赵洪凯 王洪里

(吉林建筑大学材料科学与工程学院，长春 130118)

0 引言

目前国内市场80%的建筑维护结构使用的保温材料以EPS板、XPS板、硬泡聚氨酯等有机材料为主，由于其材料自身的可燃性，被列为B2级可燃产品，近年来由其引发的多场大型火灾，已向世人敲响了警钟．因此，A1与A2级保温板材是建筑保温行业的未来发展趋势．然而，传统无机保温板材，如石膏类板材、水泥类板材、玻化微珠板材、钢丝网架水泥类夹芯板材等密度大、保温性能一般，很难大面积应用推广［1-4］．基于上述原因，本文从玻化微珠保温板研制的基本理论与技术着手，进行物料配合试验研究，研制出具有轻质高强、保温隔热、防火防水、施工便捷等显著优点的无机保温板材．

1 实验部分

1．1 原料

水玻璃，模数3．0，固含量为38%，市售产品;磷酸硅，工业级，威海天天科技精细化工有限公司;硅溶胶，工业级，沈阳市立新硅溶胶厂;硅烷偶联剂(KH-550)，工业级，东营市恒益化工有限责任公司;玻化微珠，粒度(0．5mm ～1．5mm，1．5mm ～3．5mm)，容重(90kg/m3～160kg/m3)、导热系数(0．045W/m·K ～0．052W/m·K)，固安县恒远工贸有限公司;二氧化硅气凝胶颗粒，粒度(0．075mm～0．5mm)，表观密度(0．003g/m3～0．35g/cm3)，导热系数0．015w/m·k，山西天一纳米材料科技有限公司;硅藻土，SiO2(≥87．0%)，临江市绿江助滤剂有限公司;有机硅防水剂，含固量为30±2%，市售产品．

1．2 试样的制备

本试验设计表观密度为200kg/m3，故选用堆积密度为90kg/m3的大粒径玻化微珠为粗集料(粒径为1．5mm～3．5mm)，掺入小粒径玻化微珠(粒径为0．5mm～1．5mm)、二氧化硅气凝胶颗粒、硅藻土等轻集料;采用钠水玻璃无机胶液拌合均匀，装入模具，固化温度100℃，固化时间2h．

实验室研究用模压成型方法:将有机硅防水剂配成一定浓度喷涂于物料表面，自然晾干备用;将物料与胶液充分搅拌1．5min，使其混合均匀，分2～3层装入模具中(压缩后物料尺寸为40mm×40mm×160mm与300mm×300mm×30mm)，层间铺入事先裁剪好的耐碱玻纤网格布;确定温度与压力的情况下，热压成型;模压成型后，出去毛边，保持通风、自然晾干至恒重．

1．3 分析表征

(1)导热系数的测定． 将尺寸规格为300mm×300mm×30mm的试样放入DRY300X导热系数测试仪测量试样的导热系数;

(2)干密度的测定． 按照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》规定进行干密度的测量;

(3)抗压强度的测定． 取试样尺寸为40mm×40mm×160mm，按照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》的规定进行抗压强度试验，取6个试件的抗压强度平均值;

(4)吸水率的测定． 参照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》规格，制备5个试件，试样周边涂密封材料密封，并测试计算吸水率．

2 结果与讨论

2．1 不同表观密度对导热系数及强度的影响

选择具有一定级配的玻化微珠(0．5mm～3．5mm)80份，添加20份钠水玻璃胶液(按干燥后固含量计算)，钠水玻璃胶液由100份水玻璃、15份磷酸硅、10份硅溶胶、1份硅烷偶联剂配成，制备不同表观密度板材，分析见表1．

表1 不同表观密度的无机保温板性能

结果表明:表观密度过低，导热系数明显上升，如密度为150kg/m3板材，其导热系数为0．075W/(m·k);随着表观密度的增加其导热系数下降，其原因为板材内部空隙结构趋于合理，没有出现较大的空隙所致;当表观密度进一步增强时，由于板材内部过于密实，从而使板材的导热系数又出现上升趋势．从表中可以看出，随着密度的上升，其板材的抗压强度也随之增加．密度低于150kg/m3时，抗压强度过低，当密度高于250kg/m3，其抗压强度有较大幅度增加．考虑到保温板导热系数为主要指标，可以选择200kg/m3左右为设计目标密度．

2．2 物料配比对表观密度的影响

确定板材的表观密度为200kg/m3作为对象，选用堆积密度为90kg/m3的大粒径玻化微珠为粗集料(粒径为1．5mm～3．5mm)100份，小粒径玻化微珠(粒径为0．5mm～1．5mm)、二氧化硅气凝胶、硅藻土、无机胶液(占总物料的质量份数)进行混拌，装模热压，固化温度100℃，固化时间2h，结果见表2．

表2 物料配比对表观密度的影响

由表2可以得出，设计表观密度为200kg/m3，而实际表观密度为216kg/m3～229kg/m3，无机胶液及玻化微珠对表观密度的影响最大，其次是硅气凝胶、硅藻土．分析玻化微珠吸水后，最终导致实际表观密度变大;无机胶液含量高，可能是因为物料吸水后被胶膜封闭，从而最终使密度变大;硅气凝胶以及硅藻土对表观密度影响较小，可能是因为物料水平设计偏低，或者是硅气凝胶吸水极低以及硅藻土吸水后能及时挥发出去．

2．3 物料配比对导热系数的影响

由表2可知:不同配比的保温板导热系数在0．061W/(m·k)～0．090W/(m·k)之间，减少胶液用量，增加小粒径玻化微珠及硅气凝胶的用量，可以使导热系数降低，但体系大量空隙存在及水分渗入轻集料内部从而导致导热系数偏高．分析胶液含量高可能导致保温板材封闭过多的水分，使其导热偏高;硅气凝胶的加入对板材的导热系数有一定的降低，但不是很明显，分析认为硅气凝胶的掺入水平过低所致;细颗粒玻化微珠及硅藻土的掺量对导热系数影响不大，分析大颗粒玻化微珠在成型过程中已被压实，所以硅藻土与细颗粒玻化微珠掺量多少对其影响较小．

2．4 物料配比对强度的影响

从表2可以看出，随着无机胶液配比的增加，试样抗压强度呈增加趋势，其他因素对强度的影响较小．10份胶液成型的板材，其强度一般小于0．3MPa;15份胶液成型的板材其强度一般小于0．4MPa;20份胶液成型的板材其强度一般小于0．5MPa．

2．5 物料配比对吸水率的影响

吸水率是表征防火板材的重要指标．玻化微珠吸水率大，用于保温板材时因为吸水易出现空鼓、开裂的问题．选用粗大颗粒玻化微珠(＞1．5mm)∶玻化微珠(0．5mm ～1．5mm)∶二氧化硅气凝胶∶硅藻土 =100∶10∶5∶5，加入无机胶液15份(占总轻集料份数)，成型后测定板材吸水率．

图1 板材随时间的吸水率

由图1可看出，其吸水率在2h左右达到平衡，接近12%，随后趋于稳定;分析认为板材吸水率过高，由于玻化微珠在成型过程中被大量压碎而出现破碎空隙，导致玻化微珠吸水过高．

3 结论

不同表观密度保温板材，导热系数亦不一样;过高与过低的密度，其导热系数明显上升．就本实验可以选择200kg/m3为最佳值，物料吸水后被胶膜封闭从而使表观密度大于设计值．不同配比的保温板导热系数在0．061W/(m·k)～0．090W/(m·k)之间，减少胶液用量，增加小粒径玻化微珠及硅气凝胶的用量，可以使导热系数适量降低，但体系大量空隙存在及水分渗入轻集料内部从而导致导热系数都偏高．板材抗压强度一般在0．3MPa～0．5MPa之间．板材吸水率过高，由于玻化微珠在成型过程中被大量压碎而出现破碎空隙，导致玻化微珠吸水过高．

［1］张思成．国外建筑轻板发展状况和趋势［J］．墙材革新与建筑节能，2004(8):27-30．

［2］曹铭真，李 珠，刘元珍，赵 林．玻化微珠发泡保温板正交试验研究［J］．施工技术，2013，42(16):79-82．

［3］肖 红．建筑保温材料的应用种类及前景展望［J］．建筑技术，2010(17):182．

［4］张宪圆．硅钙膨胀珍珠岩保温板的开发及性能研究［D］．广州:华南理工大学，2011．