裝飾保溫一體化陶瓷復(fù)合板的制備與性能分析

摘 要：本研究制備了一種裝飾保溫一體化陶瓷復(fù)合板，并對(duì)其性能進(jìn)行了分析。采用水泥基發(fā)泡保溫材料與陶瓷薄板進(jìn)行復(fù)合，制備出具有良好保溫性能和裝飾效果的復(fù)合板。在制備過(guò)程中，通過(guò)對(duì)水灰比和玻璃纖維含量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)對(duì)發(fā)泡保溫材料的性能進(jìn)行測(cè)試分析。結(jié)果表明：過(guò)高的水灰比將明顯降低保溫材料干密度和抗壓強(qiáng)度；而玻璃纖維含量越高，保溫材料的干密度越大，抗壓強(qiáng)度則呈現(xiàn)先增高后降低的特征。本研究為制備高性能裝飾保溫一體化陶瓷復(fù)合板提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：陶瓷復(fù)合板；一體化；節(jié)能系統(tǒng)；水灰比；玻璃纖維；建筑節(jié)能

1前言

建筑節(jié)能指在建筑材料生產(chǎn)、房屋建筑和構(gòu)筑物施工及使用過(guò)程中，滿足同等需要或達(dá)到相同目的的條件下，盡可能降低能耗。這是一個(gè)綜合性的概念，需要在建筑設(shè)計(jì)、施工和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)中采取多種措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些措施不僅可以降低能耗，還可以提高建筑的舒適性和使用壽命，對(duì)于推動(dòng)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。節(jié)能建筑的實(shí)現(xiàn)途徑包括合理的建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)、節(jié)能的電氣設(shè)備、節(jié)能的制冷制熱技術(shù)以及高效的外墻保溫系統(tǒng)等。以上措施中外墻保溫系統(tǒng)在建筑節(jié)能方面起著舉足輕重的作用。外墻保溫系統(tǒng)是由保溫層、保護(hù)層和固定材料（如膠粘劑、錨固件等）構(gòu)成的，適用于安裝在外墻外表面的非承重保溫構(gòu)件總稱。這個(gè)系統(tǒng)的作用是減少建筑物內(nèi)外熱量傳遞，保持室內(nèi)溫度，同時(shí)也有助于降低能源消耗。根據(jù)使用的材料和構(gòu)造方式，外墻保溫系統(tǒng)可以分為多種類型，如聚苯乙烯泡沫塑料板薄抹灰外保溫系統(tǒng)、水泥發(fā)泡板外墻外保溫系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)通常具有高保溫隔熱性、強(qiáng)度相對(duì)好、不易碎裂、質(zhì)輕、無(wú)毒無(wú)害、環(huán)保節(jié)能等特點(diǎn)。使用外墻保溫系統(tǒng)可以提高建筑物的能效和舒適度，并且可以降低能源消耗和運(yùn)行成本。

2 陶瓷復(fù)合板一體化節(jié)能體系

2.1 外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系

外墻的保溫和裝飾是建筑工程主體結(jié)構(gòu)的兩個(gè)子分部工程。傳統(tǒng)的外墻保溫和裝飾是分別進(jìn)行的，這不僅增加了施工難度和成本，還容易出現(xiàn)開裂、滲水等問(wèn)題。近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能要求的不斷提高，在科技進(jìn)步的支撐下，外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系的研發(fā)和應(yīng)用逐漸成為實(shí)現(xiàn)綠色建筑的熱點(diǎn)環(huán)節(jié)。例如，新型的保溫材料、復(fù)合板材、粘結(jié)劑等的研發(fā)和應(yīng)用，為外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支持和材料保障。外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系是一種集外墻裝飾和外墻節(jié)能于一體的系統(tǒng)。這種體系將裝飾和保溫兩個(gè)分項(xiàng)工程預(yù)先在工廠合二為一制成成品，到現(xiàn)場(chǎng)后直接安裝到建筑物外墻上，實(shí)現(xiàn)了一次施工完成兩種建筑功能，簡(jiǎn)化了施工過(guò)程。該體系中的外墻裝飾節(jié)能復(fù)合板是在工廠預(yù)制復(fù)合的、兼具裝飾、節(jié)能的功能型板材，具有良好的保溫、裝飾和防水功能。在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的同時(shí)，降低了施工成本和維護(hù)成本、提高了建筑物的經(jīng)濟(jì)效益。與傳統(tǒng)的冷粘復(fù)合工藝相比，該體系采用了熱壓復(fù)合一次性成型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了材料基面復(fù)合時(shí)的微觀滿粘，確保復(fù)合板自身的性能穩(wěn)定及優(yōu)良的耐候性。未來(lái)外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系的發(fā)展需要進(jìn)一步加強(qiáng)政策引導(dǎo)和技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量和施工水平，推動(dòng)該體系在建筑節(jié)能領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

2.2 陶瓷板在一體化節(jié)能體系中的應(yīng)用

建筑陶瓷板是一種新型的建筑材料，主要用于建筑物的外墻裝飾和保溫系統(tǒng)。這種陶瓷板的制作工藝相對(duì)復(fù)雜，主要包括配料、研磨、壓制、燒制等多道工序。選用適宜的天然無(wú)機(jī)材料作為膠凝材料，以頁(yè)巖、海泡石等為骨料，經(jīng)過(guò)精確配料后進(jìn)行研磨，確保材料的均勻性和細(xì)膩度。采用高壓壓制技術(shù)，使材料緊密結(jié)合，形成致密的坯體。最后，經(jīng)過(guò)高溫?zé)?，陶瓷板得以硬化并形成?dú)特的微晶結(jié)構(gòu)。建筑陶瓷板顏色豐富多樣，可以定制各種紋理和圖案，為建筑物增添更多的藝術(shù)感和時(shí)尚感。同時(shí)又兼有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)、隔熱、隔音、防水、環(huán)保等優(yōu)良性能，且具有較長(zhǎng)的使用壽命和較低的維護(hù)成本，能夠長(zhǎng)期保持良好的性能和外觀。

將陶瓷板與發(fā)泡保溫材料復(fù)合成集裝飾與保溫功能于一體的復(fù)合板是近年來(lái)出現(xiàn)的外墻裝飾保溫一體化節(jié)能體系家族的新成員。這種復(fù)合板通常由陶瓷薄板、保溫芯層和背板組成。其中，飾面層是高溫壓制而成的陶瓷薄板，具有逼真的石材效果和優(yōu)良的耐候性能，不會(huì)分解霉變、無(wú)輻射、無(wú)污染，綠色環(huán)保。保溫芯層通常采用水泥基發(fā)泡保溫材料，一次化學(xué)合成，可以保證上墻永久不脫落。這種復(fù)合板具有優(yōu)異的保溫隔熱性能，能夠有效地降低能耗，同時(shí)還具有耐震防裂、隔音降噪、安裝便捷的特點(diǎn)。

3 一體化陶瓷復(fù)合板的制備

3.1 發(fā)泡保溫材料的制備

（1）原材料。

發(fā)泡保溫材料的制備主要用到了以下原材料：水、水泥、發(fā)泡劑、玻璃纖維以及防水劑。作為膠凝材料的水泥，其化學(xué)穩(wěn)定性對(duì)于保溫材料成品的保溫性能至關(guān)重要。為了確保保溫層的承載能力和穩(wěn)定性，本次研究在制備保溫材料時(shí)選用P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，并針對(duì)凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，本次所選用的P.O42.5普通硅酸鹽水泥完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)泡劑是一種重要的外加劑，可以降低液體表面張力，產(chǎn)生大量均勻穩(wěn)定的泡沫。發(fā)泡劑的類型和品質(zhì)對(duì)保溫材料成品的空隙類型及穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。本次研究選用高分子復(fù)合型水泥發(fā)泡劑FP-50，按照1：60的比例進(jìn)行稀釋使用。該發(fā)泡劑發(fā)泡能力強(qiáng)，發(fā)泡后氣孔獨(dú)立封閉且不吸水、不儲(chǔ)水，具有較強(qiáng)的分散性和較好的穩(wěn)定性。

玻璃纖維是發(fā)泡保溫材料中一種常用的增強(qiáng)材料，具有較高的拉伸強(qiáng)度和模量，可以有效地增強(qiáng)發(fā)泡保溫材料的力學(xué)性能，提高其抗壓、抗拉、抗彎等能力，提高保溫材料的強(qiáng)度和韌性，防止其開裂和變形。本次研究選用ECR玻璃纖維，其主要的物理性能見(jiàn)表2。

（2）制備工藝。

發(fā)泡保溫材料在制備時(shí)，首先按照一定的比例將水、水泥、玻璃纖維和防水劑進(jìn)行混合攪拌3～5min，直到混合漿料均勻、無(wú)顆粒狀物質(zhì)。同時(shí)將水和發(fā)泡劑按照一定比例送入發(fā)泡機(jī)進(jìn)行發(fā)泡得到泡沫液。將上述兩道工序得到的混合漿料和泡沫液混合攪拌后澆筑入模。按照設(shè)計(jì)要求的養(yǎng)護(hù)齡期養(yǎng)護(hù)后脫模。具體制備工藝流程見(jiàn)圖1。

3.2 陶瓷板與保溫層的復(fù)合

裝飾保溫一體化陶瓷復(fù)合板作為一體化的節(jié)能系統(tǒng)主要由三部分組成：裝飾層、保溫層和粘結(jié)劑。粘結(jié)劑是由粘結(jié)料、增塑劑、固化劑、充填劑等材料按照一定的配比、特定的工藝配制而成，具有優(yōu)良的粘結(jié)性能，可以將陶瓷板與保溫層有效粘結(jié)復(fù)合。為了取得理想的粘接效果，復(fù)合工序包括以下步驟：對(duì)陶瓷板表面進(jìn)行處理，確保陶瓷板表面清潔、干燥、有一定的粗糙度。將制備好的粘結(jié)劑均勻地涂布在陶瓷板的背面。待粘接劑完全浸潤(rùn)后將陶瓷板與制備好的水泥基發(fā)泡保溫材料進(jìn)行復(fù)合，確保兩者緊密結(jié)合。將復(fù)合好的材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以確保其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。根據(jù)需要進(jìn)行切割、打磨等加工，以滿足建筑陶瓷板與水泥基發(fā)泡保溫材料復(fù)合制品的尺寸和外觀要求。對(duì)復(fù)合制品進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保其性能和質(zhì)量符合要求。

4保溫材料性能分析

4.1 保溫材料性能測(cè)試

本次研究按照GB/T 5486-2008《無(wú)機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法》的要求，對(duì)本工藝流程下制備的發(fā)泡保溫材料進(jìn)行干密度和28d抗壓強(qiáng)度兩項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。試樣設(shè)定為棱長(zhǎng)10cm的正方體小試塊，每項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均在測(cè)試過(guò)程中設(shè)置了3塊試樣，并最終取三組數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值為其代表值。

4.2 水灰比對(duì)保溫材料物理性能的影響

水灰比對(duì)于水泥基發(fā)泡所形成的保溫材料物理性能有重大影響。當(dāng)水灰比過(guò)大（水泥含量低）時(shí)，水泥漿料凝結(jié)時(shí)間延后，澆筑入模后成型的保溫材料塊體易產(chǎn)生離析分層。而當(dāng)水灰比過(guò)?。ㄋ嗪扛撸r(shí)，水泥漿料中阻力較大，泡沫難以形成或已形成的泡沫被擠壓破壞而損失。從圖2中可以看出，在相同的養(yǎng)護(hù)條件下隨著水灰比的增大，保溫材料塊體的干密度和抗壓強(qiáng)度逐漸降低。這是因?yàn)樗冶鹊脑黾訒?huì)導(dǎo)致材料中的氣孔數(shù)量和大小增加、材料的密實(shí)度降低，從而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度下降。此外，過(guò)高的水灰比還可能導(dǎo)致材料中的水泥和骨料之間的結(jié)合力減弱，進(jìn)一步降低抗壓強(qiáng)度。

4.3 玻璃纖維含量對(duì)保溫材料物理性能的影響

根據(jù)前述水灰比對(duì)保溫材料物理性能的影響分析結(jié)果，確定采用水灰比為0.5的配合比方案。據(jù)此方案對(duì)玻璃纖維含量與保溫材料物理性能關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究。本次試驗(yàn)中玻璃纖維的含量分別設(shè)定為0%、0.5%、1%、1.5%以及2%。玻璃纖維的摻入采用干混法的方式，確保其在水泥漿料中分布均勻且分散。從試驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，當(dāng)玻璃纖維含量為0%時(shí)，隨外加荷載的增大保溫材料塊體開始出現(xiàn)豎向裂縫，且裂縫的寬度和深度逐漸增大并伴有清脆的破裂聲，直至試塊被完全破壞。而摻雜了玻璃纖維的試塊裂縫開始出現(xiàn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的外加荷載值明顯增大，且玻璃纖維含量越高，開始出現(xiàn)裂縫的荷載值越大。隨著荷載值持續(xù)增大，試塊破壞過(guò)程相對(duì)緩慢。

從測(cè)試得到的數(shù)據(jù)來(lái)看（圖3），隨著玻璃纖維含量的上升，保溫材料塊體的干密度逐漸降低，而抗壓強(qiáng)度則呈現(xiàn)先增高、后降低的趨勢(shì)。玻璃纖維的加入可以有效改善材料的孔結(jié)構(gòu)，使其更加均勻和細(xì)致，從而降低材料的干密度。同時(shí)還可以提高保溫材料的抗壓強(qiáng)度，這是因?yàn)椴ＡЮw維具有高強(qiáng)度和高模量的特點(diǎn)，可以有效地增強(qiáng)材料的力學(xué)性能，防止其開裂和變形。當(dāng)玻璃纖維含量適中時(shí)，可以在一定程度上提高材料的抗壓強(qiáng)度。但是，當(dāng)玻璃纖維含量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致材料的均勻性變差，從而影響其抗壓強(qiáng)度。

5 結(jié)論

（1）裝飾保溫一體化陶瓷復(fù)合板是一種集裝飾與保溫功能于一體的新型外墻材料。陶瓷板作為飾面層，具有逼真的石材效果和優(yōu)良的耐候性能，不會(huì)分解霉變、無(wú)輻射、無(wú)污染，綠色環(huán)保。同時(shí)，建筑陶瓷板還具有很好的耐震防裂、隔音降噪等特點(diǎn)，能夠有效地提高建筑物的能效和舒適度，降低能源消耗和運(yùn)行成本。

（2）水灰比和玻璃纖維含量是決定發(fā)泡保溫材料的性能的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)也是決定一體化節(jié)能體系質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵。在其制備過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：過(guò)高的水灰比將明顯降低保溫材料干密度和抗壓強(qiáng)度；而玻璃纖維含量越高，保溫材料的干密度越大，抗壓強(qiáng)度則呈現(xiàn)先增高后降低的特征。

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