0 引言
随着我国城镇化的推进,建筑能耗所占社会总能耗的比重已接近三成,是同等气候条件的发达国家的2~3 倍,存在很大的节能空间。鉴于此,国家和地方政府部门出台了一系列建筑节能政策、规章和标准。使用建筑节能材料可提高建筑物保温隔热效果,降低空调采暖能耗,是建筑节能的有效手段。以外墙外保温为例,主要实现方式有膨胀聚苯板抹灰系统、挤塑聚苯板抹灰系统、胶粉聚苯颗粒外墙保温砂浆、无机玻化微珠保温砂浆等。保温砂浆作为常见的外墙保温材料,具有功能单一、保温效果差、易开裂等缺点。因此研究保温砂浆的替代品显得尤为重要。目前,建筑保温腻子和建筑反射隔热涂料的外墙保温体系已经在一些夏热冬暖地区开始使用。反射隔热涂料具有涂层薄、隔热效果好的优点,可以作为等效热阻代入节能设计中。保温腻子除可起到填充、找平等作用外,还具有抗裂、增强和节能的效果,与反射隔热涂料配套使用取代保温砂浆和外墙饰面材料,不仅大大缩短工期,避免了墙体开裂等问题,还将节能和外墙装饰一体化,具有良好的经济效益。而制备出施工性能优良、导热系数低、有良好耐水性和一定强度的保温腻子材料,有利于隔热涂料体系的推广。本文探讨了保温腻子的配制方法,并对产品进行检测,研究玻化微珠、纤维素醚和憎水剂用量对产品干密度、导热系数、强度、施工性、吸水率和软化系数的影响,并得到建筑保温腻子的最佳配方。
1 实验
1.1 实验原材料
32.5R 白水泥(25%~60%);可再分散性乳胶粉(1%~3%);羟丙基甲基纤维素醚(粘度20W,0.4%~0.7%);70~100目玻化微珠(37%~75%);木纤维(0.1%~0.3%);触变剂(0.05%);有机硅憎水剂(0~0.4%)。
1.2 实验方法
实验用水量按保温腻子最佳施工的用水量而定。导热系数实验参照GB/T 10294- 2008《稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行,抗压强度和干密度测试参照GB/T5486- 2008《无机硬质绝热制品试验方法》进行,软化系数和吸水率测试参照GB/T 5480- 2008《矿物棉及其制品试验方法》进行。其余实验参照JG/T 157- 2009《建筑外墙用腻子》进行。
2 保温腻子的制备工艺
由于空心玻化微珠易碎,在高速搅拌下容易遭到破坏,须慢速搅拌,因此须先混匀其他粉料,制备工艺如下:单组分建筑保温腻子的制备工艺:先将白水泥、乳胶粉、纤维素醚、木纤维、憎水剂和触变剂等原材料加入搅拌釜中,慢速搅拌20min,然后加入空心玻化微珠,慢速搅拌5min。
实验用保温腻子浆的制备工艺:先将白水泥、乳胶粉、纤维素醚、木纤维、憎水剂和触变剂等原材料加入搅拌釜中,按粉料质量比的30%加水进行搅拌,慢速搅拌1min,高速搅拌2min,然后再加入空心玻化微珠和剩余水慢速搅拌2min。
3 结果与讨论
3.1 玻化微珠掺量的确定
玻化微珠是常见的无机保温材料,其导热系数为0.028~0.048W(m·K),堆积密度为50~200kg/m3,具有质轻、耐高温、隔音、隔热等特点。玻化微珠掺量须综合考虑强度、施工性和保温效果。如图1 和图2 所示,随着玻化微珠的比例增加,浆体的需水量大幅上升,水灰比上升,浆体密度和干密度下降。相比普通腻子(浆体密度约为2000kg/m3),相同厚度下等质量的保温腻子的施工面积更大,是普通腻子的3~4倍。如图3 所示,随着玻化微珠比例增加,保温腻子的导热系数下降,掺量在40%~55%的区间内导热系数下降明显,掺量在55%~70%的区间内导热系数下降较为平缓。这是由于保温腻子中的热量传递由两个方式组成,主要方式为热传导,玻化微珠在腻子内部形成的多孔结构,内部热传导只能在孔壁间进行,延长了传导路径,降低了热传导,但如果玻化微珠掺量过多,需水量上升,内部孔隙更大,空气分子在腻子层中具有更大的流动能力,部分能以热对流的方式进行热量传递,反而增加了热量传递。玻化微珠掺量增加会引起材料抗压强度下降(如图4 所示),其中玻化微珠掺量大于60%,抗压强度很低且变化不明显;掺量小于60%时,降低玻化微珠掺量能明显提高腻子的抗压强度。因此要综合考虑力学性能和保温效果,选取50%~55%的掺量作为玻化微珠的最佳掺量。
3.2 纤维素醚掺量的确定
采用聚合物对保温腻子进行改性,能有效提高腻子粉的粘结性能、稠度、施工性。测试不同掺量20W 粘度的羟丙基甲基纤维素醚对保温腻子抗压强度、干密度和粘结强度的影响,如图5 和表1 所示。随着纤维素醚掺量增加,成品的抗压强度和粘结强度均有明显上升,干密度基本不变。一方面由于保温腻子中含有大量玻化微珠,导致强度很低,纤维素醚在材料内部形成的高分子膜能够一定程度上提高其强度;另一方面纤维素醚具有引气作用,能在腻子浆中引入较多气泡,导致强度下降。两种作用综合导致在高玻化微珠掺量下,纤维素醚的添加量增加强度下降,低玻化微珠掺量下,纤维素醚添加量增加强度略微上升。此外,纤维素醚能提高砂浆的粘结性能,改善施工性,综合考虑,选取0.5%为最佳纤维素醚用量。
3.3 保温腻子的憎水处理
与普通腻子不同的是,外墙保温腻子须进行憎水处理。因为保温腻子层吸水后,水作为热导体会使保温性能下降,同时其强度和稳定性也随之降低;同时腻子层吸水性太高也不利于后续涂料的施工。采用有机硅憎水剂内掺入保温腻子中进行憎水处理。憎水剂掺量对产品吸水性和软化系数的影响如图6 和图7 所示。掺入憎水剂后产品的吸水性先明显下降随后变化不大,泡水时间延长后吸水性明显增加。掺入憎水剂后产品的软化系数略有上升,但变化不大。憎水剂主要通过交联作用在腻子内部形成憎水基团,附着在腻子内部孔壁表面,同时包裹玻化微珠,能在一定范围内降低保温腻子的吸水性,从而提高腻子层耐水性,但过多掺入会影响腻子的施工性,憎水效果提升较少,并综合考虑成本,添加量在0.1%即可。
4 结论
经实验,得到了保温腻子的配方,其中玻化微珠掺量为50%~55%,纤维素醚掺量为0.5%,憎水剂掺量为0.1%。该产品具有良好的施工性,其导热系数小于0.065W(m·K),抗压强度达710kPa,增加玻化微珠掺量,保温腻子导热系数、干密度和抗压强度下降;纤维素醚能使保温腻子粘结性能上升,在低玻化微珠掺量下提高其抗压强度;添加憎水剂能有效降低腻子层吸水率。建筑保温腻子作为新型外墙保温材料,兼具装饰找平和节能功能,具有良好的发展前景。