土木建筑网首页 > 陕西建筑 > 建筑施工 > 一种轻质快硬保温隔热材料的研究

阅读 553 次 一种轻质快硬保温隔热材料的研究

摘要:以普通硅酸盐水泥、高铝水泥为胶凝材料,膨胀珍珠岩、膨胀蛭石为保温隔热骨料,水玻璃为无机粘结剂,加入适量的分散剂和氟硅酸钠,研究了一种轻质快硬保温隔热材料,这种无机保温隔热材料具有质轻、凝结时间短、强度高等特点。...

一种轻质快硬保温隔热材料的研究

张肖明 李秉洁 闫旭萌

陕西省建筑科学研究院

    前言

    我国能源资源存储总量虽然丰富,但人均占有量太少,处于世界较低水平。因能源不足而导致20~30%的生产力难以正常作用。面对目前困境,积极推广和大力发展保温隔热材料是最有效、最可行的措施。

轻质快硬保温隔热材料可用于高温管道的保温,如锅炉、窑炉、化工厂、发电厂高温管道等的外壳,由于其具有可涂抹的特性,还可用于一些异型设备、管道附件等,此外在建筑节能方面,能够用于内墙的保温隔热。

本文研究的是一种无机复合保温隔热材料,虽然在密度、导热系数方面比不上有机保温材料,但它作为一种A级防火保温材料,不仅有无机保温材料几乎所有的优良特性,还能够综合所使用原材料的特性,弥补单一材料性能上的不足。

    一、实验

    1、实验主要原材料

   (1)水泥

    本实验采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥和62.5的高铝水泥,分别符合《通用硅酸盐水泥》(GB 175-2007)和《铝酸盐水泥》(GB 201-2000)标准要求。

   (2)石棉绒纤维

    石棉绒纤维是一种天然硅酸盐类矿物纤维,主要用于保温、石油化工、石棉制品及建筑行业等。

   (3)水玻璃

    硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,又称泡花碱,是一种无机粘接剂。本实验采用模数为3.0的水玻璃。

   (4)膨胀蛭石

    膨胀蛭石是一种层状结构的含镁水铝硅酸盐次生变质矿物,经过高温焙烧,体积迅速膨胀而形成的,广泛用于建筑领域、冶金领域及农园艺领域等。本实验采用10~20目膨胀蛭石。

   (5)膨胀珍珠岩

    膨胀珍珠岩是一种天然的酸性玻璃质火山熔岩,主要用于建筑领域、工业领域及农园艺领等。本实验采用堆积密度为85kg/m3的膨胀珍珠岩。

   (6)氟硅酸钠

    氟硅酸钠是一种无臭无味的结晶性粉末或白色颗粒。本实验主要利用氟硅酸钠能够加快水玻璃固化速度,是水玻璃的固化剂的特性。

   (7)分散剂

    分散剂主要用于减少纤维絮凝,使纤维尽可能均匀分布在一种不相干的溶液中。

    2、实验仪器

    电动抗折试验机、压力试验机、电热鼓风恒温干燥箱、导热系数测定仪、维卡仪、恒温恒湿养护箱、水泥胶砂搅拌仪、电子天平等。

    3、实验方法

   (1)物理性能实验

    材料凝结时间的测定,参照GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行;密度的测定,参照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》进行;导热系数的测定,参照GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》进行。

   (2)力学性能实验

    抗压强度实验和抗折强度实验都参照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》进行。

    二、实验结果

    本实验主要研究在水泥用量一定的情况下,两种水泥即普通硅酸盐水泥和高铝水泥,按不同比例互相掺和对轻质快硬保温隔热材料的影响。以下为具体实验数据。

    图1~图5所示为两种水泥不同掺和比例情况下,轻质快硬保温隔热材料凝结时间、密度、抗压强度、抗折强度及导热系数的变化趋势。

图1 普通硅酸盐水泥用量与凝结时间的关系

图2 普通硅酸盐水泥用量与密度的关系

图3 普通硅酸盐水泥用量与抗压强度的关系

图4 普通硅酸盐水泥用量与抗折强度的关系

图5 普通硅酸盐水泥用量与导热系数的关系

    三、实验结果分析

    从总体趋势来看,当水泥总用量一定时,随着普通硅酸盐水泥使用比例的增加,轻质快硬保温隔热材料的物理性能和力学性能都逐渐降低。

    1、物理性能

    从实验结果可知,随着普通硅酸盐水泥使用比例的增加,轻质快硬保温隔热材料的初凝、终凝时间,密度,导热系数都在下降。主要由于:

   (1)普通硅酸盐水泥中的石膏和硅酸三钙水化析出的Ca(OH)2均能加快高铝水泥的凝结速度,并且当高铝水泥的水化产物CAH10、C2AH8和AH3凝胶遇到Ca(OH)2时,立即转变为C3AH6。另一方面,当普通硅酸盐水泥中的石膏被高铝水泥消耗后,就不能起到缓凝的作用,同时,硅酸三钙的水化速度又由于Ca(OH)2被消耗而加快。

   (2)高铝水泥具有高强快硬的特点,水化速度快,3天几乎能够达到100%的强度。所以,当高铝水泥用量较多时,试件养护3天的密度偏大;用量少时,相对较小。高铝水泥使用比例变化对养护28天的试件密度影响不大。主要由于普通硅酸盐水泥强度增长相对缓慢,随着养护时间的增长,水化反应接近尾声,质量基本稳定,不再增长。

   (3)容重是材料气孔率的直接反应,通常固体物质的导热系数要远大于气体的导热系数,一般情况下,容重较小的物质导热系数较低。本实验中,随着轻质快硬保温隔热材料密度的减小,导热系数也出现了相应的降低。

    2、力学性能

    从实验结果我们可以看出,轻质快硬保温隔热材料的3天和28天抗压、抗折强度随着普通硅酸盐水泥使用比例的增加而降低且3天抗压、抗折强度的下降趋势大于28天的下降趋势。主要原因是:

   (1)高铝水泥具有高强快硬的特性,早期强度增长迅速,3天几乎可以达到最高强度。所以,当高铝水泥用量多时,试件的3天抗压、抗折强度增长较快;用量少时,增长相对较慢。

   (2)由于普通硅酸盐水泥的抗压、抗折强度增长速度较高铝水泥的抗压、抗折强度增长速度缓慢,随着养护时间的增长,普通硅酸盐水泥的水化反应逐渐接近尾声,强度基本不再增长。所以,当普通硅酸盐水泥用量较多时,试件的后期抗压、抗折强度增加稍多,用量少时,增加相对较小。同时,水玻璃对试件的抗压、抗折强度也有一定的贡献。

    四、结论

    根据以上实验结果及分析,可以总结以下实验结论:

    1、当水泥用量一定时,普通硅酸盐水泥使用比例越大,轻质快硬保温隔热材料的凝结时间越短、密度越小、导热系数越低。所以,当普通硅酸盐水泥使用比例占水泥总量的50%时,达到的性能要求比较理想。

    2、当水泥用量一定时,随着普通硅酸盐水泥使用比例增大,轻质快硬保温隔热材料的抗压、抗折强度逐渐减小。因此,当普通硅酸盐水泥使用比例占水泥总量的20%时,能够达到比较理想的性能要求。

    3、在配制轻质快硬保温隔热材料时,需根据不同的物理性能和力学性能要求,对普通硅酸盐水泥和高铝水泥的使用比例进行调整以满足不用的使用要求。

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络工程项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核)

关于 轻质 快硬 保温 隔热 材料 研究 的相关文章