聚苯颗粒复合泡沫玻璃保温板的研制

摘要：以水泥作为胶凝材料，将泡沫玻璃与聚苯颗粒复合制备自保温板，并研究其抗压强度、导热系数和体积吸水率等性能。实验结果表明，制得的复合保温板导热系数为0.091～0.120w/（m.k），抗压强度达到1.0Mpa以上，干表观密度最小为990kg/m3。实验表明，当掺入量泡沫玻璃（粉末状）5%、聚苯10%时，复合板的综合性能最好。

关键词：泡沫玻璃 聚苯颗粒 抗压强度 导热系数

随着经济的发展，我国的能源问题越来越突出。目前，我国建筑能耗已经占到社会总能耗的30%左右，而建筑墙体及屋顶的能耗损失在建筑全部能耗损失中占到30%～50%，因此减少维护结构的能耗损失在建筑节能中有着重要的作用。

目前外墙保温体系主要有外墙外保温和外墙内保温两大类，外墙外保温因其可以防止热桥、节约室内面积、节能环保、提高房屋主体结构的耐久性等优点而使用较广泛。外墙保温材料中，通常有无机保温材料、有机保温材料和复合保温材料三大类。无机保温材料保温性能较差、吸湿性较大，但防火性能好。有机保温材料保温性能较好，吸湿性较小，但防火性能较差，容易伸缩变形。而复合保温材料调和了上述两种材料的优缺点。本文通过实验研究无机和有机材料复合的保温板性能，我们采用的原料是聚苯颗粒和泡沫玻璃，它们分别为综合性能较好的有机和无机材料，并且密度小，价格比较便宜。聚苯颗粒的导热系数相对较小，但阻燃性较差，为B2级。而泡沫玻璃的导热系数相对较大，阻燃性能为A1级。聚苯颗粒复合泡沫玻璃制成的保温板，综合了无机和有机保温材料的优点，满足了导热系数较小、阻燃性较好的使用要求。本研究项目为学生的SRT项目。

1试验材料及方法

材料：实验材料从市场购买，泡沫玻璃干表观密度150～170kg/m3，实验时采用颗粒和粉末两种形态的泡沫玻璃，使用钢丝筛筛选，其中颗粒的粒径为5～9mm ，粉末状颗粒的粒径为1～2mm。聚苯颗粒的堆积密度为15kg/m3，颗粒粒径为3～5mm。实验还采用普通硅酸盐水泥等。

试验方法： 以水泥作为胶凝材料，掺入聚苯颗粒，在胶砂搅拌机中搅拌均匀后，加入泡沫玻璃，同时掺加适量胶水和发泡剂，拌合后，倒入模具中成型，机械振捣5～10分钟，室温自然养护28天。

作为保温隔热材料的泡沫玻璃是非闭孔结构板，破碎后成为小粒径的泡沫玻璃粒，我们配制如表1所示的不同泡沫玻璃和聚苯颗粒的质量配比，对复合保温板性能进行研究。其中泡沫玻璃的形态分为粉末和颗粒，水灰比为0.25～0.30。试块制作中使用适量的发泡剂和胶水，考虑到聚苯颗粒和泡沫玻璃的质量百分比过大时会导致试块易碎裂，故采用的聚苯颗粒质量比例不超过10%，泡沫玻璃的质量比例不超过20%。

采用正交实验法，对表1各组不同配合比的试块进行测试，其中干表观密度、抗压强度和线膨胀系数试验按GB/T5486-2008《无机硬质绝缘制品试验方法》进行测试。线膨胀系数采用高温卧室膨胀仪测试，试块形状为圆柱形，长度为50mm±1mm，直径为10mm。导热系数采用VQ-300导热系数测定仪进行测定，试块尺寸300mm×300mm×50mm，抗压强度测试采用WDW-100D型电子万能试验机，试块大小为100mm×100mm×100mm。

2 试验结果及分析

每种配比的试块都制作了两块，共制作了16个试块。试验数据为相同配比试块测得的两个数据平均值。实验测试结果如表2。

（1） 试块不同配比对抗压强度和干表观密度的影响

由表2可知，所有试块的抗压强度均在1 MPa以上。聚苯颗粒和泡沫玻璃的配比相同时，使用粉末状泡沫玻璃的试块比使用颗粒状泡沫玻璃的试块的抗压强度低。随着聚苯颗粒或泡沫玻璃的质量配比增加，试块的抗压强度减小。本试验中，当聚苯颗粒质量占比为5%、泡沫玻璃质量占比为10%时，复合保温板的抗压强度最高。

聚苯颗粒和泡沫玻璃的配比相同时，使用粉末状泡沫玻璃的试块比使用颗粒状泡沫玻璃的试块的干表观密度高。当聚苯颗粒质量占比一定时，随着泡沫玻璃质量占比的增加，干表观密度降低。当泡沫玻璃质量占比一定时，随着聚苯颗粒质量占比的增加，干表观密度增加。本试验中，当聚苯颗粒质量占比为5%、泡沫玻璃质量占比为20%时，试块的干表观密度最小。

（2）试块不同配比对保温板的导热系数分析

测得的导热系数值在0.12w/（m・k）以下，根据《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》，符合保温材料的要求。聚苯颗粒和泡沫玻璃的配比相同时，使用粉末状泡沫玻璃的试块比使用颗粒状泡沫玻璃的试块的导热系数低。随着聚苯颗粒的质量配比增加或泡沫玻璃的质量配比减小，试块的导热系数增大。本试验中，当泡沫玻璃质量占比为5%、聚苯颗粒质量占比为20%时，得到最小导热系数的保温板。

（3）保温板的线膨胀性能分析

所有试块的线膨胀系数均在11.7×10-6～12.2×10-6/℃之间。聚苯颗粒和泡沫玻璃的配比相同时，使用粉末状泡沫玻璃的试块的线膨胀系数比使用颗粒状泡沫玻璃的试块大。随着聚苯颗粒或泡沫玻璃的质量配比增加，试块的线膨胀系数减小。本试验中，当聚苯颗粒质量占比为5%、泡沫玻璃质量占比为10%时，复合保温板的线膨胀系数最大。

（4） 燃烧性能分析

通过燃烧性能试验，所有试块的燃烧指数均为A1级不燃。

3 结语

以水泥作为胶凝材料，将泡沫玻璃与聚苯颗粒复合制备自保温板。实验结果表明，制得保温板导热系数范围为0.091～0.120 w/（m・k），抗压强度达到1.0Mpa以上，干表观密度最小达到990kg/m3。当掺入量泡沫玻璃（粉末状）5%、聚苯10%时，复合板的各方面综合性能最好，可得到具有最佳效果的复合保温板。本实验研究表明聚苯颗粒复合泡沫保温板是可以使用的，其满足导热系数较小、抗压强度较高、阻燃性能较好等方面要求，是一种新型绿色环保型墙体保温材料。

参考文献

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