玻化微珠-莫来石保温装饰一体化板试验研究

麻建锁，蔡焕琴，白润山，周苗苗

（河北建筑工程学院 土木工程学院，河北 张家口 075000）

玻化微珠-莫来石保温装饰一体化板试验研究

麻建锁，蔡焕琴，白润山，周苗苗

（河北建筑工程学院 土木工程学院，河北 张家口 075000）

以玻化微珠为保温材料，莫来石为主要装饰材料，采用连续浇筑的方法，制得防火、保温、装饰良好的保温装饰一体化板。试验结果表明，制备保温材料的最佳配比为：m（水泥）∶m（玻化微珠）∶m（胶粉）∶m（纤维素）∶m（聚丙烯纤维）=180∶160∶6∶2∶1；制备装饰材料最佳配比为：m（莫来石）∶m（水泥）∶m（玻化微珠）∶m（胶粉）∶m（纤维素）∶m（颜料）=100∶60∶15∶5∶0.6∶10，制得的保温装饰一体化板的表观密度为361 kg/m3，导热系数为0.06 W/（m·K），吸水率小于7%，28 d抗压强度为3.2 MPa，满足外墙保温节能要求。

玻化微珠；莫来石；保温装饰一体化板；制备技术

0 前言

随着墙体结构保温装饰一体化技术的发展，装饰材料、保温材料和墙体的同寿命至关重要，现有的保温装饰一体化板采用膨胀聚苯板、挤塑聚苯板、聚氨酯和酚醛保温板等为保温层，以氟碳金属漆、氟碳色漆、仿石材为装饰层等，这些保温装饰一体化板的共同特点是利用有机保温材料作为保温层，防火性能差，装饰材料的耐久性大多达不到与结构同寿命的要求。同时随着墙体预制技术发展，预制墙体的反打工艺为墙体结构的新型保温装饰一体化发展提供了可能，为无机保温材料和无机装饰材料的结合提供了发展方向。

保温装饰一体化板与传统保温装饰系统相比，成本较低，适合大面积推广应用，发展新型保温装饰一体化板具有重要意义。将墙体建筑材料结构一体化作为重点考虑的长寿命自保温功能型材料的研发并不多见[1]。玻化微珠类保温板材具有轻质高强、保温隔热、耐火耐候、粘结强度高、施工便捷、防火等级可达到A级等优点[2]。莫来石为铝硅酸盐矿物，具有耐火度高、抗热震性好、抗化学侵蚀、抗蠕变、荷重软化温度高、体积稳定性好、电绝缘性强等性质，是理想的高级耐火材料[3]。针对我国保温装饰板的现状，笔者探索应用无机保温材料和无机装饰材料的结合，研发一种防火性能突出、保温装饰效果良好、耐久性优越的保温装饰一体化板，并进行试验分析，实现墙体保温、装饰同寿命。

1 材料性能试验

1.1 原材料

玻化微珠：呈不规则球状颗粒，表面玻化封闭，粒径为0.5～2 mm，北京巨能兴业科技发展有限公司生产，其性能指标见表1。

表1 玻化微珠的主要性能指标

莫来石：采用郑州向翔宇铸造材料有限公司生产的200目莫来石粉，其耐火度高、膨胀系数小，热化学稳定性好，主要成分和性能指标见表2。

表2 莫来石粉的主要成分和性能指标

胶粉：采用河南惠康实业总公司生产的SP1026乳胶粉，固含量为（99±1）%，灰份为（12±2）%，最低成膜温度为0℃，玻璃化温度为-2℃。

羧甲基纤维素：HL8，河南惠康实业总公司生产，代替度≥0.6，纯度≥（55±2）%，黏度500～600mPa·s，粒度（60目）≥80%，干燥减量≤10%。

聚丙烯纤维：河南惠康实业总公司生产的6～12 mm聚丙烯纤维，纤维直径10～40 μm，密度910 kg/m3，抗拉强度≥300 MPa，杨氏弹性模量≥3500 MPa。

水泥：采用宣化金隅水泥厂生产的P·O42.5水泥。

颜料：采用天津市正中宏华化工有限公司生产的氧化铁颜料。

防水剂：采用佛山盈智有机硅材料有限公司生产的甲基硅酸钠防水剂。

1.2 配合比设计及材料制备

保温材料配合比设计需要确定的关键因素是玻化微珠掺量，因玻化微珠掺量的多少决定一体化板的保温性能，而且玻化微珠本身没有粘结性能，实现保温材料的成型十分重要。保温材料以玻化微珠为轻质骨料和保温材料，以水泥、胶粉为胶粘剂，同时掺加适量的纤维素、聚丙烯纤维，采用试配方法，通过单因素试验调整玻化微珠掺量，确定各原料的最佳掺量。保温材料的成型工艺采用浇筑振捣成型工艺，在成型过程中控制好浇注料的稠度，尽量实现在很小的外加震动下就可以成型。具体保温材料试验配合比见表3。

表3 保温材料试验配合比

装饰材料以莫来石为主要装饰材料，以水泥、胶粉为胶粘剂，以少量玻化微珠为骨料，同时掺加适量的纤维素和颜料。采用试配方法，固定莫来石和纤维素掺量，通过多因素试验调整其它原料掺量，确定各原料的最佳掺量。采用浇筑振捣成型方法。具体装饰材料试验配合比见表4。

表4 装饰材料试验配合比

1.3 测试方法

依据GB/T 5486—2008《无机硬质绝热制品试验方法》，将保温材料制成尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的试样，分别进行表观密度、抗压强度测试，抗压强度采用YAW-100电液式压力试验机测试。将保温材料制成尺寸为240 mm×100 mm×30 mm的试样，采用DKZ-5000型电动抗折实验机对试样进行抗折强度的测试。依据GB/T 10295—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》，使用JTKD-1快速导热仪测量导热系数，JTKD-1快速导热仪的测量精度为5%。

将装饰材料制成尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的试样，分别进行表观密度和抗压强度的测试，所用仪器与保温材料试验相同。将颜料添加到装饰材料中，根据经验和初期试验结果，确定颜料掺量为莫来石质量的10%。

2 材料性能试验结果与分析

2.1 保温材料的性能测试结果（见表5）

表5 保温材料的性能测试结果

从表5可以看出，随着玻化微珠掺量的增加，保温材料的密度和导热系数减小，抗压强度和抗折强度降低。但从试验现象和结果来看，当玻化微珠掺量大于160g时，出现明显的粘结问题，相对来说，水泥的掺量不足，对玻化微珠的粘结不够，而且导热系数下降不明显。综合考虑，玻化微珠掺量选择160 g。

2.2 装饰材料的性能测试结果

固定其它原料用量不变，分别研究水泥、玻化微珠、胶粉掺量对装饰材料性能的影响，结果如图1～图3所示。

图1 水泥掺量对装饰材料性能的影响

从图1可以看出，在其它原料不变的条件下，随着水泥掺量的增加，水泥与莫来石的质量比增大，试样的表观密度逐渐减小，抗压强度提高。这是由于随着水泥的水化和凝结硬化的进行，试样更加致密，强度提高。综合考虑，水泥最佳掺量为莫来石质量的60%。

图2 玻化微珠掺量对装饰材料性能的影响

从图2可以看出，随着玻化微珠掺量的增加，试样的表观密度和抗压强度均逐渐减小。但玻化微珠掺量为莫来石质量的20%及以上时，所制得的试样的粘聚性差。这是由于玻化微珠本身的强度低、表观密度小、没有粘结性，玻化微珠作为装饰材料的粗骨料，起到防止板材开裂的作用。综合考虑，玻化微珠最佳掺量为莫来石质量的15%。

图3 胶粉掺量对装饰材料性能的影响

从图3可以看出，随着胶粉掺量的增加，试样的表观密度和抗压强度均逐渐增大，但抗压强度增长幅度较小。这是由于胶粉在装饰材料中起到粘结作用，使装饰材料更密实。而所掺胶粉的质量仅占莫来石质量的3%～9%，综合考虑，胶粉最佳掺量为莫来石质量的5%。

3 保温装饰一体化板的设计及其制备

3.1 保温装饰一体化板的设计

依据保温材料和装饰材料的试验结果，分别制备保温材料和装饰材料的混合料，只需确定出保温层和装饰层的厚度，即可制备保温装饰一体化板。依据GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》，寒冷地区外墙的传热系数应不大于0.60 W/（m2·K），当保温材料的配比选择BW6时，即保温材料导热系数为0.06 W/（m·K），计算得出保温层的厚度为100 mm，装饰层的厚度可取为5～10 mm。

3.2 保温装饰一体化板的制备

该新型保温装饰一体化板的制备工艺与现有保温板材的模压成型工艺不同，直接采用浇筑振捣成型技术，经连续浇筑的方法制备玻化微珠莫来石保温装饰一体化板材。本成型工艺制备简单，保温装饰一体化板材的制备步骤如下：

（1）将装饰层原料水泥、莫来石、玻化微珠、胶粉、纤维素和颜料按质量配比混合，搅拌1～2 min，搅拌均匀，然后加入适量的水，搅拌3～5 min，搅拌均匀待用。

（2）将装饰拌合物摊铺在刷有隔离剂的的模具中，控制装饰层厚度为6 mm，使表面平整。

（3）将保温层原料玻化微珠、水泥、胶粉、纤维素和聚丙烯纤维按质量配比混合，搅拌1～2 min，搅拌均匀，然后加入适量的水，搅拌3～5 min，搅拌均匀待用。

（4）将保温层拌合物摊铺在装饰上表面并适当振捣，将模具注满，使表面平整。

（5）在常温下养护24～48 h，拆模后需要用塑料薄膜包裹养护，再常温静置养护7 d。

（6）将防水剂原液用水稀释10～15倍，在制得的一体化板的装饰面，用抹布、海绵、毛刷、滚筒和喷雾器等涂刷或喷涂防水剂，表面未干前再涂刷或喷涂第2遍。

制得的保温装饰一体化板保温层厚100 mm，装饰层厚6 mm，测得表观密度为361 kg/m3，导热系数为0.06 W/（m·K），吸水率为7%，28 d抗压强度为3.2 MPa，满足建筑外墙节能要求。

4 结论

（1）保温材料的最佳配比为：m（水泥）∶m（玻化微珠）∶m（胶粉）∶m（纤维素）∶m（聚丙烯纤维）=180∶160∶6∶2∶1。

（2）装饰材料的最佳配比为：m（莫来石）∶m（水泥）∶m（玻化微珠）∶m（胶粉）∶m（纤维素）∶m（颜料）=100∶60∶15∶5∶0.6∶10。

（3）制得的保温装饰一体化板保温层厚100 mm，装饰层厚6 mm，测得密度为361 kg/m3，导热系数为0.06 W/（m·K），吸水率为7%，28 d抗压强度为3.2 MPa，满足保温装饰一体化板的保温节能要求。

（4）现阶段，预制装配式混凝土结构房屋兴起，可利用墙板反打工艺制作结构保温装饰一体化板材，有良好的推广前景。该保温装饰一体化板材的采用连续浇筑，振动成型外加养护的制备方法，制备工艺简单，适合批量生产。

（5）采用无机保温材料和无机饰面材料的结合，为新型保温装饰一体化板的研发提供了新的方向。

[1] 于蕾，张君，王振波，等.纤维水泥板-泡沫混凝土复合块体力学性能研究[J].新型建筑材料，2015，42（7）：48-52，57.

[2] 曹铭真，李珠，刘元珍，等.玻化微珠发泡保温板正交试验研究[J].施工技术，2013，42（16）：79-82.

[3] 陈冬，陈南春.莫来石的研究进展[J].矿产与地质，2004，18（1）：52-54.

Experimental study on vitrified beads mullite insulation decorative integration board

MA Jiansuo，CAI Huanqin，BAI Runshan，ZHOU Miaomiao
（School of Civil Engineering，Hebei University of Architecture，Zhangjiakou 075000，China）

With vitrified beads as insulation materials and mullite as the main decorative material，the good fireproof，insulation decorative integration board is obtained by the method of continuous pouring.The test results showed that the optimum dosage for the preparation of insulation materials was cement∶vitrified beads∶powder∶cellulose∶polypropylene fibers=180∶160∶6∶2∶1，the best content for the preparation of the decorative materials was as follows：mullite∶cement∶vitrified beads∶powder∶cellulose∶pigment=100∶60∶15∶5∶0.6∶10.The obtained insulation decorative integration board hasthe apparent density of 361 kg/m3，the thermal conductivity of 0.06 W/（m·K）and a water absorption of less than 7%，compressive strength of 3.2 MPa，meating the external wall thermal insulation and energy-saving requirement.

vitrified beads，mullite，insulation decorative integration board，preparation technology

TU525.2

A

1001-702X（2016）08-0005-03

河北省自然科学基金资助项目（E2012404004）；河北省高校科学技术研究重点项目（ZH2012085）

2016-02-18；

2016-03-27

麻建锁，男，1963年生，河北保定人，教授。