组成 新型涂敷保温材料也不例外 为了增强抗裂效果 还需要 加入保水成份 本实验得出 在传统硅酸盐复合绝热涂料基础上研制的新型涂敷保 温材料满足