建筑保溫用巖棉板在酸、堿環(huán)境下的基本性能的研究分析

【摘要】建筑外墻所處的環(huán)境條件相對于復(fù)雜。建筑外墻可能受到環(huán)境中酸、堿和鹽介質(zhì)的交替作用。尤其在薄抹灰體系構(gòu)造中，表面覆蓋材料通常是水泥基聚合物改性砂漿，水泥的水化溶液通常為堿性，導(dǎo)致巖棉纖維初期就可能受到堿性介質(zhì)的侵蝕，并長期處于堿性環(huán)境之中。

巖棉的生產(chǎn)是在加熱熔融后經(jīng)高速離心或氣流噴吹而成，急速冷卻決定了其微觀結(jié)構(gòu)為玻璃體相。這種硅鋁酸鹽的玻璃體結(jié)構(gòu)在堿性環(huán)境中，有水存在的條件下，有可能發(fā)生侵蝕現(xiàn)象。若纖維被侵蝕將會(huì)造成巖棉板板面劣化，影響外墻外保溫系統(tǒng)的耐久性。

【關(guān)鍵詞】PH值；巖棉板；酸堿環(huán)境；纖維；侵蝕

為解決建筑用巖棉板自然環(huán)境中的纖維材料侵蝕造成的建筑保溫板面劣化的影響，本研究將通過大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，分析不同PH值的侵蝕溶液及介質(zhì)對巖棉纖維侵蝕破壞，以保證巖棉外墻外保溫體系的耐久性。

1、試驗(yàn)用原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

山東貝爾特化工產(chǎn)巖棉板，普通硅酸鹽水泥，磷酸、硼酸、醋酸，氫氧化鈉等。

1.2 試驗(yàn)方案

酸侵蝕試驗(yàn)：

建筑用巖棉板保溫體系中，巖棉板常受到自然界酸雨的侵蝕。通常情況下，自然界雨水的PH值約為6.0左右，呈現(xiàn)出弱酸性狀態(tài)，但當(dāng)空氣污染嚴(yán)重時(shí)，尤其是空氣中二氧化硫、氮氧化物等酸性氣體，經(jīng)過復(fù)雜的大氣化學(xué)反應(yīng)，被雨水吸收溶解，就會(huì)形成酸雨。

侵蝕試驗(yàn)采用采用70℃的水浴環(huán)境中進(jìn)行，侵蝕至規(guī)定齡期，觀察和測試?yán)w維的侵蝕情況。為評(píng)價(jià)建筑用巖棉板保溫體系施工后長期處于酸性介質(zhì)中的耐久性能，特配置PH值為5.0的NH4Ac-HAc酸性緩沖溶液。

堿侵蝕試驗(yàn)：

試驗(yàn)用堿性侵蝕溶液采用NaOH與三酸混合液（磷酸、硼酸、醋酸）配制的緩沖溶液。按規(guī)定方法配制PH值分別為9.05，9.81，10.98和11.88的緩沖溶液。

由于建筑用巖棉板保溫體系施工時(shí)多采用膠漿材料進(jìn)行粘接固定，并進(jìn)行表面覆面處理，在傳統(tǒng)的膠漿材料中，多以水泥基聚合物復(fù)合膠凝材料，其中含有大量的堿性材料。巖棉板所處的環(huán)境為堿性環(huán)境，水泥基材料水化過程中，堿性材料中的堿極有可能滲入到巖棉板材區(qū)域，對巖棉板形成腐蝕作用。為模擬實(shí)際水泥膠凝材料對巖棉纖維侵蝕作用，本次實(shí)驗(yàn)采用直接提取水泥水化溶液方法，完成堿侵蝕實(shí)驗(yàn)。采用山東沂州產(chǎn)P.II42.5硅酸鹽水泥與蒸餾水的混合溶液放入塑料容器中，在70℃恒溫水浴中養(yǎng)護(hù)24h。經(jīng)空氣過濾得到試驗(yàn)用侵蝕溶液。并測定該溶液PH約為13.96。

2、試驗(yàn)結(jié)論

酸堿侵蝕下纖維表觀特性分析

通過對試驗(yàn)樣品進(jìn)行分析，在浸酸條件下，纖維簇團(tuán)變得更為緊密，但纖維仍保持原始形態(tài)，表明浸酸后對纖維影響不大。

在堿性侵蝕溶液的作用下，纖維均會(huì)發(fā)生不同程度的侵蝕現(xiàn)象。隨侵蝕溶液堿性增強(qiáng)，纖維被侵蝕的程度越高，并隨著齡期增長，纖維被堿液侵蝕現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重。與pH值高于11.88的堿性侵蝕溶液相比，當(dāng)pH值低于10.98時(shí)，巖棉纖維受侵蝕現(xiàn)象明顯較輕。在水泥水化溶液中浸泡的巖棉纖維，至28d粉化嚴(yán)重，90d侵蝕齡期時(shí)纖維原始形貌幾乎消失。

纖維單絲強(qiáng)度測試

纖維單絲強(qiáng)度測試過程如下：采用YG005E型電子式單纖維強(qiáng)力機(jī)，其量程為50CcN，分度值為0.01 CcN。設(shè)定上下夾頭間距為50mm，拉伸速度為5mm/min。

采用pH=5.0的酸浸泡后，隨侵蝕時(shí)間延長，纖維抗拉強(qiáng)度及強(qiáng)度增加率，在7d以前快速增加，接近1倍左右，其后至56d，抗拉強(qiáng)度緩慢增加，但變化不大。由此可知：僅從力學(xué)性能角度看，弱酸不會(huì)產(chǎn)生明顯損害，反而有增強(qiáng)的作用。這為纖維性能優(yōu)化，提供了一條途徑。

分析纖維堿侵蝕試驗(yàn)，pH值為9.05和9.81時(shí)，堿蝕纖維單絲斷裂強(qiáng)度降低程度較小。9.05和9.81各齡期所對應(yīng)的抗拉強(qiáng)度接近，各齡期平均強(qiáng)度保持率較高，約為93%左右，而高于10.88后，抗拉強(qiáng)度下降幅度明顯增加。10.98侵蝕溶液纖維各齡期的平均抗拉強(qiáng)度保持率為89%，而11.88的強(qiáng)度保持率僅為83%左右。采用水泥水化溶液時(shí)，侵蝕28d后纖維粉化嚴(yán)重，無法進(jìn)行纖維單絲抗拉強(qiáng)度的測量。

結(jié)論：

纖維在浸酸條件下，基本保持原始形態(tài)，變化不大，其表面沒有發(fā)現(xiàn)明顯侵蝕現(xiàn)象，證明該纖維在酸介質(zhì)中具有較高的穩(wěn)定性。纖維浸泡于弱酸后，纖維抗拉強(qiáng)度及強(qiáng)度增加率，在7d以前快速增加，接近1倍左右，至56d，則緩慢增加。從力學(xué)性能角度看，若用弱酸浸泡巖棉纖維7d，可明顯提高纖維的抗拉強(qiáng)度。

纖維浸堿后，在堿性溶液作用下，纖維均會(huì)發(fā)生不同程度的侵蝕現(xiàn)象。隨溶液堿性增強(qiáng)和浸泡時(shí)間的延長，纖維受侵蝕程度越高。在堿性溶液侵蝕情況下，隨著PH值的提高，各侵蝕期的纖維抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)總體下降的趨勢。采用水泥水化溶液時(shí)，侵蝕28d后纖維粉化嚴(yán)重而無法完成強(qiáng)度測量。將pH值控制在10左右，能夠保證受侵蝕纖維力學(xué)性能不受到過分的損害。

參考文獻(xiàn)：

【1】袁志能.建筑巖棉的腐蝕行為和力學(xué)性能研究及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性.華東理工大學(xué).碩士論文，2014.

【2】肖群芳.玻璃棉板和巖棉板在外墻外保溫系統(tǒng)中應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究.新型建筑材料，1001-702X（2014）03-0041-04.

【3】巖棉板（帶）薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程 （DGTJ08-2126-2013）.