硫氧镁装饰保温一体化板关键技术的研究

王明英，王自福，张兴福，靳路通，刘坤，王勇，刘亚丽，陈俊薇

（山东省建筑科学研究院，山东 济南 250031）

硫氧镁装饰保温一体化板关键技术的研究

王明英，王自福，张兴福，靳路通，刘坤，王勇，刘亚丽，陈俊薇

（山东省建筑科学研究院，山东 济南 250031）

研究了一种新型建材——硫氧镁装饰保温一体化板，该板是用改性硫氧镁胶凝材料与EPS板或XPS板一次成型的集装饰、保温于一体的板材，具有保温效果好、自重轻、抗风荷载能力强、无需二次粘结和二次装饰、生产效率和施工效率高等优点。该板能消耗大量的粉煤灰，既可降低成本又响应国家节能减排的政策，是值得推广的绿色建材。

硫氧镁；胶凝材料；装饰保温板；一体化；绿色建材

0 引言

我国目前采用最多的墙体保温材料是薄抹灰外墙外保温系统，但薄抹灰系统施工复杂，对施工人员素质要求高，施工周期长，效率不高，后期产生的开裂、渗水、脱落等问题较严重。

本项目产品是以模塑聚苯板（简称EPS板）或挤塑聚苯板（简称XPS板）为保温层，以改性硫氧镁胶凝材料和耐碱玻璃纤维网格布为防护层，通过自行研制的流水线，一次性成型，经养护形成带有防护层的保温板，无需二次粘结，然后喷涂饰面层，得到集装饰、保温于一体的板材。该板材不仅具有保温隔热效果好的特点，而且还自重轻、抗风荷载能力强、现场固定施工简单、无需二次装饰，提高了生产效率和施工效率。既适用于新建、扩建和改建的工业与民用建筑的外墙外保温工程，更适用于既有建筑的节能改造工程。与目前普遍采用的薄抹灰外墙外保温等做法相比，具有性能稳定、装饰色彩丰富、减少现场湿作业、提高施工效率、降低劳动强度等特点，具有广阔的应用前景。

改性硫镁胶凝材料是一种以轻烧氧化镁、硫酸镁和水的三元体系，通过添加聚丙烯纤维、珍珠岩、粉煤灰和改性剂等制成。由于菱镁矿烧成轻烧氧化镁的温度仅有700～750℃，硫酸镁可用菱镁矿的尾矿和废硫酸制得，粉煤灰是火力发电和其它燃煤工业的废弃物，且整个胶凝体系中无任何对人体有害的组分（如放射性物质、甲醛、石棉等），属于典型的绿色建材。其防火（燃烧性能等级A1级）、轻质、高强、抗水、耐高温、对钢筋件腐蚀程度小等优势，使其非常适于制作建筑墙板、耐火装饰材料等。

1 实验

1.1 实验原料

轻烧氧化镁：海城华丰镁业矿产品有限公司生产，MgO含量83.56%，其中活性MgO含量63.05%，灼烧失量6.68%，符合WB/T 1019—2002《菱镁制品用轻烧氧化镁》中一等品（B）级要求。

硫酸镁：淄博鹰力硫酸镁厂生产的七水硫酸镁，各组分含量见表1，符合CMMA/T 1—2015《镁质胶凝材料制品用硫酸镁》的要求。使用时至少提前1 d配制成硫酸镁饱和溶液，取上层清液使用。

表1 实验用七水硫酸镁各组分含量 %

硫氧镁抗水增强剂：山东省建筑科学研究院研制，为粉体制剂，主要组分为无机盐A、粉煤灰、硅灰，组分之间按比例混合制成。

1.2 实验设备

热场发射扫描电子显微镜，FEI QUANTAFEG250，美国FEI公司；水泥胶砂搅拌机，JJ-5，无锡建仪仪器设备有限公司；压力试验机，YAW-300C型，济南中路昌试验机制造有限公司；40 mm×40 mm×160 mm三联模具。

2 实验结果及分析

2.1 硫氧镁胶凝材料的改性研究

2.1.1 抗水增强剂对硫氧镁胶凝材料力学性能的影响

未经改性的硫氧镁胶凝材料强度较低，耐水性差，研发的硫氧镁胶凝材料抗水增强剂，提高了硫氧镁胶凝材料的力学性能和耐水性[1-2]。在氧化镁与硫酸镁摩尔比为10.62的条件下，抗水增强剂掺量（按占轻烧氧化镁质量计，下同）对硫氧镁胶凝材料力学性能的影响见表2。

从表2可以看出，抗水增强剂掺量从0.2%增加到1.0%，7 d抗压强度除了掺量0.8%的略低外，其余逐渐增强，28 d抗压强度逐渐增强，加入抗水增强剂可以使抗折强度成倍提高。未加改性剂的硫氧镁胶凝材料强度很低，甚至脱模后会出现大量裂缝，加入抗水增强剂使其抗折强度和抗压强度均得到大幅提高，最高加入1.0%抗水增强剂时，28d抗压强度提高近1倍。可以根据不同硫氧镁胶凝材料制品的性能要求选择抗水增强剂掺量。

表2 抗水增强剂对硫氧镁胶凝材料力学性能的影响

2.1.2 抗水增强剂对硫氧镁胶凝材料耐水性的影响

在氧化镁与硫酸镁摩尔比为10.50的条件下[3]，抗水增强剂掺量对硫氧镁胶凝材料耐水性的影响见表3。

表3 抗水增强剂对硫氧镁胶凝材料耐水性的影响

从表3可以看出，抗水增强剂不仅可以提高硫氧镁胶凝材料的力学性能，还可以提高其耐水性。对抗折强度来说，未掺抗水增强剂的硫氧镁胶凝材料泡水7 d后试块断裂或强度极低，掺1.0%抗水增强剂泡水7 d后的硫氧镁胶凝材料抗折强度不降反增。泡水7 d后的硫氧镁胶凝材料抗压强度略有降低，但软化系数仍达到0.89。

2.1.3 抗水增强剂对硫氧镁胶凝材料微观形貌的影响

2.1.2 中28 d龄期的试块在扫描电镜下不同放大倍数的微观形貌如图1和图2所示。

图1 未掺抗水增强剂硫氧镁胶凝材料的微观形貌

图2 掺1.0%抗水增强剂硫氧镁胶凝材料的微观形貌

从图1和图2的微观形貌可以看出，硫氧镁胶凝材料不同于氯氧镁胶凝材料，内部大部分为细小的块状胶凝相和片状Mg（OH）2晶相，未掺抗水增强剂改性的硫氧镁胶凝材料很少有氯氧镁胶凝材料中类似5·1·8相的针状晶相。而掺加1.0%抗水增强剂改性的硫氧镁胶凝材料中出现了大量的类似5·1·8晶相的针状晶相，大量针状晶相形成网状结构，其它块状或片状晶相填充在网状结构中，显著提高了硫氧镁胶凝材料的力学性能和耐水性，使其强度达到甚至超过氯氧镁胶凝材料。

2.2 粉煤灰对硫氧镁胶凝材料性能的影响

为响应国家节能减排政策，将利废原料火力发电的排出物粉煤灰添加到硫氧镁胶凝材料中。利用附近电厂的粉煤灰，成分含量符合GB 1596—91《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。所用硫酸镁溶液浓度为1.24g/cm3，硫氧镁抗水增强剂掺量为1%，料浆以相同的稀稠度为宜，探讨粉煤灰掺量（按占轻烧氧化镁质量计）对硫氧镁胶凝材料性能的影响，测试结果见表4。

表4 粉煤灰掺量对硫氧镁胶凝材料性能的影响

从表4可以看出，加入粉煤灰在一定范围内可以提高改性硫氧镁胶凝材料的抗折强度，但会降低其抗压强度，综合粉煤灰掺量对硫氧镁胶凝材料性能的影响和对国家节能减排政策的响应，粉煤灰适宜掺量为30%～40%。

2.3 改性硫氧镁胶凝材料与EPS板和XPS板的粘结强度

将改性硫氧镁胶凝材料料浆直接铺设到EPS板和XPS板上，成型后成为保温板，将制作的保温板养护7 d后进行拉伸粘结强度试验，测试改性硫氧镁胶凝材料与EPS板和XPS板的粘结强度。

实验结果表明，改性硫氧镁胶凝材料与EPS板的粘结强度均大于0.20 MPa，破坏面位于EPS板内，符合JGT 287—2013《保温装饰外墙外保温系统材料》的规定。而XPS板若不经过表面处理，与改性硫氧镁胶凝材料的粘结强度小于0.20 MPa，且破坏面位于二者的粘结面。用固含量25%左右的苯丙乳液作界面剂提前处理XPS板表面，可以使XPS板与改性硫氧镁胶凝材料的粘结强度不小于0.20 MPa，且破坏面位于XPS板内，符合JG/T 287—2013的规定[4]。

2.4 料浆铺设方法研究

为使保温板具有自重轻、表面易装饰，同时改性硫氧镁胶凝材料与EPS板或XPS板粘结牢固，将改性硫氧镁胶凝材料料浆分3层铺设：抹面料浆、主料浆、粘结料浆。

抹面料浆为最外层，板材成型后在此表面做饰面，故抹面料浆不宜添加粗颗粒的填料，稀稠度适宜，铺设厚度为1.0～ 1.5 mm。

主料浆在中层，主要起降低板自重的作用，可添加粗颗粒的轻质填料如珍珠岩、玻化微珠等降低料浆密度，从而降低保温板自重，铺设厚度为7～8 mm。

粘结料浆与EPS板或XPS板粘接的部分，料浆不宜添加粗颗粒填料，应适度黏稠以利于粘结，铺设厚度为1.0～1.5 mm。

2.5 生产工艺

2.5.1 研究的自动化生产线生产工艺，提高生产效率

（1）原材料准备：轻烧氧化镁、七水硫酸镁（提前配制成适宜浓度的溶液）、粉煤灰、硫氧镁胶凝材料抗水增强剂、珍珠岩或其它填料、玻璃纤维网格布、EPS板或XPS板、饰面材料等，所有原材料均应符合相关标准规定。

（2）改性硫氧镁胶凝材料制备：通过电子计量输送系统将轻烧氧化镁、硫酸镁溶液、粉煤灰、珍珠岩、改性剂等原料，按确定配比分别送至3套搅拌机中，分别搅拌一定时间，制成抹面料浆、主料浆和粘结料浆。搅拌过程中通过布袋式除尘机除尘。

（3）成型：开启生产线，在生产线传送带起始端，通过真空吸盘模板输送系统模具托板安放到生产线的传送带上，通过第1台泵送机将抹面胶浆泵送至模具托板上，经第一级滚筒滚压将抹面料浆铺设在模具上，然后在传送带的行进过程中通过布网装置系统，铺设第1层耐碱玻璃纤维网格布并刮平；在行进过程中通过第2台泵送机将主料浆泵送至模具托板上，通过第二级滚筒将主料浆铺设到耐碱玻璃纤维网格布上，并刮平；通过布网装置系统，在主料浆上铺设第2层耐碱玻璃纤维网格布，通过第3台泵送机将粘结料浆泵送至网格布上，通过第三级滚筒将粘结料浆压平；在抹面料浆上铺设阻燃型板材，并通过第四级滚筒将阻燃型板材与粘结料浆压实，形成半成品。

（4）码垛：生产线末端的自动码垛系统和升降系统将半成品码成垛，运送至养护室。

（5）养护：在25～50℃、相对湿度为50%～75%的环境中养护12 h，转至自然环境下，脱模，继续养护7～28 d。

（6）饰面：在防护层上喷涂饰面层，得到集装饰、防火、保温于一体的板材。

（7）切割：按标准板或用户要求的其它规格尺寸切割，切割过程中通过布袋式除尘机除尘。也可在有防尘保障的情况下，在施工现场根据设计尺寸随意分割。

2.5.2 生产工艺流程（见图3）

2.6 硫氧镁装饰保温一体化板的性能

经上述研究制作的硫氧镁装饰保温一体化板的性能测试结果如下：

硫氧镁胶凝材料与保温层的拉伸粘结强度≥0.20 MPa，破坏界面在EPS（或XPS）板内；浸水2d的耐水拉伸粘结强度≥0.20 MPa；吸水量＜500 g/m2；抗冲击强度10.0 J；不透水性：2h保温板内侧未渗透；耐冻融性：经30次冻融循环后无裂缝、粉化、起鼓、剥离现象，且防护层与保温层的拉伸粘结强度≥0.2MPa；硫氧镁胶凝材料防护层燃烧性能等级达到A1级。

3 结语

硫氧镁胶凝材料是近年来研究获得突破的镁质胶凝材料，由于不含氯离子，其应用范围相对氯氧镁胶凝材料更为广泛，经过大量实验证明将硫氧镁胶凝材料应用于外墙外保温系统是可行的。本文研究的硫氧镁胶凝材料装饰保温一体化板性能优异，轻质、高强、防火、无毒无害、自动化程度高，一次成型，无需二次粘结和二次饰面，提高了生产效率和施工效率，是值得推广的绿色建材产品。且本产品能消耗大量的粉煤灰，既可降低成本又响应国家节能减排的政策，有很高的经济效益和社会效益。

[1] 王海平，肖学英，王继东，等.外加剂对硫氧镁水泥的改性作用[J].盐湖研究，2013，21（1）：44-49.

[2] 刘涛，郑亚林，杜沛，等.耐水高强硫氧镁质胶凝材料的研制[J].四川建筑科学研究，2013，39（3）：214-217.

[3] 王明英，张兴福，王自福，等.改性硫氧镁胶凝材料原材料配比的研究[J].新型建筑材料，2016（6）：6-8.

[4] 罗慧，张琳，郭鹏.浅析XPS板薄抹灰保温体系中砂浆与XPS板黏结性能的影响因素[J].建筑节能，2009（3）：41-43.

陶氏发布VORAMER无溶剂跑道胶粘剂解决方案

陶氏化学聚氨酯业务部在2016年4月22日开幕的2016中国国际体育用品博览会上，正式推出高性能环保型VORAMER无溶剂跑道胶粘剂解决方案，助力在中国打造安全健康的运动跑道和休闲场地。VORAMER系列产品是专为中国市场量身开发的环保塑胶跑道配套材料，特别为发挥运动员实力和确保学生安全而设计，代表了聚氨酯跑道系统最先进的创新技术和安全水平。

陶氏VORAMER无溶剂跑道胶粘剂产品不含苯、甲苯、二甲苯等有毒挥发性溶剂，无任何刺激性气味，无增塑剂、重金属等有害添加物，对人体和环境友好，完全符合环境要求。该产品还拥有良好的施工性能，粘接力强，铺设效率高，同时耐老化性能优异，适用于校园体育场馆跑道、专业运动赛事跑道、休闲步道等。此外，VORAMER还提供灵活配方，可根据不同地域、不同气候条件和不同季节特点定制产品，确保施工质量和使用性能。

VORAMER产品在正式发布之前已经成功试用于国内多个体育和休闲项目。2015年底，万科建筑研究中心景观标准化展示区项目采用VORAMER无溶剂跑道胶粘剂，铺装了400多m2的彩色塑胶地面，成为一个生动展现人性化设计的窗口。

（雪）

Research on the key techniques of magnesium oxysulfate insulation decorative integration board

WANG Mingying，WANG Zifu，ZHANG Xingfu，JIN Lutong，LIU Kun，WANG Yong，LIU Yali，CHEN Junwei
（Shandong Academy of Building Research，Jinan 250031，China）

This article researched a new type of building material-magnesium oxysulfate insulation decorative integration board，which was once molded by modified magnesium oxysulfate cement material and EPS or XPS board，both has decoration and heat preservation quality.This integration board has excellent performance such as better heat preservation effect，light weight，strong ability of resistance to wind load，no need twice bond and decoration，high production and construction efficiency，and so on. Another bright spot is that this integration board could consume a mass of coal ash，not merely lower the cost but also response the energy conservation and emission reduction national policy.It's really a green building material worth popularizing.

magnesium oxysulfate，cementing material，insulation decorative board，integration，green building material

TU55+1；TU56+4.5

A

1001-702X（2016）08-0001-04

2015-11-25；

2016-01-20

王明英，女，1987年生，山东济南人，工程师，硕士，研究方向为建筑材料。