外墙保温材料技术知识

粉煤灰屋面保温防水材料

  目前,屋面材料在隔热保温与防水性能方面取得了很大进步,如改性浙青防水卷材、高分子防水卷材、新型防水涂料和金属复合防水材料、水泥聚苯板倒置式保温防水材料等,这些新材料在一定程度上缓解了我国屋面渗漏和耗能问题。但其缺点有二:一是防水材料和保温材料之间互补性较差;二是屋面造价较昂贵。为此,本文成功研制了一种集隔热保温与防水功能为一体的粉煤灰屋面保温防水材料(简称保温防水材料),该材料生产、施工简便且无污染,能充分利用工业废料,造价低廉。经河北省科学技术信息研究所查新,这种保温防水材料在国内外尚无报道。

  1主要原材料及性能水泥:河北金牛能源水泥厂生产的32.5普通硅酸盐水泥,初凝时间为110min,终凝时间为186min;粉煤灰:邢台发电厂干排粉煤灰,其化学组成如表1所示;生石灰:邢台市石灰二厂生产,含CaO80%(质量分数)以上,0.126mm筛筛余18%;保温材料:废旧聚苯乙烯泡塑料颗粒(简基金项目:国家自然科学基金资助项目(20477009)称塑料颗粒),其粒径为48mm,表观密度为21kg/m3左右,为了使塑料颗粒与粉煤灰水泥胶凝材料有较好的润湿性和粘结性,试验前用聚乙烯醇缩甲醛胶对其表面进行了处理;旨肪酸盐防水剂:自制,在反应器内加入水60kgKOH3kg将反应器加热至30°C后,加入柠檬酸0.5kg静置2h调pH值至78,即为脂肪酸盐防水剂;有机硅憎水剂:自制,在烧杯中加入100份聚硅氧烷8份白炭黑,搅拌,升温至110180°C并保温35h,然后降至30C即成硅膏,再在100份硅膏中加入烷基酚聚氧乙烯醚2份,Span-60乳化剂1份,Tween-60乳化剂1份,搅拌升温,使乳化剂溶解,之后加入水400份,搅拌30min即得有机硅憎水剂,该憎水剂性能稳定,在室温下放置6个月不分层,用它处理材料表面后不封闭其毛细孔和微孔,不影响其内部的潮气散发,是1种呼吸性防水涂料;泡剂:聚合物改性松香皂发泡剂,自制;粉煤灰激发剂:市售商品。

  表1粉煤灰化学组成2保温防水材料制备:2:2的胶凝材料在搅拌机内混合,然后加入处理过的塑料颗粒(其体积是胶凝材料体积的1.5倍)和水,搅拌成料校偌尤胧柿康呐i剂、脂肪酸盐防水剂,搅拌成泡料浆,浇注后湿养护48h制成保温防水板,再经有机硅憎水剂表面喷涂处理,使其尽可能渗到该板内层,制成保温防水材料,其表观密度588kg/m3,28d的抗压强度1.6MPa导热系数。12w/(mK),不透水性:0.2MPa水压下可保持30min不透水。

  3结果与讨论3.1粉煤灰对保温防水材料强度的影响在生石灰、塑料颗粒、防水剂、激发剂掺量D不变的情况下,考察粉煤灰掺量对保温防水材料强度的影响,结果见。

  由可见,随着粉煤灰掺量的增加,保温防水材料的抗压、抗折强度出现了波谷、波峰。在粉煤灰掺量小于55%时,该材料的抗压、抗折强度随着粉煤灰掺量的增加呈下降趋势,这是因为其中起主要胶凝作用的水泥含量减少所致,但在粉煤灰含量为55%65%时,其抗压、抗折强度出现了波峰,说明粉煤灰除在材料中起细集料填充作用外,还具有胶凝活性。根据实验结果和本材料应用于屋面的实际需要,可得出粉煤灰掺量为60%较为合适。

  3.2激发剂对保温防水材料抗压强度的影响激发剂可概括为碱激发和硫酸盐激发,前者由表2不同激发剂对保温防水材料抗压强度的影响于高碱有利于破坏粉煤灰中的玻璃相,后者则是由于硫酸盐可与粉煤灰中的铝酸盐相形成对强度有贡献的产物。为了考察不同激发剂对保温防水材料抗压强度的影响,固定粉煤灰掺量为60%,普通硅酸盐水泥20%,生石灰20%,水胶比(质量比)0.4,掺入的塑料颗粒体积为胶凝材料体积的1.5倍,防水剂掺量不变,分别用碱性激发剂、硫酸盐激发剂、复合早强激发剂进行了试验,结果见表2.1)除特别注明外,本文中的掺量均为质量分数。

  粉煤灰中CaO含量很低,聚合度高,必须在强碱作用下其中的玻璃体结构才能解体171,而常温下石灰饱和溶液的pH值低于13.2不能使浆体的pH值达到玻璃体结构解体所需的值。所以在粉煤灰-水泥系统中加入适量强碱以提高浆体中OH-浓度是必要的。有18认为Na2S4能提高粉煤灰水泥的早期强度,在粉煤灰中掺入硫酸盐激发剂,可促使水化铝酸钙转化,生成更稳定、强度高的钙矾石。复合早强激发剂具有以上功能,并且还有减水功能,能促进水泥水化,有利于粉煤灰活化环境,同时也可改善浆体工作性,获得密实的水泥石。因此,复合早强激发剂对保温防水材料抗压强度的影响比碱性激发剂、硫酸盐激发剂大。

  3.3脂肪酸盐防水剂对保温防水材料不透水性及强度的影响在粉煤灰水泥混合料中,加入脂肪酸盐防水剂,使其具有防水性能。脂肪酸盐防水剂对保温防水材料不透水性能、强度的影响见表3.综合试验结果,选择脂肪酸盐防水剂掺量为4%.表3脂肪酸盐防水剂对保温防水材料不透水性能及强度的影响Table3Effectofpercentageof月旨肪酸盐防水剂能与水泥水化产物Ca2+发生反应,形成疏水性的沉淀物质,该物质在毛细管壁上作定向排布,形成“反毛细孔效应”,使材料的防水性能提高。但由于脂肪酸盐防水剂是可溶性的表面活性剂,掺量较少时,达不到防水效果,掺量过大时,又使材料的防水性能及强度降低。

  3.4有机硅憎水剂对保温防水材料防水性能的影响内掺脂肪酸盐防水剂后,再在材料表面喷涂有机硅憎水剂,使材料表现出优异的防水性能。这是因为有机硅憎水剂带有反应活性基团一有机聚硅氧烷,其主链结构与硅酸盐结构相似,因而它们之间具有较强的化学亲和力。另外,有机聚硅氧烷大分子上的少量活性基团在成膜过程中与硅酸盐基材中的羟基反应,以一O―Si(R2)―结构为主链的有机聚硅氧烷在多孔保温隔热板表面及毛细孔内壁形成一层均匀、结合紧密的网状硅氧烷膜,而有机基团则排列在膜的表面,使其表面张力降低,水在其表面只能以球状小水滴形式存在。而毛细孔内壁表面张力的降低,使水难以通过毛细孔渗入到保温隔热板内部,从而使保温隔热板具有憎水性。同时,有机硅憎水剂以Si―O键结构为主链,SiO的电负性差异较大,接近于离子键,Si―O键离解能高达443.5k/mol,从而使保温板耐热、抗氧化、耐辐射。试验表明:只加入脂肪酸盐防水剂的试样,浸水20d后,其饱和吸水率为7.6%,将试样折断后观察,其断面干燥,水侵入深度为4mm左右;经有机硅憎水剂表面喷涂的试样,浸水20d后,其饱和吸水率为2.4%,将试样折断后观察,其断面干燥,水侵入深度仅为1mm左右。由此可见,外涂有机硅憎水剂,能使保温防水材料的防水性能明显提高。经检测,该材料在0.2MPa水压下可保持30min不透水。

  3.5塑料颗粒、粉煤灰、发泡剂对保温防水材料保温性能的影响料浆中加入的塑料颗粒是导热系数低的固体材料,其气孔大多为封闭型结构,孔径也大多为微米级和亚微米级,因此,塑料颗粒的加入能提高保温防水材料的保温性能;粉煤灰中存在大量的空心玻璃微珠及蜂窝状体而空心玻璃微珠在常温下多处于半真空状态,因此,粉煤灰与其他无机材料相比,也具有很低的导热系数,也有利于提高保温防水材料的保温性能;加入泡沫剂后,在料浆中形成了互不连通、均匀分散的微小封闭型气孔,更降低了保温防水材料的导热系数。

  4结语保温防水材料具有密度低、强度高、保温隔热性能好、粉煤灰掺量大等优点,是一种较为理想的屋面保温防水材料,该材料可达到屋面工程质量验收规范(GB50207―2002)标准;按6cm厚度的保温防水材料计算,其综合成本为24元(人民币)/m2;该材料在生产中能消耗大量粉煤灰、废旧塑料颗粒,既有利于废弃物再生利用,又保护了环境,具有显著的社会效益。

  (完)


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