泡沫陶瓷保温板

泡沫陶瓷保温板（共7篇）

泡沫陶瓷保温板 篇1

泡沫陶瓷保温板外墙保温体系由粘结层、发泡陶瓷保温板保温层、抹面层和饰面层构成, 此体系施工方法简便, 降低了施工机械和劳动强度, 不受施工场地的限制, 其施工速度快, 且体质轻、保温隔热效果好, 与建筑物同寿命, 造价相对较低, 克服有机保温材料易燃、易老化缺点, 是一种既经济实用, 又符合建筑节能保温要求的新型墙体保温体系, 具有非常大的潜力和发展前景, 对其应用技术进行研究具有十分重大的意义。

1 泡沫陶瓷保温板的形成

泡沫陶瓷保温板是以陶土尾矿、陶瓷碎片、炉渣等作为主要原材料, 用发泡技术高温焙烧形成多孔的、热传导率低、耐高温、耐候, 不燃的闭孔陶瓷保温材料。

2 泡沫陶瓷保温板的材料性能

2.1 适应国家产业政策的优势

A级防火保温材料泡沫陶瓷是在1 200℃以上形成具有一定粘度的陶瓷液体时, 发生膨胀反应出气泡, 形成海绵体状的陶瓷体。泡沫陶瓷是利用工业粉煤灰和废尾矿为主要原料生产的产品, 可以大大降低产品的生产成本, 有利于推动节能保温泡沫陶瓷发展, 满足性能优良及价格合理的要求。并且由于该产品是节能、保温材料, 利用了当地的废物料, 属于国家大力提倡和发展废物利用、节能环保的项目, 具有适应国家产业政策的优势。

2.2 防火阻燃安全性能优异

泡沫陶瓷保温板属A级防火材料, 是用于有防火要求的外保温系统及防火隔离带的理想材料。与聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板相比有其独特的优势, 有良好的绝热性能, 遇到火灾, 陶瓷保温板不会出现因自身高温而燃烧蔓延的现象。

2.3 绿色、环保

泡沫陶瓷保温板的原材料来源广泛, 将工业粉煤灰、废尾矿等作为主要原材料, 最大限度地节约资源、保护环境和减少污染, 是典型的绿色环保材料。泡沫陶瓷保温板是多孔材料, 保温、隔热性能优异, 可用于南方的夏季隔热, 北方城市冬季的蓄热。

2.4 粘结强度高

保温板与水泥砂浆、混凝土、加砌块等材料相容性好, 与基层粘结强度高, 不产生裂纹、空鼓、不变形、不收缩, 且施工工艺简单, 节省时间。

2.5 隔音效果好

发生膨胀反应出气泡, 形成海绵体状的陶瓷体, 有大量的气孔, 具有一定的吸音性, 有效地解决了居住空间的隔音问题。

3 施工工艺

基层处理→测量放线→粘贴泡沫陶瓷保温板→安装固定保温板→铺设网格布→抹抗裂砂浆→质量检查。

3.1 基层处理

要求基层要清洁、无脱膜剂等附着物。墙面酥松、凸起、空鼓缺陷部位要剔凿并用水泥砂浆找平。找平层要与基层墙体粘结牢固。在墙体吸水率过高和高温环境下适当湿润墙面。遇到墙体吸水率太高时, 要涂刷界面剂。

3.2 测量放线

据门窗洞口位置弹出基准控制线, 以控制泡沫陶瓷板的垂直度、水平度。对保温板要进行排版编号设计。

3.3 粘贴泡沫陶瓷保温板

1) 根据要求陶瓷保温板采用专用切割工具裁切, 裁切切口要平直, 必须注意切口与板面垂直。墙面陶瓷保温板应错缝排列, 陶瓷保温板具体排列见图1。陶瓷保温板的接缝不得留在门窗洞口的四角, 门窗洞口陶瓷保温板排列示意见图2。

2) 粘结砂浆按厂家规定的配合比进行配制, 随用随配, 不得随意浇水, 要有防晒措施。

3) 粘贴陶瓷保温板时, 根据弹出的控制线, 按从下至上顺序逐层粘贴, 应采用满粘。设计有要求时要进行界面处理。粘结砂浆不得污染陶瓷保温板侧面。

4) 粘贴前按基准线绘制排版图, 用墨线在基层上弹出板块位置图, 定出异型板的数量及规格, 门窗洞口四角泡沫陶瓷板不得拼接, 必须用整板切割成形, 板拼接缝至少离开角部200 mm。自下而上、水平粘贴保温板, 上下两排竖向错缝为板长的1/2, 错缝最小尺寸要大于200 mm。泡沫陶瓷保温板涂好粘结砂浆后以防止粘结砂浆失去粘结作用, 要立即按排版图位置将保温板粘贴在基层墙面上。粘贴保温板时均匀挤压, 且用靠尺随时检查泡沫陶瓷板平整度, 保证其平整度和粘贴牢固。保温板与保温板间缝隙均匀一致, 缝要挤紧。缝宽要符合设计及规范要求, 碰头缝处不抹粘贴砂浆, 若因切割不整齐形成超过1.5 mm的缝隙, 要用抗裂砂浆抹平。

3.4 安装固定件

固定件安装应至少在粘完板的7 d后再进行;固定件长度为板厚+50 mm。用电锤在保温板表面向内打孔, 孔径视固定件直径而定, 拧入固定件, 钉头和压盘应略低于板面。

3.5 粘贴耐碱网格布

根据墙面实际尺寸, 耐碱网格布需裁剪时应顺经纬向进行, 注意留出搭接宽度。耐碱网格布铺设时, 由中间向上下左右用抹子抹平, 在墙面阴阳角和门窗洞口部位要增铺一层网格布, 耐碱网格布的水平和垂直搭接宽度不得小于100 mm。耐碱网格布不得空鼓, 翘边, 必须与底层抗裂砂浆粘结牢固。

3.6 抹抗裂砂浆

抹面砂浆施工应分层进行, 每一遍厚度应控制在2 mm~3 mm。第一遍面层抗裂砂浆施工完并压入网格布后, 先用大杠刮平, 再用塑料抹子搓平, 待砂浆凝固至表面不沾手时, 开始第二遍面层抗裂砂浆施工, 厚度以覆盖网格布、微见网格布轮廓为宜。要控制面层抗裂砂浆的总厚度, 防止厚度太大开裂。抗裂砂浆的施工自然断开处, 要考虑到后续施工的搭接, 如抗裂砂浆面层施工遇到沉降缝、温度伸缩缝、阴阳角、飘窗、空调板等特殊部位, 施工不能连接进行需要断开处, 面层抗裂砂浆需与网格布、底层砂浆呈台阶形成接槎, 留槎间距大于150 mm, 避免网格布搭接处平整度超出规范允许偏差。

4 关键过程的对策

1) 弹线控制。根据建筑立面设计和外墙保温系统的技术要求, 在墙面弹出外门窗水平、垂直及伸缩缝、装饰缝线, 按保温板规格弹出每一块板的线。在建筑物外墙阴阳角及其他必要处挂出垂直基准控制线, 每个楼层适当位置挂水平线, 以控制保温板粘贴的垂直度和平整度。

2) 门窗周围耐碱网格布的粘贴。第一遍抹灰聚合物砂浆面积应稍大于网格布, 厚度宜为2 mm~3 mm, 将网格布立即压入、抹平压光。网格搭接宽度宜为100 mm, 严禁干搭接, 铺贴要平, 要平整, 不得有空鼓、外露, 阴、阳角网格布搭接两边各不小于200 mm。外窗侧面贴好翻包网格布后, 要在侧壁四面转角部位斜45°补贴加强网, 以抵消温差应力引起的窗角斜裂缝。面层砂浆达到规定的强度后再施工面层, 否则易引起内层胀裂。

3) 锚固件固定安装。在已安装好的保温板上标出锚钉的位置, 用冲击钻开孔, 墙内的锚钉用钢丝与钢筋固定, 锚钉规格及安装数量要符合要求。锚固件宜呈梅花形状布置, 锚栓进入混凝土基层的有效锚固深度应不小于30 mm, 进入其他墙体基层的有效锚固深度不小于50 mm。锚固件的个数在抗震设防烈度为8度的地区, 每平方米不少于5个;抗震设防烈度小于8度的地区, 建筑高度80 m以下的, 每平方米不少于4个;80 m以上的每平方米不少于5个 (单个锚栓抗拉承载力标准值混凝土墙体≥0.80 k N、加气混凝土砌体≥0.30 k N、砖砌体≥0.50 k N) 。

4) 板与板间的接缝。板缝隙不大于2 mm, 用直尺配合切板。自上而下水平排版, 上下错缝。门窗四角处不得拼接, 用整板成型, 转角处不得少于200 mm, 阴阳角错缝搭接。安装时先在板高低槽口立面及平面处粘双面胶带, 也将安装的保温板在对应部位粘贴双面胶带, 然后进行拼装, 让相邻板粘贴紧密。

5 质量验收

1) 泡沫陶瓷板外墙保温工程安装的锚固件位置、数量, 锚固件的拉拔、锚固件和增强网的连接, 要按相应设计和验收规范要求一一检查。2) 各构造层之间的粘结必须牢固, 粘结强度应符合设计要求, 无空鼓、裂缝。泡沫陶瓷板的粘结面积应不小于95%。3) 泡沫陶瓷板安装允许偏差 (mm) :表面平整、立面垂直阴、阳角垂直、阴阳角方正安装允许偏差均为3 mm, 接槎高差安装允许偏差为1 mm。

6 应注意的安全和环保问题

1) 现场应建立防火制度, 消防设施齐全, 杜绝火灾发生, 保温板等材料应有专人保存管理。2) 高空作业要采取安全防护措施, 防止人、物高空坠落。3) 保温板碎片应及时清理, 以免碎片飞扬或者污染构件。工完场清。4) 运输水泥砂浆、抗裂砂浆、保温板材料供方进行扬尘控制, 要求对运输车辆进行检查, 杜绝由于车辆原因引起的遗撒, 对车厢进行蒙盖。阴雨天设置专人对出场车辆进行检查, 对携带污染物的车轮进行冲洗, 并及时清理路面污染物。运输的车辆在出入口设置车辆清洗处, 并设置沉淀池。

7 结语

泡沫陶瓷板外墙外保温系统由粘结砂浆、泡沫陶瓷板、抹面砂浆、增强网、锚栓、墙面涂料构成。泡沫陶瓷板外墙外保温体系是在外墙基层墙体上挂好控制线, 用粘结砂浆把保温板粘结在建筑物外墙上, 并采用锚栓固定, 利用泡沫陶瓷保温板的保温性能最终达到建筑物保温节能目的的工艺。在科技高速发展的今天, 建筑节能环保材料进入了更快的发展阶段, 泡沫陶瓷外墙保温体系满足国家关于建筑节能工程的有关要求, 符合环境保护的相关政策, 有利于推进可再生能源与建筑结合配套技术规模化应用, 符合国家能源结构转型的政策方向, 如进一步推广应用则其经济效益、社会效益 (包括环保效益、节能效益) 将更加显著, 具有广阔的应用前景。

参考文献

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泡沫陶瓷外墙保温体系及施工工艺 篇2

泡沫陶瓷保温板是采用陶瓷陶土尾矿、陶瓷碎片、掺加料等作为主要原料, 采用先进的生产工艺和发泡技术, 经过高温1 100℃左右焙烧而成的高气孔率的闭孔陶瓷材料制成的A级防火保温材料。泡沫陶瓷薄抹灰外墙外保温系统 (以下简称泡沫陶瓷薄抹灰系统) 由三层组成, 建筑墙体由内到外分别为泡沫陶瓷保温材料层、薄抹面层和饰面涂层。

二、泡沫陶瓷外墙保温系统施工步骤

泡沫陶瓷外墙保温系统施工步骤如图1所示。

三、泡沫陶瓷外墙保温体系施工工艺分析

1. 基层处理

建筑基层墙体的处理要求有:

(1) 建筑外墙基层应整洁、无油污、无凸起、无空鼓等; (2) 外门窗洞口在建筑外保温施工前应通过验收, 建筑外墙预埋件应安装完毕; (3) 施工前一日应浇水充分湿润基层墙体, 粘帖前确认体上无液态水, 清除保温板表面浮灰、松散砂粒等; (4) 基层墙体的平整度应符合现行《建筑工程施工质量验收统一标准》 (GB50300) 要求。不符合要求时, 用砂浆找平。

2. 粘结砂浆

(1) 粘结砂浆分类

建筑外墙保温施工中, 需要采用粘结剂将泡沫陶瓷保温板固定于建筑外墙。建筑保温采用粘结剂通常是粘结砂浆, 常用粘结砂浆有两种类型, 一种为液体状胶粘剂。进行外墙保温时, 只需再掺入适量的粉料和水, 就可以用于粘贴泡沫陶瓷板;另一种为干粉状胶粘剂。这些干粉状胶粘剂在生产过程中已经将各种成分预先混合好。施工过程中, 只需要加入适量的水, 搅拌均匀就可以使用。

粘结砂浆的主要技术性能应符合表1规定。

(2) 双组分聚合物砂浆

双组分聚合物砂浆是液体状粘结剂, 保温层施工时需要在液体状粘结剂中加入砂子水泥等。这种粘结砂浆, 由于掺入的沙子水泥的量难以控制, 因此粘结效果差, 施工质量难以控制。

(3) 单组分干粉状胶粘剂 (干拌砂浆)

干粉状粘结剂是单组分干粉状胶粘剂。这种干粉状粘结砂浆在生产过程中已经预先掺混了各种粉料。建筑外墙保温施工时, 需要向粉状胶黏剂中加入适量的水, 搅拌均匀后就可以使用。这种形式的胶粘剂, 可以提高施工的效率, 提高施工质量。由于其方便耐用等优势, 目前在我国建筑外墙保温系统施工中应用十分广泛。

干粉状胶粘剂需要具备长的操作时间。粘结剂的可操作时间越长, 就越适宜于在外保温系统施工中应用。

(4) 施工中需要注意的问题

粘结砂浆性能好坏取决于是否按照使用说明进行配置。工程施工中, 经常发生投加其他粉料或者水, 这就导致粘结砂浆性能变差。故此, 就要求保温层施工中, 严格按照使用说明进行配置, 加入适量的水, 搅拌均匀。另外, 粘结砂浆配置完成后, 不同产品有不同的可操作时间。也就是要求配置粘结砂浆要适量, 避免浪费。超过粘结砂浆的可操作时间, 粘结砂浆的性能会变差, 这就要求粘结砂浆合理适量配制。而且在可操作时间内, 要具备全部用完配制的粘结砂浆。

3. 界面剂

(1) 界面剂

据实验数据显示, 没有使用界面剂的系统粘结强度在0.05 MPa左右。使用了界面剂的系统, 全部在挤塑板上破坏, 粘接强度在0.3 MPa以上。

(2) 常用界面剂的选用

1) 涂刷环氧类胶浆界面剂, 由于涂刷后表面光洁, 泡沫陶瓷板与粘结砂浆不能很好的粘结, 效果不好。

2) 涂刷双组分的界面剂, 泡沫陶瓷板与粘结砂浆粘结良好, 而且该种方法成本较低, 使用广泛。

(3) 界面剂涂刷

界面剂施工方法常见有两种。其一是毛拉法, 也就是用刷子将界面剂涂刷在泡沫陶瓷板上。其二是直接涂敷法, 也就是将界面处理剂胶浆均匀涂抹在泡沫陶瓷板表面, 施工厚度为1 mm左右。在界面处理剂未干前, 直接抹粘结剂, 将界面处理剂和粘结砂浆都抹在泡沫陶瓷板上。

(4) 注意问题

1) 施工环境温度应>5℃, 环境温度低于冰点温度时, 需采用低温界面剂;2) 阴雨天不能进行施工;3) 界面剂存放不可超过2 h。

4. 泡沫陶瓷保温层施工

(1) 粘贴泡沫陶瓷板

1) 泡沫陶瓷板的宽度不宜大于1 200 mm, 高度不宜大于600 mm。2) 通过挂线保证泡沫陶瓷板的垂直度和整齐度。3) 在建筑外墙上弹线, 并预留出变形缝位置。4) 泡沫陶瓷板应自下而上、错缝粘贴。

(2) 泡沫陶瓷板粘贴方法

泡沫陶瓷板黏贴方法包括条粘法和点框法, 分别如图2、图3所示。

(3) 施工注意事项

1) 施工环境温度应>5℃, 冬季不宜施工。2) 建筑外墙面含水量不能过大, 也不宜过小。3) 按压泡沫陶瓷板面应轻柔, 压紧、牢固。4) 施工过程中需注意平整度、垂直度。5) 粘贴泡沫陶瓷板过程中, 挤压出的粘胶必须立即刮掉。6) 泡沫陶瓷板黏贴需交错排列, 转角处需相互搭接。7) 建筑门窗洞口粘贴泡沫陶瓷板不得有板缝。8) 粘贴过程中需要预留伸缩缝。

5. 抹面层

抹面层就是用抹面胶浆进行抹面, 增强外墙外保温系统的机械强度, 延长它的使用寿命。抹面胶浆常采用聚合物浆, 聚合物浆组成主要包括由无机胶凝材料 (或水泥) 、高分子聚合物等材料。

(1) 抹面层的要求

1) 柔韧性;2) 抗冲击性;3) 防水透气性;4) 可粘结性;5) 可施工性。

(2) 抹面胶浆施工

施工时, 将抹面胶浆均匀地涂抹到泡沫陶瓷保温层上, 涂抹厚度为约3 mm。涂抹完后, 在其具有良好可操作性的时间内, 及时地把耐碱玻璃纤维网格布压入抹面胶浆中, 并把从挤出的抹面胶浆抹平。

(3) 施工注意事项

1) 泡沫陶瓷板粘贴完毕24 h后, 表面整洁、干燥, 适宜进行涂抹抹面胶浆。2) 施工温度不低于5℃, 风力应小于5级。3) 应保证泡沫陶瓷层的平整度。4) 应根据不同情况, 控制抹面胶浆层的厚度。5) 抹面胶浆施工断开处, 后续施工需搭接。

6. 耐碱玻璃纤维网格布

(1) 耐碱玻璃纤维网格布性能要求

玻璃纤维网格布主要包括无碱玻璃纤维网格布、中碱玻璃纤维网格布、耐碱玻璃纤维网格布。它们的主要区别在于含胶量、断裂强度和断裂伸长。网格布表面涂覆材料、涂覆方式、涂覆量对玻璃纤维网格布的耐碱性具有重要影响。由于建筑采用的水泥碱性较强, 他对玻璃纤维网格布的耐碱强度保留率和断裂强度影响很大。对玻璃纤维网格布表面进行涂覆高分子材料。只要能够使高分子材料涂覆量达到标准含量, 耐碱玻璃纤维网格布的柔韧性能和耐碱性能就可以得到明显提高。

实践证明, 选用网眼尺寸为4×4 mm的玻纤网, 有利于提高与抹面胶浆层的结合力, 在涂料饰面和面砖饰面层中均可使用。

(2) 耐碱玻璃纤维网格布施工

1) 耐碱玻璃纤维网格布两片接头处均须采用搭接, 不能对接, 搭接宽度为不小于100 mm。2) 耐碱玻璃纤维网格布不能采用干搭接, 必须嵌在抹面胶浆中。3) 及时对新施工的建筑抗裂防护面层加以保护, 防止雨淋。4) 门窗洞口部位应加强。5) 抗裂防护层施工完毕后, 需要养护时间不得短于一天, 冬季养护时间还需延长。

7. 饰面层的施工

饰面层是外保温系统的最外层。可以是涂料饰面, 也可以是面砖饰面。外墙饰面砖日久空鼓、脱落现象还是时有发生, 特别是在墙体保温层上。由于外保温系统的机械性能远低于建筑墙体结构, 因此外保温系统饰面层不适合采用饰面砖。应优先选用轻质饰面材料, 例如防水涂料、饰面砂浆等经常采用。

四、结语

泡沫陶瓷保温板 篇3

关键词：建筑模网,秸秆泡沫混凝土,保温板,性能

建筑模网技术由法国杜朗夫妇发明,国内于1998年3月引进此技术[1,2],现已自主开发生产出形式更为多样化、应用范围更为广泛的模网网片80余种。

建筑模网技术的发展和应用顺应了我国墙体材料改革的需要。该技术实际应用时,在模网内浇筑混凝土形成现浇混凝土墙体[1],同时可在外侧的模网上整合保温材料,成为集承重和外保温于一体的复合模网混凝土墙体[3],能有效解决普通保温板材整体性差、自重大、制造工艺繁琐、生产综合成本高等问题[4,5,6]。但若墙体采用建筑模网混凝土,而屋面仍采用传统钢筋混凝土,会导致屋面板支模和钢筋绑扎困难、墙体与屋面板不能一次浇筑完成,且因墙体与屋面板间存在热桥,也会使整个建筑的保温节能效果受到影响,所以屋面也应同时使用该技术。

本文从复合材料和组合结构的基本理念出发,以建筑模网与轻钢龙骨构架为结构体、内部秸秆泡沫混凝土作为保温体,成功完成保温体的浇筑,制得具有夹层结构的模网多元泡沫屋面专用保温板,该保温板质量均匀、成型密实、性能优良。

1 原材料

1.1 模网

建筑模网是由镀锌钢带经特殊冲切、扩张拉制而成,具有鱼刺型丝梗、规则排列网孔、V型加强筋沟以及很强的刚性骨力和强度。试验采用的建筑模网的型号和规格,见表1;实物照片见图1;纵、横向抗拉承载力试验测试结果,见表2。

1.2 龙骨

在结构体中,龙骨是主要的承载部件,龙骨力学性能对整个模网构架性能起决定性作用。龙骨不仅需要承受外部及自身荷载,还要支持结构体自身的稳定性。本实验采用的轻钢龙骨,厚度0.4 mm、腹板高60mm,实物图及横截面规格,见图2、3。

1.3 秸秆泡沫混凝土保温体

泡沫混凝土是一种内部含有大量细小、封闭、均匀分布气孔的多孔性材料,具有轻质高强、隔热保温、防火隔音、抗水减震、价格低廉,施工过程中可泵性好,防水能力强等优点[7]。在泡沫混凝土中加入农作物秸秆纤维,既可以大量消耗农业废弃物,又可以通过稳定料浆、改善收缩、降低吸水等效应起到稳泡增韧的作用,大大改善了泡沫混凝土的综合性能[8,9]。秸秆泡沫混凝土保温体的基础配方,见表3。

本实验中秸秆纤维采用的是天然农作物秸秆,经粉碎、筛选、预处理、干燥等步骤制备而得,长度为5～20 mm,长径比为50～150。制得的秸秆泡沫混凝土保温体密度约500 kg/m3,28 d强度为3.3 MPa,导热系数为0.115 8 W/(m·K)。

2 组合保温板制作及其性能试验

2.1 制作工艺流程

材料准备→龙骨预加工及固定→模网安装→秸秆泡沫混凝土浇筑→养护。

1)模网-龙骨结构体

模网构架由RLAG9040型模板网与腹高为60mm的轻钢龙骨组成,采用机械铆固连接。组装整体构架之前,先对龙骨进行预加工,即在龙骨腹板及翼缘上留置预留孔,然后将横向龙骨依次套在竖向龙骨上组装成龙骨骨架。模网网片采用铆钉机械锚固在龙骨骨架上,锚固点为横向、竖向龙骨上形成的十字形节点。每个模网构架共有40个锚固点,模网构架侧向留有8个注料口,填满料后用长度为1.2 m的龙骨封装。结构体示意图及实物图,见图4、5。

2)建筑模网-龙骨-秸秆泡沫混凝土组合体

将拌和好的秸秆泡沫混凝土从结构体的注料口浇筑到模网间形成的空间,利用模网渗滤效应达到自密实[1,2],无需振捣,浇筑后刮平外表面即可。这种组合保温板的实物照片,见图6。秸秆泡沫混凝土与模网-龙骨结构体紧密结合,就形成了整体连续的保温层,有效地阻断热桥。

注意事项:1)秸秆泡沫混凝土浆料的流动度应控制好,流动度过大,容易造成漏浆,则建筑模网无法作为天然模板,需要附加其他模板;2)模网-秸秆泡沫混凝土组合体需要在温度20±2℃、湿度95%条件下进行养护,在水热共同作用下,表面模网及龙骨极易发生锈蚀现象,导致结构体的力学性能下降,因此,要特别注意结构体的防锈处理。

2.2 性能试验

1)平压试验

采用YE-150型液压式万能试验机进行,加载速率为0.05～0.10 MPa/s,直至试件破坏,记录最大破坏荷载。试件规格为300 mm×300 mm×60 mm,3块为一组,制作方法同标准板。测试结果见表4。

2)热工性能试验

采用沈阳紫微恒机电设备有限公司DRY-600型导热系数测试仪进行,试件规格为300 mm×300 mm×70 mm,制作方法同标准板。测试结果见表5。

3)综合性能对比

泡沫混凝土保温体、结构体、组合体各项性能对比,见表6。

如表6所示,模网-龙骨-秸秆泡沫混凝土组合体平压强度平均值为0.85 MPa,而模网-龙骨结构体的平压强度平均值仅为0.068 MPa。泡沫混凝土保温体的抗压强度约为3.3 MPa,对模网构架起到了支撑作用,大大提高了组合体的力学性能。此外,组合体的导热系数为0.140 7 W/(m·K),略大于保温体的导热系数0.115 8 W/(m·K),但仍能满足节能指标的要求。出现此现象的原因是金属质的结构体降低了体系的保温隔热性能,可通过进一步降低保温体密度来提高其保温性能。

3 建筑模网-秸秆泡沫混凝土组合保温板在保温屋面中的应用

建筑模网-秸秆泡沫混凝土组合保温板的施工,参照由中石化集团发布的企业标准FCC/TS 06.11—60《屋面板状材料保温层通用工程施工工艺》进行。

3.1 施工工艺流程

基层清理→铺设保温层→抹找平层。

3.2 施工要点

1)清理基层:将预制或现浇混凝土基层表面的尘土、杂物等清理干净,使其表面平整、干燥。

2)铺设保温层:直接在结构层或隔汽层上铺设组合保温板,应紧贴基层、铺平垫稳、拼缝严密、找坡正确。分层铺设时,上、下两层板块接缝应相互错开,板间的缝隙应用保温砂浆勾缝抹平。保温砂浆配合比一般为水泥∶石灰∶同类保温材料碎粒(体积比)=1∶1∶10。保温砂浆中的熟石灰必须经熟化15 h以上,严禁含有未熟化的颗粒。保温层厚度的允许偏差为±5%,且不得大于4 mm。保温层的施工质量检验,按屋面面积每100 m2抽查1处,每处10m2,且不得少于3处。在已经铺好的松散保温层上行走、推小车,必须铺垫脚手板。

胶粘剂应根据保温材料的性能选用。用沥青胶结材料粘贴时,板状材料相互之间和基层之间,均应满涂热沥青胶结材料,以便相互粘贴牢固,热沥青的温度为160～200℃。用砂浆铺贴板状保温材料时,一般可用1∶2(体积比)水泥砂浆粘贴,板件裂缝应用水泥或保温砂浆填实并勾缝。

屋面保温层在檐口、天沟处,宜延伸到外坡外侧,或按设计要求施工;排气管和构筑物穿过保温层的管壁周边和构筑物的四周,应预留排气口;女儿墙根部与保温层间应设置温度缝,缝宽以15～20 mm为宜,并应贯通到结构基层。

3)抹找平层:保温层施工并验收合格后,应立即铺抹水泥砂浆找平层,以减少受潮和进水。在雨季施工,应及时采取覆盖保护措施。若使用复合夹芯保温板,此工序可省去。

4 结语

1)往泡沫混凝土中添加秸秆纤维,可以大量消耗农业废弃物,同时改善泡沫混凝土的综合性能。

2)在模网-秸秆泡沫混凝土组合体系中,组合体的平压强度是结构体的12.5倍,在结构体中填充泡沫混凝土保温体,可显著增加其力学性能、提高其结构稳定性。

3)建筑模网-秸秆泡沫混凝土组合保温板制作工艺简单,可工厂化批量生产。该保温板结构合理,组成作用明确,保温节能效果好,成本低廉,可用于有保温需求的屋面体系中。

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[8]王立久,姜欢.轻质水泥基稻草纤维泡沫墙体材料的研究[J].新型建筑材料,2008(7):1-3.

泡沫陶瓷保温板 篇4

GPES保温板是由多种高分子聚合物与改性纳米石墨颗粒混炼,高压注入超临界二氧化碳流体,经低温高压释放压制成型的新型高效保温材料,具有低导热系数、低吸水率、优异的尺寸稳定性和力学性能等特点。由于GPES为完全闭孔结构,表面光滑呈高疏水性,与砂浆的粘结强度较低,容易出现保温板脱落、粘结不牢等现象。常用于保温板界面处理的纯丙烯酸乳液和通用型的界面剂,能在一定程度上改善GPES保温板与砂浆的粘结效果,但效果并不很理想。为更好地发挥GPES保温板的使用效果,根据GPES保温板表面特征,研制出GPES保温板专用界面剂。GPES保温板经专用界面剂处理后,具有更加优异的附着力、耐水性和耐冻融性,与砂浆的拉伸粘结强度大幅提高,满足GPES硬质泡沫复合塑料保温板外墙外保温系统的整体要求。本文采用预乳化半连续种子乳液聚合方法制备GPES保温板专用界面剂。

1 GPES保温板

GPES泡沫保温材料不采用四氟乙烷、戊烷以及氟利昂等发泡剂,而是采用含二氧化碳的复合发泡剂超临界流体发泡、改性材料及多种高分子聚合物与连续颗粒级配的纳米材料混炼而成,见图1。

与现有的保温板相比,该新型GPES保温板具有导热系数更低,能够长期稳定在0.026 W/(m·K)以下,密度小于36kg/m3。具有较高的压缩强度、抗拉强度、吸水率小、抗湿性好、尺寸稳定性好等特点,燃烧性能为B级,同样节能标准下,其厚度可比EPS板、XPS板薄30%左右,与聚氨酯保温板相当,同时具备经济性,价格仅为聚氨酯保温板的1/3。

2 实验

2.1 原材料

丙烯酸异辛酯(2-EHA)、苯乙烯(St),工业级,上海新大化工厂;甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA),化学纯,上海高桥丙烯酸厂;过硫酸铵(APS)、辛基苯酚聚氧乙烯醚(OP-10),工业级,北京化学试剂公司;硅烷偶联剂(A-174、A-151),工业级,南京曙光化工集团;去离子水,工业级;GPES保温板,光面,表观密度32 kg/m3,厚50 mm;粘结砂浆、抹面砂浆,自制。

2.2 GPES保温板

垂直板面抗拉强度是衡量保温板力学性能的主要指标,是保证建筑外保温工程正常使用功能的必要条件之一。GPES保温板陈化28 d后按照GB/T 30595—2014《挤塑聚苯板(XPS)薄抹灰外墙外保温系统材料》进行垂直于板面方向的抗拉强度测试。带表皮和不带表皮保温板测试结果分别为0.61 MPa和0.64 MPa,说明板材本身抗拉性能十分优异。考虑到GPES保温板表面光滑,且呈高疏水性,在实际采用砂浆粘结时会存在界面结合不牢等问题。因此,研制GPES保温板专用界面剂非常必要。

2.3 界面剂的合成

按比例将部分单体、乳化剂和水混合搅拌预乳化0.5 h备用。将剩余复合乳化剂和单体、水依次加入反应容器中,温度控制在70℃左右,搅拌速度为220 r/min。待反应一段时间,同时缓慢滴加上述预乳化液和引发剂,当预乳化液剩下1/3时开始滴加硅烷偶联剂单体,滴加结束后补加引发剂,3 h滴加完毕,再保温1 h,待降至室温,用滤网过滤后得到乳液。界面剂的合成配方见表1。

3 结果与讨论

3.1 软硬单体选择与配比

本实验硬单体选择苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯,软单体选择丙烯酸异辛酯。乳液的玻璃化温度的调整是通过在配方中调整软硬单体的比例,设定乳液的玻璃化温度[1]为18℃。参考半经验Fox公式[2]和前期实验结果,把硬单体MMA与St的质量比设为1∶2,通过调整软硬单体的比例,考察其对粘结强度的影响。测试结果见表2。

由表2可见,软硬单体质量比为50∶50时,拉伸粘结原强度和耐水拉伸粘结强度最高,且破坏断面在GPES保温板内。因此,软硬单体合适的配比为:m(2-EHA)∶m(MMA)∶m(St)=50∶16.7∶33.3。

3.2 交联单体丙烯酸对粘结强度的影响

丙烯酸聚合反应时可以使聚合物链产生交联,形成网状结构,增强界面剂的刚性。在成膜时极性基团与GPES板表面的极性基团相互作用,增强界面剂的附着力。本文研究了丙烯酸用量对GPES保温板与砂浆的粘结强度的影响,结果表明,当丙烯酸用量为单体总量的1.5%时,拉伸粘结原强度和耐水拉伸粘结强度均最高,AA用量继续增大,强度反而会降低。这可能与丙烯酸量的增加使得反应体系黏度增大,影响体系转化率有关。因此,选择丙烯酸用量为1.5%。

3.3 硅烷偶联剂对耐水粘结强度的影响

硅烷偶联剂的不饱和双键在引发剂的作用下与丙烯酸酯类不饱和双键聚合[3],另一端Si—O长键则伸展到乳液表面形成紧密的交联结构,水分子很难渗透到聚合物内部,可以显著改善界面剂的耐水性。因此,重点考察硅烷偶联剂总量和m(A-151)∶m(A-174)配比对耐水拉伸粘结强度的影响,结果见图2。

从图2可以看出,A-174比例的增加可以提高界面剂的耐水性和粘结强度,当m(A-151)∶m(A-174)=1∶2时,耐水拉伸粘结强度明显高于其它2个配比,且当硅烷偶联剂总量为4%时,耐水拉伸粘结强度最大。因此选择硅烷偶联剂总量为4%,m(A-151)∶m(A-174)=1∶2。

3.4 与粘结砂浆拉伸粘结强度

按上述配方制得的界面剂稳定性良好。在相同条件下,将专用界面剂、纯丙烯酸乳液和通用型界面剂分别用于GPES保温板,测试其与粘结砂浆的拉伸粘结强度(见表3)。

由表3可见,使用纯丙烯酸乳液的试样粘结强度不能符合GB/T 30595—2014要求,且试样均在界面处破坏;采用通用型界面剂的试样刚能符合GB/T 30595—2014要求。采用专用界面剂的试样28 d拉伸粘结原强度为0.64 MPa,已达到板材本身的垂直板面抗拉强度,耐水48 h粘结强度更是达到0.50 MPa以上,且所有试样均在GPES板内破坏,具有很高的工程应用价值。

3.5 与抹面砂浆拉伸粘结强度

在相同条件下,将上述3种界面剂分别用于GPES保温板界面处理,测试与抹面砂浆的拉伸粘结强度(见表4)。

由表4可见,采用专用界面剂的GPES保温板与抹面砂浆28 d拉伸粘结原强度分别比采用纯丙烯酸乳液和通用型界面剂的高218%、133%,其耐水、耐冻融拉伸粘结强度更是提高2~4倍。表明采用专用界面剂可以使GPES保温板外墙外保温系统更安全。

4 结语

根据高效保温材料GPES保温板的特点,采用预乳化半连续种子乳液聚合方法合成了一种有机硅改性丙烯酸乳液型专用界面剂,软硬单体比例为:m(2-EHA)∶m(MMA)∶m(St)=50∶16.7∶33.3,丙烯酸用量为单体总质量的1.5%,硅烷偶联剂用量为4%,m(A-151)∶m(A-174)=1∶2。经该界面剂处理的GPES保温板与砂浆拉伸粘结原强度可达0.60 MPa以上,耐水、耐冻融拉伸粘结强度均能达到0.50 MPa,均优于GB/T30595—2014的要求,该专用界面剂能够显著提高GPES保温板与砂浆的界面结合强度,在GPES保温板外墙外保温系统中可以取消部分锚栓,减少施工工序,降低工程造价,具有很高的工程应用价值和推广应用前景。

摘要：采用预乳化半连续种子乳液聚合方法合成了GPES保温板专用界面剂有机硅改性丙烯酸乳液。通过引入丙烯酸异辛酯(2-EHA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(St)和功能性单体丙烯酸(AA)和硅烷偶联剂(A-174、A-151),提高GPES保温板的粘结强度。研究了软硬单体比例、丙烯酸用量、硅烷偶联剂用量及配比对粘结强度的影响。测试结果表明,合成的专用界面剂能显著提高GPES保温板与砂浆的拉伸粘结强度。

关键词：GPES保温板,界面剂,有机硅改性丙烯酸乳液,粘结强度

参考文献

[1]邓惠萍,候友军,曾幸荣.乙烯基有机硅乳液的合成研究[J].化学与黏合,2006,28(3):149-152.

[2]HE WEI-Dong.PAN CAI-YUAN.Influence of reaction between Second monomer and vinyl group of seed Polysiloxane on seeded emulsion Polymerization[J].Journal of APPlied Polymer Seienee,2001,80(14):2752-2758.

泡沫陶瓷的制备方法及应用 篇5

泡沫陶瓷是一种造型上象泡沫状的多孔陶瓷,它是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后发展起来的第三代多孔陶瓷制品[1,2]。这种高技术陶瓷具有三维连通孔道,同时对其形状、孔尺寸、渗透性、表面积及化学性能均可进行适度调整变化,制品就像是“被钢化了的泡沫塑料”或“被瓷化了的海绵体”[3]。作为一种新型的无机非金属过滤材料,泡沫陶瓷具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性等优点。与传统的过滤器如陶瓷颗粒烧结体,玻璃纤维布相比,不仅制备工艺简单,节约能源,成本低,而且过滤效果较好。泡沫陶瓷可以广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域。近年来,泡沫陶瓷的应用领域又扩展到航空领域、电子领域、医用材料领域及生物化学等领域[4]。

日本、德国及美国等工业发达国家早在20世纪70年代就已经开始了泡沫陶瓷的研制工作,并相继在汽车尾气、冶金工业熔融金属夹杂质过滤及催化剂载体等方面获得了应用,取得了非常好的效益。我国也在20世纪80年代中期开始了泡沫陶瓷的研制工作,先后有近几十家科研机构采用多种制备工艺对泡沫陶瓷的制备进行了探索研究,研制的泡沫陶瓷在高温熔融金属、汽车尾气净化等领域达到了实用化技术水平[5]。但是从总体上看,我国研制的泡沫陶瓷制品的种类和质量与发达国家相比仍有相当大的差距。

本文主要介绍了泡沫陶瓷的制备方法,以及不同制备方法泡沫陶瓷材料的特点,并列举了泡沫陶瓷在过滤器、催化剂载体、节能隔热材料、吸声材料和生物材料等方面的应用。最后指出了当前泡沫陶瓷的研究热点和今后发展需要解决的问题。

1 泡沫陶瓷的制备工艺

1.1 传统的制备工艺

泡沫陶瓷的制备工艺很多,其中应用比较成功且开发年代较早的有:添加造孔剂工艺、发泡工艺、有机前驱体浸渍工艺、Sol-Gel工艺、固态颗粒烧结工艺等[6]。

1.1.1 添加造孔剂工艺

此工艺是通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中,占据一定的空间,然后经过烧结,造孔剂离开基体而形成气孔来制备泡沫陶瓷[7]。造孔剂颗粒的形状和大小决定了泡沫陶瓷材料气孔的形状和大小。其成形方法主要有模压、挤压、等静压、注射和粉料浇注等。该工艺可制成形状复杂及各种气孔结构的泡沫陶瓷制品,但缺点是气孔尺寸分布的可控性差、气孔率低。

1.1.2 有机前驱体浸渍工艺

目前泡沫陶瓷最理想的制备方法是有机前驱体浸渍法,用此种成形方法制备的泡沫陶瓷己在多个领域获得大量应用。该方法通过控制浆料性能,优化无机粘结剂体系,严格控制浆料浸渍工艺过程,可以制备高性能的泡沫陶瓷制品。但是有机前驱体浸渍法工艺存在一个明显的缺陷,即制品的孔隙结构尤其是孔径取决于所选有机泡沫体的孔隙结构和孔径大小。而目前所供选用的有机泡沫体的网眼尺寸是有限的,这在一定程度上制约了所得泡沫陶瓷材料的孔径和结构[8]。该工艺能制备出高强度、高气孔率的制品,但不能制造小孔径闭气孔制品,而且形状受限制,密度不易控制。为保证制品质量,选用泡沫的的气化温度要低于陶瓷体的烧结温度,而且不会污染陶瓷体。泡沫要有一定的亲水性和足够的回弹性,能与陶瓷浆料紧密结合,能保证多余的浆料挤出后还能恢复原来的形状[9]。

1.1.3 发泡工艺

该工艺是在陶瓷组分中加入有机或无机化学物质,通过化学反应等产生挥发气体,干燥后烧制成多孔陶瓷体。用作发泡的化学物质主要有:碳化钙、氢氧化钙、铝粉、硫酸铝、双氧水;由亲水性聚氨酯塑料和陶瓷浆料同时发泡制作泡沫陶瓷;用硫化物和硫酸盐混合发泡剂等[10]。采用发泡工艺制作泡沫陶瓷的优点是容易控制制品的形状、成分和密度,特别是适合于闭气孔陶瓷材料的制造,但是此方法成型泡沫陶瓷工艺较复杂,不易控制,且制备的泡沫陶瓷易出现粉化剥落现象并含有大量闭气孔,因而在实际制备中较少被采用。

1.1.4 溶胶-凝胶工艺

溶胶-凝胶法主要用来制备孔径在纳米级的微孔陶瓷材料。同时该方法经改进后也可以制备高规整度泡沫陶瓷材料。运用溶胶凝胶技术制备泡沫材料,在溶胶向凝胶的转化过程中,体系的粘度迅速增加,从而稳定了前期产生的气泡,有利于发泡[11]。该工艺与其他工艺相比有其独特之处,它可以制备孔径在纳米级、气孔分布均匀的泡沫陶瓷薄膜,但该工艺的缺点是制品形状受到一定限制。

1.1.5 固相烧结工艺[12]

固相烧结工艺利用微细颗粒易于烧结的特点,在骨料中加入相同组分的微细颗粒,在一定的温度下微细颗粒通过蒸发和迁移,在大颗粒连接部烧结,从而将大颗粒连接起来。由于每一粒骨料仅在几个点上与其他颗粒发生连接,因而在烧结体中形成大量的三维贯通孔道。

1.1.6 挤出成型工艺

挤出成型工艺是制造具有蜂窝状多孔陶瓷(即蜂窝陶瓷)的最普遍采用的方法之一。该工艺的流程为:原料合成→混练→挤出成型→干燥→烧成→成品。该工艺制成的多孔陶瓷体气孔尺寸、形状和孔隙率均匀,适宜批量生产,但难以制造小孔径制品是这项工艺的缺陷[13]。在在生产过程中,核心工序之一是挤出成型,同时挤出成型模具又是挤出成型的核心技术。该类工艺的优点在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计,其缺点是不能成形复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料,同时对挤出物料的塑性有较高要求[14]。

表1列出了几种工艺方法的特点及应用情况。

1.2 制备工艺的新进展

1.2.1 颗粒堆积成孔工艺

依靠粗颗粒堆积,颗粒结合部形成多孔结构。粗的颗粒靠细粒熔化粘合,也可以加入易熔的粘结剂结合。这种工艺可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制,制品的孔隙率一般为20%~30%左右,在原料中加入碳粉、木屑、淀粉等成孔剂,高温下使其挥发可将整体孔隙率提高至75%左右[16]。

1.2.2 冷冻干燥工艺

这种基于冷冻原理的独特的陶瓷制备工艺可以制备具有复杂孔结构的多孔陶瓷。其原理是在陶瓷料浆冷冻的同时,控制晶体冰单向生长,在低压条件下进行干燥处理,此时溶剂冰升华而排出,坯体中形成定向排布的孔结构,之后进行烧结。该工艺的特点是坯体烧成收缩小、烧成控制简单、孔结构可设计性强、制品机械强度相对较好。Takayukki Fukasawa等[17]以水为溶剂,制备出同时含有宏观气孔和微观气孔的复合孔结构氧化铝陶瓷,制备过程中对环境不产生污染,显示出良好的环境友好性。该工艺也可用于制备其他多孔材料,具有广阔的发展前景。

1.2.3 孔梯度制备方法[18]

孔梯度陶瓷是指孔径随厚度作有规律地缩小或增大的陶瓷材料,按孔的分布状况可分为连续孔梯度陶瓷和阶梯状孔梯度陶瓷。孔梯度多孔陶瓷的制备方法主要有致孔剂梯度排列法、有机前驱体浸渍法以及沉淀生成法等。致孔剂梯度排列法是将混有不同粒径致孔剂的骨料按致孔剂粒径从大到小的顺序一层一层的平铺在模具内,经过压制成型、干燥和烧成而制得孔梯度多孔陶瓷。有机前驱体浸渍法是将不同孔径的有机前驱体分别浸入陶瓷浆料中,然后按孔径从大到小的顺序叠放在一起,经干燥烧成即可得到孔梯度多孔陶瓷。沉淀生成法是将改性的不同粒度的致孔剂粉末置人同一陶瓷浆料中,会出现共同沉淀,由于不同粒度致孔剂的沉淀速率不同,可以获得不同粒度的致孔剂组分连续变化的沉积层,经干燥、成型、烧结即可获得具有孔梯度的多孔陶瓷。最近,出现了利用离心烧结技术制备孔梯度多孔陶瓷的报道它是利用离心力使孔梯度沿径向线性变化。

1.2.4 凝胶注模工艺

美国橡树岭国家实验室首次提出了凝胶注模工艺(Gel-Casting)[19],它是一种被广泛应用的新型成形方法。这种新的成形技术采用非孔模具,利用料浆内部或少量添加剂的化学反应使陶瓷料浆原位凝固形成坯体,获得具有良好微观均匀性和较高密度的素坯,从而显著提高材料的可靠性。Gel-Casting工艺可以使悬浮体泡沫化,而且能使液体泡沫原位聚合固化。作为制备多孔陶瓷的一种新方法,悬浮体泡沫化是最经济的,原位聚合固化所形成的素坯具有内部网状结构且强度较高。

1.2.5 自蔓延高温合成工艺

自蔓延高温合成(Self-propagating Hightemperature Synthesis,SHS)方法的概念是由前苏联科学家A.G.Mazhanov在1967年首先提出来的[20],SHS的本质是一种高放热无机化学反应,其基本反应过程是:向体系提供必要能量(点火),诱发体系局部产生化学反应,此后,这一化学反应过程在自身放出的高热量的支持下继续进行,最后将燃烧(反应)波蔓延到整个体系,从而制备出所需的陶瓷材料。材料的SHS技术以其高效、节能、经济和所得材料的良好性能特点而倍受瞩目。另外,SHS反应产物通常具有很高的孔隙率,用这一特点可用来制备具有多孔连续网络结构的陶瓷材料,通过添加造孔剂可进一步提高产物的连通开放孔隙率[21]。因为自蔓延反应速度很快,在如此短的反应时间内使产物达到完全烧结是比较困难的,自蔓延反应后的产物可以附加一个烧结进程,以进一步提高产物的强度[22]。

另外,还有诸如有机泡沫堆积法、水热-热静压工艺、微波加热工艺、分相滤出法、固-气共晶法、木材热解构架法等多种泡沫陶瓷的制备方法[23,25]。

2 泡沫陶瓷的应用

泡沫陶瓷在19世纪70年代发展初期,仅仅作为细菌过滤材料加以使用。随着制备技术的发展,人们控制材料多孔结构水平显著提高,同时各种新材质高性能泡沫陶瓷材料的不断出现极大地拓宽了多孔陶瓷地应用范围。

2.1 过滤器

泡沫陶瓷过滤器由于具有过滤面积大,热震稳定性好、化学稳定性高和良好的抗金属冲刷性能以及过滤效率好的特点,因此在金属熔体过滤净化技术中,作为一种新型高效过滤器,得到了人们的重视。目前,它们的应用扩大到包括熔模精密铸造、钢铸造工业及工业铸件等方面,以提高铸件的机械性能、降低铸件废品率、提高铸件工艺出品率、延长金属切削加工刀具寿命等。

2.2 催化剂载体

泡沫陶瓷具有良好的吸附能力和活性。被覆催化剂后,反应流体通过泡沫陶瓷孔道,将大大提高转化效率和反应速率。由于泡沫陶瓷具有比表面积高、热稳定性好、耐磨、不易中毒、低密度等特点,作为汽车尾气催化净化器载体已被广泛使用[26]。将泡沫陶瓷汽车尾气催化器安装在汽油车排气管中,可以使汽油车排出的CO、NO有害气体转化成CO2、H2O、N2,转化率可达90%以上;用在柴油车上,碳粒净化率在50%以上。当泡沫陶瓷滤芯积满碳粒时,可以采用催化氧化法或电控燃烧法再生,达到长期使用的目的。除了作催化剂载体外,它还可以作为其它功能性载体,例如药剂载体,微晶载体,气体储存等[27]。

2.3 节能隔热材料

在泡沫陶瓷中由于闭气孔的存在,降低了其放热效率,减少了热传播过程中的对流,使泡沫陶瓷具有热传导率低、抗热震性能优良等特性,是一种理想的耐热材料[28]。目前,世界上最好的隔热材料正是这类泡沫陶瓷材料,传统的窑炉和高温电炉的内衬就多为泡沫陶瓷。它还被广泛用于航天飞机的外壳隔热。泡沫陶瓷具有巨大的比表面积,在高温条件下,由于热交换面积大,可用作换热材料。如把泡沫陶瓷体放在加热炉烟道口,炉内高温气体可以通过泡沫陶瓷进入烟道,同时把陶瓷体加热到接近炉内温度。此时,泡沫陶瓷向炉内辐射热能,减少热能散失。据有关资料介绍,可节能30%。另外,作为核工业隔热材料使用,不会因为核辐射而降低隔热性能。总之,泡沫陶瓷做为隔热和换热材料,节能效果显著。

2.4 吸声材料

由于泡沫陶瓷从表面到内部具有的三维贯通的网状微孔结构,它可以使吸进的声波在孔隙中振动空气,从而与陶瓷体网络发生摩擦,通过粘滞作用使声波转变为热能而消耗,起到静音效果。泡沫陶瓷具有吸音的功能,可用于隧道、地铁、影剧院、录音室等需要静音的环境,以及高架桥、建筑施工现场、露天变压器等高噪音场合。由于此类陶瓷可耐气候变化,抗热、抗震和抗腐蚀,能忍受风吹、日晒、雨淋的侵蚀而不改变网状结构,同时,对其表面美化处理后不会影响其吸音效果,因而具有很好的应用前景。

2.5 生物材料

多孔羟基磷灰石生物陶瓷的研究和应用,在生物材料工程界引起极大关注。这是因为羟基磷灰石陶瓷与人体骨骼、牙齿无机质的成分的成分基本相同,将其植入人体后,无排斥反应,具有良好的生物活性和相容性。它能诱发新骨的生成,使人体保持正常的新陈代谢,是一种理想的人体骨替代材料。用添加增孔剂等制作泡沫陶瓷的方法,制备多孔羟基磷灰石生物陶瓷,利用其相互连通的孔隙有利于组织液的微循环,促进细胞的渗入和生长。国外利用泡沫生物陶瓷修复头盖骨、大腿骨、脊椎骨、人造齿根等临床实验均已获成功[29,30]。

2.6 燃烧器

泡沫陶瓷材料近来的又一个用途是作为多孔介质燃烧器[31]。具有良好热交换性的泡沫陶瓷材料可以降低火焰温度,惰性泡沫陶瓷表面内或在接近多孔陶瓷表面处进行预混合燃烧可以节省能量,能显著降低CO2和NO2的排放。同时该种燃烧器可以使用多种燃料,有广泛的适应性。

2.7 扩散、渗透和吸附方面的应用[32]

利用电渗透现象,可作为电解法生产双氧水的隔膜,提高电池寿命。应用泡沫陶瓷作一次电池、二次电池、碱性电池、熔盐电池和嫩料电池的隔膜,可以明显的提高电池的寿命。用微孔陶瓷可制作土壤盐分、水分测量传感器。利用泡沫陶瓷均匀分布的气孔,对气焊时回火的氧-乙炔混合可燃气体有阻燃止火作用,可作阻燃止火器。还可根据气孔对高速高能噪音阻滞、耗损作用制成泡沫陶瓷消声器。

除了上述用途之外,泡沫陶瓷还可以做成传感器,微孔膜[33],化工塔填料,布气材料,煤气灶节能燃烧板等。

3 问题及展望

泡沫陶瓷的研究与开发已经受到人们的普遍关注,许多应用在技术上已经成为可能。近年来随着泡沫陶瓷制备工艺和性能等各方面的进展,以及泡沫陶瓷在更广泛领域的应用,取得了巨大的经济和社会效益;同时,在航空航天、军事装备、金属陶瓷复合材料等新的应用领域,对泡沫陶瓷材料的需求更加迫切,并且对其性能提出了更高的要求。为了更好的利用泡沫陶瓷材料,存在的一些问题我们也绝对不能忽视。

首先,通过优化工艺配方和工艺过程,制备高孔隙率高强泡沫陶瓷材料,提高材料气孔均匀性。气孔率和孔径是泡沫陶瓷材料的主要微孔性能指标,在满足其它强度的情况下,适当提高材料的气孔率,可以大幅度提高材料的透气性能,降低单位面积材料的流体透过阻力,提高过滤效率。为此可以通过在泡沫陶瓷基体中引入陶瓷纤维,或通过采用编制陶瓷纤维利用化学气相沉积技术来制备高孔隙率、高强的陶瓷纤维复合泡沫陶瓷材料。

其次,应加强多功能性泡沫陶瓷复合材料的研究。现有的泡沫陶瓷材料功能单一,尤其用做过滤材料的泡沫陶瓷材料,其过滤机理基本以物理过滤为主,今后若能采用陶瓷材料复合技术或嫁接技术制备一些多功能性陶瓷材料,如采用纳米抗菌功能材料与微孔制备技术结合,研制开发具抗菌和净化功能的微孔陶瓷材料;采用陶瓷—金属复合技术,制备具有选择吸收、催化功能的泡沫陶瓷材料;采用无机和有机材料复合技术制备其他一些电传导膜、生物反应膜等,这对扩大泡沫陶瓷材料的应用范围有重要意义。

最后,应加大泡沫陶瓷材料的应用技术研究。目前国内从事泡沫陶瓷材料研究工作者大多数只注重于材料本身性能的研究,而缺乏对材料应用性能的研究。事实上,泡沫陶瓷的应用技术,包括过滤技术、材料的清洗再生技术、过滤系统的优化等是一门很深的学问,泡沫陶瓷材料推广应用一方面取决于材料本身优良的性能,而另一方面更大程度取决于材料应用技术水平的提高。因此,要提高我国的泡沫陶瓷材料的产业化水平,就必须加强材料应用性能的研究,建立相应的应用研究平台,并加强企业和研究单位之间的技术交流与合作。

综上所述,要研制各方面性能优良的泡沫陶瓷材料,还需要广大科研工作者和企业共同努力。总之,在以后的工作中,我们要发挥优势、突出重点,结合目前国内泡沫陶瓷材料发展实际状况和需求,重点开发陶瓷微过滤材料、陶瓷膜过滤材料、高温气体过滤材料及高温气体催化分离材料及装备技术,以满足目前国内能源、化工、环保和水处理行业的需要,提高国内的过滤与分离技术水平。

摘要：泡沫陶瓷具有气孔率高、耐高温、抗化学腐蚀、热稳定性好等优良性能,被广泛用作金属液过滤器、高温气体和离子交换过滤器、催化剂载体等方面。介绍了泡沫陶瓷的制备方法,以及不同方法制备泡沫陶瓷的特点;并列举了泡沫陶瓷在过滤器、催化剂载体、节能隔热材料、吸声材料和生物材料等方面的应用;最后指出了当前泡沫陶瓷的研究热点和今后发展需要解决的问题。

高性能陶瓷级水泥发泡保温板 篇6

我国在新建节能建筑和既有建筑节能改造时, 多采用发泡聚苯乙烯 (EPS) 、挤塑聚苯乙烯 (XPS) 和聚氨酯泡沫 (PU) 作为外墙外保温体系中的首选保温材料。虽然这些材料具有轻质、隔热、易加工等优势, 但其致命缺点是易燃。2009年9月, 公安部和住房城乡建设部联合下发的《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》, 对建筑外保温材料的燃烧性能级别做出了严格规定, 之后环保价廉的发泡水泥保温板成为明星产品。

发泡水泥保温板在推广的同时, 也存在一定的问题。主要反映在大多数产品不能达到各省颁发的推广应用技术规程性能指标要求。即抗压、抗拉、容重和吸水率在达到技术指标要求的同时, 保温系数还要达到要求。

发泡陶瓷保温板是以陶土尾矿、陶瓷碎片、河道淤泥等作为主要原料, 经高温焙烧而成的高气孔率的闭孔陶瓷材料。产品变形系数小, 抗老化, 性能稳定, 安全稳固性好, 可与建筑物同寿命。同时材性抗压、抗拉和吸水率表现良好, 可以满足外墙面砖体系的技术要求。其不足在于容重大、导热系数高、成本高和生产过程非节能降耗。

面对市场情况和存在问题, 以结合两类产品各自的优点为目的, 研制开发了稳定的水泥发泡保温板。因为材性指标与陶瓷发泡保温板类似, 所以称之陶瓷级水泥发泡保温板, 旨在区别常规的水泥发泡保温板。

1 高性能陶瓷级水泥发泡保温板

水泥本身的性质, 决定它的抗拉强度很难做到很好, 抗压指标在容重的限制下也不容易做好。在江苏省工程建设推荐性技术规程苏JG/T041-2011《复合发泡水泥板外墙保温系统应用技术规程》中规定了两个技术标准———I型和II型, 它的抗拉强度指标都是≥0.13 MPa, 要求较高, 市场上的产品达到该标准的很少。

提高混凝土的抗压抗拉的路径主要有:提高水泥的标号, 提高水泥的用量加大容重, 降低水灰比, 掺入纤维, 加减水剂及减水剂改性增强产品, 加入有机高分子胶凝材料, 加入无机胶凝材料和各种各样的混凝土添加剂。但是要达到产品性能价格比、可接受的成品率、生产工艺简单实用、满足工厂化的实际生产效率等, 以及材性综合指标都达标仍很困难。比如有的提高水泥标号或用纯水泥发泡, 结果成本上去, 成型裂缝不好控制, 后期收缩变形大, 闭孔率下降, 随之收缩裂缝就会严重, 成品强度反会下降, 导热系数增大, 容重也会超标。

江苏省建材院根据在建材方面多年积累的经验和技术, 通过和国外混凝土外加剂优势厂家的合作, 综合考虑这些互相矛盾的影响因素, 从2011年初开始这个课题的研发, 主要通过三个技术措施来解决。一是对无机水泥胶凝材料的技术挖潜, 使得在现有标号的水泥各项技术指标提升。二是在提高吸水率的同时, 不以降低混凝土的强度指标为代价。也就是说, 不通过添加憎水剂、硬脂酸钙、有机硅或硬脂酸等传统憎水材料来降低吸水率, 而是通过降低控制混凝土中的毛细管的直径来提高混凝土强度, 同时满足吸水率要求, 还不破坏材料的呼吸性能。三是提高粉煤灰的活化率强化混凝土的性能, 使得粉煤灰从纯粹的细骨料作用提升到对混凝土制品强度的贡献作用。

经过三项技术处理的混凝土试块与没有处理的试块对比测试, 各项指标改进明显:干缩量减少2倍以上, 温差收缩龟裂减少, 水泥浆体增加10%以上, 3 d早期强度25%, 抗压强度增加20%以上, 抗拉强度提高35%以上, 抗冻融性明显改善, 抗裂强度增加40%, 试块具有不透水性, 混凝土中含有97%微毛细孔, 密度提高20%。

通过这些技术形成的发泡保温产品, 根据江苏省工程建设推荐性技术规程苏JG/T041-2011《复合发泡水泥板外墙保温系统应用技术规程》的II型指标进行测试。由表1、表2可见, 主要指标完全可以媲美陶瓷发泡保温板 (测试样本最高的抗拉强度=0.21 MPa) 。当保温板抗拉强度≥0.15 MPa, 系统拉拔≥0.2 MPa是没有问题的, 可广泛应用于外墙面, 并适应面砖体系。导热系数比陶瓷保温板要好, 吸水率比陶瓷要大。成本两项比较, 陶瓷发泡保温板和陶瓷级发泡水泥保温板是5~8:1的概念。所以陶瓷级发泡水泥保温板具有较大的市场空间, 目前技术已成熟可靠。

2 产品特点和结论

陶瓷级发泡水泥保温板, 又称陶瓷级发泡混凝土保温板, 属无机防火保温板, 是以普通硅酸盐水泥、粉煤灰、发泡剂、外加剂等为材料, 经复合、搅拌、发泡、切割等工艺制成的轻质气泡状绝热材料, 其突出特征是在混凝土内部形成直径1~3 mm封闭的泡沫孔, 使混凝土轻质化和具有保温隔热性能。

(1) 防火隔热。陶瓷级发泡水泥保温板是A1级不燃无机材料, 耐火极限3 h以上, 在高温或火灾情况下不会产生有毒气体。因其闭孔率>95%, 从而具有很好的隔热性能。

(2) 保温性能好。产品容重轻, 体积干密度为200~240 kg/m3;导热系数低, 小于0.06 W/m.k;吸水率低, 小于10%;是理想的保温、隔热材料。

(3) 抗压强度高、粘结力强。陶瓷级发泡水泥保温板抗压强度高, 大于0.8 MPa;系统材料具有良好的相容性, 与墙体粘结强度高;板材干燥收缩值低, 无空鼓开裂现象;抗风压能力强。由于抗压强度高, 吸水性低, 所以能很好地适应屋面保温板的要求。

(4) 抗拉强度高。能够适应外墙面砖体系, 应用面更广, 适应性更强。

(5) 隔音性能好。泡沫水泥属多密闭孔材料, 因此它也是一种良好的隔音材料, 能起到良好的隔音效果。

(6) 与建筑物同寿命。系统稳定性好, 抗碳化、老化和抗冻性能高, 耐候性优良。

(7) 产品性能价格比高。比高耗能的陶瓷发泡和玻璃发泡保温板有更大的优势。

(8) 施工简便、周期短。专用砂浆直接粘结, 易于操作, 同步施工, 大大缩短施工周期。

泡沫陶瓷保温板 篇7

新型防火保温材料--酚醛泡沫塑料。酚醛泡沫塑料属热固性硬质泡沫, 是一种性能优异的防火、隔热、隔音、轻质节能的新型环保材料。保温性能比无机材料好, 防火性能比其他有机泡沫材料优异。酚醛泡沫芯材受到高温灼烧, 表面形成炭化层阻隔燃烧, 既不会着火更不会散发浓烟和毒气。在防火、绝热、花卉泥三大方面得到广泛应用。

改性聚氨酯泡沫是在传统的聚氨酯泡沫的基础上加入具有环状结构的阻燃剂和添加剂等化合物, 使聚氨酯泡沫大大地提高了阻燃性和耐热性, 同时极大地降低了泡沫释放烟雾的浓度和毒性。当遇到明火灼烧时, 表面迅速形成碳化层, 具有耐高温、抗火、隔火的性能。新型防火保温产品广泛应用在墙体保温、地面及楼板保温、屋面保温、冷库保温等项目上, 既适用于新建建筑、建筑节能改造, 也可用于饰面层为涂料、面砖、真石漆等工程和采用干挂系统的各种工程。 (来源:中国建材新闻网)