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１１６０２０；２．中国人民６５５８５，辽宁大连１１６１０４） 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３００～６００ ｋｓ／ｍ 的屋面保温用 泡沫混凝土，它能快速成型，自然养护。３ｄ抗压强度可达３９３ ｋＰａ，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：１００７—４９７Ｘ（２０１４）一１５—００３７—０４ 中图分类号：ＴＵ２３１；ＴＵ５５ １ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｒａｐｉｄ Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ Ｆｏａｍｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｏｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｒｏｏｆｉｎｇ Ｑｉａｏ Ｘｉｎｙｕａｎ ，Ｊｉａｏ Ｌｉｙｅ （１．Ｄａｌｉａｎ Ｈａｒｂｏｒ Ｂａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｌｉａｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １６０２０； ２．Ｔｈｅ ６５５８５ Ｔｒｏｏｐ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｐｅｏｐｌｅ Ｓ Ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ Ａｒｍｙ，Ｄ￣ｉａｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １６１０４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｌｐｈｏａｌｕｍｉｎａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ，ｆｏａｍｉｎｇ ａｇｅｎｔ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｄｕｃｅｒ ａｃｔｅｄ ａｓ ｍａｉｎ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｒｏｏｆｉｎｇ ｗａｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｆｏａｍｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｔｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｇｒａｄｅ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ３００ ａｎｄ ６００ ｋｇ／ｃｍ３． Ｔｈｉｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ａｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｃｕｒｉｎｇ，ｉｔｓ ３ｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｐ ｔｏ ３９３ｋｐａ，ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｌｓｏ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏａｍｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｓｕｌｐｈｏａｌｕｍｉｎａｔｅ ｃｅｍｅｎｔ；ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｒｏｏｆｉｎｇ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 随着能源环境问题的日益得到重视，“绿色建筑” 范》中新增了“现浇泡沫混凝土保温层”的内容 ，也 的理念逐渐深人人心。屋面保温材料作为节能环保型 是近年来泡沫混凝土在国内得到迅速推广并应用的 建筑的重要组成部分，其研究具有重大现实意义。目 结果【５】。 前，我国常用的屋面保温材料主要有岩棉、膨胀珍珠 泡沫混凝土作为屋面保温材料具有密度小、质量 岩、膨胀蛭石、聚苯乙烯、聚氨酯以及泡沫混凝土等。 轻、粘结力强、保温、防火、隔音、抗震等优点。在施工 相比于前面几种材料或防水性能差、或防火隐患高的 中，泡沫混凝土还具有将保温层、找平层、找坡层合三 缺陷，泡沫混凝土不仅耐水性能良好，且是Ａ级防火 为一的特有优势，同时可兼作刚性防水层的辅助隔离 材料『】Ｉ。国标ＧＢ ５０２０７－－２０１２（屋面工程质量验收规 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 ０ｌ。泡沫混凝土在屋面上应用的构造示 收稿日期：２０１４—０６—２６ 意图，见图１。 基金项目：国家自然科学基金项目（项目编号：５１１０２０３５）。 作者简介：乔欣元，男，１９７７年生，工程师，主要从事港口工程 泡沫混凝土作为屋面保温材料，也存在露天施工 建设管理及新型建筑材料研发。联系地址：１１６１１０大连市沙河 中受成型龄期制约、养护期受自然情况影响大【“】、强 口区香西路１９９—１０号李茹（转）。 度偏低等缺点。本文为克服上述缺点，采用硫铝酸盐 ２０１４．１５中国建筑防水・屋面工程 ３７．Ｉ 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ＧＢ ２０４７２—２００６《硫铝酸盐水泥》标准 要求的Ｒ・ＳＡＣ ４２．５硫铝酸盐水泥，其密度为３ １００ ｋ￣４ｍ 、初凝时间≥２５ ｒａｉｎ、终凝时间≤３ ｈ、ｌｄ抗压强 度为３３．０ ＭＰａ、３ｄ抗压强度为４２．５ ＭＰａ。 ＳＹ—Ｆ３０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２０％、固含量为 ３８％、推荐掺量为０．５％ １．５％。 表１ ＳＹ—Ｆ３０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／（ｋｇ／Ｌ） １．０６ ｐＨ ６．８￣７．２ 无机盐含量，％ ≤Ｏ．５ 吸收率／％ ≥４０ 色泽，（ＡＰＨＡ） ≤５０ 耗用量／（ｋｇ／ｍ ） ０．３５￣０．４５ １．２主要仪器设备 ＷＤＷ一５０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；ＣＤ—ＤＲ３０３０Ａ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３００～６００ ｋｇ／ｍ，设计 配合比。制备流程为：采用自制搅拌设备进行硫铝酸 ◆３８．Ｉ ＣＢＷ－Ｒｏｏｉｆｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１４．１５ 盐净浆搅拌，转速为（２００￣５）ｄｍｉｎ；同时，采用高速变 频式搅拌器制备预制泡沫，转速为（１２ ０００—２３ ０００ ｒ／ ｍｉｎ）；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 １５～２５℃、相对湿度５０％ ９０％。试验试件共１５个，分 为５组，分组详情：１～３、４～６、７－９、１０～１２、１３—１５。 １．４性能测试 性能测试参照标准ＪＧ／Ｔ ２６６—２０ｌ １《泡沫混凝 土》、ＧＢ １０２９４－－２００８《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３００～５００ ｋｇ／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 编号 湿密度 绝干密度 ３ｄ抗压 ３ｄ比强 ７２ ｈ质量 ／（ｋｇ／ｍ ） ／（ｋｇ／ｍ ） 强度／ｋＰａ 度门０。 吸水率／％ １ ４０４ ３１７ ３１９ １．００６ ８７．６３ ２ ４【）７ ３１９ ３３４ １．０４４ ８５．９ｌ ３ ４１０ ３２０ ３６７ １．１４６ ８３．１７ ４ ４１１ ３２ｌ ３７９ １．１７８ ８２．１６ ５ ４１１ ３２２ ３９１ １．２１３ ８０．９６ ６ ４１１ ３２３ ３９３ １．２１７ ７９．６７ ７ ４２３ ３６０ ６ｏ４ １．６７９ ６９．１２ ８ ４２８ ３６６ ６９０ １．８８８ ６０．８６ ９ ４３２ ３６９ ６８９ １．８６７ ６１．１７ ｔＯ ４９８ ４４６ ９７８ ２．１９５ ５３．７８ １１ ５０ｏ ４５４ ｌ ０３９ ２．２８７ ５１．９９ １２ ５Ｏｌ ４５７ １ ２５６ ２．７５０ ４７．６ｌ １３ ６２１ ５８９ ｌ ６５ｌ ２．８０２ ３９．１６ １４ ６２３ ５９ｌ ｌ ６８２ ２．８４６ ３７．５４ １５ ６２７ ５９５ ｌ ６８８ ２．８３５ ３７．１７ 注：试件编号１～３、４￣６、７－９、１０～１２、１３～１５的泡沫体积掺量分别 为：８２．３７％、８２．３７％、７９．４４％、７３．５６％、６５．９２％。 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 保温隔热屋面 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）／％ ８２－３７ ８：２３７ ７９．４４ ７３．５６ 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 导热系数／（Ｗ／ｍ・Ｋ） ０．０８１ ５ ０．１０５ ３ ０．１０９ ２ Ｏ．１１４ ７ 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 组分的不稳定性，胶凝材料凝结时间越先于泡沫衰减 会带来连通孔出现概率的增加。 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 ＳＥＭ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 图２快硬泡沫混凝土的ＳＥＭ照片 上，多孔材料由于结构中存在热阻介质空气而具有低 ２．２快硬泡沫混凝土的物理性能 导热性；且同固相条件下，导热系数随封闭孔孔隙率 １）密度 升高而下降 。本试验中泡沫混凝土试件的导热系 泡沫混凝土多孔性的直接宏观表现为其表观密 数测试结果能够满足标准ＪＧ／Ｔ ２６６—２０ｌ１的要求 度值，其密度等级指标（表４）是指绝干密度等级指 （表３、表４、图３）。硫铝酸盐水泥快硬作用起到了固 标，对其性能的分析亦是基于绝干密度情况下进行讨 化封闭孔结构的作用，提高了最终泡沫混凝土的保温 论的。 隔热性能。 表４ ＪＧ／Ｔ ２６６－－－２０１１对泡沫混凝土密度及导热系数的要求 ３）吸水率 项目 密度等级 如图４所示，泡沫混凝土的吸水率随泡沫 ＡＯ３ Ａ０４ ＡＯ５ Ａ０６ ＡＯ８ Ａ１０ Ａ１２ Ａ１４ Ａ１６ 掺量的增加而升高。这一结果与材料的孔分布 干密度，≤ ３３０ ４３０ ５３０ ６３０ ８３０ １ ０３０ １ ２３０ １ ４３０ １ ６３０ 直接相关。作为用于屋面保温材料的泡沫混凝 ／（ｋｇ／ｍ ） 导热系数，土，试验吸水率还有待降低，这可以通过加入 ≤，（Ｗ／ｍ・ｋ） Ｏ．Ｏ８ Ｏ．１Ｏ ０．１２ ０．１４ ０－２１ ０．２４ 憎水剂成分来实现。 ２０１４．１５中国建筑防水・屋面工程◆３９．Ｉ ■ 保温隔热屋面 薄 芒 泡沫掺量（体积比）／％ 图４泡沫混凝土７２ ｈ质量吸水率与泡沫掺量的关系 ４）力学强度 本试验选取３ｄ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３ｄ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 ４Ｏ●ＣＢＷ－Ｒｏｏｆｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１４．１５ 昌、越晒罡 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３００ ｋｇ／ｍ 条件下，３ｄ抗压 强度可达３９３ ｋＰａ，且能满足对导热系数的要求。 参考文献： 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