一种新型建筑外墙外保温材料的制备研究

张莎莎

摘      要： 针对当前建材市场新型保温材料的需求，以建筑用的复合外墙外保温材料为例，以粉煤灰、聚丙烯纤维、硫铝酸盐水泥等作为原材料，探讨不同掺量下对外墙外保温材料导热系数、抗压强度、抗拉强度等的影响。结果表明，硫铝酸盐水泥掺量低于35%，粉煤灰和硅灰的最佳掺量为整体物料质量的22%和16%，聚丙烯纤维掺量为整体物料的0.3%，憎水剂为整体物料的8%，得到的外墙外保温材料性能最佳。

关  键  词：胶凝材料;外加剂;建筑保温材料

中图分类号：TQ 050.4+3       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）08-1744-04

Abstract： In view of the demand of new thermal insulation materials in the current building material market， a composite external wall thermal insulation material was prepared from fly ash， polypropylene fiber and sulphoaluminate cement. The effect of different raw material dosages on the thermal conductivity， compressive strength and tensile strength of prepared external wall thermal insulation material was investigated. The results showed that when sulphoaluminate cement was less than 35%， fly ash and silica fume were 22% and 16%， polypropylene fiber was 0.3%， and hydrophobic agent was 8%，prepared exterior insulation material had the best performance.

Key words： Cementitious materials; Additives; Building insulation materials

建筑保温技术是诸多建筑节能减耗方法中最为直接有效地一种措施，研究建筑保温材料具有重要意义。 现有的建筑保温材料主要包括有机保温材料、无机保温材料以及复合保温材料等类型。其中，有机保温材料普遍存在着较大的火灾隐患，而无机保温材料在保温性能、吸水率、干表观密度等方面有所欠缺[1-3]。

因此，本文以复合建筑外墙外保温材料作为研究对象，选取了若干种目前应用较为普遍的无机胶凝材料以及外加剂，设计相应的实验方案，并制备复合建筑外墙外保温材料。然后以导热系数测试、力学强度测试等方法，研究考察了无机胶凝材料以及外加剂对于复合建筑外墙外保温材料性能的影响，并对测试结果进行分析与总结。

1  实验部分

1.1  实验材料

本文所选取的实验材料如表1所示。

1.2  实验仪器

本文所用的主要实验仪器如表2所示。

1.3  制备方法

建筑外墙外保温材料的制备条件为：空气温度（23±2）℃，相对湿度（60±15）%;制备完毕后在该条件下养护28 d。材料的具体制备流程如图1所示。

1.4  性能测试方法

根据标准JG/T 158-2013《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统材料》[4]，本文所确定的建筑外墙外保温材料性能测试指标如表3所示。

（1）干表观密度测试

在空气温度（23±2）℃，相对湿度（60±15）%的试验条件下，根据前文所述的制备方法将浆料注入模具后密闭养护5 d，脱模后继续密闭2 d，再去掉密闭外膜并养护20 d，得到测试试件。测试前，将试件置于烘箱内，以65 ℃进行烘干处理，然后测定试件的体积与质量，以此计算得到干表观密度。干表观密度测试结果精确至1 kg/m?。

（2）导热系数测试

本文采用YG-DRL02型导热系数测量仪，对尺寸为200 mm×200 mm×30 mm的试件进行测试，测试结果的单位为 W/（m·K）。

（3）抗压强度测试

本文根据前文所述方法制备复合建筑外墙外保温材料，然后以100 mm×100 mm×30 mm的尺寸選取表面完整平滑的试件[5]，再将试件置于承压板上并以10 mm/min 的速度持续增压直至该试件破坏，最终计算得出试件的抗压强度。

（4）抗拉强度测试

本文选取尺寸为40 mm×40 mm×40 mm且表面完整平滑的复合建筑外墙外保温材料试件，并将试件粘合在试验板上，通过拉力试验机以5 mm/min的速度持续增加试件的载荷直至该试件破坏，最终计算得到试件的抗拉强度。

（5）吸水量测试

本文选取尺寸为200 mm×200 mm×20 mm且表面完整平滑的复合建筑外墙外保温材料试件，称重得到试件质量;然后，对试件的侧面进行防水处理，再将其浸入水中1 h，浸入深度为10 mm;最后，取出试件并擦拭表面水分，称重得到浸水后的试件质量，并最终计算得到试件的吸水量。

2  结果与讨论

2.1  無机胶凝材料对复合建筑外墙外保温材料性能的影响

2.1.1  硫铝酸盐水泥对复合建筑外墙外保温材料性能的影响

在其他组分含量比例不变的条件下，分别以不同掺量掺入硫铝酸盐水泥，掺量范围为物料总质量的0%～50%之间。对制备出的试件进行测试，得到不同硫铝酸盐水泥含量对试件导热系数以及抗压强度的影响变化结果，如图2所示。

由图2可以看到，复合建筑外墙外保温材料中的硫铝酸盐水泥掺量越高，则导热系数以及抗压强度越高。分析其原因，是因为硫铝酸盐水泥自身的导热系数高于粉煤灰、硅灰等其他无机胶凝材料，因此其掺量越高，则复合建筑外墙外保温材料的保温性能就越低，但同时也具备更高的力学性能。本文综合考虑实际应用中对抗压强度等力学性能以及对保温性能的双重需求，最终确定复合建筑外墙外保温材料的硫铝酸盐水泥掺量应低于35%。

2.1.2  粉煤灰对复合建筑外墙外保温材料性能影响

在其他原料含量比例不变的条件下，本文分别以不同掺量掺入粉煤灰，掺量范围为物料总质量的0%～50%之间。对制备出的复合建筑外墙外保温材料试件进行测试后，得到如图3所示的性能变化结果。

由图3可知，粉煤灰的掺量对复合建筑外墙外保温材料性能产生了较大的影响，试件的导热系数随着粉煤灰掺量的不断增加而持续降低，试件的抗压强度则先随着粉煤灰掺量的不断增加而增加，在粉煤灰掺量约为物料总质量的22%时达峰值，随后又呈现出持续下降的趋势。分析原因，是因为与水泥相比，粉煤灰的密度以及导热系数更低。本文结合实际应用的需要，确定粉煤灰的最优掺量约为物料总质量的22%。

2.1.3  硅灰掺量对复合建筑外墙外保温材料性能的影响

分别以不同的掺量掺入硅灰，其他原材料的含量比例不变，制备得到试件并进行测试。测试结果如图4所示。

从图4可以看出，试件的干密度随着硅灰掺量的增加而降低，试件的导热系数随着硅灰掺量的增加而提高，在硅灰掺量约为物料总质量的16%时达到峰值，随后随着硅灰掺量的继续增加而持续下降。分析其原因，是因为硅灰的密度以及导热系数均低于硫铝酸盐水泥以及粉煤灰，因此掺入硅灰能够降低试件的干密度以及导热系数。但是，由于硅灰颗粒粒径较小，因此能够填充试件的孔隙，从而在掺量过多时提高了试件的导热系数。

由图5所示的测试结果可以看到，当胶粉的含量增加后，试件的抗拉强度随之平缓提升，试件的抗压强度也随胶粉含量的增加而平缓提升，并在胶粉含量约为物料总质量的3.5%时达到峰值，之后未有明显变化。

2.2.2  聚丙烯纤维对复合建筑外墙外保温材料性能的影响

本文分别以不同掺量在复合建筑外墙外保温材料中掺入聚丙烯纤维，测试得到图6所示的结果。

由图6可知，聚丙烯纤维的掺量变化对复合建筑外墙外保温材料的力学性能有较大影响。随着聚丙烯纤维掺量的增加，材料的抗拉强度与抗压强度均呈现出先上升随后下降的趋势。其中，抗拉强度达到峰值时，聚丙烯纤维掺量约为物料总质量的0.3%;抗压强度达到峰值时，聚丙烯纤维掺量约为总质量的0.25%。根据测试结果，本文最终确定的聚丙烯纤维最优掺量约为物料总质量的0.3%。

2.2.3  憎水剂对复合建筑外墙外保温材料性能影响

测试前，先以1∶49比例对有机硅憎水剂进行了稀释处理，使有机硅憎水剂中活性成分更易溶解，然后将其添加到复合建筑外墙外保温材料中并测试吸水量。结果如图7所示。

从图7可以看到，有机硅憎水剂掺量增加后，复合建筑外墙外保温材料的吸水量显著降低。考虑到复合建筑外墙外保温材料的性能及成本，本文最终确定有机硅憎水剂的最优掺量为8%。此掺量下，复合建筑外墙外保温材料的吸水量低于1 000 g/m2，以及达到了建筑行业标准的要求。

3  结 论

本文以复合建筑外墙外保温材料为研究对象，通过试验得到以下几点结论：

（1）制备复合建筑外墙外保温材料时，增加水泥掺量能够显著提升力学性能，但同时也会降低保温性能，因此水泥掺量应低于物料总质量的35%;

图7  憎水剂掺量对材料吸水量的影响

Fig.7 Effect of hydrophobic agent content on water absorption of material

（2）增加粉煤灰掺量能够一定程度上提高复合建筑外墙外保温材料的保温性能，但粉煤灰掺量过大会降低材料的抗压强度。因此，粉煤灰最优掺量约为物料总质量的22%;

（3）硅灰掺量过多会降低复合建筑外墙外保温材料的保温性能，其最优掺量约为物料总质量的16%;

（4）胶粉含量增加会提升复合建筑外墙外保温材料的力学性能，尤其对抗拉强度的提升最大;

（5）聚丙烯纤维掺量对复合建筑外墙外保温材料的抗拉强度有着较大影响，但聚丙烯纤维掺量过大，反而会降低材料的力学性能，因此聚丙烯纤维最优掺量约为物料总质量的0.3%;

（6）在1：49的稀释条件下，有机硅憎水剂水溶液掺量为物料总质量的8%时，复合建筑外墙外保温材料的吸水量已经能够达到相关标准的要求，因此结合成本等方面的考虑后，确定有机硅憎水剂水溶液的最优掺量为物料总质量的8%。

参考文献：

[1]雷东移，郭丽萍，孙伟. 原状脱硫石膏聚苯颗粒轻质保温材料的制备与性能[J]. 东南大学学报（自然科学版），2017，47（02）：384-391.

[2]丑洋.一种新型阻燃外墙外保温材料制备研究[J]. 当代化工，2017，46（08）：1517-1520.

[3]王建恒，张鹏宇，张希，滕藤. 气凝胶材料在建筑保温市场应用可能性分析[J]. 中国建材，2018（04）：126-128.

[4]熊燕，卫星. 聚苯乙烯隔热保温板在建筑外墙的应用[J]. 合成树脂及塑料，2018，35（03）：87-89+95.

[5]李建伟，张茂亮，马炎，张璐，殷会玲，白召军. 建筑节能保温材料的应用研究现状及发展趋势探讨[J]. 节能，2018，37（07）：91-94.