一种EPS复合轻质墙板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种墙板，尤其是一种EPS复合轻质墙板，还涉及其制备方法，属于建筑材料领域。
背景技术
在建筑墙体材料技术领域中，复合轻质墙板因具有轻质、保温隔热、抗震、隔音等诸多优异性能，已在一定应用领域逐渐取代了传统式建筑墙体材料。近年来，随着国家提出装配式建筑多元化、绿色化、规模化、可持续化发展，越来越多的高强度复合轻质墙板已有大量应用实例。然而，现有轻质墙板也在材料、技术等方面显现出诸多问题：
首先，材料方面。粉煤灰本质上属于燃煤副产物，随着国家大力提倡绿色环保型建筑新模式，粉煤灰的可持续性替代问题便备受关注；另一方面，传统资源紧张，优质掺合料缺乏，复合墙板的成本因素也一定程度上限制其应用与发展，诸如水泥基材、粉煤灰等原材料的绿色多元化替代工艺，正得到广泛的研究。如何在新型建材领域中降低水泥基材成本，如何在该领域发挥替换性材料优势，也是目前大多数轻质墙板研究所缺乏的内容。
其次，技术方面。复合型墙板替代单一结构墙板的趋势也日趋明显，常见复合型墙板如GRC夹芯复合墙板、金属面夹芯板、石膏空心条板等。一方面，大量研究者在轻质墙板体系中以活性、惰性掺合料取代了传统水泥基材料，甚至有相关研究以超轻集料完全取代了传统粗骨料，并通过发泡剂在砂浆体系内引入适量的孔、缝等“负中心质”结构，这一系列改性措施带来整体墙板轻质的同时，也必将降低材料力学性能。另一方面，相对复杂的墙板几何构型又不利于生产线模式批量制备。故最终制备的墙板在抗弯、抗压、软化系数、面密度等性能指标上能否满足相应国家标准，能否实际应用于广泛建筑体系，能否适应批量化生产线制备模式，便成为了限制轻质墙板应用和发展的几个关键性问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，我们通过研究传统水泥基材及掺合物的物理、化学性能及协同效应，提出了一种EPS复合轻质墙板及其制备方法。采用该工艺技术可有效减少水泥和粉煤灰用量，在充分保障抗弯、抗压等性能指标满足国家标准要求的同时，一定程度上降低生产成本，提高墙板整体性能，实现了复合轻质墙板的提质降耗，有效增强该模式下轻质墙板的市场竞争力。该工艺普遍适用于水泥基复合轻质墙板体系，具有良好的市场及应用前景。
本发明基于EPS复合轻质墙板，基于大量建筑板材理论研究，提出以硅烷偶联剂KH-550和环氧树脂复掺的模式，并加入石灰石粉、火山灰岩等物质作为掺合料，协同优化混凝土内部诸多骨料与掺合料之间的结合性，以及水泥与EPS颗粒分散性，减少轻质混凝土体系中的部分粉煤灰及水泥用量，实现了轻质墙板的提质降耗，通过水泥基轻质板材进行实验分析，墙板制备和检测，满足国家标准要求。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种EPS复合轻质墙板，包括面层、芯层和底层，其特征在于：芯层为EPS颗粒轻质芯层，包括如下组分：
一种EPS复合轻质墙板，包括面层、芯层和底层，芯层为EPS颗粒轻质芯层，包括如下组分：以水泥质量为单位1份，相应组分的用量为：0.11~0.33份粉煤灰，0.09~0.42份石灰石粉，0.33~0.76份水，0.007~0.01份聚苯颗粒，0.06~0.56份的环氧树脂和0.11~0.60份的硅烷偶联剂；
面层和底层为纤维砂浆层，包括如下组分：
以水泥质量为单位1份，则相应组分的用量分别为：0.36~0.60份水渣，0.11~0.43份石灰石粉，0.03~0.15份粉煤灰，0.18~0.66份火山岩粉，0.27~0.81份水，0.0019~0.0024份尼龙短纤维和0.03~0.28份硅烷偶联剂。
进一步地，芯层中还包括0.007~0.01份的外加剂；面层和底层中各包括0.0074~0.0095份的外加剂。
进一步地，外加剂包括早强剂或萘系减水剂。
进一步地，芯层厚度为70~130mm；面层和底层厚度均为10mm左右。
进一步地，硅烷偶联剂为KH-550，火山岩粉为云南腾冲火山岩粉。
进一步地，面层、底层与芯层间均铺设有耐碱性玻璃纤维网格布和钢丝面网。
本发明还涉及的一种EPS复合轻质墙板的制备方法，按以下进行：
按上述进行原料准备，然后进行原料搅拌，其中，面层原料搅拌时间为600~800s，搅拌转速为30~40rpm；芯层原料和底层原料搅拌时间为500~600s，搅拌转速为30~40rpm；芯层配料搅拌时，使用流量泵添加发泡剂15~30s。
进一步地，原料搅拌之后按以下进行：
上底料，铺设第一层玻纤网格布，铺设第一层钢丝面网，底料养护，加芯料，预养护，铺设第二层钢丝面网，铺设第二层玻纤网格布，布面料，初养护，脱模，即得到EPS复合轻质墙板。
进一步地，底料养护为自然养护2~5min；预养护采用增温恒湿方式进行，养护窑内湿度控制在80%以内，养护温升控制以每分钟温升不得超过10℃为宜，最高温度不超过45℃，养护时间2~6h；初养护为自然养护16~24h。
进一步地，铺设第一层钢丝面网和第二层钢丝面网时，使用环氧树脂溶液对钢丝面网进行表面均匀涂覆改性。
本发明的芯材中，用石灰石粉替代5~20%的水泥和20~40%的粉煤灰，控制水胶比在35%~50%范围内，环氧树脂按每克粉煤灰添加0.5~1.4g计，硅烷偶联剂按每克粉煤灰添加1.0~1.8g计。面材和底材中，用石灰石粉替代10~30%的水泥，火山岩粉替代80~85%的粉煤灰，控制水胶比在20%~30%范围内，硅烷偶联剂按每克粉煤灰添加1.0~1.8g计。
我们使用石灰石粉替代纤维砂浆面层和纤维砂浆底层原材料中10~30%的水泥，石灰石粉能在水泥水化初期起到微晶核效应，促进水化产物 Ca(OH)2和C-S-H的形成，从而加速了C3S的水化，并且其本身的部分活性还能和C3A反应生成水化碳铝酸钙。其针对于水泥的适量替代，可有效提高砂浆综合性能，提升品质，一定程度上降低成本。
我们采用火山岩粉，尤其是云南腾冲火山岩用以替代纤维砂浆面层和纤维砂浆底层原材料中80~85%的粉煤灰。云南保山地区存在大量的火山石岩，主要以凝灰岩和浮石为主。作为活性掺合料，其化学成分以SiO2、Al2O3两种矿物为主，约占80%，其中SiO2含量在60%左右。CaO的含量占7%，而SO3含量较低，基本不存在有害成分。其在砂浆中的微集料效应、形态效应和稀释效应能够在一定掺量范围内有效替代大部分粉煤灰。
我们用石灰石粉替代EPS颗粒轻质芯层原材料中5~20%的水泥和20~40%的粉煤灰。由于石灰石粉具有一定的反应活性，能缓慢地与水泥水化产物发生反应，同时石灰石粉的微集料效应也能有效填充砂浆内部空隙，明显降低砂浆孔隙率，提高砂浆密实性。但其本身的形貌特征缺陷也可通过与优质活性粉煤灰球形颗粒复掺而产生良好的协同作用，故而一定掺量的石灰石粉可形成砂浆系统内“水泥-粉煤灰-石灰石粉”三元胶凝体系具有更好的密堆积效应。
我们使用硅烷偶联剂KH-550水溶液用以改性纤维砂浆面层、EPS颗粒轻质芯层和纤维砂浆底层，可获得两方面的效果：一是偶联剂增强了水泥-钢丝面网之间的界面结合，明显提高混凝体系强度。二是偶联剂被水泥颗粒表面吸附，促进水泥颗粒分散，改善砂浆的流动性和保水性。
我们使用环氧树脂改性EPS颗粒轻质芯层。由于EPS颗粒的低密度和疏水性，让其容易在水泥面层漂浮，且其颗粒表面键能过强，容易产生聚集。选择无机添加剂环氧树脂来进行改善SPE颗粒分散性，提高芯层整体性能。
我们使用高强度环氧树脂对钢丝面网表面进行涂覆操作。纤维砂浆面层与EPS颗粒轻质芯层间均设有钢丝面网作为砂浆内部力学承载的骨架结构，通过环氧树脂表面涂覆改性措施，可极大程度上增进钢丝面网与砂浆间的结合作用，从而改善强度薄弱面的连接性能。
综上所述，与现有工艺技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明具备充足的科学理论基础，便于实施，在复合墙板整体结构、微观体系研究基础上进行了有效的改性提质研究，普遍适用于水泥基复合轻质墙板体系。
2、本发明提供了一种水泥及粉煤灰的优良替代方案，构建出多元掺合物协同工作的模式，在保障墙板强度的同时，也一定程度上解决了近年来水泥、粉煤灰资源的替代问题，具有广袤的研究前景。
3、本发明提供的一种环氧树脂和硅烷偶联剂复掺的改性方案，协同改善了钢材-水泥结合、EPS颗粒分散、水泥颗粒分散、砂浆体系内多相界面结合等诸多问题，该方法简单有效，成本低廉，有效提升了复合轻质墙板的力学性能。
4、本发明结合当地石灰石粉及腾冲火山灰岩资源，因地制宜，合理利用，进一步降低了复合轻质墙板的制备成本，具有良好的市场前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明具体实施方式的EPS复合轻质墙板的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式的EPS复合轻质墙板自动化生产线工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
如图1所示，本实施例的EPS复合轻质墙板，由纤维砂浆面层1、EPS颗粒轻质芯层5以及纤维砂浆底层6通过无间隙复合形成夹芯式墙板结构。
墙板的侧面具有梯形榫头4与梯形槽口7的配合形状，用以实现墙板间的紧密拼接与定位。纤维砂浆面层1、纤维砂浆底层6与EPS颗粒轻质芯层5间均铺设有钢丝面网2和耐碱性玻璃纤维网格布3。
EPS颗粒轻质芯层5包括如下组分：
以水泥质量为单位1份，相应组分的用量为：0.11份粉煤灰，0.09份石灰石粉，0.33份水，0.007份聚苯颗粒，0.007份的早强剂，0.06份的环氧树脂和0.11份的硅烷偶联剂；芯层厚度为70mm。
纤维砂浆面层1和纤维砂浆底层6为纤维砂浆层，包括如下组分：
以水泥质量为单位1份，则相应组分的用量分别为：0.36份水渣，0.11份石灰石粉，0.03份粉煤灰，0.18份火山岩粉，0.27份水，0.0074份的早强剂，0.0019份尼龙短纤维和0.03份硅烷偶联剂。面层和底层厚度均为10mm。
本实施例的硅烷偶联剂为KH-550或者其他现有的硅烷偶联剂，火山岩粉为云南腾冲火山岩粉或者其他的火山岩粉。
如图2所示，本实施例的EPS复合轻质墙板的制备方法，基于自动化生产线，经过如下步骤：
原料准备、原料搅拌、上底料、铺设第一层玻纤网格布、铺设第一层钢丝面网、底料养护、加芯料、预养护、铺设第二层钢丝面网、铺设第二层玻纤网格布、布面料、初养护的生产工艺流程，最终制备得到EPS复合轻质墙板。
其中，面层原料搅拌时间为600s，搅拌转速为30rpm；芯层原料和底层原料搅拌时间为500s，搅拌转速为30rpm。本实施例芯层搅拌时，还使用液相泵稳速、定量、均匀地进行发泡剂添加，泵送时间为15s。
底料养护为自然养护2min；预养护采用增温恒湿方式进行，养护窑内湿度控制在80%以内，养护温升控制以每分钟温升不得超过10℃为宜，最高温度不超过45℃，养护时间2h；初养护为自然养护16h。
在铺设第一层钢丝面网和第二层钢丝面网阶段，均使用高强度环氧树脂对钢丝面网表面进行均匀涂覆改性。
实施例2
本实施例的EPS复合轻质墙板，EPS颗粒轻质芯层5包括如下组分：
以水泥质量为单位1份，相应组分的用量为：0.33份粉煤灰，0.42份石灰石粉，0.76份水，0.01份聚苯颗粒，0.01份的萘系减水剂，0.56份的环氧树脂和0.60份的硅烷偶联剂；芯层厚度为130mm。
纤维砂浆面层1和纤维砂浆底层6为纤维砂浆层，包括如下组分：
以水泥质量为单位1份，则相应组分的用量分别为：0.60份水渣，0.43份石灰石粉，0.15份粉煤灰，0.66份火山岩粉，0.81份水，0.0095份的萘系减水剂，0.0024份尼龙短纤维和0.28份硅烷偶联剂。面层和底层厚度均为10mm。
面层原料搅拌时间为800s，搅拌转速为40rpm；芯层原料和底层原料搅拌时间为600s，搅拌转速为40rpm。芯层搅拌时使用液相泵稳速、定量、均匀地进行发泡剂添加，泵送时间为30s。
底料养护为自然养护5min；预养护采用增温恒湿方式进行，养护窑内湿度控制在80%以内，养护温升控制以每分钟温升不得超过10℃为宜，最高温度不超过45℃，养护时间6h；初养护为自然养护24h。
其余与实施例1相同。
实施例3
本实施例的EPS复合轻质墙板，EPS颗粒轻质芯层5包括如下组分：
以水泥质量为单位1份，相应组分的用量为：0.25份粉煤灰，0.25份石灰石粉，0.50份水，0.05份聚苯颗粒，0.05份的外加剂（早强剂：萘系减水剂质量比为1:1），0.30份的环氧树脂和0.35份的硅烷偶联剂；芯层厚度为90mm。
纤维砂浆面层1和纤维砂浆底层6为纤维砂浆层，包括如下组分：
以水泥质量为单位1份，则相应组分的用量分别为：0.40份水渣，0.40份石灰石粉，0.10份粉煤灰，0.40份火山岩粉，0.65份水，0.0084份的外加剂（早强剂：萘系减水剂质量比为1:1），0.0021份尼龙短纤维和0.15份硅烷偶联剂。面层和底层厚度均为10mm。
面层原料搅拌时间为700s，搅拌转速为33.5rpm；芯层原料和底层原料搅拌时间为550s，搅拌转速为33.5rpm。芯层搅拌时使用液相泵稳速、定量、均匀地进行发泡剂添加，泵送时间为20s。
底料养护为自然养护4min；预养护采用增温恒湿方式进行，养护窑内湿度控制在80%以内，养护温升控制以每分钟温升不得超过10℃为宜，最高温度不超过45℃，养护时间3h；初养护为自然养护20h。
其余与实施例1相同。
对比实验
以无添加石灰石粉、火山岩粉、硅烷偶联剂KH-550和环氧树脂的改性前配方为参照，作为力学性能对比实验，与实施例1-3进行对比实验，其中，面层与底层小样试验尺寸为：40mm×40mm×160mm，进行抗压、抗折测试；芯层砂浆层小样试验尺寸为：40mm×40mm×40mm，进行抗压测试。
具体结果如表1所示。
经小样试验分析，其中，对照组试验中芯层、底层和面层混凝土的3天抗压强度值分别为1.31Mpa、5.10Mpa、5.09Mpa，当实际龄期延长至60天时，其抗压强度值分别为2.22Mpa、7.59Mpa、9.06Mpa；底层和面层的3天抗折强度值分别为2.82Mpa、2.46Mpa，当实际龄期延长至60天时，其抗折强度值分别为5.27Mpa、5.83Mpa。依照国家GB/T 23451-2009《建筑用轻质隔墙条板》进行墙板力学性能检测，该配方墙板经检测符合国家标准要求。
表1 对照与实施例1-3的产品的性能参数表
分析可知：本发明基于EPS复合轻质墙板，在后期整体抗压强度和抗折强度均有所提升，这对于墙板整体性能的改善有明显效果，墙板整体密度小于1000kg/m3，同时一定程度上降低了水泥及粉煤灰的用量，成功实现了EPS复合轻质墙板的提质降耗。
以上显示了本发明的基本原理和主要特征，同时展示了本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不拖离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些改变和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等效物界定。
