基于氯氧镁水泥制备的EPS 保温砂浆研究

李政奎

（广州建筑股份有限公司）

0 引言

聚苯颗粒(EPS 颗粒)由聚苯乙烯塑料经加工制作而成，具有质量轻、导热系数低、保温隔热效果好、吸水率低、抗裂性好等特点。建筑工业上经常将EPS 颗粒代替传统无机骨料制作成轻质保温材料。EPS 材料遇火易燃，且具有熔滴现象，会加剧EPS 的燃烧，存在安全隐患，因此，提高EPS 保温材料的阻燃性能具有重要的研究意义[1-3]。研究发现[4-8]，以EPS 颗粒作为骨料制备的EPS 复合保温砂浆具有良好的保温隔热性和阻燃性。

氯氧镁水泥是法国人Sorel 于1867 年发明的，是由一定浓度的氯化镁水溶液与活性氧化镁粉调配而成。这种氯氧镁水泥石是一种由MgO-MgCl2-H2O 体系组成的镁质胶凝材料，具有粘结性能好、强度高、耐高低温、空气稳定性和耐候性好，以及质量轻和腐蚀性低等特性，可应用于阻燃领域[9]。

本研究以质量比m(氧化镁):m(氯化镁水溶液):m(水)=7.4:5.1:1.0 作为氯氧镁水泥的配合比，并掺入聚苯颗粒颗粒制备出复合EPS 保温砂浆，研究了聚苯颗粒掺量对EPS 保温砂浆的力学强度、密度、导热系数的影响，同时研究了粉煤灰对聚苯颗粒掺量为0.486%的复合EPS 保温砂浆容重和导热系数的影响。

1 试验

1.1 试验原材料

本试验使用氧化镁为轻烧氧化镁，来自北京利福升化工有限公司，活性氧化镁含量为37.0%，烧失量为26.1%，化学组成见表1。

表1 氧化镁化学成分组成 （%）

氯化镁来自河南鑫宏泰生物科技有限公司，MgCl2·6H2O 含量为99.1%；实验用氯化镁水溶液按摩尔比mol（MgCl2·6H2O）:mol（H2O）=1:10 配制而成。

聚苯颗粒来自北京顺港筑邦环保科技有限公司，以废旧聚苯颗粒为基材，经特殊工艺处理，呈现出淡蓝色光泽。本实验用粉煤灰来自韶关曲江区乌石港有限公司，F 类II 级，烧失量为2.3%，其化学成分见表2。

表2 粉煤灰化学成分组成 （%）

1.2 试验方法

复合保温砂浆力学性能测试参考标准GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，试样尺寸为40mm×40mm×160mm；导热系数的测量采用热流法导热分析仪HFM（Lambda），试样尺寸为300mm×300mm×25mm。

以质量比m (氧化镁):m (氯化镁水溶液):m (水)=7.4:5.1:1.0 作为氯氧镁水泥的配合比，掺入EPS 颗粒，制备复合保温砂浆，其配比见表3。

表3 保温砂浆的实验配比(wt%)

EPS 颗粒掺量为0.486%的复合保温砂浆具有质轻导热系数小的特点，为改善复合保温砂浆的耐水性及稳定性，以EPS 颗粒掺量为0.486%的砂浆作为研究对象，掺入粉煤灰替代部分氧化镁，研究粉煤灰掺量对复合保温砂浆的容重和导热系数的影响，实验配比见表4。

表4 保温砂浆的实验配比(wt%)

2 结果与讨论

2.1 聚苯颗粒掺量对力学性能的影响

由图1、图2 可以看出，随着聚苯颗粒掺量的增加，砂浆的抗折强度、抗压强度呈现下降趋势，抗压强度的下降幅度较大。聚苯颗粒掺量为0%时，砂浆3d、7d、28d的抗折强度分别是19.5MPa、20.6MPa、21.3MPa，抗压强度则分别为87.2MPa、100.0MPa、130.5MPa。随着聚苯颗粒掺量的增加，抗折强度和抗压强度持续下降，掺量为0.486%时，达到最小值。这是因为聚苯颗粒具有良好的变形能力，其本身的抗拉强度和抗压强度小于氯氧镁水泥的，在应力作用下，硬化的氯氧镁水泥浆体承受主要应力，随着聚苯颗粒掺量的增多，单位体积氯氧镁水泥浆减少，复合EPS 砂浆抗压强度和抗折强度下降，另一方面，聚苯颗粒是有机高分子材料，而氯氧镁水泥属于无机材料，表面性能差异较大，界面粘结强度低，在连续载荷作用下，界面处很容易产生微裂纹，聚苯颗粒掺量越多，其与水泥浆体形成易产生微裂纹的界面也越多，力学强度越低[10]。

图1 EPS 颗粒掺量与抗折强度关系曲线

图2 EPS 颗粒掺量与抗压强度关系曲线

2.2 聚苯颗粒掺量对导热系数和容重的影响

砂浆密度和导热系数测试结果见图3。由图3 可知，随着聚苯颗粒掺量的增加，复合保温砂浆容重和导热系数均下降。砂浆密度由聚苯颗粒掺量为0%时的2043㎏/m3降低到掺量为0.486%时的805㎏/m3；导热系数则由聚苯颗粒掺量为0%时的0.4093W(m·K)下降到掺量为0.486%的0.2191W/(m·K)。由于聚苯颗粒具有密度小、导热系数小的特性，随着聚苯颗粒掺量的增加，保温效果增强。另外，聚苯颗粒是有机高分子材料，具有一定疏水性，在其与水泥浆界面处容易产生闭合孔隙，随着聚苯颗粒掺量的增加，界面处形成的闭合孔也增加，闭合孔的增加阻碍热量的传递，降低砂浆导热系数，提高保温性能[11]。

图3 不同掺量聚苯颗粒的砂浆密度和导热系数

2.3 粉煤灰对复合保温砂浆密度、导热系数的影响

由图4 可见，随着粉煤灰掺量的增加，复合保温砂浆的密度和导热系数均先增加后降低。粉煤灰掺量为5.487%时，砂浆的容重、导热系数最大。这是因为小掺量的粉煤灰能均匀分布在水泥颗粒之中，不仅能填充水泥颗粒间的空隙，而且能改善胶凝材料的颗粒级配，并增加水泥浆体的密实度。由图5 水泥浆体28d 水化产物的微观形貌可看出，粉煤灰掺量为0%的水化产物为相互交错的针状物，孔隙多，粉煤灰掺量为5.487%时，水化产物则是大块状物，表面附有少量针状物，结构较密实。但由于粉煤灰密度小，且其本身的球体颗粒是一种孔隙较多的结构[12]，随着粉煤灰掺入增加，单位体积的水泥浆体减少，粉煤灰含量增多，从而导致砂浆密度减小，导热系数降低。

图4 粉煤灰掺量与砂浆密度、导热系数的关系曲线

图5 水泥浆体28d 水化产物微观形貌

3 结论

⑴随着聚苯颗粒掺量的增加，砂浆的抗折强度、抗压强度出现下降趋势，在聚苯颗粒掺量为0.486%时，抗折强度和抗压强度均达到最小值。

⑵聚苯颗粒能显著降低复合保温砂浆的密度和导热系数，掺量为.0486%时，密度和导热系数分别是805㎏/m3、0.2191W/(m·K)。

⑶由于粉煤灰的填充效应，粉煤灰掺量为5.487%时，砂浆密度和导热系数达到最大；粉煤灰球体颗粒具有多孔隙结构，当粉煤灰掺量大于5.487%时，能显著降低砂浆的密度和导热系数。