CN104446314A

CN104446314A - 一种用于装配式外墙外保温系统的轻质龙骨及其制备方法

Info

Publication number: CN104446314A
Application number: CN201410612947.8A
Authority: CN
Inventors: 孙诗兵; 郭现龙; 牛寅平; 王万金; 田英良; 董全霄
Original assignee: Beijing University of Technology; Beijing Building Construction Research Institute Co Ltd
Current assignee: Beijing University of Technology; Beijing Building Construction Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: CN104446314B

Abstract

本发明涉及一种用于装配式外墙外保温系统的轻质龙骨及其制备方法，其中氧化镁、六水氯化镁、硅灰作为胶凝材料，中碱或无碱玻璃纤维为增强材料，木屑为充填材料，水乳型高聚物、磷酸盐和膨润土组成有机-无机复合防水剂，减水剂为聚羧酸系减水剂，消泡剂为聚醚类消泡剂。本发明还涉及一种所述轻质龙骨的制备方法，包括如下步骤：首先用有机硅类憎水剂对充填材料进行表面处理，干燥待用；然后称取各组分混合搅拌获得混合料，倒入模具成型，脱模，经甲基硅酸钾溶液喷涂处理后，置于室内养护28天以上得到所述轻质龙骨。本发明所制得的轻质龙骨具有不燃的特性，具有较高的力学性能和化学稳定性。

Description

一种用于装配式外墙外保温系统的轻质龙骨及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，特别是涉及一种氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料，它具有低容重、低导热系数、并且抗折强度较高、可钉可铆的特点，可用于制作工业化装配式外墙外保温系统的轻质龙骨。

背景技术

传统的薄抹灰系统是外墙外保温的主导方式，但是薄抹灰系统是一种湿作业，存在着时间长、工序复杂、占用空间大、易造成粉尘和噪音污染等一系列问题。而工业化装配式外墙外保温系统是一种干法作业，不存在传统湿作业的一些缺点，且干法装配式施工、简便快捷、缩短工期、减少环境干扰。对于工业化装配式保温而言，施工不需要粘接，无需对旧墙体表面强度和粘接力特殊要求，无基层处理工序；填充式保温、对保温材料的强度要求不高，材料的选择余地大；面板装饰工厂预制、保障质量、避免现场施工质量和工期问题。

工业化装配式外墙外保温系统是一种新型的保温系统，龙骨是连接基层墙体与面板材料的重要的支撑件。对此的基本要求包括：(1)龙骨处于受力状态，要求有足够的强度；(2)具有较低的导热系数，以防止热桥的产生；(3)A级燃烧等级，以防止火灾燃烧和火灾传播；(4)足够的锚钉握裹力，以便采用锚钉固定连接。传统的轻钢龙骨，安装方便，但是导热系数太大，容易形成热桥，降低保温效果；而传统的塑胶龙骨和木材龙骨，成本较高且燃烧性能为B级，不满足燃烧性能等级的要求。所以目前需要开发一种可适用于工业化装配式外墙外保温系统的龙骨材料，并且容重小、强度高、可钉可铆、韧性较好、耐久性好且生产成本较低的特点。

氯氧镁水泥是一种气硬性胶凝材料，硬化快，强度高，室温情况下2-8h可初步硬化；而且粘结力强，对于各种无机或者有机掺合料和纤维均有较高的粘结性，易于制成复合材料；也是典型的不燃性材料，生产成本较低。但是氯氧镁水泥存在着一些固有的性能缺陷，氯氧镁水泥的缺陷主要体现在耐水性能差、吸潮返卤、变形三方面。综合考虑，可以选用氯氧镁水泥制品作为工业化装配式外墙外保温系统的龙骨材料，但必须对氯氧镁水泥进行改性处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种综合性能较好的轻质龙骨材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于装配式外墙外保温系统的轻质龙骨，由以下重量份数的组分制成：

氧化镁100份；

六水氯化镁67—88份；

硅灰10—20份；

玻璃纤维2—6份；

木屑20—30份；

复合防水剂1.8—6.5份；

减水剂0.5—1.0份；

消泡剂0.3—0.8份；

水。

其中，所述氧化镁为轻烧氧化镁，所述轻烧氧化镁中活性氧化镁含量为65％-85％；

所述六水氯化镁为市售工业级六水氯化镁,含量≥98％；

氧化镁与六水氯化镁比例是根据形成强度5﹒1﹒8相的化学计量比的可调节范围设计。

所述硅灰为市售工业级硅灰，其中SiO₂含量≥98％。利用硅灰的火山灰活性可以降低主胶凝材料(氧化镁和氯化镁)的用量，以降低生产成本，并且可以降低制品的干燥收缩，改善和易性；硅灰的掺量过大(>20份)会降低制品的强度。

所述玻璃纤维为中碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维,长度为3-12mm；

所述的木屑粒度等级为18-60目，存放期3个月以上，含泥量<1％，含水率<10％；

所述复合防水剂为有机-无机复合防水剂。

进一步的，所述复合防水剂由水乳型高聚物、磷酸盐和膨润土组成。

优选的，所述水乳型高聚物为聚乙烯醇(PVA)或丙烯酸乳液中的任一种或两种；

所述水乳型高聚物固含量占所述氧化镁的质量百分比为1％-3.5％。

水乳型高聚物交联后形成连续的成膜物质，以增加防水性能。当其小于1％时，不能形成连续的膜；当其含量过高时会增加成本，优化的范围为1％-3.5％。

优选的，所述磷酸盐为Mg₃(PO₄)₂﹒8H₂O或Ca(H₂PO₄)₂或Al(H₂PO₄)₃中的任一种或两种；

所述磷酸盐占所述氧化镁的质量百分比为0.5％-2％。掺加适量的磷酸盐可以增加5﹒1﹒8相的稳定性，从而提高制品的耐水性；掺加量大于2％时，由于不溶性磷酸盐沉淀包裹在主胶凝材料表面，阻止了主胶凝材料的水化，会降低制品的后期强度。

优选的，所述膨润土为钠基膨润土；

所述膨润土占所述氧化镁的质量百分比为0.3-1.0％。适量钠基膨润土的掺加，利用其吸水膨胀的特性，可以提高制品的耐水性；当钠基膨润土掺量过大(大于1.0％)时，会使制品强度大大降低。

进一步的，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述减水剂的固含量为30％。

进一步的，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

一种所述轻质龙骨的制备方法，包括以下步骤：

S1.配置质量浓度为0.2—5％的憎水剂溶液，将木屑浸泡在所述憎水剂溶液中，低速搅拌30-90s，所述木屑与憎水剂溶液充分接触，过滤掉所述憎水剂溶液；

S2.将经过憎水处理的所述木屑置于电热鼓风干燥箱中在50-90℃下干燥24-48h；

S3.按照权利要求1的配比称量各个组分，首先将六水氯化镁溶于水中并搅拌均匀；

待氯化镁溶液冷却至室温后，再加入氧化镁、硅灰、玻璃纤维、经步骤2干燥的木屑、复合防水剂、减水剂和消泡剂，经过混合搅拌5—10min获得一种均匀的混合物；

其中，所述混合物的流动度为110mm～150mm。

S4.将上述混合物倒入模具内常温下成型，6—24h后脱模取出得到试样；

S5.用质量浓度1-5％的甲基硅酸钾溶液喷涂于试样表面，自然晾干；可进行第二次喷涂，再自然晾干，如此可循环喷涂2-5次；

S6.将经过甲基硅酸钾溶液喷涂处理的试样置于室内自然空气条件下养护28天以上得到所述轻质龙骨。

进一步的，步骤1中的憎水处理所用憎水剂为有机硅类憎水剂，具体为市售聚硅氧烷类憎水剂；所述憎水剂溶液可以重复使用。

所述甲基硅酸钾为市售甲基硅酸钾原液或粉末。

本发明的有益效果为：

本发明采用氧化镁、氯化镁、硅灰作为胶凝材料，这些材料制成的产品具有不燃的特性。

本发明采用硅灰作为原材料，利用硅灰的火山灰活性，可以减少氧化镁和氯化镁的用量，可以降低成本；另外硅灰的加入能够降低水化热，减少制品的受热体积变化，降低制品的干燥变形；5﹒1﹒8相或3﹒1﹒8相会与硅灰发生反应生成mMgO﹒nSiO₂﹒H₂O，会消耗掉氧化镁和氯化镁胶凝体系中的MgO或Mg²⁺，有利于克服泛霜和因为过剩MgO的存在所造成的体积不安定与变形开裂现象。

本发明选用中碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维作为增强材料，用来提高氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料的抗折强度和握螺钉力。

本发明选用木屑作为充填材料，木屑的堆积密度较低，且木材对螺钉有较好的握裹力，所以选用木屑一是用来降低龙骨的容重及导热系数，便于施工操作和减少龙骨形成的热桥，二是降低制品的脆性，提高可钉可铆性。但是木屑的吸水率较大且吸水速度较快，若使用不经过处理的木屑，在氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料搅拌浆料的过程中会大大增大用水量，用水量过大会导致胶凝材料浆料的碱度降低，这样就会加速水镁石Mg(OH)₂的形成，抑制了5﹒1﹒8相的生成，导致不能获得应有的力学性能和化学稳定性。所以必须对木屑进行表面处理，本发明采用有机硅憎水剂配成一定浓度的溶液对木屑进行憎水处理，从而降低了氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料的用水量，提高了材料的力学强度和化学稳定性。选用有机硅类憎水剂的原因在于，有机硅憎水剂在水中发生水解生成硅醇，硅醇中的羟基在加热的条件下与木质素和纤维素的羟基发生脱水反应，从而使木屑表面外挂憎水基团-R，反应式如下：

R-Si-OH+HO-C-X→X-C-O-Si-R+H₂O

R为有机硅中的憎水基团，X为木质素或纤维素的结构单元，木屑中的纤维素或木质素与有机硅憎水剂的水解产物发生上述反应，使得木屑表面外挂憎水基团-R，从而使得木屑具有憎水性，降低了木屑的吸水率和吸水速度，降低了制品的用水量，有利于提高制品的力学强度和化学稳定性；而且，木材对螺钉有较好的握裹力，所以木屑的加入有利于提高氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料的握螺钉力。

另外木屑中的糖类物质，具有一定的缓凝和引气作用，对新鲜的木屑，为减少其糖含量，在使用前须存放三个月以上。

本发明选用了一种有机—无机复合防水剂，它由水乳型高聚物、磷酸盐和膨润土构成。水乳型高聚物自身就能交联聚合，在氧化镁与氯化镁硬化的过程中，能包覆5﹒1﹒8晶体，形成良好的防水保护层。另外，聚合物在晶体间的空隙通道中进行交联，堵塞毛细通道，有利于提高氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料的耐水性能及抗返卤性能；磷酸盐中所含的P可形成稳定的四面体结构单元，Cl^-、OH^-可与它配合，使其与主物相相互交叉穿插，构成一个空间结构网，这样5﹒1﹒8相就不再是针杆状晶体，而是以叶片状晶体为主，增加了5﹒1﹒8相的稳定性，从而提高了氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料的全面性能。另外。磷酸盐可与Mg²⁺发生反应(Mg²⁺+PO₃ ^2-→MgHPO₄﹒3H₂O)，这样就减少了Mg²⁺的负面效应，提高了制品的安定性，有助于改善制品的泛霜性；膨润土遇水就膨胀，在氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料中掺加膨润土后，当制品遇水后，膨润土发生体积膨胀，从而起到填充空隙的作用，使得硬化体的结构更加致密，增大了制品的防水阻力，提高了防水性能。因为钠基膨润土的膨胀性比钙基膨润土强，所以本发明采用钠基膨润土。

本发明选用聚羧酸系减水剂，目的在于减少水分的掺加量，提高制品的力学强度和化学稳定性；木屑中所含的一些有机物(可溶性糖类)具有较强的引气作用，在搅拌过程中会形成大量泡沫，所以本发明选用聚醚类消泡剂，目的在于减小制品中孔隙的尺寸和数量，提高制品的力学强度。

本发明对脱模后的试样须进行甲基硅酸钾溶液喷涂处理2-5次，甲基硅酸钾使用前须稀释至规定质量浓度，甲基硅酸钾可与空气中的CO₂或其它酸性化合物反应，在基底材料表层形成一层不能溶解的网状透气膜，具有优良的防水效果和防渗、防潮等优点，避免水分深入基底材料，从而可以提高这种氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料的耐水性能。

这种用于装配式外墙外保温系统的气质龙骨只需在室内干空条件下进行养护，对养护环境的湿度要求较低。

另外，选用这种氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料作为工业化装配式外墙外保温系统的龙骨材料时，须对氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料进行钉铆操作，由于氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料的碱度较低，不能使铁钝化，从而容易锈蚀螺钉，故在氧化镁、氧化硅、氯化镁系复合材料作龙骨的安装过程中，须对螺钉进行套加塑料套管处理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实例对本发明作进一步详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。

实施例1

一种用于装配式外墙外保温系统的轻质龙骨及其制备方法如下：

按照重量份数称取轻烧氧化镁100份(活性氧化镁含量85％)，六水氯化镁88份，硅灰20份，长度为6mm的无碱玻璃纤维2份，木屑(30目～60目)20份，丙烯酸乳液2份(固含量50％)，磷酸二氢钙0.5份，钠基膨润土0.3份，聚羧酸系减水剂1份，聚醚类消泡剂0.3份，水55份。

称取1000g聚二甲基硅氧烷乳液(固含量50％)和9000g水配制质量浓度为5％的聚二甲基硅氧烷溶液，将所称取的木屑浸泡在聚二甲基硅氧烷溶液中，低速搅拌60s，让木屑与聚二甲基硅氧烷溶液充分接触，然后过滤掉多余的聚二甲基硅氧烷溶液(这些多余的聚二甲基硅氧烷溶液可以重复使用)，将经过憎水处理的木屑至于电热鼓风干燥箱中在85℃干燥24h待用。

然后将六水氯化镁加入到已称取的水中并搅拌均匀，待六水氯化镁溶液冷却至室温后，再加入憎水处理并干燥后的木屑、氧化镁、硅灰、玻璃纤维、丙烯酸乳液、磷酸二氢钙、膨润土、减水剂和消泡剂，搅拌均匀后将上述混合物倒入模具内常温下成型，8h脱模取出试样；用250g固含量为40％的甲基硅酸钾和9750g水配制成质量浓度为1％的甲基硅酸钾溶液；然后用质量浓度为1％的甲基硅酸钾溶液对试样进行喷涂处理，并自然干燥；干燥后进行第二次喷涂，然后再进行自然干燥处理；如此循环喷涂干燥5次后，置于室内自然空气条件下(相对湿度小于90％)下进行养护28d。

按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法ISO法》测试试样的抗压强度为5.0MPa，抗折强度1.5MPa。浸水48h测其抗折强度软化系数和质量吸水率分别为：0.88，9.6％；按照JC688-2006《玻镁平板》测试试样的握螺钉力为55N/mm，按照GB/T5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》测试试样的导热系数为0.251W/(m·K)，试样的容重为986Kg/m³。

实施例2

按照重量份数称取轻烧氧化镁100份(活性氧化镁含量65％)，六水氯化镁67份，硅灰10份，长度为3mm的无碱玻璃纤维6份，木屑(18目-30目)30份，丙烯酸乳液7份(固含量50％)，磷酸二氢铝2份，钠基膨润土1.0份，聚羧酸系减水剂0.5份，聚醚类消泡剂0.5份，水53份。

称取100g BS1042无溶剂反应型聚二甲基硅氧烷乳液(固含量20％)和9900g水配制质量浓度为0.2％的BS1042无溶剂反应型聚二甲基硅氧烷憎水剂溶液，将所称取的木屑浸泡在BS1042无溶剂反应型聚二甲基硅氧烷憎水剂溶液中，低速搅拌90s，让木屑与聚硅氧烷憎水剂溶液充分接触，然后过滤掉多余的BS1042无溶剂反应型聚二甲基硅氧烷憎水剂溶液(这些多余的聚二甲基硅氧烷憎水剂溶液可以重复使用)，将经过憎水处理的木屑至于电热鼓风干燥箱中在50℃干燥48h待用。

然后将六水氯化镁加入到已称取的水中并搅拌均匀，待六水氯化镁溶液冷却至室温后，再加入憎水处理干燥的木屑、氧化镁、硅灰、玻璃纤维、丙烯酸乳液、磷酸二氢钙、膨润土、减水剂和消泡剂，搅拌均匀后将上述混合物倒入模具内常温下成型，24h脱模取出试样；然后用2000g固含量为25％的甲基硅酸钾8000g水配制成质量浓度为5％的甲基硅酸钾溶液；然后用质量浓度为5％的甲基硅酸钾溶液对试样进行喷涂处理，并自然干燥；干燥后进行第二次喷涂，然后再进行自然干燥处理；最后置于室内自然空气条件下(相对湿度小于90％)进行养护28d。

按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法ISO法》测试试样的抗压强度为5.1MPa，抗折强度1.5MPa。浸水48h测其抗折强度软化系数和质量吸水率分别为：0.93，3.6％；按照JC688-2006《玻镁平板》测试试样的握螺钉力为45N/mm，按照GB/T5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》测试试样的导热系数为0.192W/(m·K)，试样的容重为796Kg/m³。

实施例3

一种用于装配式外墙外保温系统的轻质龙骨及其制备方法如下:

按照重量份数称取轻烧氧化镁100份(活性氧化镁含量80％)，六水氯化镁80份，硅灰15份，长度为12mm的无碱玻璃纤维4份，木屑(20目-30目)25份，聚乙烯醇粉末2份(含量≥99％)，八水磷酸镁1份，钠基膨润土0.5份，聚羧酸系减水剂0.8份，聚醚类消泡剂0.8份，水51份。

称取200g硅烷基粉末憎水剂SHP50粉末(固含量80％)和9800g水配制质量浓度为1.6％的SHP50憎水剂溶液，将所称取的木屑浸泡在SHP50憎水剂溶液中，低速搅拌30s，让木屑与聚硅氧烷憎水剂溶液充分接触，然后过滤掉多余的SHP50憎水剂溶液(这些多余的SHP50憎水剂溶液可以重复使用)，将经过憎水处理的木屑至于电热鼓风干燥箱中在90℃干燥30h待用。

然后将六水氯化镁加入到已称取的水中并搅拌均匀，待六水氯化镁溶液冷却至室温后，再加入憎水处理干燥的木屑、氧化镁、硅灰、玻璃纤维、丙烯酸乳液、磷酸二氢钙、膨润土、减水剂和消泡剂，搅拌均匀后将上述混合物倒入模具内常温下成型，6h脱模取出试样；然后用1000g固含量为35％的甲基硅酸钾9000g水配制成质量浓度为3.5％的甲基硅酸钾溶液；然后用质量浓度为3.5％的甲基硅酸钾溶液对试样进行喷涂处理，并自然干燥；干燥后再重复进行二次喷涂，然后再进行自然干燥处理；最后置于室内干空条件下(相对湿度小于90％)进行养护28d。

按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法ISO法》测试试样的抗压强度为4.8MPa，抗折强度1.3MPa。浸水48h测其抗折强度软化系数和质量吸水率分别为：0.89，9.3％；按照JC688-2006《玻镁平板》测试试样的握螺钉力为47N/mm，按照GB/T5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》测试试样的导热系数为0.213W/(m·K)，试样的容重为855Kg/m³。

以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims

1.一种用于装配式外墙外保温系统的轻质龙骨，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：

所述玻璃纤维为中碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维；

所述复合防水剂为有机-无机复合防水剂。

2.根据权利要求1所述的轻质龙骨，其特征在于，所述硅灰中，活性SiO₂含量>80％，烧失量<5％；

所述玻璃纤维长度为3-12mm；

所述木屑粒度等级为18-60目，贮存期在三个月以上，含泥量<1％，含水率<10％；

所述复合防水剂由水乳型高聚物、磷酸盐和膨润土组成。

3.根据权利要求2所述的轻质龙骨，其特征在于，所述水乳型高聚物为聚乙烯醇或丙烯酸乳液中的一种或两种；

4.根据权利要求2所述的轻质龙骨，其特征在于，所述磷酸盐为Mg₃(PO₄)₂﹒8H₂O或Ca(H₂PO₄)₂或Al(H₂PO₄)₃中的任一种或两种；

所述磷酸盐占所述氧化镁的质量百分比为0.5％-2％。

5.根据权利要求2所述的轻质龙骨，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土；所述钠基膨润土占所述氧化镁的质量百分比为0.3-1.0％。

6.根据权利要求1所述的轻质龙骨，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述减水剂的固含量为30％。

7.根据权利要求1所述的轻质龙骨，其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。

8.一种如权利要求1所述的轻质龙骨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.配置质量浓度为0.2—5％的憎水剂溶液，将木屑浸泡在所述憎水剂溶液中，搅拌30-90s，所述木屑与憎水剂溶液充分接触，过滤掉所述憎水剂溶液；

S3.按照权利要求1中的配比称量各个组分，首先将六水氯化镁溶于水中并搅拌均匀得到氯化镁溶液；

待所述氯化镁溶液冷却至室温后，再加入氧化镁、硅灰、玻璃纤维、步骤2处理后的木屑、复合防水剂、减水剂和消泡剂，经过混合搅拌5—10min获得一种均匀的混合物；

所述混合的流动度为110mm～150mm；

S5.用质量浓度1-5％的甲基硅酸钾溶液喷涂于试样表面，自然晾干；

S6.将经过甲基硅酸钾溶液喷涂处理的试样置于室内养护28天以上得到所述轻质龙骨。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1中的憎水处理所用憎水剂为有机硅类憎水剂。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤5中自然晾干后，循环喷涂2-5次。