基于氯氧鎂水泥制備的EPS 保溫砂漿研究

李政奎

（廣州建筑股份有限公司）

0 引言

聚苯顆粒(EPS 顆粒)由聚苯乙烯塑料經(jīng)加工制作而成，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫隔熱效果好、吸水率低、抗裂性好等特點(diǎn)。建筑工業(yè)上經(jīng)常將EPS 顆粒代替?zhèn)鹘y(tǒng)無機(jī)骨料制作成輕質(zhì)保溫材料。EPS 材料遇火易燃，且具有熔滴現(xiàn)象，會(huì)加劇EPS 的燃燒，存在安全隱患，因此，提高EPS 保溫材料的阻燃性能具有重要的研究意義[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)[4-8]，以EPS 顆粒作為骨料制備的EPS 復(fù)合保溫砂漿具有良好的保溫隔熱性和阻燃性。

氯氧鎂水泥是法國(guó)人Sorel 于1867 年發(fā)明的，是由一定濃度的氯化鎂水溶液與活性氧化鎂粉調(diào)配而成。這種氯氧鎂水泥石是一種由MgO-MgCl2-H2O 體系組成的鎂質(zhì)膠凝材料，具有粘結(jié)性能好、強(qiáng)度高、耐高低溫、空氣穩(wěn)定性和耐候性好，以及質(zhì)量輕和腐蝕性低等特性，可應(yīng)用于阻燃領(lǐng)域[9]。

本研究以質(zhì)量比m(氧化鎂):m(氯化鎂水溶液):m(水)=7.4:5.1:1.0 作為氯氧鎂水泥的配合比，并摻入聚苯顆粒顆粒制備出復(fù)合EPS 保溫砂漿，研究了聚苯顆粒摻量對(duì)EPS 保溫砂漿的力學(xué)強(qiáng)度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)的影響，同時(shí)研究了粉煤灰對(duì)聚苯顆粒摻量為0.486%的復(fù)合EPS 保溫砂漿容重和導(dǎo)熱系數(shù)的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

本試驗(yàn)使用氧化鎂為輕燒氧化鎂，來自北京利福升化工有限公司，活性氧化鎂含量為37.0%，燒失量為26.1%，化學(xué)組成見表1。

表1 氧化鎂化學(xué)成分組成 （%）

氯化鎂來自河南鑫宏泰生物科技有限公司，MgCl2·6H2O 含量為99.1%；實(shí)驗(yàn)用氯化鎂水溶液按摩爾比mol（MgCl2·6H2O）:mol（H2O）=1:10 配制而成。

聚苯顆粒來自北京順港筑邦環(huán)?？萍加邢薰荆詮U舊聚苯顆粒為基材，經(jīng)特殊工藝處理，呈現(xiàn)出淡藍(lán)色光澤。本實(shí)驗(yàn)用粉煤灰來自韶關(guān)曲江區(qū)烏石港有限公司，F(xiàn) 類II 級(jí)，燒失量為2.3%，其化學(xué)成分見表2。

表2 粉煤灰化學(xué)成分組成 （%）

1.2 試驗(yàn)方法

復(fù)合保溫砂漿力學(xué)性能測(cè)試參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》，試樣尺寸為40mm×40mm×160mm；導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量采用熱流法導(dǎo)熱分析儀HFM（Lambda），試樣尺寸為300mm×300mm×25mm。

以質(zhì)量比m (氧化鎂):m (氯化鎂水溶液):m (水)=7.4:5.1:1.0 作為氯氧鎂水泥的配合比，摻入EPS 顆粒，制備復(fù)合保溫砂漿，其配比見表3。

表3 保溫砂漿的實(shí)驗(yàn)配比(wt%)

EPS 顆粒摻量為0.486%的復(fù)合保溫砂漿具有質(zhì)輕導(dǎo)熱系數(shù)小的特點(diǎn)，為改善復(fù)合保溫砂漿的耐水性及穩(wěn)定性，以EPS 顆粒摻量為0.486%的砂漿作為研究對(duì)象，摻入粉煤灰替代部分氧化鎂，研究粉煤灰摻量對(duì)復(fù)合保溫砂漿的容重和導(dǎo)熱系數(shù)的影響，實(shí)驗(yàn)配比見表4。

表4 保溫砂漿的實(shí)驗(yàn)配比(wt%)

2 結(jié)果與討論

2.1 聚苯顆粒摻量對(duì)力學(xué)性能的影響

由圖1、圖2 可以看出，隨著聚苯顆粒摻量的增加，砂漿的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，抗壓強(qiáng)度的下降幅度較大。聚苯顆粒摻量為0%時(shí)，砂漿3d、7d、28d的抗折強(qiáng)度分別是19.5MPa、20.6MPa、21.3MPa，抗壓強(qiáng)度則分別為87.2MPa、100.0MPa、130.5MPa。隨著聚苯顆粒摻量的增加，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度持續(xù)下降，摻量為0.486%時(shí)，達(dá)到最小值。這是因?yàn)榫郾筋w粒具有良好的變形能力，其本身的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度小于氯氧鎂水泥的，在應(yīng)力作用下，硬化的氯氧鎂水泥漿體承受主要應(yīng)力，隨著聚苯顆粒摻量的增多，單位體積氯氧鎂水泥漿減少，復(fù)合EPS 砂漿抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度下降，另一方面，聚苯顆粒是有機(jī)高分子材料，而氯氧鎂水泥屬于無機(jī)材料，表面性能差異較大，界面粘結(jié)強(qiáng)度低，在連續(xù)載荷作用下，界面處很容易產(chǎn)生微裂紋，聚苯顆粒摻量越多，其與水泥漿體形成易產(chǎn)生微裂紋的界面也越多，力學(xué)強(qiáng)度越低[10]。

圖1 EPS 顆粒摻量與抗折強(qiáng)度關(guān)系曲線

圖2 EPS 顆粒摻量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

2.2 聚苯顆粒摻量對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)和容重的影響

砂漿密度和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果見圖3。由圖3 可知，隨著聚苯顆粒摻量的增加，復(fù)合保溫砂漿容重和導(dǎo)熱系數(shù)均下降。砂漿密度由聚苯顆粒摻量為0%時(shí)的2043㎏/m3降低到摻量為0.486%時(shí)的805㎏/m3；導(dǎo)熱系數(shù)則由聚苯顆粒摻量為0%時(shí)的0.4093W(m·K)下降到摻量為0.486%的0.2191W/(m·K)。由于聚苯顆粒具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小的特性，隨著聚苯顆粒摻量的增加，保溫效果增強(qiáng)。另外，聚苯顆粒是有機(jī)高分子材料，具有一定疏水性，在其與水泥漿界面處容易產(chǎn)生閉合孔隙，隨著聚苯顆粒摻量的增加，界面處形成的閉合孔也增加，閉合孔的增加阻礙熱量的傳遞，降低砂漿導(dǎo)熱系數(shù)，提高保溫性能[11]。

圖3 不同摻量聚苯顆粒的砂漿密度和導(dǎo)熱系數(shù)

2.3 粉煤灰對(duì)復(fù)合保溫砂漿密度、導(dǎo)熱系數(shù)的影響

由圖4 可見，隨著粉煤灰摻量的增加，復(fù)合保溫砂漿的密度和導(dǎo)熱系數(shù)均先增加后降低。粉煤灰摻量為5.487%時(shí)，砂漿的容重、導(dǎo)熱系數(shù)最大。這是因?yàn)樾搅康姆勖夯夷芫鶆蚍植荚谒囝w粒之中，不僅能填充水泥顆粒間的空隙，而且能改善膠凝材料的顆粒級(jí)配，并增加水泥漿體的密實(shí)度。由圖5 水泥漿體28d 水化產(chǎn)物的微觀形貌可看出，粉煤灰摻量為0%的水化產(chǎn)物為相互交錯(cuò)的針狀物，孔隙多，粉煤灰摻量為5.487%時(shí)，水化產(chǎn)物則是大塊狀物，表面附有少量針狀物，結(jié)構(gòu)較密實(shí)。但由于粉煤灰密度小，且其本身的球體顆粒是一種孔隙較多的結(jié)構(gòu)[12]，隨著粉煤灰摻入增加，單位體積的水泥漿體減少，粉煤灰含量增多，從而導(dǎo)致砂漿密度減小，導(dǎo)熱系數(shù)降低。

圖4 粉煤灰摻量與砂漿密度、導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系曲線

圖5 水泥漿體28d 水化產(chǎn)物微觀形貌

3 結(jié)論

⑴隨著聚苯顆粒摻量的增加，砂漿的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢(shì)，在聚苯顆粒摻量為0.486%時(shí)，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最小值。

⑵聚苯顆粒能顯著降低復(fù)合保溫砂漿的密度和導(dǎo)熱系數(shù)，摻量為.0486%時(shí)，密度和導(dǎo)熱系數(shù)分別是805㎏/m3、0.2191W/(m·K)。

⑶由于粉煤灰的填充效應(yīng)，粉煤灰摻量為5.487%時(shí)，砂漿密度和導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到最大；粉煤灰球體顆粒具有多孔隙結(jié)構(gòu)，當(dāng)粉煤灰摻量大于5.487%時(shí)，能顯著降低砂漿的密度和導(dǎo)熱系數(shù)。