高性能微孔水泥保温板的研制与应用

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1、高性能微孔水泥保温板的研制与应用高性能微孔水泥保温板的研制与应用王洪镇王洪镇 （西北民族大学土木工程学院（西北民族大学土木工程学院 甘肃甘肃 兰州兰州 730030）摘要：摘要：本文介绍了高性能微孔水泥保温板的材料组成、生产工艺技术、微观结构特点和热工及防火性能。阐述了其作为高性能建筑保温系统的应用构造作法。关键词：关键词： 微孔水泥保温板 物理化学复合制泡 高效保温与防火 与建筑同寿命Development and application of high-performance micro foam cement insulation boardWANG hong-zhen （School

2、of Civil Engineering, Northwest University for 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 buildin

3、g insulation construction practices in the application of integrated system. Keyword： ：micro foam cement board；physical chemistry composite froth ；high-performance insulation and fireproofing；with construction the same duration 0 前言前言 近年来因保温材料引发建筑物火灾事故频发，国家在大力提倡节约资源和建筑节能的 同时，日益重视对民用建筑保温材料的消防监管。公安部连续

4、发布了规定和通知，要求建 设工程必须采用燃烧性能为 A 级的保温材料。同时为了实现建筑外保温系统与主体结构同 寿命，避免二次资源浪费，亟需研发应用具有高效保温和防火性能及体系耐久性满足同寿 命要求的建筑保温材料。针对目前国内外普遍采用的无机保温材料存在的保温性能差，粘 结强度低的不足，我们研制开发了各项性能优良的高性能微孔水泥保温板（以下简称微孔 水泥板） 。本文主要介绍该型微孔水泥保温板的材料组成、配合比、性能指标、微观结构特 点和生产工艺技术及其建筑外保温系统的构造和作法。 微孔水泥保温板以水泥为胶凝材料形成水泥石基体，短切纤维增强整体柔性和抗裂性， 通过物理化学方式在水泥石基体中引入大量

5、微小、均匀、稳定的微小气泡，通过特定的外 加剂提高微小气泡的封闭性和保温及憎水效果，并经特殊工艺制成一种具有高效保温和防 火性的新型多功能保温隔热材料，在建筑物适用的厚度条件下满足较高的（第三步 65%）建筑节能要求。其仅在微孔水泥石中引入少量的纤维和外加剂，且均匀地分散在水 泥中，故产品的燃烧性能为 A 级。同时，其自身的水泥石质基体与粘结砂浆亲和性良好。 不存在诸如泡沫玻璃与水泥砂浆粘结层化学腐蚀问题和岩棉等无机纤维软质保温材料和水 泥砂浆粘结不牢靠的现象，可确保体系与建筑物同寿命。不但可用于建筑物外墙外保温还 可用于屋面和地面保温。 1. 原辅材料原辅材料 1.1 胶凝材料 微孔水泥保温

6、板制造工艺需采用一种大水灰比的流态料浆体浇注发泡成型。可采用普 通硅酸盐水泥或硬硫铝酸盐水泥，普通硅酸盐水泥早强硬化较慢，但后期强度较高，生产 成本也较低。硫铝酸盐水泥凝结快、早期强度高，有利微孔的稳定形成。但由于该型水泥 抗碳化能力较差，表面易起粉，一般要与普通硅酸盐水泥和矿渣粉复配成快硬型复合水泥 使用。 本研制试验用普硅酸盐水泥，采用祁连山牌 P.O42.5 普通硅酸盐水泥，其物理力学性能检 测结果见表 1，符合 GB 175-1999 标准指标要求。祁连山 42.5 普通硅酸盐水泥性能检测结果 表 1抗折强度 MPa抗压强度 MPa水泥品种初凝/终凝安定性（饼法）3d28d3d28d祁

7、连山水泥2 h 22 min/3 h 56 min合 格4.07.118.745.2GB175-9945min/10h合 格3.56.516.042.5本研制试验用硫铝酸盐水泥，采用自主研发的 HF 早强快硬复合水泥，已获国家发明 专利（ZL200510096428.1） 。其 HF-32.5 型水泥物理力学性能检测结果见表 2，符合兰州海 锋建材科技有限公司企标早强快硬复合水泥Q/HF01-2006 标准指标要求。HF-32.5 早强快硬复合水泥性能检测结果 表 2抗折强度 MPa抗压强度 MPa水泥品种初凝/终凝安定性（饼法）1d3d28d1d3d28dHF 早强快硬水泥25 min/90

8、 min合 格4.05.55.828.735.343.2Q/HF01-200625min/180min合 格4.05.05.526.032.538.0.1.2 矿物掺合料的选用 采用硅灰、粉煤灰、矿渣微粉可增强混凝土的密实性提高强度和耐久性，从而提高混 凝土的抗冲磨性。 本研制试验用粉煤灰采用兰州西固热电厂优质粉煤灰，其品质检测指标结果见表 3， 满足 GB1596-91 标准对级灰的要求。西固热电厂粉煤灰性能检测结果 表 3技 术 指 标项 目 试 验 结 果细度（%）12204514.8三氧化硫（%）3330.56烧失量（%）58156.6需水量比（%）951051151031.3 增强纤

9、维 选用 9mm 长无机矿物与聚丙烯短切复合纤维，经采用自行研制的高效分散剂处理后， 具有很好的分散性，可均匀分散于彩色混凝土中减小干缩，提高抗裂性。 本试验采用兰州海锋公司 HFPP 聚丙烯纤维和兰维公司聚丙烯睛纤维两种纤维。它们 的物理力学性能见表 4。选用的 9mm 纤维，经采用自行研制的高效分散剂处理后，具有很 好的分散性，可均匀分散于轻集料微孔混凝土中。纤维的主要技术参数 表 4名 称材料长度/mm直径/m比重/kg/m3抗拉强度/MPa弹性模量/MPaHFPP聚丙烯1990.912763793兰维聚丙烯腈6131.18910171001.4 微孔发泡剂非烧结无机材料发泡技术，目前国

10、内外主要采用有物理法和化学法两大类。物理法主 要是将泡沫剂水溶液通过压缩空气或高速搅拌等物理方式预先制备成微小的泡沫，再将其 与搅拌好的水泥胶凝材料浆体，搅拌混合均匀成料浆，硬化后形成微孔水泥石基体；化学 法是将发泡剂与水泥基材料一起混合搅拌均匀制成料浆，在水泥浆体稠化初凝前，通过发 泡剂的化学反应产生气体在浆体中形成气泡，使料浆逐渐膨胀而形成泡沫状水泥石基体。 物理法发泡时，泡沫剂性能影响很大，为此我们对市售不同品种的引气发泡剂进行了 起泡高度、气泡直径、气泡形态、消泡时间等性能的测试和观察。优选出两种国产泡沫剂 兰州 HFPM 和河南 CHPM 用于试验研究。 性能见表 5 高效微泡剂主要

11、技术性能指标 表 5项目兰州 HFPM（液体）河南 CHPM（液体）北京 PM（液体）北京 PM（粉剂）美国（液体）日本（粉剂）泡沫高度/mm18.618.615.711.216.817.5消泡时间/min463217153635泡径形态细小细小较细较粗细小较细化学发泡采用的发泡剂通常为金属类，如铝粉、锌粉等造价较高；和非金属类，如双 氧水、碳化钙等。双氧水造价低廉，反应较快，较易控制。本研制试验采用双氧水为化学 发泡剂，品质为市售工业级，浓度27%。并采用金属化合物作为引发剂。 同时为协调解决微孔水泥保温板水泥石中微孔的形成、料浆稳定性和流动性，提高制 品的强度和防水性。还应使用早强促凝剂、

12、稳泡剂、憎水剂和减水剂等。 1.5 拌合水 水灰比对料浆的粘稠度、流动性及强度影响十分显著。水的温度直接影响化学发泡的效果， 冬季生产须用热水。 2. 生产工艺关键技术研究生产工艺关键技术研究 2.1 发泡方式的确定 本研制所作大量试验表明：采用物理发泡方式，水泥石中微孔孔径细小 0.251mm， 闭孔率高，如图 2（b）所示。制品保温性能好，但浇注后料浆易塌模，对发泡剂稳定性要 求很高，同配合比条件下使用不同品种的泡沫剂，料浆容重对浇注高度影响很大。200230300350380390390120150200250260280300050100150200250300350400450200

13、300400500600700800 料浆容重kg/m3浇注高度mm兰州HFPM 河南CHPM图 1 最大浇注高度-料浆容重关系如图 1 所示，随着泡沫剂引入量的增加，料浆容重减小，浇注后料浆稳定性变差，最 大浇注高度下降。为获得较好的保温性，微孔水泥板的料浆容重尽可能要小，一般为 250kg/m3，制品干容重为 160kg/m3左右。此时最大浇注高度仅为 200mm。模具效率低下， 无法较好的满足大规模生产的工艺要求。采用物理发泡法时应选择快硬硫铝酸盐水泥为胶 凝材料，提高浆体稠化硬化速度，才能满足稳定浇注的要求。 而采用化学发泡方式，水泥石中泡沫孔径粗大 35mm，闭孔率低，如图 2（a）

14、所示。 同容重条件下制品保温性能较差，但浇注后料浆逐步发气，稳定性较好，浇注后发气高度 大。不易塌模。（a）化学发泡孔 （b）物理制泡孔图 2 物理法和化学法制泡泡径对比 研究表明：微孔水泥保温板采用物理化学复合发泡工艺，先在料浆中引入部分细小的 微孔泡沫，可显著增加料浆的粘聚度，增加浆体稠度，降低化学发气的初始密度，从而减 小料浆内部的对发气存在的压力，有利于化学发气气泡的长成，避免纯化学发泡条件下造 成气泡合并变大和逸出现象。最终形成孔径细小的微孔水泥石基体。同时，仍可获得较高 的发气高度，提高生产效率。与同容重纯化学发泡制成的产品相比，导热系数更低。 2.2 工艺条件控制重点 采用物理化

15、学复合制泡工艺制造微孔水泥保温材料，通过浆体浇注成型的过程实际是 微孔泡沫引入，料浆体反应发泡和水泥胶凝材料凝结硬化的三个过程。物理法引入微泡的 过程较易控制，泡沫的引入量由可测得的初始料浆容重反应出。预物理发泡有利于后期化 学发泡的进行。而化学反应发泡量，虽取决于发泡剂的用量，但受到料浆流动度、和易性 和温度等诸多因素的影响，不易控制。实际生产中发泡过程还必须与水泥凝结稠化过程协 调步调一致，才能获得理想的微孔水泥基体。试验表明：双氧水发泡剂在碱性条件下，通 过催化引发，78min 内发气达到最大值，1015min 发气反应趋于结束。故应对水泥胶凝 材料调凝，使水泥的初凝在 20min 开始，之后迅速稠化和硬化。才能避免发气快，凝结稠 化慢，料浆体内形成的微孔泡沫因不能及时固结，承受不住压力而塌陷和逸出；同时也要 避免调凝过快，造成凝结稠化快，发气慢，料浆体发气膨胀高度不够，使产品容重过高， 影响保温性能。总之，只有通过配合比设计和工艺参数的确定，控制协调好几个过程的关 系，才能生产出高性能的微孔水泥保温材料。 2.3 配合比的优化 如上所述，配合比的确定是关键控制点之一。微孔水泥保温材料的研制是试验科学， 必须通过大量的实际配制才能优化出适用的配方。以下是本研制的试验优化配合比之一， 供参考。 以干容重 160 级微孔水泥保温板为例：每立方米制品材料用量 快硬水泥