有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合保溫板及其應(yīng)用技術(shù)研究

薛黎明（安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽合肥　230001）

?

有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合保溫板及其應(yīng)用技術(shù)研究

薛黎明
（安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽合肥230001）

摘要：有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合（OIC）保溫板是采用聚合物改性水泥以及有機(jī)與無(wú)機(jī)保溫骨料復(fù)合制備而成，具有A級(jí)防火、質(zhì)輕、吸水率低、保溫性能接近有機(jī)保溫板材等特點(diǎn)。研究了聚合物乳液用量對(duì)OIC保溫板壓縮強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和吸水率的影響，聚苯顆粒用量對(duì)OIC保溫板性能的影響，聚苯顆粒-膨脹?；⒅楸葘?duì)保溫漿料耐火阻燃性能的影響以及添加硅灰對(duì)OIC保溫板性能的影響等。OIC保溫板應(yīng)用于屋面時(shí)不宜作為倒置式防水屋面保溫層；應(yīng)用于外墻時(shí)以薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的形式使用。

關(guān)鍵詞：復(fù)合保溫板；原材料；制備；性能；應(yīng)用；外墻外保溫

0　引言

目前，外墻外保溫材料已經(jīng)放寬到燃燒性能為B2級(jí)類材料。這可能會(huì)導(dǎo)致今后一段時(shí)間內(nèi)有機(jī)保溫板材在外墻外保溫系統(tǒng)中會(huì)重新成為主導(dǎo)材料。而適用于外墻外保溫系統(tǒng)的現(xiàn)有有機(jī)保溫板材主要是EPS板、XPS板和硬泡聚氨酯板等。另一方面，有機(jī)保溫板材除易變形和防火性能較差外，在外墻外保溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造中必須按照相關(guān)要求設(shè)置防火隔離帶。這些因素使得在使用有機(jī)保溫板材時(shí)的設(shè)計(jì)、施工和材料使用以及成本、性能等相應(yīng)變得復(fù)雜。因而，研究燃燒性能為A級(jí)的保溫板材，對(duì)于建筑節(jié)能和薄抹灰類外墻外保溫系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用仍然具有重要意義。

有鑒于此，我們開(kāi)展了有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合（organic-inorganic composite，OIC）保溫板及其應(yīng)用技術(shù)研究項(xiàng)目。復(fù)合保溫板采用有機(jī)與無(wú)機(jī)保溫骨料為主體保溫材料，以聚合物改性水泥為膠結(jié)材料制成，除了具有A級(jí)防火性能外，還具有質(zhì)輕、吸水率低、保溫性能接近有機(jī)保溫板材等特點(diǎn)。

該項(xiàng)目已于2015年7月27日通過(guò)安徽省住建廳組織的技術(shù)鑒定。為了使該技術(shù)成果盡快推向市場(chǎng)，鑒定時(shí)將OIC保溫板稱之為“勻質(zhì)改性復(fù)合防火保溫板”。

1　 OIC保溫板制備研究

1.1 OIC保溫板的制備原理

OIC保溫板系綜合多種保溫材料制造技術(shù)制成，保溫骨料選擇了有機(jī)的聚苯顆粒和無(wú)機(jī)的膨脹玻化微珠；膠結(jié)料選擇了通用硅酸鹽水泥、硅灰、灰鈣粉和苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液。其中，聚苯顆粒的作用是降低板材干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和吸水率等，這就從材料的固有性能方面解決了通常無(wú)機(jī)板材存在的性能缺陷。聚苯顆粒的加入量是以使板材能夠滿足A級(jí)防火性能要求確定的。

膨脹?；⒅榈氖褂眉饶軌虮苊鈫为?dú)使用聚苯顆粒時(shí)難以滿足A級(jí)不燃的性能要求，又解決了單獨(dú)使用聚苯顆粒由于保溫骨料顆粒級(jí)配不良而需要大量漿體填充，從而導(dǎo)致干密度增大、保溫性能下降的問(wèn)題。同時(shí)，玻化微珠的加入還能改善制備保溫板時(shí)料漿的和易性。

硅灰的加入能夠提高材料中水泥石的強(qiáng)度，配合以足夠量的苯丙乳液，使OIC保溫板能夠在較低密度下具有所需要的力學(xué)強(qiáng)度，從而滿足OIC保溫板良好的保溫-力學(xué)性能的綜合平衡。

1.2原材料

海螺P·O42.5水泥；市售商品硅灰、灰鈣粉、苯丙乳液等；河南信華?；⒅橛邢薰井a(chǎn)Ⅱ型?；⒅椋痪郾揭蚁┡菽w粒為市售加工好的廢聚苯乙烯泡沫顆粒，其性能符合JG 158—2004《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3試驗(yàn)基礎(chǔ)配合比（見(jiàn)表1）

表1　 OIC保溫板試驗(yàn)基礎(chǔ)配合比

1.4試驗(yàn)方法

先將水、塑化劑等計(jì)量后攪拌均勻。然后，再加入硅灰、灰鈣粉、水泥、聚合物乳液等攪拌均勻。接著，加入聚苯顆粒、?；⒅閿嚢璩芍苽銸IC保溫板用的料漿。將該漿體按照性能試驗(yàn)要求成型試件并養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期。

1.5測(cè)試方法

按照J(rèn)G 149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》、GB 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》和JGJ144—2004《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試件性能測(cè)試。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

作為一種應(yīng)用于外墻外保溫系統(tǒng)和屋面保溫層的保溫板材，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)研究的性能包括強(qiáng)度、保溫隔熱性能和耐久性。由于制備OIC保溫板使用的主要膠結(jié)材料是普通水泥、硅灰、灰鈣粉和苯丙乳液，以其制得的保溫材料在強(qiáng)度滿足要求時(shí)其耐久性已經(jīng)得到大量材料長(zhǎng)期使用的檢驗(yàn)，因而耐久性不是研究目標(biāo)。這樣，OIC保溫板需要研究的就只有強(qiáng)度和保溫性能。

2.1聚合物乳液用量對(duì)OIC保溫板壓縮強(qiáng)度的影響

OIC保溫板因密度的限制，水泥用量不能太高，因而聚合物乳液對(duì)其各方面性能的影響就變得非常重要。

由于OIC保溫板中添加了聚苯顆粒和聚合物乳液，其受壓破壞已不再呈現(xiàn)脆性破壞特征，而呈現(xiàn)有機(jī)材料受壓的破壞形式，即材料在受壓時(shí)是體積變小的壓縮，而非脆性破壞。不同聚合物乳液用量下OIC保溫板的壓縮試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　聚合物乳液用量對(duì)OIC保溫板強(qiáng)度的影響

從表2可以看出，隨著聚合物乳液用量的增加，OIC保溫板的壓縮強(qiáng)度先逐漸增大，達(dá)到一定程度后增加變得不明顯。這說(shuō)明聚合物乳液賦予材料柔性的能力有其適當(dāng)?shù)姆秶?，超過(guò)該范圍后其作用不明顯。在試驗(yàn)條件（即水泥用量不變和固定聚苯顆粒用量）下，聚合物乳液改善壓縮強(qiáng)度的最佳用量為25%。

2.2聚合物乳液用量對(duì)OIC保溫板抗折強(qiáng)度的影響

抗折強(qiáng)度是OIC保溫板的重要性能，從實(shí)用角度來(lái)說(shuō)，保溫板材的抗折強(qiáng)度是比壓縮強(qiáng)度更重要的性能指標(biāo)。影響OIC保溫板抗折強(qiáng)度的主要因素是聚合物乳液，次要因素則是膠凝材料。從表2可知，聚合物乳液用量顯著影響OIC保溫板的抗折強(qiáng)度。當(dāng)聚合物乳液用量為10%時(shí)，抗折強(qiáng)度僅為0.06MPa，而聚合物乳液用量提高到15%時(shí)，抗折強(qiáng)度提高到0.15MPa。但當(dāng)聚合物乳液用量在20%以上再繼續(xù)提高時(shí)，抗折強(qiáng)度雖然還繼續(xù)增長(zhǎng)，但其增加已不像低用量情況下那樣顯著，而是均勻的提高。可見(jiàn)，在試驗(yàn)條件下聚合物乳液改善抗折強(qiáng)度的最佳用量約為20%。

當(dāng)聚合物乳液用量較高時(shí)，試件浸水后的抗折強(qiáng)度損失較多。當(dāng)聚合物乳液用量為15%時(shí)，耐水抗折強(qiáng)度為原強(qiáng)度的87%，當(dāng)聚合物乳液用量增加到25%時(shí)，耐水抗折強(qiáng)度下降為原強(qiáng)度的71%；而當(dāng)聚合物乳液用量增加到30%時(shí)，耐水抗折強(qiáng)度下降為原強(qiáng)度的68%。這說(shuō)明聚合物乳液受水影響時(shí)，其強(qiáng)度降低明顯。這與耐水性能非常好的水泥基材料有明顯區(qū)別。

在以前的研究中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚合物水泥基材料（例如外墻膩?zhàn)樱┲芯酆衔锝M分的含量較低時(shí)，試件耐水試驗(yàn)后的強(qiáng)度不但不降低，有時(shí)還會(huì)提高，而且這種情況并不少見(jiàn)。因而，為了使OIC保溫板產(chǎn)品具有良好的力學(xué)性能和耐水性，不但應(yīng)當(dāng)保持合適的聚合物乳液用量，還應(yīng)考慮聚合物乳液和膠凝材料的比例（即“聚灰比”），以獲得較好的綜合性能。

2.3聚合物乳液用量對(duì)OIC保溫板吸水率的影響

有機(jī)建筑保溫材料的吸水率極小，這是其最大的性能優(yōu)勢(shì)。較小的吸水率可以使材料性能受水浸蝕的影響不明顯，也使材料的保溫性能不會(huì)因?yàn)槲@著降低。聚合物乳液用量對(duì)OIC保溫板吸水率的影響如表3所示。

在移動(dòng)化和碎片化消費(fèi)漸成趨勢(shì)的當(dāng)下，新出現(xiàn)的移動(dòng)音頻資源為人們的教育、學(xué)習(xí)、求知、娛樂(lè)活動(dòng)帶來(lái)巨大的價(jià)值，作為承擔(dān)著作為文獻(xiàn)中心、知識(shí)中心、文化中心和情報(bào)中心職責(zé)的高校圖書館，更需要重視移動(dòng)音頻資源的開(kāi)發(fā)與利用，在產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游中探索對(duì)移動(dòng)音頻內(nèi)容資源開(kāi)發(fā)利用的應(yīng)對(duì)之道。

表3　聚合物乳液用量對(duì)OIC保溫板吸水率的影響

從表3可以看出，在聚合物乳液用量較低時(shí)，試件的吸水率較高。當(dāng)聚合物乳液用量為10%時(shí)，試件的吸水率為13.6%；當(dāng)聚合物乳液用量提高到25%時(shí)，試件的吸水率下降到4.3%。這是因?yàn)?，聚合物乳液能夠在水泥石的毛?xì)孔壁上成膜而堵塞毛細(xì)孔，封閉了材料微觀結(jié)構(gòu)中的吸水通道。同時(shí)，聚合物乳液用量的增加也使得材料的密實(shí)度提高，導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生輸水作用的通道減少。

2.4聚苯顆粒用量對(duì)OIC保溫板性能的影響

由于聚苯顆粒具有較低的密度和表面封閉的空隙，因而聚苯顆粒的加入能夠控制OIC保溫板的性能。聚苯顆粒用量（按占總體積計(jì)）對(duì)OIC保溫板干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和吸水率的影響見(jiàn)表4。

表4　聚苯顆粒用量對(duì)OIC保溫板干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和吸水率的影響

從表4可以看出，OIC保溫板中聚苯顆粒的加入能夠改善干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和吸水性能。即，隨著聚苯顆粒添加量的提高，試件的干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和吸水率均隨之降低。聚苯顆粒是改善試件干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和吸水率等性能的有效方法。但聚苯顆粒添加量的增大會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能降低，特別是會(huì)使防火性能降低。

2.5聚苯顆粒-膨脹?；⒅楸葘?duì)保溫漿料

耐火阻燃性能的影響

雖然聚苯顆粒的添加會(huì)降低OIC保溫板材料的阻燃性能，但由于僅用作為保溫骨料制備的膠粉聚苯顆粒保溫漿料的燃燒性能能夠達(dá)到B1級(jí)，距離A級(jí)僅有一步之遙，因而在OIC保溫板中加入?；⒅椴⒔档途郾筋w粒的添加量，使OIC保溫板達(dá)到A級(jí)不燃在技術(shù)上并無(wú)難度。

表5　無(wú)耐火隔熱添加劑時(shí)有機(jī)-無(wú)機(jī)保溫骨料比對(duì)OIC保溫板耐火阻燃性能的影響

從表5可見(jiàn)，要使OIC保溫板符合A級(jí)不燃的防火要求，聚苯顆粒與膨脹?；⒅橘|(zhì)量比應(yīng)小于1∶14。

進(jìn)一步的研究表明，通過(guò)向膠凝材料中引入粉煤灰空心微珠，可使聚苯顆粒與膨脹?；⒅榈馁|(zhì)量比由1∶14變化到1∶10。一般，在保溫漿料中能夠使用的聚苯顆粒量越大，材料的保溫隔熱性能越好，漿料在施工時(shí)由于膨脹?；⒅榈捏w積小，破碎的量就越少。

粉煤灰空心微珠提高OIC保溫板防火不燃性能的原因在于其呈圓球形空心結(jié)構(gòu)和玻璃化薄壁外殼，降低了凝膠材料組分的密度，并提高了隔熱性能，這種經(jīng)改性的防火不燃漿體組分，在保溫漿料中粘結(jié)了同樣具有耐火和不燃性能的膨脹?；⒅椋咚纬傻摹胺阑鹕皾{”粘結(jié)聚苯顆粒，并包裹在聚苯顆粒表面形成一層防火層，在耐火阻燃試驗(yàn)中延緩聚苯顆粒受試驗(yàn)火焰高溫作用的時(shí)間。

2.6硅灰對(duì)OIC保溫板性能的影響

硅灰能夠顯著激發(fā)水泥基材料的活性，提高材料的物理力學(xué)性能。硅灰對(duì)OIC保溫板物理力學(xué)性能的影響見(jiàn)表6，其中硅灰添加量按水泥質(zhì)量計(jì)。

表6　硅灰對(duì)OIC保溫板物理力學(xué)性能的影響

由表6可見(jiàn)，硅灰的添加不但能明顯提高OIC保溫板的壓縮強(qiáng)度，也使抗拉強(qiáng)度有所提高，這對(duì)改善保溫板材的性能很有利。

2.7 OIC保溫板的技術(shù)性能指標(biāo)

根據(jù)對(duì)OIC保溫板制備技術(shù)、性能影響因素研究所得到的有關(guān)OIC保溫板的性能，并參考了擠塑聚苯板、模塑聚苯板等外墻外保溫板材標(biāo)準(zhǔn)，制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SL 01—2015 《OIC保溫板外墻外保溫系統(tǒng)》，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)OIC保溫板物理力學(xué)性能指標(biāo)要求如表7所示。

表7　 OIC保溫板的技術(shù)性能指標(biāo)

3　 OIC保溫板的應(yīng)用

OIC保溫板主要應(yīng)用于建筑外墻和屋面的保溫。用于屋面時(shí)，其應(yīng)用方法和常見(jiàn)無(wú)機(jī)保溫板材無(wú)異，但不宜作為倒置式防水屋面保溫層使用。

3.1 OIC保溫板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造

OIC保溫板以薄抹灰的形式應(yīng)用于外墻外保溫系統(tǒng)中，其構(gòu)造層及組成材料見(jiàn)表8，構(gòu)造示意見(jiàn)圖1。

從表8可見(jiàn)，OIC保溫板外墻外保溫系統(tǒng)由基層、粘結(jié)層、保溫層、抗裂防護(hù)層和飾面層組成，是一種以O(shè)IC保溫板為保溫層材料，采用聚合物改性粘結(jié)劑粘結(jié)并輔加機(jī)械錨固方式固定在基層外墻表面，再以耐堿玻纖網(wǎng)格布增強(qiáng)的聚合物砂漿為保護(hù)層，外飾面采用涂料的復(fù)合絕熱裝飾系統(tǒng)，其抹面層的厚度為4～6mm。這種構(gòu)造和常見(jiàn)的薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)并無(wú)差別；同樣，系統(tǒng)的性能指標(biāo)和常見(jiàn)薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)相似。

表8　 OIC保溫板外保溫系統(tǒng)基本構(gòu)造及組成材料

圖1　 OIC保溫板外保溫系統(tǒng)構(gòu)造示意

3.2 OIC保溫板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)特征

OIC保溫板外墻外保溫系統(tǒng)的特征集中在OIC保溫板保溫層，具有以下幾個(gè)特征：（1）OIC保溫板是具有防火安全性能的復(fù)合板，其燃燒性能分級(jí)達(dá)到A級(jí)，由此帶來(lái)的系統(tǒng)特征表現(xiàn)在施工和使用期間無(wú)產(chǎn)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，并且在系統(tǒng)的構(gòu)造設(shè)計(jì)中不需要設(shè)置防火隔離帶；（2）與有機(jī)保溫板材相比，OIC保溫板能夠體現(xiàn)無(wú)機(jī)材料體積穩(wěn)定性的特征，即在溫度發(fā)生變化時(shí)，保溫板的體積變化小，這一特性減少了系統(tǒng)開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)；（3）OIC保溫板外墻外保溫系統(tǒng)除可靠的節(jié)能效果外，生產(chǎn)OIC保溫板能夠有效利用廢舊聚苯乙烯泡沫，有環(huán)境效益；（4）OIC保溫板的成本不高，比能夠達(dá)到A級(jí)燃燒性能的有機(jī)保溫板材（例如石墨型膨脹聚苯板）的價(jià)格稍低，具有實(shí)用價(jià)值；（5）OIC保溫板與發(fā)泡水泥板相比，具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

4　結(jié)論

（1）綜合多種保溫材料制造技術(shù)，OIC保溫板采用聚苯顆粒、膨脹玻化微珠等保溫骨料，以水泥、硅灰、灰鈣粉和聚合物乳液為膠結(jié)料制成。其中，聚苯顆粒降低保溫板的干密度、導(dǎo)

熱系數(shù)和吸水率等；膨脹?；⒅榭商岣弑匕宓姆阑鹦阅芎徒鉀Q單獨(dú)使用聚苯顆粒時(shí)顆粒級(jí)配不良的問(wèn)題；聚合物改性水泥賦予OIC保溫板柔韌性、強(qiáng)度等性能。

（2）OIC保溫板外墻外保溫系統(tǒng)為薄抹灰類，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造和普通的薄抹灰類外墻外保溫系統(tǒng)相同。系統(tǒng)構(gòu)成材料僅是保溫板材的不同。

（3）OIC保溫板生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)的研究能夠提高建筑節(jié)能的實(shí)際效果和技術(shù)水平，有較好的技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境效益。

The OIC thermal insulating panel and it's application technology research

XUE Liming
（Anhui Province Building Science Research and Design Instiute，Hefei 230001，China）

Abstract：Organic-inorganic composite（OIC）insulation panel is composite prepared with polymer modified cement and organic and inorganic insulation aggregate，which has features of class A fireproof，light weight，low water absorption rate，thermal insulation performance close to the organic insulation panel and so on.This paper studied the influence of polymer emulsion dosage on the compressive strength，flexural strength and water absorption rate of OIC insulation panel，the influence of dosage of polystyrene particles on performance of OIC insulation panel，the impact of polystyrene particles-expansion glass beads ratio on the fire retardant of insulation slurry as well as the impact of silica fume addition on performance of OIC insulation panel.When OIC insulation panel is used as roofing，it should not be used as insulation layer for inverted waterproof roof；when applied to the exterior wall，it can be used in the form of thin plaster external wall insulation system.

Key words：composite insulation panel，raw materials，preparation，performance，application，exterior wall insulation

作者簡(jiǎn)介：薛黎明，男，1979年生，安徽肥東人，高級(jí)工程師。地址：合肥市蜀山區(qū)山湖路567號(hào)，E-mail：5024800@qq.com。

收稿日期：2015-08-18

中圖分類號(hào)：TU551

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-702X（2016）01-0068-04