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        發(fā)泡水泥簡(jiǎn)論

        2017-04-08 17:50:39王爽陳藝通楊奕游勝勇翁雅青王慧賓崔紅敏何國(guó)情陳衍華王云敏
        生物化工 2017年3期
        關(guān)鍵詞:泡沫塑料發(fā)泡劑保溫板

        王爽,陳藝通,楊奕,游勝勇,翁雅青,王慧賓,崔紅敏,何國(guó)情,陳衍華,王云敏

        (1.江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所,江西南昌330096;2.廣州輕能化工建材機(jī)械科技公司,廣東廣州511400;3.江西中科新建材有限公司,江西南昌330000)

        發(fā)泡水泥簡(jiǎn)論

        王爽1,3,陳藝通2,楊奕1,游勝勇1,翁雅青1,王慧賓1,崔紅敏1,何國(guó)情3,陳衍華1,王云敏3

        (1.江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所,江西南昌330096;2.廣州輕能化工建材機(jī)械科技公司,廣東廣州511400;3.江西中科新建材有限公司,江西南昌330000)

        作為新型綠色建材,發(fā)泡水泥有望取代有機(jī)保溫材料在建筑保溫行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。本文詳細(xì)介紹發(fā)泡水泥的定義、發(fā)泡的物理化學(xué)原理及其主要特點(diǎn),最后介紹發(fā)泡水泥在建材領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

        發(fā)泡水泥;發(fā)泡劑;保溫材料

        建筑保溫材料是指在建筑墻體的內(nèi)墻或外墻施加的一層特殊材料,既能夠在冬季減少室內(nèi)熱量向建筑外擴(kuò)散,又能夠在夏季阻止外部熱量過(guò)快地傳導(dǎo)至室內(nèi)。保溫材料目前主要可以分為兩大類,即有機(jī)類和無(wú)機(jī)類。其中,有機(jī)類保溫材料的市場(chǎng)占有率目前高達(dá)90%。

        雖然有機(jī)類保溫材料保溫效果好、成本低,但其固有的耐火性差成為其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。一旦建筑發(fā)生火災(zāi),有機(jī)保溫材料會(huì)迅速引發(fā)二次燃燒,還會(huì)在高溫下產(chǎn)生有毒有害氣體,嚴(yán)重污染環(huán)境和威脅人民健康[1]。近年來(lái),無(wú)機(jī)類建筑保溫材料的發(fā)展越來(lái)越快,其中發(fā)泡水泥的研發(fā)越來(lái)越受到建筑行業(yè)的青睞。

        1 發(fā)泡水泥概述

        19世紀(jì)20年代,歐洲開(kāi)始有研究人員生產(chǎn)發(fā)泡水泥。后來(lái)前蘇聯(lián)有技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行持續(xù)研究,并取得了較大進(jìn)展。50年代初期,我國(guó)從前蘇聯(lián)引進(jìn)了該技術(shù),并且組建了以國(guó)內(nèi)科學(xué)家為主的研究團(tuán)隊(duì)。到了1990年以后,我國(guó)又引進(jìn)了現(xiàn)澆工藝技術(shù),研究泡沫混凝土的團(tuán)隊(duì)和科研力量越來(lái)越強(qiáng)大,技術(shù)也越來(lái)越成熟[2]。泡沫混凝土目前不僅用于建筑保溫隔熱材料,而且還可以作為補(bǔ)償?shù)鼗牧稀⒌嘏牧?,或者作為輕質(zhì)墻板使用。

        2 發(fā)泡水泥的定義

        發(fā)泡水泥,也稱泡沫混凝土,是我國(guó)目前繼聚苯乙烯泡沫、聚氨酯保溫板外墻、聚苯顆粒、?;⒅?、現(xiàn)場(chǎng)噴涂聚氨酯墻體保溫體系后的新型節(jié)能保溫墻體材料的研究熱點(diǎn),在無(wú)機(jī)類建筑保溫材料中獨(dú)樹(shù)一幟,發(fā)展迅速。和有機(jī)類材料相比,泡沫混凝土無(wú)可燃性,具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、和建筑本體粘合性好。無(wú)機(jī)類保溫材料也有許多材料類型,如泡沫混凝土、?;⒅?、膨脹珍珠巖、閉孔珍珠巖和巖棉等。其中,泡沫混凝土具有強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單、可塑性強(qiáng)、成本低廉的特點(diǎn),在無(wú)機(jī)保溫材料的發(fā)展中備受青睞。

        發(fā)泡水泥工藝中最重要的一環(huán)是氣泡的發(fā)生方式,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,目前開(kāi)發(fā)有物理法發(fā)泡和化學(xué)法發(fā)泡2種方式。

        2.1 物理發(fā)泡

        物理發(fā)泡是通過(guò)發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機(jī)械方式充分發(fā)泡,隨后將泡沫與拌好的水泥漿用低速攪拌攪均勻,經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)或放入養(yǎng)護(hù)箱形成的一種含有大量氣孔的水泥保溫材料。目前,國(guó)內(nèi)物理發(fā)泡劑品種主要有四類:松香皂發(fā)泡劑、動(dòng)植物型發(fā)泡劑、表面活性劑發(fā)泡劑及復(fù)合型發(fā)泡劑[3]。

        2.2 化學(xué)發(fā)泡

        化學(xué)發(fā)泡是指將化學(xué)發(fā)泡劑加入到由水泥基膠凝材料、摻合料、穩(wěn)泡劑和水等制成的料漿中,經(jīng)混合攪拌、澆注成型、靜停發(fā)泡(利用雙氧水化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣泡使料漿膨脹,膨脹效果達(dá)到預(yù)先配方設(shè)定狀態(tài))養(yǎng)護(hù)而成的輕質(zhì)多孔材料[4]。

        常見(jiàn)的化學(xué)發(fā)泡劑中使用較多的有鋁粉和雙氧水等。其中,鋁粉發(fā)泡劑的原理是利用鋁粉和堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的氫氣制造發(fā)泡效果,但由于氫氣是易燃易爆氣體,具有安全隱患[5]。雙氧水發(fā)泡劑可在催化劑作用下產(chǎn)生氧氣氣泡,雙氧水為液體,具有分散均勻、可控的優(yōu)點(diǎn)。(NH4)2CO3在堿性條件下產(chǎn)生氨氣氣泡,也可作為發(fā)泡劑使用[6]。但氨氣的產(chǎn)生速率緩慢、效率較低[7]。

        2.3 物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡的優(yōu)缺點(diǎn)

        物理發(fā)泡具有發(fā)泡容易掌握并可現(xiàn)場(chǎng)施工的優(yōu)點(diǎn),但容重較重,一般容重在400kg/m3,強(qiáng)度較同密度的化學(xué)發(fā)泡低,因此其應(yīng)用范圍主要在地暖隔熱、現(xiàn)澆墻體和屋頂保溫現(xiàn)澆,不適用于保溫板和對(duì)強(qiáng)度要求比較高的、比較輕的產(chǎn)品上。

        化學(xué)發(fā)泡具有容重比較輕,一般在200kg/m3左右;強(qiáng)度比較高、性能比較好的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不方便在現(xiàn)場(chǎng)施工,生產(chǎn)技術(shù)要求比較高而不容易被掌握。由于化學(xué)發(fā)泡的產(chǎn)品具有比物理發(fā)泡的產(chǎn)品更輕的優(yōu)勢(shì),其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣,是今后發(fā)泡水泥走向深加工和精加工的最佳途徑。

        3 發(fā)泡水泥的特點(diǎn)

        發(fā)泡水泥作為無(wú)機(jī)保溫材料[8]的一種,由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性賦予其優(yōu)異的熱工性能及使用功能,除具有不燃、質(zhì)量輕、保溫隔熱性能好、導(dǎo)熱系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)外,還具有吸音隔音性能優(yōu)異、吸能減震性能好、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)毒無(wú)害及經(jīng)濟(jì)性[9]等優(yōu)點(diǎn),適用于外墻外保溫、防火隔離帶等。因此,發(fā)泡水泥有望在建筑保溫行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

        4 發(fā)泡水泥與泡沫塑料相比的優(yōu)缺點(diǎn)

        4.1 成本低廉,堅(jiān)固耐用

        發(fā)泡水泥的堅(jiān)固耐用性比泡沫塑料的堅(jiān)固耐用性要高出千百倍以上,做得好的發(fā)泡水泥的強(qiáng)度可達(dá)0.6~15MPa以上,人可以踩在上面活動(dòng)行走,并且其壽命很長(zhǎng),一百幾十年內(nèi)任憑風(fēng)吹日曬雨淋不會(huì)壞,不會(huì)老化風(fēng)化。而泡沫塑料的強(qiáng)度只有0.012MPa,不能承受任何壓力,壽命短,容易老化和風(fēng)化。

        4.2 保溫隔熱

        發(fā)泡水泥的保溫隔熱效果與泡沫塑料的保溫隔熱效果相比不差多少,泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.039W/(m·k),與發(fā)泡水泥的導(dǎo)熱系數(shù)0.05~0.08W/(m·k)相差0.01~0.04W/(m·k),即隔熱效果相差不大,相差約50%左右。雖然發(fā)泡水泥的保溫隔熱效果與泡沫塑料相比稍差小半多,但由于其強(qiáng)度、壽命、防火、成本、施工方便性等,占有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì),在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已得到普遍的應(yīng)用。

        4.3 防火耐高溫

        發(fā)泡水泥是完全不燃的防火材料,不怕火、耐高溫,連續(xù)用火燒2h不損壞,可耐1 200℃的高溫。而泡沫塑料是易燃材料,怕火不耐高溫,超過(guò)80℃的溫度就會(huì)軟化損壞。

        4.4 無(wú)毒環(huán)保

        發(fā)泡水泥無(wú)毒無(wú)味,綠色環(huán)保;而泡沫塑料燃燒時(shí)釋放有毒物質(zhì)。

        4.5 輕質(zhì)

        發(fā)泡水泥與同體積的泡沫塑料相比要重一些,但實(shí)際應(yīng)用中,特別是建筑建材應(yīng)用中,泡沫塑料由于太輕不容易施工,發(fā)泡水泥的輕質(zhì)性和具有一定的強(qiáng)度性剛好適應(yīng)建筑建材的應(yīng)用。所以,若用于建筑建材方面的保溫、隔熱、防火、防水、隔斷、填充、長(zhǎng)壽耐用和降低成本等,還是選用發(fā)泡水泥為最好。

        5 發(fā)泡水泥的應(yīng)用

        5.1 建筑材料領(lǐng)域

        發(fā)泡水泥在建材領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛,如樓面隔熱磚、墻面保溫隔熱板、保溫墻板、地暖保溫磚、輕質(zhì)墻磚、輕質(zhì)磚、防水磚、防火板、節(jié)能磚、房間隔斷、輕質(zhì)土、各種輕質(zhì)建材板、人造木材、輕質(zhì)石材和填充等。

        一是輕質(zhì)水泥磚或稱輕質(zhì)水泥砌塊,輕質(zhì)混凝土砌塊,簡(jiǎn)稱免蒸加氣磚,俗稱發(fā)泡磚。此項(xiàng)應(yīng)用最為廣泛,是今后樓房建筑墻磚的發(fā)展方向和趨勢(shì),完全符合和滿足現(xiàn)代建筑對(duì)輕質(zhì)、保溫、隔熱、隔音、隔振、防水、防火、價(jià)格低廉、強(qiáng)度適中耐用、不脆抗震和環(huán)保節(jié)能等諸多要求。現(xiàn)在做出來(lái)的輕質(zhì)磚通常容重在400~800kg,抗壓強(qiáng)度為3.0~7.5MPa,可打膨脹螺絲。雖然發(fā)泡磚的成本比較高,不易被市場(chǎng)接受,但其綜合建筑成本實(shí)際上比紅磚還低,設(shè)備投資在20萬(wàn)~200萬(wàn),可大可小,因此這是其優(yōu)勢(shì)之一。另外,令人可喜的是用發(fā)泡磚來(lái)砌墻,具有優(yōu)異的保溫性能,因此不需要再貼什么保溫板之類的東西進(jìn)行保溫,就可具有保溫效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)用其他磚來(lái)砌墻再貼保溫板的保溫效果,完全能達(dá)到和超過(guò)65%的建筑節(jié)能要求,是一種既砌好墻又不需要再貼保溫板的產(chǎn)品,不但大幅度降低了成本,同時(shí)又提高了保溫效果,應(yīng)用前景廣闊,是一種非常優(yōu)秀的節(jié)能磚。

        二是A1級(jí)墻面保溫板,是一種絕對(duì)防火的保溫板,是取代不防火的苯板、擠塑板等保溫板的較好產(chǎn)品,是今后防火保溫的主要材料。三是現(xiàn)場(chǎng)澆筑地暖泡沫水泥保溫層。四是現(xiàn)場(chǎng)澆筑樓面泡沫水泥隔熱層。五是樓面輕質(zhì)隔熱磚或稱樓面輕質(zhì)隔熱板。這是目前樓面最好的隔熱材料和隔熱方式,完全能取代塑料泡沫夾芯隔熱磚,是真正有效的樓面隔熱材料。六是輕質(zhì)裝飾板。七是防火門(mén)芯板。八是防水磚。九是輕質(zhì)填充塊。十是人造木材。采用免燒陶瓷把發(fā)泡水泥的表面處理成像木材表面一樣的效果,使其看起來(lái)像木材,拿起來(lái)很輕感覺(jué)是木材,但實(shí)際不是真的木材,而是人造木材。人造木材與真的木材相比優(yōu)點(diǎn)更多,其不怕火、不怕水、不怕蟲(chóng)蛀、不怕風(fēng)吹日曬雨淋,不易開(kāi)裂變形,比真的木材耐用,是真木材的一種很好的替代材料,目前已成功地應(yīng)用在人造木材家具和仿木材造形的房屋、別墅、木頭房子上。十一是輕質(zhì)人造石材。在發(fā)泡水泥的表面上涂刷一層仿石效果的免燒陶瓷,從而得到表面看是真的石材,而里面卻是很輕的發(fā)泡水泥的輕質(zhì)石材。輕質(zhì)石材目前主要應(yīng)用在建筑裝飾上,如外墻裝飾、人造假山等,可在一定程度上減輕重量和方便施工。十二是保溫墻板。用保溫墻板砌筑的墻壁,具有保溫和裝飾功能,不需要再貼保溫板之類的保溫材料,也不需要再抹灰刮膩?zhàn)拥裙ば?,可令到砌筑墻壁非常?jiǎn)單快捷,漂亮耐用。

        5.2 防水抗震方面的應(yīng)用

        如地下室、車庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)、水渠、水溝、水池、廚房、衛(wèi)生間、外墻、高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地等。

        5.3 防火阻燃方面的應(yīng)用

        如厚層高效防火涂料、防火填料、防火門(mén)芯等。

        5.4 其他方面的應(yīng)用

        如石油鉆井固井、地基路基回填、暖通管、工藝造型和假山等。

        6 結(jié)語(yǔ)

        下一階段我國(guó)的發(fā)泡水泥在輕質(zhì)高強(qiáng)方面可以進(jìn)一步加強(qiáng)研究,這樣無(wú)機(jī)建筑保溫材料完全取代有機(jī)建筑保溫材料才能成為現(xiàn)實(shí)。

        [1]李啟金.低密度泡沫混凝土保溫材料的制備與性能研究[M].濟(jì)南:濟(jì)南大學(xué),2014.

        [2]閆振甲.泡沫混凝土發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)展趨勢(shì)[J].混凝土世界,2009,30(5):48-55.

        [3]張文斌.蛋白質(zhì)型水泥發(fā)泡劑的制備及其應(yīng)用[M].大連:大連工業(yè)大學(xué),2016.

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        Brief Discussion on Foamed Cement

        Wang Shuang1,3,Chen Yi-tong2,Yang Yi1,You Sheng-yong1,Weng Ya-qing1,Wang Hui-bin1,Cui Hong-min1,He Guo-qing3,Chen Yan-hua1,Wang Yun-min3
        (1.Institute of Applied Chemistry,Jiangxi Academy of Sciences,Jiangxi Nanchang 330096;2.Guangzhou Light Energy Chemical Building Materials Machinery Technology Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou 511400;3.Jiangxi New Building Materials Limited,Jiangxi Nanchang 330000)

        As a new type of green building materials,foam cement is expected to replace the organic insulation materials in the building insulation industry in a large number of applications.In this paper,the definition of foamed cement,the principle of physical chemistry and its main characteristics were introduced in detail.

        Foamed cement;Foaming agent;Thermal insulation material

        TQ172

        A

        2096-0387(2017)03-0094-04

        王爽(1980-),女,遼寧營(yíng)口人,碩士,助理研究員,研究方向:節(jié)能建材。

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