CN109111185B - 一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，该保温隔热材料由轻烧氧化镁粉、七水硫酸镁、水、骨料和纤维组成，按重量份数计，该保温隔热材料的组成为：轻烧氧化镁粉1042份，七水硫酸镁458份，水402份，骨料1500份，纤维0.5～1.5份。本发明通过纤维对硫氧镁基保温隔热材料进行改性，掺加纤维后，硫氧镁基保温隔热材料的抗裂性能得到有效改善，同时包括其抗压强度、抗折强度、耐水性等在内的综合性能均得到有效提高。进一步地，具体改变纤维的种类和掺量，可获得具有不同性能的纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，为制备高性能抗裂硫氧镁基保温隔热材料提供了理论和技术参数。

Description

一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料
技术领域
本发明涉及一种建筑用保温隔热材料，具体涉及一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料。
背景技术
建筑节能已经成为影响我国经济可持续发展的重要影响因素，外墙保温隔热材料是建筑节能体系的重要组成部分。目前有机类外墙保温材料具有引发火灾、加速火灾蔓延的危险性和易老化、性能稳定性差的缺陷；而无机保温材料是在满足建筑节能保温材料要求保温与防火兼备的前提下，最具有发展前景的保温隔热材料。
在当前无机保温隔热材料实际工程应用中，保温层经常出现裂缝问题，产生裂纹的原因主要是保温隔热层砂浆的干缩变形较大导致。分析其原因主要是传统保温隔热砂浆的胶凝材料主要是以通用硅酸盐水泥为主，硬化过程中易产生收缩等问题。国内李明跃对膨胀珍珠岩及氯氧镁胶凝材料进行了研究，发现氯氧镁水泥基膨胀珍珠岩保温隔热砂浆具有独特的低密度、高强度、导热系数好的先天优势。然而大量研究也表明氯氧镁胶凝材料存在耐水性差，吸潮返卤等先天缺陷。硫氧镁胶凝材料与氯氧镁胶凝材料一样同属于镁质胶凝材料的一种，但是传统硫氧镁胶凝材料经过系列改性研究以后，在一定程度上已经可以很好地克服氯氧镁胶凝材料的上述先天缺点。为了更好地改善无机保温隔热材料的体积稳定性，关于加入抗裂性纤维提高其抗裂性的研究已经取得了很多成果。例如，NS Berke发现聚丙烯纤维可以减少塑性收缩裂缝。李翠凡研究发现纤维水泥基复合材料的抗裂性能改善程度与纤维品种，纤维的加入量有关。朱艳超研究表明纤维的掺入明显地延长了砂浆初始开裂的时间，当体积掺量为0.2％时，10mm纤维的掺入使开裂时间从32h延长到48h。DragoSaje等人对聚丙烯纤维增强高性能混凝土的收缩进行了研究，研究表明纤维含量增加至复合材料体积的0.5％，纤维增强混凝土的收缩率显着降低。同时，林艳杰指出轻骨料混凝土抗压强度随纤维掺量的增加先提高后下降，0.9kg/m3为聚丙烯纤维最佳掺量，同时发现水玻璃对于体积稳定性的改善和抗裂性的提高效果也十分明显，并且已经做了很多研究。G.Barluenga研究表明约600g/m3的玻璃纤维量显示出最大的裂化控制能力，但较大的量不会提高纤维效率。简文彬采用扫描电镜技术对于不同临期水泥-水玻璃加固软土的微观结构进行观察和研究得到水玻璃的水化物有良好的充填作用、胶结作用、加筋作用和骨架作用。吴德宝针对水泥-水玻璃浆液的基本性能做了室内试验研究发现水玻璃能提高强度。荆浩在对水玻璃体系碱矿渣水泥研究中发现水玻璃干燥收缩率最小。
综合以上看出，当前无机保温隔热材料还是以通用硅酸盐水泥基保温隔热材料为主，抗裂性较低一直是限制其应用的主要问题。而与通用硅酸盐水泥相比，硫氧镁水泥的生产能耗更低，但目前对硫氧镁基保温隔热材料的性能，尤其是针对掺加各种抗裂纤维提高其抗裂性的研究还十分有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有无机保温隔热材料的不足，提供一种综合性能好的纤维改性硫氧镁基保温隔热材料。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，该保温隔热材料由轻烧氧化镁粉、七水硫酸镁、水、骨料和纤维组成，按重量份数计，该保温隔热材料的组成为：轻烧氧化镁粉1042份，七水硫酸镁458份，水402份，骨料1500份，纤维0.5～1.5份。
作为优选，所述的骨料为珍珠岩。
进一步地，所述的珍珠岩为开口珍珠岩。
作为优选，所述的纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和玻璃纤维中的一种。
作为优选，所述的纤维的直径为8～20μm，长度为4～8mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明涉及一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，通过纤维对硫氧镁基保温隔热材料进行改性，掺加纤维后，硫氧镁基保温隔热材料的抗裂性能得到有效改善，同时包括其抗压强度、抗折强度、耐水性等在内的综合性能均得到有效提高。进一步地，具体改变纤维的种类和掺量，可获得具有不同性能的纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，为制备高性能抗裂硫氧镁基保温隔热材料提供了理论和技术参数。例如，玻璃纤维掺量为1.0kg/m3时早期抗压强度最大，聚乙烯醇纤维掺量为0.5kg/m3时其早期抗压强度最高；聚丙烯纤维明显提高了硫氧镁保温隔热砂浆的耐水性能，其中掺量在0.5％时软化系数最大；掺加聚乙烯醇纤维后硫氧镁保温隔热砂浆的导热系数具有一定程度的降低，其中聚乙烯醇纤维掺量在1.5kg/m3时保温隔热砂浆的导热系数最低。玻璃纤维和聚丙烯纤维可以明显降低硫氧镁基保温隔热材料的自收缩值，同时聚丙烯纤维可以明显降低其干燥收缩值。
附图说明
图1为三种纤维对改性硫氧镁基保温隔热砂浆稠度的影响结果；
图2为三种纤维分别对改性硫氧镁基保温隔热砂浆湿密度的影响结果；
图3(a)为养护7天后不同纤维掺杂对硫氧镁基保温隔热材料的早期抗折强度的影响结果；
图3(b)为养护60天后不同纤维掺杂对硫氧镁基保温隔热材料的后期抗折强度的影响结果；
图4(a)为纤维对7天龄期改性硫氧镁基保温隔热砂浆抗压强度的影响结果；
图4(b)为纤维对60天龄期改性硫氧镁基保温隔热砂浆抗压强度的影响结果；
图5为纤维对改性硫氧镁基保温隔热砂浆耐水性能的影响结果；
图6为纤维对改性硫氧镁基保温隔热砂浆保温隔热性能的影响结果；
图7为玻璃纤维和聚丙烯纤维分别对硫氧镁基保温隔热材料自收缩的影响结果；
图8为玻璃纤维和聚丙烯纤维对硫氧镁基保温隔热材料干燥收缩的影响结果。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1～实施例9的纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，按重量份数计的配料比见表1。
表1实施例1～实施例9的配料比(单位：g)
Figure BDA0001799782510000031
实施例1～实施例9采用天津产工业级七水硫酸镁，营口产的轻烧氧化镁粉，具体成分见表2和表3；骨料采用开口珍珠岩，其物理性能指标见表4所示；采用的纤维有聚丙烯纤维(简称PP纤维)、聚乙烯醇纤维(简称PVA纤维)及玻璃纤维(简称GF纤维)，纤维长度均为6mm，其具体物理性能指标见表5所示。
表2七水硫酸镁的化学组成
Figure BDA0001799782510000041
表3轻烧氧化镁的化学组成
Figure BDA0001799782510000042
表4开口珍珠岩的物理性能指标
Figure BDA0001799782510000043
表5纤维的物理性能指标
Figure BDA0001799782510000044
按照表1的配料比拌制纤维改性硫氧镁基保温隔热砂浆，其中实施例1～实施例9拌制好后分别测其稠度和湿表观密度，并分别成型4组40mm×40mm×160mm试件和300mm×300mm×30mm的导热系数试件，拆模后放在室内(20±2℃,RH＝95％)进行养护，养护到一定龄期分别测定其力学性能、耐水性能及其导热系数。其中导热系数测定前先将试件于105℃的烘箱内烘干至恒重，然后放置于导热系数测定仪中测得其相应导热系数。在60天龄期时分别从实施例1～实施例9的试件中取样制备微观试样，进行扫描电镜SEM测试，分析纤维对硫氧镁基保温隔热材料微观形貌特征的影响。另外，按照表1的配料比拌制纤维改性硫氧镁基保温隔热砂浆，其中实施例1～实施例9拌制好后分别成型40mm×40mm×160mm收缩试件二组，未拆模前用塑料膜覆盖，拆模后一组试件用锡纸进行密封只露出测量铜头，与另一组裸露试件同时放置在温度为20±2℃、湿度为70±2％的室内。然后分别测定其不同龄期的总收缩和自收缩值，探究不同品种纤维对改性硫氧镁基保温隔热材料抗裂性的影响。试验结果如下：
1、纤维对改性硫氧镁基保温隔热材料工作性能的影响
图1是三种纤维对改性硫氧镁基保温隔热砂浆稠度的影响结果。从图1可以看出，掺加三种纤维之后的工作稠度均有一定程度的降低，这主要是由于纤维在砂浆中的分布，增大了砂浆的粘结强度。从图1还可以看出，随着纤维掺量的增加，掺加PVA纤维的保温隔热砂浆稠度呈现出明显降低的趋势，掺加GF纤维的稠度值没有明显变化，而PP纤维掺量在1kg/m3时，其保温隔热砂浆稠度值最高。
图2是三种纤维分别对改性硫氧镁基保温隔热砂浆湿密度的影响结果。从图2可以看出：随着纤维掺量的增加，掺加三种纤维后的保温隔热砂浆的湿密度均没有明显的变化。这主要是因为三种纤维的掺入并不改变砂浆胶体的化学成分，而且三种纤维的掺入量较小，因此其对硫氧镁镁基保温隔热砂浆的湿密度没有明显的影响。
2、纤维对改性硫氧镁基保温隔热材料力学性能的影响
图3(a)为养护7天后不同纤维掺杂对硫氧镁基保温隔热材料的早期抗折强度的影响结果，图3(b)为养护60天后不同纤维掺杂对硫氧镁基保温隔热材料的后期抗折强度的影响结果。从图3(a)可以看出掺加PP纤维和PVA纤维后保温隔热材料的早期抗折强度均有一定程度的降低，并且随着纤维掺量的增加，PP纤维对改性硫氧镁基保温隔热材料的早期抗折强度的影响不明显；而掺加GF纤维后，硫氧镁基保温隔热材料的早期抗折强度提高，其中GF纤维掺量为1.0kg/m3时增强作用最高；从图3(a)中还可以看出，PVA纤维掺量为0.5kg/m3时早期增强效果最好。从图3(b)可以看出，掺加纤维后的硫氧镁基保温隔热材料的后期抗折强度均有不同程度的增加，这主要是因为纤维的存在阻止了硬化过程中的各种收缩产生的裂纹，降低了保温隔热材料的收缩应力。从图3(b)还可以看出随着纤维掺量的增加，掺加PP纤维的后期抗折强度变化不大，GF纤维掺量为1.0kg/m3时后期其抗折强度最大，而PVA纤维掺量为0.5kg/m3时后期抗折强度最高。
图4(a)为纤维对7天龄期改性硫氧镁基保温隔热砂浆抗压强度的影响结果，图4(b)为纤维对60天龄期改性硫氧镁基保温隔热砂浆抗压强度的影响结果。从图4(a)可以看出掺加三种纤维后保温隔热材料的早期抗压强度均有一定程度的提高；还可以看出随着纤维掺量的增加，掺加PP纤维的早期抗压强度变化不大；GF纤维掺量为1.0kg/m3时早期抗压强度最大；掺加PVA纤维的早期抗压强度呈现出明显的下降趋势，并且PVA纤维掺量为0.5kg/m3时其早期抗压强度最高。图4(b)是纤维对改性硫氧镁基保温隔热砂浆后期抗压强度的影响结果，从该图可以看出掺加PP纤维和GF纤维后保温隔热材料的后期抗压强度均有一定程度的提高，掺加PVA纤维的只在掺量为0.5kg/m3时其后期抗压强度有一定程度的提高；还可以看出随着纤维掺量的增加，掺加PP纤维的后期抗压强度没有明显变化；掺加GF纤维的在掺量为1.0kg/m3时后期抗压强度最大；掺加PVA纤维的后期抗压强度呈现出明显的下降趋势。
3、纤维对改性硫氧镁基保温隔热材料耐水性能的影响
图5是三种纤维对改性硫氧镁基保温隔热砂浆耐水性能的影响结果。从图5可以看出PP纤维明显提高了硫氧镁保温隔热砂浆的软化系数，而且掺量在0.5％时软化系数最大，达到了0.89。从图5还可以看出，GF纤维掺量只有在1.0kg/m3时其软化系数高于未加纤维的试件；掺入PVA纤维的硫氧镁保温隔热砂浆的软化系数没有明显变化。这表明在制备硫氧镁保温隔热砂浆时可以掺入大约0.5％的PP纤维提高其耐水性能，从而提高其与水接触时的力学性能稳定性。
4、纤维对改性硫氧镁基保温隔热材料导热性能的影响
图6是纤维对改性硫氧镁基保温隔热砂浆保温隔热性能的影响结果。从该图可以看出三种纤维掺量为0.5kg/m3时，保温隔热材料的导热系数均有所降低，尤其是掺加GF纤维后保温隔热材料的导热系数最低，其保温隔热效果最好；而PVA纤维掺量在1.5kg/m3时保温隔热砂浆的导热系数最低，此时保温效果最好。
5、纤维对改性硫氧镁基保温隔热材料收缩性能的影响
5.1、对自收缩的影响
图7是GF纤维和PP纤维分别对硫氧镁基保温隔热材料自收缩的影响结果。从图7可以看出：纤维改性硫氧镁基保温隔热材料的自收缩明显低于未掺加纤维的对比试件，说明其抗裂性能明显优于未掺加纤维的对比试件，其中14天龄期之前硫氧镁保温隔热材料的自收缩发展最快，一直到28天龄期之后自收缩速度较为缓和，不过一直到60天龄期其自收缩速度一直在发展。从图7还可以看出：在早龄期14天之前，GF纤维改性硫氧镁基保温隔热材料的自收缩值要明显高于PP纤维改性硫氧镁基保温隔热材料；但随着龄期的增长，即14天龄期之后PP纤维改性硫氧镁基保温隔热材料的自收缩速度明显高于GF纤维改性保温隔热材料。
5.2、对干燥收缩的影响
图8是GF纤维和PP纤维对硫氧镁基保温隔热材料干燥收缩的影响结果。从图8可以看出：60天龄期前的GF纤维和PP纤维改性的硫氧镁基保温隔热材料的干燥收缩发展较快，尤其是14天龄期之前。从图8还可以看出，GF纤维改性硫氧镁基保温隔热材料的干燥收缩值明显高于PP纤维改性硫氧镁基保温隔热材料的干燥收缩值。这说明，PP纤维改性硫氧镁基保温隔热材料的抗裂性能优于GF纤维改性硫氧镁基保温隔热材料。
综上，可以得出以下结论：
(1)掺加纤维后，硫氧镁基保温隔热材料的抗裂性能得到有效改善，同时包括抗压强度、抗折强度、耐水性能等性能在内的综合性能均得到有效提高。掺加不同的纤维及选择不同的纤维掺量，可获得综合性能满意的纤维改性硫氧镁基保温隔热材料。
(2)随着纤维掺量的增加，掺加PVA纤维的保温隔热砂浆稠度呈现出明显降低的趋势，掺加GF纤维的稠度值没有明显变化，而PP纤维掺量在1kg/m3时，其保温隔热砂浆稠度值最高。因以上三种纤维的掺入量较小，其对硫氧镁镁基保温隔热砂浆的湿密度没有明显的影响。
(3)PP纤维、GF纤维及PVA纤维均对保温隔热材料的抗折及抗压强度均有一定的提高作用，GF纤维对抗压抗折强度的提高效果最明显，其中GF纤维掺量为1.0kg/m3时早期抗压强度最大，PVA纤维掺量为0.5kg/m3时其早期抗压强度最高。
(4)PP纤维明显提高了硫氧镁保温隔热砂浆的耐水性能，其中掺量在0.5％时软化系数最大。GF纤维掺量只有在1.0kg/m3时，软化系数稍高于未加纤维的对比试件；而掺入PVA纤维的硫氧镁保温隔热砂浆的软化系数没有明显变化。
(4)PP纤维和GF纤维对硫氧镁基保温隔热砂浆的导热系数有增加的作用。而掺加PVA纤维后硫氧镁保温隔热砂浆的导热系数具有一定程度的降低，其中PVA纤维掺量在1.5kg/m3时保温隔热砂浆的导热系数最低。
(5)GF纤维和PP纤维可以明显降低硫氧镁基保温隔热材料的自收缩值，同时PP纤维可以明显降低其干燥收缩值。

Claims (3)

1.一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，其特征在于该保温隔热材料由轻烧氧化镁粉、七水硫酸镁、水、骨料和纤维组成，所述的纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和玻璃纤维中的一种，按重量份数计，该保温隔热材料的组成为：轻烧氧化镁粉1042份，七水硫酸镁458份，水402份，骨料1500份，聚丙烯纤维0.5份或聚乙烯醇纤维0.5份或玻璃纤维1.0份，所述的纤维的直径为8～20μm，长度为4～8mm。
2.根据权利要求1所述的一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，其特征在于所述的骨料为珍珠岩。
3.根据权利要求2所述的一种纤维改性硫氧镁基保温隔热材料，其特征在于所述的珍珠岩为开口珍珠岩。
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CN101362643A (zh) * 2007-08-07 2009-02-11 刘贵堂 一种墙体保温板材、其制备方法及应用

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