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2017年11月13日 15:01  来源:中国保温材料网  人气:347

  界面对复合保温材料热学性能劣化作用机理许燕波钱春香陈春(东南大学江苏省土木工程材料重点实验室,南京211189)浆试件,并研究了这些试件在经历干湿循环和冻融循环作用后的导热系数。通过确定有机保温组分和基体的影响因子值,间接求得界面对复合保温材料热学性能的影响值。实验结果表明,当有机组分EPS的体积分数超过50%时,复合保温砂浆试件的热学性能明显劣化。结合理论分析认为,界面是影响有机-无机复合保温材料热学性能变化的重要原因。特别是当有机保温组分在复合材料中的体积分数超过定值时,界面成为导致材料热学性能劣化的关键因素。因此,在复合保温材料开发和应用中,必须对有机保温组分的掺量加以限制。

  对于复合保温材料而言,保温组分性能是影响保温材料的关键因素。有机保温组分(如聚苯乙烯颗粒)除具有轻质、保温、隔热、吸声等诸多优点外,还具有热学性能稳定、材性均匀、可按要求设计、种类多以及可再生等独特的优点,因而是复合保温材料中保温组分的优选m.用于建筑节能(特别是用于维护结构)的保温材料在建筑物生命周期内不可避免地会遭受外界雨淋、曰晒及环境温度、湿度变化的影响。保温材料的热学性能与环境因素之间的关系是影响建筑节能成败的关键,一直为研究者和建筑设计人员所重视。鉴于复合保温材料的复杂性以及建筑物在生命周期内表1干湿循环后保温砂浆的导热系数W/(mK)遭受环境条件的多变性,关于复合保温材料的热学性能,特别是长期热学性能的研究才刚刚起步M.影响复合保温材料热性能劣化过程的因素主要有2种:①复合材料的组成。在保温材料的开发过程中,通过选择保温组分和基体材料的类型、调节基体材料与保温组分的比例等技术手段,可以开发出不同性能指标的复合保温材料。显然,含有不同组分的复合材料的热学劣化过程和机理存在一定的差异。②环境因素。不同的环境因素对复合保温材料热学性能的劣化作用机理并不一致。以干湿循环为例,除对保温材料各组成部分有弱化作用外,还需要考虑各组成部分在干缩湿涨过程中的变形不协调性所导致的影响M.界面本身是由两相或者多相物质交接而成的,其数量和性质与组成界面的两相物质的性质、接触程度以及接触过程等因素密切相关。即使材料组成严格一致,界面数量和性质依然具有一定的不确定性。有机-无机复合保温材料中存在着大量界面,因此,在研究复合保温材料热学性能劣化机理时不能忽视界面的因素。

  本文制备了一系列EPS含量不同的复合保温砂浆试件,并测试其在经历干湿循环、冻融循环作用后的导热系数。通过确定有机保温组分和基体的影响因子值,间接求得界面对复合保温材料热学性能的影响值。

  1实验40%,50%,60%,70%的9种复合保温砂浆。所用水泥型号为P.n42.5,水灰比控制在0.7.聚苯乙烯颗粒为白色原生颗粒,经过筛分后得到直径约为2. 5mm的颗粒。实验中采用CD~DR3030A导热系数仪测试试件导热系数。所有测试试件的尺寸均为300mmx300mmx30mm.干湿循环实验:将试件浸泡于水中16h,再置于烘箱中70°C下烘干8h,以此为1个循环,8个循环为1个周期。每经历1个周期后,测试试件的导热系数。

  冻融循环实验:将试件浸泡于水中4h,再于-15C下冷冻4h,以此为1个循环,10个循环为1个周期。每经历1个周期后,测试试件的导热系数。

  2结果与讨论2.1干湿循环后的保温材料导热系数复合保温砂浆经干湿循环后的导热系数见表1.经历了3个干湿循环周期后,(EPS)=0%,1%,10%的3种试件出现开裂。为各材料导热系数的升幅。

  干湿循环后保温砂浆导热系数的升幅2.2冻融循环后的保温材料导热系数复合保温砂浆经冻融循环后的导热系数见表2.经历冻融循环后,保温材料导热系数均上升。为各材料导热系数的升幅。

  表2冻融循环后保温砂浆的导热系数W/(mK)初始状态冻融循环后保温砂浆导热系数的升幅2.3结果分析2.3.1界面作用的表征复合保温材料热学性能的劣化过程以复合材料导热系数的变化为表征。当复合保温材料遭受的环境因素以及组成一定时,其热学劣化的影响因素主要有3个:基体热学性能的变化、保温组分热学性能的变化以及界面影响效应。定义单位体积基体的影响因子为A单位体积保温组分的影响因子为B,界面影响因子为C.当组成一定时,可求得基体材料和保温组分的体积,但界面所占的体积分数难以准确得到。因此,应将界面效应作为一个整体加以考虑。当影响因子A和B已知时,可求解出  增加值建立方程,求出对应的参数值,结果见表3.参数取值为2个干湿循环周期后C值与p(EPS)的关系图。可以看出,曲线变化趋势较致,当有机组分体积分数超过50%时,C值明显变大。

  2.3.3冻融循环中的数据分析方程组,求得不同周期后的参数值(见表4),并得到表4不同冻融循环周期后的参数值参数冻融循环后C值与有机组分体积分数的关系的影响因素在中低掺量范围内不是主导因素。有机组分自身具有良好的抗冻性,部分取代基体可以提高材料的抗冻融循环能力。在中低掺量范围内,即使与干湿循环对应的界面影响因子相比,界面对冻融循环的影响也较小。界面本身是种多孔隙材料,冻融循环的水分冻胀作用会导致界面增加,甚至产生开口孔隙,从而使导热系数增加。但由于该保温材料使用的EPS颗粒是一种柔性材料,可以吸收抵消冻胀产生的压力,减少界面破坏,从而导致计算出的C值较小。C6和C7值较大,是由于在高掺量范围内有机组分自身堆积,孔隙增加,界面数量虽然减少,但界面性质改变,原有的孔隙出现连通,导热系数增幅变大。同时,随着有机组分增加,材料的界面性质也发生改变,由原来的固-固界面部分转为固-液和固-气界面,从而使界面对材料的热学性能劣化作用加大。

  3结论经过干湿循环和冻融循环后,复合保温材料的热学性能均出现了劣化。适量增加有机保温组分有助于改善材料劣化过程。但是,随着有机保温组分的增加,劣化过程出现加速趋势。

  干湿循环后,掺加吸水率低的有机组分部分取代基体,可提高材料抗干湿循环能力。但随着有机组分掺量的增加,基体不能完全包奄有机组分,材料孔隙增加,吸水率提高,抗干湿循环能力下降。冻融循环后,有机组分由于具有良好的抗冻性和柔性,可以提高材料抗冻融循环能力、抵消冻胀作用产生的压力,从而减小界面破坏。但有机组分对材料冻融循环后热学性能改善的贡献是有限的。

  随着有机保温组分的增加,界面对复合保温材料热学性能的劣化作用更加明显。这主要是因为随着有机保温组分体积分数的增加,界面数量增多,界面性质也发生变化,由原来的固-固界面向固-气界面变化。有机组分改善作用与其体积分数并不成正比,超过一定值后,由于界面作用,其改善作用会明显降低。本文中,有机保温组分的体积分数不宜超过50%.由此可知,在保温材料开发和应用中,必须对有机保温组分的掺量加以限制。

(完)

 
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