三维增强普通硅酸盐发泡水泥保温板

【摘要】普通硅酸盐发泡水泥保温板作为一种不燃型保温节能建筑材料，越来越受到社会的重视，并在诸多领域得到广泛的应用。本实验涉及一种普通硅酸盐发泡水泥保温板，并采用三维增强网复合成型，提高了板材的抗拉强度，减少应力收缩提升抗裂性能。三维增强普通硅酸盐发泡水泥保温板外形尺寸可随意加工，做到了大尺寸规格发泡水泥保温板工厂化加工成型，为外墙保温装饰一体化提供新的芯材选择，提高了工程应用施工速度，节省工时。

【Summary】The ordinary silicate foam cement insulation board as a non-flammable insulation energy-saving building materials,more and more attention by the society,and has been widely used in many fields. The experiment involved a ordinary silicate foam cement insulation board,and three-dimensional enhanced net composite molding, the tensile strength of the plate to reduce stress contraction,and enhance crack resistance.It can be factory molding process,improved engineering applications construction speed,saving construction time.

【关键词】普通硅酸盐发泡水泥；三维增强；保温板；A级防火；化学发泡；保温装饰一体化

【Keyword】Ordinary silicate cement;3D reinforced;Insulation board;Fireproof;

Chemical foaming;Insulation and decoration combine

中图分类号：O741+.4文献标识码： A 文章编号：

前言：

三维增强普通硅酸盐发泡水泥保温板是采用化学发泡工艺，将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰石粉、外加剂、抗裂纤维及水等经机械搅拌制成料浆，与化学发泡剂二次搅拌后浇注于配备三维增强网的成型模具中，再经自然养护、切割而成的一种轻质多孔建筑保温材料。

我国从2005年开始推行建筑保温节能工程，要求新建建筑必须实行50%的节能目标（部分城市要实现65%的节能目标），该工程加快了保温隔热材料的发展，但在实际应用过程中也暴露出了许多问题，防火安全问题尤为突出。2009年的北京央视新址大火和2010年的上海“11.15”重大火灾等事件，让人们对外墙保温隔热材料的防火性能的重要性有了重新的认识。

发泡水泥保温板经过了两个发展阶段，第一阶段是硫铝酸盐发泡水泥（快硬水泥），因其发泡工艺易控制，不易塌模，早期强度来得快，在普硅发泡水泥技术尚不成熟时在市场上得到了一定的应用。第二阶段是普通硅酸盐发泡水泥，其对产品的配方技术和生产工艺都有很严格的要求，才能做到产品发泡过程中不塌模、不开裂。三维增强普通硅酸盐发泡水泥保温板是在我司自主研发的普硅发泡水泥成熟技术基础上，为了更好满足客户实际使用的需求，提高其应用于外墙薄抹灰保温系统的施工进度，提升产品的性能指标和满足外观尺寸要求而开发的新产品。突出的性能和可供选择的尺寸规格优势，使其在保温装饰一体化应用领域也将得以拓展。

普通硅酸盐发泡水泥保温板，其主要特性有：保温隔热性能较好；防火安全，燃烧性能达到A级；系统耐久性强，可做到与建筑物同寿；主要原材料为普通硅酸盐水泥，与基层墙体属同性质材料，粘结强度高；具有一定的隔音效果；绿色环保，原料易得；薄抹灰施工工艺成熟，便利；性价比较高等。以上特性与目前建筑外墙保温材料相比较，综合性能优势较突出。

2009年9月25日，公安部、住房和城乡建设部联合了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》，“规定”中对使用现有有机类保温材料提出了许多严格限制及必须采取的防护措施。在这种背景下，A级防火保温材料得到大量应用，前景广泛。普通硅酸盐发泡水泥保温板因价格合理、综合性能十分优异使其成为了这些A级保温材料中的新宠。其发展前景意义将十分重大。

1 三维增强普通硅酸盐发泡水泥保温板的原材料及其作用

1.1 水泥

水泥作为发泡水泥保温板的主要胶凝材料，起胶结作用，是其强度的主要来源。发泡水泥要求在发泡过程中早期强度高，凝结快，水泥的初凝时间不早于25min，终凝不迟于3h。这些特性快硬硫铝酸盐水泥均能满足，但其后期强度倒缩现象严重，且水化产物中的钙矾石对温度敏感性强，容易产生分解或转变而影响基体稳定性；其次是碱度低造成了抗碳化性能差，而影响水化产物的稳定性。因此本实验最终选择了普通硅酸盐水泥，采用的是PO 42.5海螺水泥，并通过外加剂解决了发泡水泥对其初凝和终凝时间的要求。本实验中发泡水泥通过化学发泡工艺发泡成型，发泡过程中，其内部产生大量的气泡，如果气泡的稳定性不好，或普硅水泥初凝太慢都会导致塌模和表面裂缝现象。本实验中添加了自制的稳泡剂和改性剂，完全解决了普通硅酸盐发泡水泥的初凝和终凝时间要求，并且克服了快硬硫铝酸盐发泡水泥后期强度倒缩问题带来的工程质量问题。

1.2 粉煤灰

粉煤灰中的颗粒以球形玻璃体居多，比表面积大，其矿物组成主要是玻璃体、石英及少量未燃烧的碳粒。实验中选择II级粉煤灰，其主要作用是节约成本，降低水化热，粉煤灰中的活性成分可以增加发泡水泥保温板的后期强度。

1.3 硅灰石粉

其独特的针状结构，使添加了硅灰石粉的发泡水泥保温板的抗压、抗折强度都得以提高，还具有一定的抗开裂作用。

1.4 发泡剂

发泡剂是另一种影响产品质量的重要材料，要求发泡剂必须具有产气量大，发泡速度适宜，用量的特点。因为浆料注入模具后，在化学反应下放出气体，使物料膨胀，同时胶凝材料开始凝结硬化，如果发泡过快，凝结速度慢，浆料内部形成的气孔因自重而塌陷和溢出。如果发气太慢，凝结硬化快，发泡体膨胀率低，导致或出现裂纹或膨胀不起来。所以只有在发气速度与胶凝材料凝结硬化过程协调一致时才能生产出理想的产品。对发泡剂的研究，国内外都有很多探索，例如用电石与水反应制得乙炔气体；用一些活泼金属制得氢气等，但由于制得这些气体存在成本高、产气量及工艺控制等诸多不利因素，在大规模工业化生产中效果差强人意。本发明采用了浓度为27.5%的工业级过氧化氢溶液。利用其自身在常温和加热情况下歧化反应产生的氧气进行发泡。

1.5 纤维

选择低模量的聚丙烯纤维， 具有较强的耐碱性，不受各种碱性基料水化产物的侵蚀。具有良好的分散性，不团结，不成束，保证了纤维在基料中的均匀分布。具有较高的韧性和强度，在混合搅拌中不易打弯成球，有效提高发泡水泥的抗裂、抗冲击性能。

1.6 稳泡剂

其主要作用是对泡孔起到稳定作用，防止泡孔破裂、串孔现象的产生，提升发泡水泥的初凝速度避免发泡块塌落现象的产生。使得发泡孔成完全闭合的状态，提升产品的憎水性能。

1.7 改性剂1

加速发泡水泥初凝，缩短初凝时间，消除发泡水泥凝固过程中产生的应力收缩，避免裂纹的产生。

1.8 改性剂2

改善物料分散均匀度，缩短物料搅拌混合时间，提升生产效率，有助于提高发泡水泥强度。

1.9 三维增强网

高分子聚合物或玻璃纤维纺织而成，对发泡水泥保温板起到增强作用，提升产品的抗拉、抗冲击性能，使得大尺寸的发泡水泥保温板不易折断、破损，适用于外墙保温薄抹灰系统和保温装饰一体化工厂化加工，彻底解决外墙保温防护层裂纹的问题。

1.10 水与环境温度

水作为普硅水泥水化和成型的介质，其作用在于调节浆料的浓度和制品的性能，高水灰比浆料易发泡、发泡体表面平整，但强度低；低水灰比浆料流动性差，发泡剂产生的气体在膨胀过程中阻力较大、发泡体表面呈凸面，易出现裂纹和制品密度大。因此，水的掺入量必须适量。本发明选用了适合当地原材料特性的较佳水灰比49~51:100。水的温度也是影响发泡速度和效果的直接因素，水温过高，发泡速度太快，易导致浆料在搅拌机内尚未放料，就已经过度膨胀，导致放出的物料在模具中流动性差，成型发泡体出料口对应部位表面不平整，易产生“肚脐”现象，继而在此部位产生裂纹。水温过低，将导致发泡高度不够，制品不能充分膨胀，产品密度增大等问题。本实验选择的水温为夏季35℃~40℃，冬季39℃~44℃。

最适宜的环境温度应在15℃以上，如果温度太低，发泡时间则会延长，胶凝材料凝结时间和发泡速度将难以协调到比较理想的状态。环境温度低，也会导致发泡体脱模时间延长，影响产能。所以在气温低于15℃时必须调整好发泡剂及配方。适当提高水温或车间环境温度。

2 实验

2.1配比

表1普通硅酸盐发泡水泥配比

注1：可根据板材规格选择合适的尺寸

2.2 普通硅酸盐发泡水泥保温板技术指标要求

表2发泡水泥技术指标要求注2

试验项目 性能指标

注2：企业标准 Q/VBCT 1-2012

2.3 技术指标试验方法

2.3.1 导热系数：按GB/T 10294的规定执行。

2.3.2 干密度：按GB/T 5486的规定进行。

2.3.3 吸水率：按企标Q/VBCT 1-2012的规定进行。

2.3.4 抗压强度：按GB/T 5486的规定进行。

2.3.5 垂直于板面抗拉强度：按JGJ 144的规定执行。

2.3.6 干燥收缩值：按GB/T 11969（快速法）的规定进行。

2.3.7 软化系数：按JGJ 51的规定进行。

2.3.8 碳化系数：按GB/T 11969的规定进行。

2.3.9 燃烧性能级别：按GB 8624 的规定进行。

2.3.10 放射性核素限量：按GB 6566的规定进行。

2.4生产工艺

本实验采用的化学发泡法，该法是先将胶凝材料、水、小料通过机械搅拌制成浆料，然后投入发泡剂经机械二次搅拌5s～7s,停止搅拌，放料至配备有三维增强网的模具中，发泡成型，成型时间在25min内基本全部完成，其工艺流程如图1所示。

图1：三维增强普通硅酸盐发泡水泥保温板生产工艺流程图

2.5 产品实验实例

2.5.1 实验配比

表3 普通硅酸盐发泡水泥实验实例

2.5.2 实验检测结果

2.5.3 实验检测结果分析

① 此配方和发泡工艺条件下，普通硅酸发泡水泥保温板的干密度控制在≤230kg/m3，就完全能满足导热系数≤0.060W/(m・K)的要求。

② 产品满足燃烧性能A级要求，属不燃型保温材料。

③ 吸水率指标随着干密度降低有所增加，四个实验均满足了指标的要求。

④ 抗压强度随着干密度的降低而降低；复合有三维增强网的发泡水泥保温板比没有复合三维增强网的发泡水泥保温板的抗压强度略有提高。

⑤ 垂直于板面抗拉强度随着干密度的降低而降低，同时，实验一与实验二比较，实验三与实验四比较，仅存在是否复合有三维增强网的区别。由此可见复合有三维增强网的发泡水泥保温板的抗拉强度比没有复合三维增强网的发泡水泥保温板抗拉强度要显著提高。

⑥复合有三维增强网的发泡水泥保温板干燥收缩值指标也有得到提高，减少了收缩，提高了抗裂性能。

⑦ 是否复合有三维增强网对产品的软化系数基本没有影响。

⑧ 普通硅酸盐水泥发泡保温板完全满足碳化系数指标的要求，避免了类似于快硬硫铝酸盐水泥后期强度倒缩现象。

3 产品特性

3.1 低密度（≤250kg/m3），低导热系数（≤0.060W/(m・K)），其保温、隔音效果比传统泡沫混凝土有了显著提高。

3.2 普通硅酸盐水泥发泡和三维增强技术保证了抗压强度（≥0.50MPa）的同时，大大提升了产品的抗拉强度；同时，三维增强技术和特殊添加剂，使得发泡气孔完全封闭、独立且疏水，添加剂中微膨胀成分和抗裂纤维应力分散作用。大幅减少了表面开裂情况，即使有部分裂纹情况，产品的憎水性也阻止了在实际应用中因表面开裂而导致吸水率增加，影响工程质量的问题。

3.3 普通硅酸盐水泥发泡，而不是快硬硫铝酸盐水泥发泡，解决了产品的耐久性问题，不存在产品后期强度倒缩现象。与基体同材质，相亲相容，粘结力高，真正做到了与建筑物同寿。

3.4 A级防火，属不燃型保温材料，安全可靠。

4 结语

普通硅酸盐发泡水泥保温板因其具备轻质（干密度≤250kg/m3）、低导热系数（≤0.060W/(m・K)）、保温隔热、A级防火、较高强度、耐久性突出等诸多优异性能，尤其本实验采用的三维增强普通硅酸盐发泡水泥，因其独特的三维增强和特殊改性剂，更加提升了普通硅酸盐发泡水泥保温板的抗拉强度、抗裂性能、抗水渗透性等多方面的性能。目前普通硅酸盐发泡水泥保温板可采用成熟的薄抹灰施工工艺，亦可作为保温装饰一体化的芯材。适用于外墙外保温、屋面保温、外墙内保温、隔墙、吸声隔音等诸多方面。 随着我国节能政策的大力推行，以及对外墙保温材料安全防火性能的要求，势必将得到业内重视和推广，具有广阔的应用前景。

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作者简介

韩宏廷，男，1983年7月生，安徽人，2005年毕业于中南林学院（现更名中南林业科技大学）高分子材料与工程专业，本科。