屋面保温用快硬泡沫混凝土性能研究.pdf

保温 隔热屋面 屋 面 保 温 用 快 硬 泡 沫 涅 凝 土 性 能 研 究 乔欣元 ， 矫立野 ( 1 大连港湾工程有限公司， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 0 ； 2 中国人民解放军 6 5 5 8 5部队， 辽宁 大连1 1 6 1 0 4 ) 摘要： 以硫铝酸盐水泥、 泡沫剂和减水剂为主要原料 ， 采用物理发泡法制备 了密度等级在 3 0 0 6 0 0 k s m 的屋面保温用 泡沫混凝土， 它能快速成型， 自然养护。3 d抗压强度可达 3 9 3 k P a ， 且可满足对其导热 系数的要求。 关键词 ： 泡沫混凝土 ； 硫铝酸盐水泥 ； 屋 面保温 ； 试验 文章编号 ： 1 0 0 7 4 9 7 X ( 2 0 1 4 ) 一 1 5 0 0 3 7 0 4 中图分类号 ： T U 2 3 1 ； T U 5 5 1 文献标识码： A Re s e a r c h o n Pe r f o r ma n c e o f Ra p i d Ha r d e n i n g Fo a m e d Co n c r e t e f o r Th e r ma l I ns u l a t i o n Ro o fin g Q i a o X i n y u a n ， J i a o L iy e ( 1 D a l i a n H a r b o r B a y E n g i n e e ri n g C o ， L t d ， D a l i a n ， L i a o n i n g 1 1 6 0 2 0 ； 2 T h e 6 5 5 8 5 T r o o p o f C h i n e s e P e o p l e S L i b e r a t i o n A r m y ， D i a n ， L i a o n i n g 1 1 6 1 0 4 ) Ab s t r a c t ：S u l p h o a l u mi n a t e c e me n t ，f o a mi n g a g e n t a n d wa t e r r e d u c e r a c t e d a s ma i n r a w ma t e ria l s ，f o a me d c o n c r e t e f o r t h e r ma l i n s u l a t i o n r o o fi n g wa s f a b ri c a t e d wi t h p h y s i c a l f o a mi n g me t h o d ，i t s d e n s i t y g r a d e i s b e t we e n 3 0 0 a n d 6 0 0 k g c m3 T h i s c o n c r e t e i s r a p i d p r o t o t y p i n g a n d n a t u r a l c u rin g ， i t s 3 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h c a n b e u p t o 3 9 3 k p a ， a n d i t s p r o p e r t i e s a l s o s a t i s f y t h e r e q u i r e me n t for h e a t c o n d u c t i v i t y c o e ffi c i e n t Ke y wo r d s ： f o a me d c o n c r e t e ； s u l p h o a l u mi n a t e c e me n t ； t h e r ma l i n s u l a t i o n r o o fi n g ； e x p e rime n t 随着能源环境 问题 的 日益得到重视 ， “ 绿色建筑” 的理念逐渐深人人心。 屋面保温材料作为节能环保 型 建筑的重要组成部分 ， 其研究具有重大现实意义 。目 前 ， 我国常用 的屋面保温材料主要有岩棉 、 膨胀珍珠 岩 、 膨胀蛭石 、 聚苯乙烯 、 聚氨酯以及泡沫混凝土等 。 相比于前面几种材料或防水性能差、 或防火隐患高的 缺陷 ， 泡沫混凝土不仅耐水性能 良好 ， 且是 A级 防火 材料】I。国标 G B 5 0 2 0 7 -2 0 1 2 ( 屋面工程质量验收规 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 2 6 基金项 目： 国家 自然科学基金 项 目( 项 目编号 ： 5 1 1 0 2 0 3 5 ) 。 作者简介： 乔欣元 ， 男， 1 9 7 7年生， 工程师， 主要从事港口工程 建设管理及新型建筑材料研发。 联系地址： 1 1 6 1 1 0大连市沙河 口区香西路 1 9 9 1 0号 李茹( 转 ) 。 范 中新增 了“ 现浇泡沫混凝土保温层 ” 的内容 ， 也 是 近年来泡沫混凝土在 国内得到迅速推广并应用 的 结果【5 】 。 泡沫混凝土作为屋面保温材料具有密度小 、 质量 轻、 粘结力强 、 保温 、 防火 、 隔音 、 抗震等优点。在施工 中， 泡沫混凝土还具有将保温层 、 找平层 、 找坡层合三 为一 的特有优势 ， 同时可兼作刚性防水层的辅助隔离 层 ， 能够简化施工工序 、 缩短工期 、 节约成本 ， 并能保 证工程质量 0 l 。泡沫混凝土在屋面上应用 的构造示 意图 ， 见 图 1 。 泡沫混凝土作为屋面保温材料 ， 也存在露天施工 中受成型龄期制约 、 养护期受 自然情况影响大【“ 】 、 强 度偏低等缺点。本文为克服上述缺点 ， 采用硫铝酸盐 2 0 1 4 1 5中国建筑防水 屋面 工程 3 7 I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 保 温隔热屋面 图 1 泡沫混凝土保温屋 面构造示 意图 水泥制备了一种快硬早强型泡沫混凝土， 并对其吸水 性能 、 导热性能等进行 了检测研究 。 1 实验部分 1 1 主要原材料 选用符合 G B 2 0 4 7 2 2 0 0 6 硫铝酸盐水泥 标准 要求的 R S A C 4 2 5硫铝酸盐水泥 ，其密度为 3 1 0 0 k 4 m 、 初凝时间 2 5 rai n 、 终凝时间 3 h 、 l d抗压强 度为 3 3 0 MP a 、 3 d抗压强度为 4 2 5 MP a 。 S Y F 3 0水泥发泡剂 ：山东烟台世用建筑机械有 限公司产 ， 其性能指标见表 l ； 萘系减水剂 ： 大连铭源 建筑材料研究有限公 司产 ， 减水率为 2 0 、 固含量为 3 8 、 推荐掺量为 0 5 1 5 。 表 1 S Y F 3 0水 泥发泡剂性能指标 项 目 性能指标 外观 浅黄色透明油状液体 密度 ( k g L ) 1 0 6 p H 6 8 7 2 无机盐含量， O 5 吸收率 4 0 色泽， ( A P H A) 5 0 耗用量 ( k g m ) 0 3 5 0 4 5 1 2 主要仪器设备 WD W一 5 0微机控制 电子万能试验机 ，长春澳尔 天派机 电设 备有限公 司制造 ； C D D R 3 0 3 0 A导热 系 数测定仪 ， 河北吴宇仪器设备有限公司制造 。 1 _ 3 试件制备 采用物理发泡法制备泡沫混凝土 ， 发泡方式为高 速搅拌， 按水料比0 5 、 密度等级 3 0 0 6 0 0 k g m ， 设计 配合比。制备流程为： 采用 自制搅拌设备进行硫铝酸 3 8 I C B W - R o o fi n g E n g i n e e r in g 2 0 1 4 1 5 盐净浆搅拌 ， 转速为( 2 0 0 5 ) d m i n ； 同时， 采用高速变 频式搅拌器制备预制泡沫 ， 转速为( 1 2 0 0 0 2 3 0 0 0 r mi n ) ； 通过试验兼顾硫铝酸盐水泥快凝的特性和泡沫 剂发泡量 、 泡沫稳定性 的要求 ， 最终使二者达到协调 ， 进行混泡( 混泡时间是决定最终泡沫混凝土材料结构 和性能的关键因素) ；最后进行自然养护，养护温度 1 5 2 5、 相对湿度 5 0 9 0 。试验试件共 1 5个 ， 分 为 5组 ， 分组详情 ： 1 3 、 4 6 、 7 - 9 、 1 0 1 2 、 1 3 1 5 。 1 4 性能测试 性能测试参 照标准 J G T 2 6 6 2 0 l 1 泡沫混凝 土 、 G B 1 0 2 9 4 -2 0 0 8 绝热材料稳态热阻及有关特 性的测定防护热板法 中的要求进行 。 2 结果与分析 5组样 品物理性能测试结果 ， 见表 2 ； 选取其 中密 度等级 为 3 0 0 5 0 0 k g m 的 4组样 品测试 导热 系数 ， 结果见表 3 。 表 2 硫铝酸盐水泥泡沫 混凝土性能测试结果 湿密度 绝干密度 3 d抗压 3 d比强 7 2 h质量 编号 ( k g m ) ( k g m ) 强度 k P a 度门0 。 吸水率 1 4 0 4 31 7 31 9 1 0 0 6 8 76 3 2 4 【 ) 7 31 9 3 3 4 1 0 4 4 85 9l 3 41 0 3 2 0 3 6 7 1 1 4 6 8 3 1 7 4 41 1 3 2l 3 7 9 1 1 78 8 2 1 6 5 41 1 3 2 2 3 91 1 21 3 8 0 9 6 6 41 1 3 2 3 3 9 3 1 21 7 7 9 6 7 7 4 2 3 3 6 0 6 o 4 1 6 7 9 69 1 2 8 4 2 8 3 6 6 6 9 0 1 8 8 8 6 0 8 6 9 4 3 2 36 9 6 8 9 1 86 7 61 1 7 t O 4 98 4 4 6 9 78 2 1 9 5 5 3 7 8 1 1 5 0 o 45 4 l 0 3 9 2 2 8 7 51 9 9 1 2 5 Ol 4 5 7 1 2 5 6 2 75 0 47 6l 1 3 6 21 58 9 l 6 5l 2 8 0 2 3 9 1 6 1 4 6 2 3 5 9l l 6 8 2 2 8 46 3 7 5 4 1 5 62 7 59 5 l 6 8 8 2 8 3 5 3 7 1 7 注 ：试 件编号 1 3 、 4 6、 7 - 9 、 1 0 1 2 、 1 3 1 5的泡沫体 积掺量 分别 为 ： 8 2 3 7 、 8 2 3 7 、 7 9 4 4 、 7 3 5 6 、 6 5 9 2 。 2 1 快硬泡沫混凝土的孔结构 硫铝酸盐水泥水化过程呈强度生成快 、 早期强度 高的特点 。 泡沫混凝土在结构形成过程 中要克服泡沫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 硫铝酸盐水泥泡沫混凝土导热 系数测试结果 泡沫掺量 ( 体积 比) 导热系数 ( W m K) 8 2 - 3 7 0 0 81 5 8 ：2 37 0 1 0 5 3 79 4 4 0 1 0 9 2 7 3 5 6 O 1 1 4 7 组分的不稳定性 ， 胶凝材料凝结时间越先于泡沫衰减 时间 ，就越能够有效 固化泡沫混凝土的基体结构 ， 越 趋向于获得孑 L 径微小、 孔径分布均匀、 连通孑 L 少的泡 沫混凝土孔结构，从而提高泡沫混凝土的综合性能。 图 2是对本试验制备的泡沫混凝土随机抽样测得 的 S E M照片之一 ， 具有广泛性 。该 图显示 ， 快硬硫铝酸 盐水 泥泡沫混凝 土孔结构 良好 ，气孔直径约为 0 1 mm， 孔形圆润 ， 孔分布理想 ， 封闭性好。 这种孔结构的 形成 ， 与硫铝酸盐水泥的快硬特性密不可分。 图 2快硬泡沫混凝土 的 S E M 照片 2 2 快硬泡沫混凝土的物理性能 1 ) 密度 泡沫混凝 土多孔性的直接宏观表现为其表观密 度值 ， 其密度等 级指标 ( 表 4 ) 是指绝干密 度等级指 标 ， 对其性能的分析亦是基于绝干密度情况下进行讨 论的。 表 4 J G T 2 6 6 - - - 2 0 1 1对泡沫混凝土密度及导热系数 的要 求 保 温隔热屋面 图 3 所示为快硬泡沫混凝土密度随泡沫掺量 ( 体 积 比) 增加而变化的趋势 ： 泡沫混凝土密度随泡沫掺 量的升高而下降， 且密度等级越低， 干湿密度相差越 大。这是因为泡沫混凝土越趋 向于低密度 ， 其孔隙率 越大 ， 结构中 自由水的栖息空问也越大。 当然 ， 泡沫混 凝土密度下降 ， 引入 的不仅有封闭气孔结构 ， 也势必 会带来连通孔 出现概率 的增加。 图 3 泡沫混凝土密度与泡沫掺量 的关 系 采用快硬水泥制备泡沫混凝土 ， 理论上能够获得 普通水泥同等条件下无法获得的低密度等级泡沫混 凝土， 只是本试验选取了偏高的密度等级范围。 2 ) 导热系数 导热系数是屋面保温材料的重要指标之一 。 理论 上 ， 多孔材料 由于结构 中存在热阻介质空气而具有低 导热性； 且同固相条件下， 导热系数随封闭孔孔隙率 升高而下降 。本试验 中泡沫混凝 土试件的导热系 数 测试结果 能够 满 足标 准 J G T 2 6 6 2 0 l 1的要求 ( 表 3 、 表 4 、 图 3 ) 。硫铝酸盐水泥快硬作用起到 了固 化封闭孔结构的作用 ， 提高了最终泡沫混凝土的保温 隔热性能。 密度等级 项目 AO 3 A0 4 AO 5 A0 6 AO 8 A1 0 A1 2 A1 4 A1 6 干密度 ， 3 3 0 4 3 0 5 3 0 6 3 0 8 3 0 1 0 3 0 1 2 3 0 1 4 3 0 1 6 3 0 ( k g m ) 导热系数 ， ， ( W m k ) O O 8 O 1 O 0 1 2 0 1 4 0 - 2 1 0 2 4 3 ) 吸水率 如图 4所示 ， 泡沫混凝土的吸水率 随泡沫 掺量的增加而升高。 这一结果与材料的孔分布 直接相关 。 作为用于屋面保温材料的泡沫混凝 土 ， 试验吸水率还有待降低 ， 这可以通过加入 憎水剂成分来实现 。 2 0 1 4 1 5中国 建筑防水 屋面工程 3 9 I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 薄 芒 保 温隔热屋面 泡 沫掺量 ( 体积 比) 图 4 泡沫混凝土 7 2 h质量 吸水率与泡沫掺量的关系 4 ) 力学强度 本试验选取 3 d 抗压强度及其比强度作为力学强 度的研究对象( 图 5 ， 表 2 ) 。如图 5所示 ， 在 3 d龄期 下 ， 快硬泡沫混凝土的抗压强度能够达到相应密度等 级下的强度需求 ，抗压强度 随泡沫掺量 的升高而下 降 。比强度变化趋势与抗压强度一致( 表 2 ) 。 泡 沫 掺 量 ( 体 积 比 ) ， 图 5 抗压强度受泡沫掺量的影响 3结语 材料 的结构组成 和生产工艺在一定程度上决定 了其性能 。泡沫混凝土材料 的组成结构 ， 尤其是孔结 构发生变化时， 其各项性能也随之发生变化 。在本试 验中 ， 泡沫混凝土的泡沫掺量 、 混泡方式和时间对最 终泡沫混凝土的孔结构有重要影响 ， 表现为泡沫混凝 土各项性能随泡沫掺量 的变化而变化 。 本试验以硫铝酸盐水泥制备屋面保温用泡沫混 4 O C B W - R o o f i n g E n g i n e e r in g 2 0 1 4 1 5 凝土 ， 能够有效促进泡沫混凝 土的快速成型 ， 降低养 护条件 、 缩短养护时间 ， 适宜 自然养护。 本试验制得的 泡沫混凝土在密度等级为 3 0 0 k g m 条件下 ， 3 d 抗压 强度可达 3 9 3 k P a ， 且能满足对导热系数的要求 。 参考文献 ： f 1 邱军付， 罗淑湘， 鲁虹， 等 大掺量粉煤灰泡沫混凝土保温 板 的试验研 究 J 1 硅 酸盐通报 ， 2 0 1 3 ( 0 2 ) ：3 6 3 3 6 7 f 2 】 山西省建 设厅 G B 5 0 2 0 7 -2 0 1 2屋 面工程质 量验 收规 范 S 北京 ： 中国建 筑工业 出版社 ， 2 0 1 2 3 霍瑞琴 屋 面工程技 术规 范 G B 5 0 3 4 5修 订简介 c 新防 水堵漏工程标 准宣贯 与技 术研 讨会 论文集 银川 ： 2 0 1 1 ， 4 6 4 山西省建设厅 G B 5 0 3 4 5 - 2 0 1 2屋 面工程技 术规 范【 S 】 北 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 2 【 5 】 钱 江潮 浅谈现 浇泡沫混凝土屋面保温施工技 术【 J lJ 城 市建 设理论研究( 电子版 ) ， 2 0 1 3 ( 7 ) 6 】 李富强 泡沫混凝土在水电站厂房屋面的应用及施工技术 【 J J 四川建材， 2 0 1 3 ( 6 ) ： 4 0 4 1 【 7 李随刚 浅谈 泡沫混凝 土在屋 面工程 中的应 用I J 】 河 南建 材 ， 2 0 1 3 ( 1 ) ： 1 4 9 1 5 0 8 】 许粉得 屋 面泡沫混凝 土施 工工 艺探讨 f J 1 河南建材 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 1 3 5 1 3 7 9 杨鑫， 莫天柱， 王聪， 等 浅谈重庆地区屋面保温隔热现状 及措施 J 1 建筑节能， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 6 0 6 4 【 1 0 】吕丈朴， 李商 泡沫混凝土技术在利比亚的应用【 j 混凝土 世界 ， 2 0 1 l ( 3 ) ： 7 4 7 6 1 1 吕海波 ， 盘前 华 浅谈 泡沫混凝土在屋 面施 工 中的利弊 【 J 中州建设 ， 2 0 1 3 ( 7 ) ： 6 5 6 6 1 2 】 朱明， 王方刚， 张旭龙 ， 等 泡沫混凝土孔结构与导热性能 的关系研究 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 1 3 ， 3 5 ( 3 ) ： 2 O 一 2 5 【 1 3 】 李翔宇， 赵霄龙 ， 郭向勇， 等 泡沫混凝土导热 系数模型及 参数修正 J 1 材料导报， 2 0 1 1 ， 2 5 ( 2 0 ) ： 1 4 6 1 4 8 1 4 周顺鄂， 卢忠远， 严云 泡沫混凝土导热系数模型研究【 J 】 材 料导报 ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 6 ) ： 6 9 7 3 ， 8 3 1 5 】A l e n g a r a m U J ， A I Mu h i t B A， J u ma a t M Z， e t a 1 A c o mp a r i s o n o f t he t he r ma l c on d uc t i v i t y o f o i l pa l m s he l l a me d c o n c r e t e w i t h c o n v e n t i o n a l m a t e r i a l s J Ma t e r i a l s& D e s i g n ， 2 0 1 3 ( 5 1 ) ： 5 2 2 5 2 9 昌、 越晒罡 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m