约束发泡混凝土复合保温板的制备技术

史灵玉，曹斌，伍任雄，张宇，段文川

（1重庆建工住宅建设有限公司，重庆 400015；2重庆市建设岗位培训中心，重庆 400014）

0 引言

建筑保温不仅能够增加建筑舒适性，而且是建筑节能的核心内容，也是我国实现节能减排目标的重要环节之一。发泡混凝土是一种建筑保温中常用的轻质无机保温材料，主要由胶凝材料（水泥）、水、（轻质）骨料经物理发泡或化学发泡制成，前者通过机械搅拌等物理方式制泡，后者通过发泡剂化学反应制泡。大量封闭、不连通的孔是发泡混凝土具有保温效果的根本原因，但是这同时导致其强度很低，因此协调发泡过程和硬化过程是生产发泡混凝土的关键。泡沫混凝土虽然具有较低的密度，但其抗压强度过低，使得其使用范围受限。因此研究水泥基发泡混凝土复合保温板的增强技术具有重要意义。

陆正华等[1]采用碳纤维切丝改性，发现对发泡混凝土的增强效果明显。巫文静等[2]采用气凝胶改性，发现不仅能改善导热系数，增加抗压强度，还能降低发泡混凝土的吸水率。此外，还有通过将发泡混凝土与超薄石材粘结及机械连接件复合制成的保温板，以石材作为外饰面，满足外墙用装饰材料的国家标准要求,且保温性能优良,能够较好地应用到多层及高层建筑装饰中[3]。

上述措施在对发泡混凝土保温板进行增强改进时，一般先制备发泡混凝土，再与增强面层粘接或机械连接，适用于大尺寸的保温板制备。而由于发泡混凝土强度低、脆性大，因此无法切割成小尺寸的保温板。本研究在已有约束发泡研究基础上[4]，采用聚丙烯纤维增强，同时在面层增加厚度2～3mm的保护层，制得约束发泡混凝土复合保温板，使得发泡混凝土保温性能和抗压强度得到改善，同时具有可切割性，可用于制备多尺寸的保温板。

1 生产工艺

约束发泡复合保温板由芯材发泡混凝土和增强面层组成，如图1所示，增强面层为上下表层覆有抗裂砂浆的玻璃纤维网格布，芯层为聚丙烯纤维增强的发泡混凝土，其原材料包括胶凝材料（普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰）、调凝剂（碳酸锂）、减水剂（聚羧酸减水剂）、发泡剂（双氧水）、催化剂（纳米MnO2）、稳泡剂（硬脂酸钙）和聚丙烯纤维。

图1 约束发泡混凝土复合增强板

约束发泡复合保温板具体制备步骤如下：

（1）涂刷增强面层。清理模具表面，涂刷脱模剂；涂刷一层抗裂砂浆，铺上玻璃纤维网格布后，再涂刷一层抗裂砂浆；

（2）发泡准备。按比例称量各原料，先将干料（水泥、硅灰、粉煤灰和聚丙烯纤维）和湿料（双氧水、纳米MnO2）分别混合搅拌均匀，再将二者混合搅拌形成浆料；

（3）注模成型。将浆料迅速注入模具，浆料液面不低于模具口，拧紧盖板静置发泡成型；

（4）养护。带模养护1天后拆模；

（5）切割。送入养护室养护一定龄期后，将其切割为一定大小的发泡混凝土保温板。

2 关键技术

2.1 浆料搅拌

发泡混凝土是水泥凝结硬化和发泡剂发泡同时进行的结果，因此对二者进行合理的调控是制备过程的重要内容。水泥的凝结硬化时间一般无法改变，但是搅拌制度对发泡过程影响较大。对浆体的搅拌制度（搅拌速率和搅拌时间）与发泡混凝土的强度和干表观密度两个性能之间的关系进行研究，发现在搅拌速率600r/min和搅拌时间5s的搅拌条件下，制得的发泡混凝土质量最佳。

2.1.1 搅拌速率

在搅拌时间相同的条件下（均为5s），改变搅拌速率生产发泡混凝土板，测试其表观密度和28d抗压强度，结果如图2所示。由图2可知，发泡混凝土28d表观密度随着搅拌速率增大出现先减后增的现象，搅拌速率为600r/min时，干表观密度最小。而发泡混凝土的抗压强度随着搅拌速率的增加而逐渐下降，最终趋于平缓。当搅拌速率超过600r/min后，表观密度和抗压强度变化不大，因此将搅拌速率600r/min作为发泡浆体的最优搅拌速率。

图2 搅拌转速对发泡混凝土性能的影响

2.1.2 搅拌时间

在最优搅拌速率600r/min下，不同搅拌时间下保温板的抗压强度和干密度结果如图3所示。通过图3可知，搅拌时间为5s时，发泡水泥混凝土在具有较低表观密度的同时具有较高的28d抗压强度。

图3 加发泡剂后搅拌时间对发泡混凝土性能的影响

2.2 约束发泡

约束发泡是在模具上加盖形成密闭空间，让气泡在约束条件下发泡。这一发泡过程具有两方面的好处：一是减少发泡混凝土的塌模现象，二是简化复合增强板的生产工艺。

2.2.1 减少塌模

采用约束发泡，能够限制气泡自由逸出，并且能够改善塌模现象。发泡混凝土在空气中自然发泡时，气泡会在浆料中迁移，从表面逸出，导致其整体分布不均匀（越靠近逸出表面，气泡越少），且容易造成塌模现象。自然发泡和约束发泡如图4和图5所示，当约束发泡采用湿板覆盖时，能够避免塌模现象，这是因为湿板含有水分，密闭性好，在发泡混凝土约束发泡时，能够更有效地阻止气泡的逸出，从而改善塌模现象。

图4 干板塌模现象（自然发泡）

图5 湿板塌模现象（约束发泡）

2.2.2 简化生产工艺

采用约束发泡工艺，增强面层和芯层通过水泥的凝胶硬化作用直接紧密连接在一起，连接质量稳定可靠，避免了常规增强过程中的粘接工序，简化了生产工艺。常规发泡混凝土保温板面层复合增强，常采用粘接剂粘接或者机械锚固的方式，如文献[3]中通过石材专用粘接剂将发泡混凝土和超薄石材粘接，文献[5]中采用铆钉将玻璃纤维网格布固定在发泡混凝土板上。该连接方法不仅要求增强面层表面干净平整，而且对粘接剂和铆钉的材料质量和施工质量均有要求，是常规生产施工过程中重要的环节。采用约束发泡工艺，面层和芯层通过水泥凝胶作用连接，无需额外的连接工序，简化了保温板的生产工艺。

2.3 面层增强

抗裂砂浆和玻璃纤维网格布作为复合保温板上下面层增强材料，其良好的韧性可改变纯发泡混凝土脆性大的缺点，提升保温板坯体抗断性能，使得保温板在搬运中不易破坏，而且能够改善切割时容易出现缺棱掉角的问题。此外，增强面层改善了抗裂性、抗冲击性，玻璃纤维网格布能够阻隔水分，降低保温板的吸水性。增强后发泡混凝土复合保温板性能可以得到显著改善，以干密度165 kg/m2、抗压强度0.26 MPa的发泡混凝土保温板为例，复合增强后，其抗压强度可达0.36MPa。

3 结语

约束发泡混凝土复合保温板通过浆料在增强面层之间发泡，利用水泥的凝结硬化作用将增强面层与发泡混凝土粘接在一起，相比于传统复合保温板采用粘接或机械连接进行复合增强的方式，该生产工艺更加简单。此外，增强面层不仅能够提高保温板的力学性能（包括抗压强度、抗裂性），而且能够改善保温板的保温性能，玻璃纤维网格布能够阻隔水分，避免芯层发泡混凝土受潮而失去保温性，其优异的韧性，使得复合保温板在搬运中不易损坏，且具有可切割性，可以适应实际工程对保温板的各种尺寸要求。