吉海軍 霍曉琴

摘 要：針對傳統(tǒng)有機保溫材料作為主要原材料進行房屋構(gòu)建時存在的導熱系數(shù)高、密度大等缺陷，設計出一種建筑阻燃復合保溫材料，采用煙密度測試儀在有焰測試條件下對不同摻量的EPS保溫材料的光通量進行測試，利用正交試驗對該材料的性能進行優(yōu)化，在此基礎上，確定阻燃復合保溫材料的最佳配比。為保證阻燃復合保溫材料的阻燃性能，對該材料的密度、導熱系數(shù)、抗壓強度、抗拉強度、吸水量以及軟化系數(shù)等性能的數(shù)值進行有效控制，這有利于提升建筑阻燃復合保溫材料的多方面性能。

關鍵詞：建筑阻燃;保溫材料;性能測試;煙密度

中圖分類號：TQ328.4?????? 文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2022）01-0127-04

Study on preparation and properties of fire-retardant composite insulation materials for buildings

JI Haijun，HUO Xiaoqin

（Xi′an Vocational and Technical College，Xi′an 710077，China）

Abstract：In view of the defects such as high thermal conductivity and density of traditional organic heat preservation material as the main raw materials for house building，the authors designed a kind of flame retardant composite heat insulation material，using the smoke density tester in flame test under the condition of different dosage of EPS thermal insulation material of luminous flux test，with the orthogonal experiment to optimize the performance of the material.On the basis of this，the best ratio of flame retardant composite insulation material was determined.To ensure the flame retardant performance of flame retardant composite insulation material，the material′s density，thermal conductivity，compressive strength，tensile strength，water absorption and softening coefficient and other properties of the numerical control，was conducive to improve the performance of building flame retardant composite insulation material in various aspects.

Key words：building flame retardant;insulation material;performance test;smoke density

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，建筑領域的發(fā)展規(guī)模呈上升趨勢變化，而該領域?qū)ㄖ镞M行建造過程中，將保溫效果作為評價該建筑物性能優(yōu)良的主要因素之一。傳統(tǒng)建筑物主要采用有機保溫材料作為主要原材料進行房屋構(gòu)建，但是該材料具有導熱系數(shù)高、容重大等缺陷，使建筑物的易燃性較高，存在不同程度的安全隱患。為此本研究對建筑阻燃復合保溫材料的最佳配比進行研究，有利于降低建筑物的危險系數(shù)。

1 建筑阻燃復合保溫材料的制備

1.1 實驗材料

阻燃復合保溫材料制備的主要實驗材料包括：ESP顆粒、空心微珠、快硬硫鋁酸鹽水泥、Ⅱ級粉煤灰、硅灰、氫氧化鈣、可分散膠粉5010N、有機硅憎水劑Silres BS 1042、聚丙烯纖維以及羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），可分散膠粉5010N以及羥丙基甲基纖維素醚的規(guī)格為分析純，其余材料的規(guī)格均為工業(yè)級。為制備出性能優(yōu)良的建筑阻燃復合保溫材料，本研究按照各材料作用方面的不同進行分類，聚苯乙烯泡沫（EPS）顆粒和空心微珠材料具有一定支撐及填充作用，且導熱系數(shù)較低，可稱為輕質(zhì)骨料;快硬硫鋁酸鹽水泥、Ⅱ級粉煤灰、硅灰、氫氧化鈣屬于一種無機膠凝材料;剩余材料均為外加劑[1]。

1.2 實驗儀器

電子天平（SPS4001）、攪拌機（QSD）、電熱鼓風干燥箱（101-3A）、導熱系數(shù)測試儀（DRE-2C）、電腦系統(tǒng)拉力試驗機（GT-TCS-2000）、掃描電子顯微鏡（JSM-6700F）、標準型錐形量熱儀以及煙密度測試儀（JQMY-2）[2]。

1.3 制備方法

本研究對阻燃復合保溫材料進行制備時，將標準空氣溫度設置為（23+2）℃、相對濕度設置為（60±15）%，并對模具內(nèi)部涂刷一層脫模劑，有利于材料制備完成后脫模更加便捷;脫模劑涂刷完畢后即可將保溫漿料放置于模具中，其中脫模劑主要為機油。為保證實驗結(jié)果的準確性，實驗開始之前，將試驗樣本于標準條件下養(yǎng)護28 d，建筑阻燃復合保溫材料的制備流程如圖1所示[3]。

2 建筑阻燃復合保溫材料的性能測試方法

2.1 干表觀密度測試

對該材料的干表觀密度進行測試時，將阻燃復合保溫材料的制備流程作為主要依據(jù)，其測試流程：首先在標準條件下對實驗材料進行制備，將制備成功的材料放入準備好的模具中，在其上面用聚乙烯薄膜密封養(yǎng)護5 d后完成脫模程序;脫模后的材料繼續(xù)用聚乙烯薄膜密封養(yǎng)護2 d后去除聚乙烯薄膜。在養(yǎng)護21 d即可得到測試樣本，將樣本置于（65±2）℃的烘箱中完成烘干，直至樣本的質(zhì)量處于恒重狀態(tài)后，對該樣本的質(zhì)量進行稱取;成功獲取質(zhì)量數(shù)據(jù)后，測量該材料的尺寸，并計算其體積，將二者相除即可得到阻燃復合保溫材料的干表觀密度。

2.2 導熱系數(shù)測試

本研究對阻燃復合保溫材料進行導熱系數(shù)測試時，主要利用DRE-2C導熱系數(shù)測量儀作為測試核心儀器，其試驗樣本尺寸切割為300 mm×300 mm×30 mm，并通過瞬態(tài)平面熱源方法完成性能測試，該方式具有測試范圍廣、材料種類較多等優(yōu)勢，有利于導熱系數(shù)的精準性[4]。

2.3 抗壓強度測試

對阻燃復合保溫材料的抗壓強度進行測試時，將該材料的尺寸控制在100 mm×100 mm×30 mm，保證該實驗樣本的表面平整性。實驗材料準備完畢后，將該樣本置于承壓板上，以（10±1）mm/min的速度對樣本進行壓力負荷的增加，直至樣本材料被破壞后停止操作;準確記錄被破壞的樣本材料的載荷，即可得到抗壓強度數(shù)據(jù)。若樣本的形狀較之前變化5%后，說明仍未出現(xiàn)被破壞的情況，則5%時的強度為抗壓強度[5]。

2.4 抗拉強度測試

對阻燃復合保溫材料的抗拉強度進行測試時，將該材料的尺寸控制在40 mm×40 mm×40 mm，保證該實驗樣本的表面平整性。利用膠粘劑將試驗樣本的上、下受檢面與試驗板粘貼在一起，并將其置于拉力試驗機中，拉力試驗機的拉伸速度設置為（5±1）mm/min，直至試驗樣本被破壞后停止實驗，并準確記錄此時的破壞載荷，將該數(shù)據(jù)除以樣本截面積即可得到抗拉強度[6]。

2.5 軟化系數(shù)測試

為驗證阻燃復合保溫材料的軟化系數(shù)，本研究首先對該材料進行養(yǎng)護，養(yǎng)護完成后將該材料切割成若干個尺寸相同的試驗樣本，對其中一部分試驗樣本進行抗壓強度測試，抗壓強度記作P1;測試完成后，準備（20±5）℃的水，將未測試的試驗樣本浸入至水中48 h，保證水面高度超出試驗樣本2 cm以上;浸泡完畢后將其取出，擦去試驗樣本表面浮水后，對其抗壓強度P2進行測試，抗壓強度P1除以P2即為軟化系數(shù)[7]。

2.6 吸水量測試

為驗證阻燃復合保溫材料的吸水量，首先對該材料進行養(yǎng)護，并將該材料切割成200 mm×200 mm×20 mm的試驗樣本，并對該樣本進行全方位密封防水處理，然后對該樣本的質(zhì)量進行稱取;準備工作完成后，將該樣本表面朝下置于水中浸泡1 h，其水面高度應超過樣本10 mm。最后，取出試驗樣本擦去浮水稱取質(zhì)量，將樣本浸入水后測得的質(zhì)量與浸入水時樣本的面積相除，即可得到該樣本的吸水量[8]。

3 建筑阻燃復合保溫材料性能研究

3.1 阻燃復合保溫材料煙密度測試

為驗證復合材料的煙密度，本研究選用添加量分別為9%、10%的EPS材料在有焰的測試條件下，利用煙密度測試儀進行測試。測試過程中發(fā)現(xiàn)添加量為10%的EPS材料光通量下降趨勢明顯高于添加量為9%的EPS材料，其光通量在84%后處于穩(wěn)定狀態(tài);而添加量為9%的EPS材料前700 s內(nèi)光通量的下降趨勢處于平穩(wěn)狀態(tài)下降，此時光通量數(shù)值為92%，最后500 s內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)。由各項數(shù)據(jù)可知，有機骨料EPS的添加量可直接決定阻燃復合保溫材料的性能[9]。

對煙密度測試后的保溫材料形態(tài)進行分析可知，EPS添加量為10%的保溫材料未出現(xiàn)焰燃燒現(xiàn)象，僅在點火區(qū)域出現(xiàn)變黑情況。但該材料表面出現(xiàn)許多空隙，其空隙的產(chǎn)生源于EPS顆粒在受熱情況下可產(chǎn)生陰燃、熔融等反應所致。

3.2 阻燃復合保溫材料正交試驗

為得到阻燃復合保溫材料的最佳配比，本研究利用正交試驗對該材料進行優(yōu)化。正交試驗實際上指的是對4因素、3水平的確定，其中4因素指的是輕質(zhì)骨料、粉煤灰、硅灰以及聚丙烯（PP）纖維。4因素選擇完畢后，將輕質(zhì)骨料中的EPS顆粒與空心微珠按照7∶3的體積比進行復配，即可得到正交試驗表;正交試驗表如表1所示[10]。

對阻燃復合保溫材料進行正交試驗時，應固定原材料的比例，在此基礎上按照不同配比對試驗樣本進行制備，并驗證該樣本的性能;正交試驗結(jié)果如表2所示。

結(jié)合4因素的極差對正交試驗的結(jié)果進行分析可知，4個因素對阻燃復合保溫材料的抗壓強度影響順序由高至低依次為：PP纖維、輕質(zhì)骨料、粉煤灰、硅灰;對阻燃復合保溫材料的干密度影響順序由高至低依次分別為：輕質(zhì)骨料、硅灰粉、煤灰、PP纖維;對阻燃復合保溫材料的導熱系數(shù)影響順序由高至低依次分別為：輕質(zhì)骨料、PP纖維、硅灰、粉煤灰。最終獲取阻燃復合保溫材料中粉煤灰、硅灰、輕質(zhì)骨料以及纖維的最佳配比依次分別為：22%、16%、10%、0.25%;為保證阻燃復合保溫材料的阻燃性能，應對該材料的干表觀密度、導熱系數(shù)、抗壓強度、抗拉強度、吸水量以及軟化系數(shù)等性能的數(shù)值進行有效控制，其數(shù)值依次分別為：224 kg/m3、0.052 W/（m· K）、0.41 MPa、0.26 MPa、763 g/m3、0.92。

4 結(jié)語

本研究為驗證建筑阻燃復合保溫材料的性能，利用煙密度測試儀在有焰測試條件下對不同摻量的EPS保溫材料的光通量進行測試，其測試結(jié)果表明，有機骨料EPS的摻加量對于阻燃復合保溫材料的性能具有重要影響。為得到阻燃復合保溫材料的最佳配比，通過正交試驗對建筑阻燃復合保溫材料的性能測試進行優(yōu)化，優(yōu)化后的建筑阻燃復合保溫材料在性能方面存在較大優(yōu)勢，可將其應用于建筑領域。

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