浅析发泡水泥新材料研究
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摘要:随着我国提出的建设资源节约型社会的要求,节能型建筑材料将成为今后新型建材的发展方向。本文重点介绍了近年来国内外发泡水泥材料的研究成果:发泡聚苯乙烯填充水泥材料的新工艺及其在吸波性能方面取得的新进展;利用纳米材料填充发泡水泥提高制品的综合性能等。
关键词:发泡水泥 材料 探讨
一、发泡水泥的主要原材料
发泡水泥材料按照胶凝材料可分为普通水泥、镁水泥、石膏三大类。无机胶凝材料是水泥发泡材料强度的主要来源,要求其有早期强度高、速凝的特点。一般的发泡水泥选择的胶凝材料是普通的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥。镁质发泡水泥选择的是氯氧镁水泥作为无机胶凝材料,它是由轻度煅烧菱镁矿(MgCO3)得到的菱苦土(MgO)及氯化镁水溶液反应生成的气硬性凝胶材料。石膏发泡水泥采用的是石膏胶凝材料,它是制作新型建筑材料的良好原材料。
发泡剂是使材料内部产生泡沫而形成闭孔或联孔结构材料的物质,它是影响发泡水泥性能的重要因素之一。外加剂采用具有早强和稳泡功能的外加剂以及提高表面活性的助剂和减水剂。这些外加剂有利于改善浆体的浸润性、和易性和提高制品的强度以及泡沫的均匀稳定性,所以是研究发泡水泥的关键技术。
二、国内发泡水泥材料的研究
发泡聚苯乙烯(EPS)是一种轻质、内含不连续气孔的泡沫,具有密度低、比强度高、吸水率低、耐酸碱、保温性好等一系列优点,但EPS颗粒具有两大弱点:第一,由于EPS表观密度比较低,所以保温材料在搅拌过程中易产生离析;第二,EPS表面为憎水性,与无机胶凝材料不润湿,造成了其与水泥浆体界面黏结力比较差。
通过对废弃EPS的预处理,使其表面由憎水性改变为亲水性,成功地解决了无机胶凝材料对EPS不润湿、混合料和易性差、黏结强度低的技术难题。研究人员选择了高分子黏结剂和偶联剂,配制低水灰比拌合物的硅酸盐水泥胶结料,利用黏结剂和偶联剂的双重作用,实现复合胶结料对EPS的表面包裹,从而有效地改善了EPS的表面性能。
通过结构EPS轻质泡沫材料,利用了类似裹砂工艺的方法制作了新型的发泡水泥材料。并且采用微硅粉来提高EPS在水泥浆体中的分散效果和界面黏结强度,同时加入的钢纤维显著提高了泡沫材料的劈裂抗拉强度,并改善了其抗干缩性能。研究人员发现在EPS填充水泥发泡材料中同时掺加微硅粉和钢纤维能使泡沫材料的力学性能和干缩性能达到最佳。
随着对发泡聚苯乙烯填充水泥材料研究的逐渐深入,国内的研究者已经开始了EPS填充水泥泡沫材料在吸波性能方面的研究。通过对EPS填充水泥复合材料的试验研究发现,该水泥材料具有良好的吸波性能。EPS填充率和颗粒直径对材料的吸波性能具有明显的影响,对室内电磁波的防护也起到了积极的作用。由于纯水泥试样损耗性能比较低,而且水泥试样比较致密,导致材料的透波性能比较差。而EPS是一种良好的透波材料。其颗粒在浆体内均匀分布,引导入射电磁波进入材料内部,并且在材料内部发生多次反射性散射,一方面增加了单颗粒对电磁波的吸收次数,另一方面也增加了散射过程中对电磁波的损耗。同时,EPS填充水泥复合材料在加压过程中发生了较大变形,但其破坏过程是逐渐的,表明材料具有一定的韧性,而纯水泥试样则是脆性破坏,达到压力极限发生突然破坏,说明EPS填充水泥复合材料具有较好的吸收能量的功能。
三、国外发泡水泥材料的研究
美国研究人员最近研制出一种新型发泡水泥制品,它将泡沫分散在水泥材料内并制作成复合的三明治结构,是一种将微泡分散在天然乳胶中形成的水泥浆多相复合材料。鉴于现有水泥制品的脆硬性和开放的泡沫结构,新型水泥材料由于三明治结构和爆炸缓冲层的作用,使得它在抗冲击和耐水性方面具有更加优良的特性。这种新型发泡水泥材料的泡沫是由玻璃微珠制成的,水泥浆则通过天然橡胶的加入而被改良,还添加了大量的纳米陶瓷和玻璃纤维。微珠不但减轻了材料的重量,提高了耐水性,而且其独特的封闭结构使得它在微长度体系上对能量的吸收发挥了巨大的作用;天然橡胶的加入则提高了水泥基体的高温韧性和减水性;玻璃纤维的均匀分布吸收了来自外界的冲击力;少量纳米陶瓷的掺入改进了水泥浆中氢氧化物的结晶组织。因此,这种新型的水泥材料在水泥制品的抗冲击方面取得了突破性的进展。
南洋大学和谢菲尔德大学的研究人员采用陶瓷微珠填充波特兰泡沫水泥浆形成了性能更加优良的发泡材料,尤其是提高了发泡材料的抗水性。陶瓷微珠的主要成分是硅石和氧化铝,后者使得陶瓷微珠具有1600~1800℃的高熔点和低热膨胀系数(8×10-6℃-1),因此陶瓷微珠不可燃并且具有很好的耐火性能,这对于微珠应用于高温领域提供了有利的条件。陶瓷微珠的堆积密度只有400kg/m3,改
善了泡沫浆体的轻质特性。由于微珠内部局部真空的存在,对热量的转移形成了一个天然屏障,所以在泡沫材料的保温隔热方面发挥了积极的作用。陶瓷微珠的高表面硬度(6莫氏硬度)使得它能够承受剧烈的搅拌作用。微珠表面无吸附特性和大量颗粒在材料内部的分布使得它在降低泡沫水泥干缩率方面发挥了巨大的作用。
综上所述,开发环保、节能、价格低廉、性能更加优良的发泡水泥材料建议从以下几个方面开展工作:①选择新型填充料,使发泡水泥材料的应用多功能化。②利用新型纳米材料填充发泡水泥,改善材料的综合性能。③消除有机泡沫对人体的毒害,研究新型的无机泡沫水泥材料,同时开发出无毒副产品的生产工艺流程,以满足绿色工艺的要求。
参考文献:
[1]彭志辉,陈明凤,彭家惠,等.废弃聚苯乙烯泡沫(EPS)外墙外保温砂浆研究[J].重庆建筑大学学报,2007
[2]管洪涛,刘顺华,段玉平,等.EPS水泥复合材料的吸波性能与抗压性能研究[J].材料科学与工程学报,2006
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