徐 峰,蔣字平,王 鵬
(1.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,安徽合肥 230001;2.安徽天錦云節(jié)能防水科技有限公司,安徽馬鞍山 243000)
現(xiàn)今,建筑反射隔熱涂料已成為夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)一種重要的建筑節(jié)能新技術(shù)。當(dāng)在夏熱冬冷地區(qū)使用該涂料時(shí),為其配套施工厚度靈活、保溫性能可靠的保溫層往往成為關(guān)鍵技術(shù)。在過(guò)去,一般采用保溫膩?zhàn)踊蛘弑啬z泥與之配套形成相應(yīng)的外墻節(jié)能系統(tǒng)。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),這兩種保溫材料都存在著一些問(wèn)題。例如,保溫膩?zhàn)拥膶?dǎo)熱系數(shù)較高,為0.085 W/(m·K),且其應(yīng)用厚度較薄,最大應(yīng)用厚度不超過(guò)15 mm,因此保溫層所能提供的熱阻有限,使得其與建筑反射隔熱涂料所形成的外墻節(jié)能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍有限。而就保溫膠泥來(lái)說(shuō),該材料生產(chǎn)時(shí)使用了膨脹聚苯顆粒和膨脹?;⒅閮煞N保溫骨料,這兩種保溫骨料的密度差別較大,導(dǎo)致施工時(shí)材料在現(xiàn)場(chǎng)加水調(diào)拌時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)兩種骨料不能夠充分混合均勻的情況,進(jìn)而影響保溫層的質(zhì)量。
鑒于以上情況,為了在建筑節(jié)能中更好地應(yīng)用建筑反射隔熱涂料,研制了一種與建筑反射隔熱涂料配套使用的新型高性能保溫膩?zhàn)印癟JY建筑保溫膩?zhàn)印?,該保溫膩?zhàn)拥膶?dǎo)熱系數(shù)≤0.062 W/(m·K),拉伸粘結(jié)強(qiáng)度≥0.11 MPa,最大應(yīng)用厚度為25 mm。其應(yīng)用厚度的增大是由拉伸粘結(jié)強(qiáng)度來(lái)保證的。
P.O 52.5級(jí)水泥,海螺水呢;凝聚硅灰,市售;VINNAPAS?RE 5044 N型乳膠粉、C 9101型纖維素醚,德國(guó)WACKER公司;膨脹?;⒅椋幽现性V業(yè)有限公司;玻璃空心微珠,市售;粉煤灰空心微珠,靈壽縣盛企隆礦產(chǎn)品公司;木質(zhì)纖維,建筑涂料廠生產(chǎn)外墻膩?zhàn)佑貌牧稀?/p>
先配制膠結(jié)料,按配方稱(chēng)量各種原材料并混合均勻后,過(guò)0.63 mm篩兩遍,以保證各種原材料得到充分混合,成為膠粉料;然后,將粉煤灰空心微珠和膨脹?;⒅榛旌暇鶆?,按照配方比例與膠粉料相配合,試驗(yàn)時(shí)加水拌制成TJY建筑保溫膩?zhàn)影韬衔?。參照GB/T 26000—2010《膨脹?;⒅楸厣皾{》和JG/T 158—2013《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)材料》進(jìn)行試驗(yàn)。
乳膠粉作為T(mén)JY建筑保溫膩?zhàn)幽z結(jié)料的聚合物組分,能夠顯著提高TJY建筑保溫膩?zhàn)拥恼辰Y(jié)強(qiáng)度、降低其吸水率。表1中展示了乳膠粉加入量對(duì)TJY建筑保溫膩?zhàn)永煺辰Y(jié)強(qiáng)度的影響。顯然,在所試驗(yàn)的添加量范圍內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨乳膠粉加入量的增加而逐漸增大,但由于乳膠粉的價(jià)格較高,直接影響著保溫材料的制造成本,所以必須在材料性能和成本之間找到最佳平衡。
表1 乳膠粉加入量對(duì)TJY建筑保溫膩?zhàn)诱辰Y(jié)強(qiáng)度的影響Table 1 The effects of addition of latex powder on bond strength of TJY building thermal insulation putty
粉煤灰空心微珠是堆積密度很低的材料,一般其堆積密度只有350~550 kg/m3左右,而其孔隙率卻高達(dá)66%,因而其在TJY建筑保溫膩?zhàn)又羞m量使用,能夠達(dá)到密實(shí)度高(更好地填充?;⒅轭w粒間的空隙)而干密度低的目的。粉煤灰空心微珠添加量對(duì)TJY建筑保溫膩?zhàn)痈擅芏鹊挠绊懭绫?所示。
從表2中可以看出,雖然?;⒅轭w粒間的空隙較大,但當(dāng)使用了粉煤灰空心微珠后,其間的空隙被粉煤灰空心微珠填充,由于粉煤灰空心微珠是部分取代了密度高的水泥而填充的,因而隨著其添加量的增加,TJY建筑保溫膩?zhàn)拥母擅芏确炊档汀?/p>
表2 粉煤灰空心微珠添加量對(duì)TJY建筑保溫膩?zhàn)痈擅芏鹊挠绊慣able 2 The effects of addition of fly ash hollow bead amounton dry density of TJY building thermal insulation putty
在保持保溫膩?zhàn)踊九浔炔蛔兊那闆r下,粉煤灰空心微珠添加量對(duì)保溫膩?zhàn)訉?dǎo)熱系數(shù)的影響見(jiàn)表3。
表3 粉煤灰空心微珠添加量與TJY建筑保溫膩?zhàn)訉?dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系Table 3 The relationship between the thermal conductivity of TJY building thermal insulation putty and the addition amount of fly ash hollow bead
由表3可見(jiàn),隨著粉煤灰空心微珠添加量的增加,膩?zhàn)拥膶?dǎo)熱系數(shù)降低,即膩?zhàn)拥谋匦阅茈S著粉煤灰空心微珠加量的增加而略有提高。
另一方面,試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),在一定添加量下,粉煤灰空心微珠的添加使TJY建筑保溫膩?zhàn)拥目箟簭?qiáng)度和拉伸粘結(jié)強(qiáng)度都有所提高,但可能有一個(gè)最大添加量,尚有待于進(jìn)一步試驗(yàn)研究。
雖然膨脹?;⒅榈拿芏鹊?,是保溫隔熱膩?zhàn)拥闹黧w材料,但其使用量不能太大,否則會(huì)嚴(yán)重降低材料的強(qiáng)度。表4中給出了膨脹?;⒅椴煌昧繉?duì)TJY建筑保溫膩?zhàn)拥母擅芏群驼辰Y(jié)強(qiáng)度的影響。由表4可見(jiàn),隨著膨脹玻化微珠用量的增大,TJY建筑保溫膩?zhàn)拥母擅芏戎饾u降低,物理性能亦隨之變差,拉伸粘結(jié)強(qiáng)度迅速降低。同時(shí),試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),隨著膨脹玻化微珠用量的增大,TJY建筑保溫膩?zhàn)拥恼尘坌越档投鴮?dǎo)致施工性變差。
表4 膨脹玻化微珠添加量對(duì)TJY建筑保溫膩?zhàn)痈擅芏群驼辰Y(jié)強(qiáng)度的影響Table 4 The effects of addition amount of expanded vitrified microsphere on the dry density and bond strength of TJY building thermal insulation putty
綜上所述,應(yīng)將膨脹?;⒅椤⒉AЭ招奈⒅?、粉煤灰空心微珠和水泥以及乳膠粉合理搭配使用,使膩?zhàn)拥母擅芏龋ㄖ饕欠从硨?dǎo)熱系數(shù))、力學(xué)強(qiáng)度和施工性之間達(dá)到平衡狀態(tài),以滿(mǎn)足其性能要求。
凝聚硅灰的主要化學(xué)成分是SiO2(占85%~98%),凝聚硅灰的顆粒呈極細(xì)的玻璃球狀,粒徑為0.1~1.0 μm,是水泥顆粒粒徑的1/50~1/100,它是一種高性能混凝土摻合料,活性極高,能夠顯著提高水泥基材料的強(qiáng)度。由于干密度的限制,TJY建筑保溫膩?zhàn)又休p質(zhì)骨料的占比很大,水泥的用量較低,因而加水拌合時(shí)需要較多的拌合水,這會(huì)使水泥漿的強(qiáng)度降低,添加適量的凝聚硅灰可以在一定程度上減輕這一缺陷。凝聚硅灰添加量對(duì)TJY建筑保溫膩?zhàn)游锢砹W(xué)性能的影響見(jiàn)表5。
表5 凝聚硅灰添加量對(duì)TJY建筑保溫膩?zhàn)游锢砹W(xué)性能的影響Table 5 The effects of addition of silica fume on the physics and mechanical performance when of TJY building thermal insulation putty
表5結(jié)果顯示,凝聚硅灰的添加不但能提高TJY建筑保溫膩?zhàn)拥目箟簭?qiáng)度,也能使拉伸粘結(jié)強(qiáng)度有所提高。
保溫膩?zhàn)訉儆诤褓|(zhì)濕涂材料,每道施工的厚度可能達(dá)到5 mm,甚至10 mm以上,因而其初期的抗開(kāi)裂性非常重要。木質(zhì)纖維對(duì)膩?zhàn)拥某跗诳归_(kāi)裂性有很好的改善作用。例如,分別將添加木質(zhì)纖維和未添加木質(zhì)纖維的保溫膩?zhàn)优坑谖瘦^高的硅酸鈣板基層上,一次批涂厚度達(dá)10 mm,批涂后立即放置于50 ℃干燥箱中,鼓風(fēng)狀態(tài)下放置30 min,結(jié)果表明,未添加木質(zhì)纖維的膩?zhàn)映霈F(xiàn)了裂紋,添加木質(zhì)纖維的膩?zhàn)記](méi)有出現(xiàn)裂紋。
裂紋產(chǎn)生的原因是由于膩?zhàn)訉觾?nèi)、外失水速度不同,因而收縮不均勻。未添加木質(zhì)纖維的保溫膩?zhàn)颖韺邮?,里層失水慢,失水多的收縮大,失水少的收縮小,且初期材料產(chǎn)生的抗拉強(qiáng)度低,還不足以抵抗開(kāi)裂,所以產(chǎn)生裂紋。添加了木質(zhì)纖維的保溫膩?zhàn)泳哂斜Kδ?,特別是高溫狀態(tài)下的保水功能更好;另一方面,由于木質(zhì)纖維的作用,膩?zhàn)訉颖韺雍屠飳拥乃稚⑹П容^均勻,保溫膩?zhàn)訉拥氖湛s也就很均勻,且木質(zhì)纖維也有助于提高材料的抗拉強(qiáng)度,所以膩?zhàn)拥目归_(kāi)裂性提高。
甲基纖維素醚是改善TJY建筑保溫膩?zhàn)邮┕ば阅懿豢苫蛉钡牟牧?。但是,甲基纖維素醚有很多種型號(hào),目前市場(chǎng)上的商品,黏度從5 000~200 000 mPa·s,有十幾種型號(hào)。本研究按照常規(guī)膩?zhàn)又惺褂玫漠a(chǎn)品型號(hào),選擇50 000 mPa·s黏度型號(hào)的產(chǎn)品,但結(jié)果發(fā)現(xiàn),所制得的TJY建筑保溫膩?zhàn)拥氖┕ば院懿?,很難上墻施工。要改善膩?zhàn)拥氖┕ば杂?個(gè)途徑,即增大纖維素醚的用量,或者使用更高黏度型號(hào)的纖維素醚。前者所帶來(lái)的不利因素一是提高了TJY建筑保溫膩?zhàn)拥呐渲瞥杀?,二是降低了膩?zhàn)幽さ哪退?。因而,我們選用更高黏度型號(hào)的纖維素醚進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),選用200 000 mPa·s以上黏度型號(hào)的纖維素醚,才能滿(mǎn)足TJY建筑保溫膩?zhàn)拥氖┕ひ蟆?/p>
TJY建筑保溫膩?zhàn)拥木C合性能見(jiàn)表6。
表6 TJY建筑保溫膩?zhàn)拥男阅苤笜?biāo)和檢測(cè)結(jié)果Table 6 The performance indexes and test results of TJY building thermal insulation putty
如前所述,TJY建筑保溫膩?zhàn)友兄频淖罱K目的是與建筑反射隔熱涂料配套使用,以形成TJY建筑保溫膩?zhàn)?建筑反射隔熱涂料外墻節(jié)能系統(tǒng),該系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單,僅由TJY建筑保溫膩?zhàn)訉?、底涂層和反射隔熱涂料涂層?gòu)成,取消了在TJY建筑保溫膩?zhàn)訉颖砻嬖O(shè)置抗裂防護(hù)層的做法。系統(tǒng)的這種簡(jiǎn)單構(gòu)造是以3個(gè)主要因素為基礎(chǔ)的:一是TJY建筑保溫膩?zhàn)泳哂辛己玫牧W(xué)強(qiáng)度和較低的干密度(吸水率也比較低);二是在系統(tǒng)中限制了TJY建筑保溫膩?zhàn)拥暮穸取?5 mm;三是系統(tǒng)中使用了柔韌性好、抗裂性強(qiáng)的高性能彈性耐水膩?zhàn)樱移湓谙到y(tǒng)中的批涂厚度不小于1.5 mm。
該系統(tǒng)中TJY建筑保溫膩?zhàn)拥膽?yīng)用厚度與TJY保溫膠泥的一樣,而導(dǎo)熱系數(shù)[0.85 W/(m·K)]比過(guò)去的保溫膩?zhàn)拥偷枚?,因而解決了原先兩種保溫材料存在的問(wèn)題,擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
TJY建筑保溫膩?zhàn)右跃酆衔锔男运嘧鳛槟z結(jié)材料來(lái)提供良好的物理力學(xué)性能;以膨脹?;⒅轭w粒來(lái)提供良好的保溫隔熱性能(賦予材料以較低的導(dǎo)熱系數(shù));將粉煤灰空心微珠和凝聚硅灰結(jié)合于聚合物改性水泥漿體中,賦予材料足夠的漿體,并和水泥一起生成水泥石,使之在提高或保持材料強(qiáng)度的同時(shí)不會(huì)顯著增大其密度,保證材料的低導(dǎo)熱系數(shù)性能,提高材料的力學(xué)性能。并實(shí)現(xiàn)了燃燒性能達(dá)到A1級(jí);拉伸黏結(jié)強(qiáng)度≥0.11 MPa;導(dǎo)熱系數(shù)≤0.062 W(/m·K)的預(yù)期目標(biāo)。
TJY建筑保溫膩?zhàn)优c建筑反射隔熱涂料形成的TJY建筑保溫膩?zhàn)?建筑反射隔熱涂料外墻節(jié)能系統(tǒng)取消了抗裂防護(hù)層,構(gòu)造簡(jiǎn)單,這是基于TJY建筑保溫膩?zhàn)拥牧W(xué)強(qiáng)度高和限制其應(yīng)用厚度≤25 mm以及使用彈性耐水膩?zhàn)拥却胧┲系摹?/p>