摘 要

本课题主要研究矿渣粉在钠水玻璃的激发下作为涂料基料，以TiO₂作为填料，用乳胶粉、分散剂、聚丙烯酰胺（PAM）及HPMC等助剂调节拌合物的工作性，制备出性能优异的无机外墙建筑涂料。通过分析水玻璃掺量（WGC）、填料和增韧剂对试件抗压强度的影响，得出了WGC为25wt%时最宜，填料的最佳掺量为12wt%，增韧剂的最佳掺量为6wt%，以此作为涂料基料不仅具有较好的粘结力，而且涂料的脆性改善、色泽适宜；实验也研究了助剂（分散剂、HPMC和PAM）对涂料浆粘度的影响，得出分散剂和HPMC的加入对涂料浆粘度影响较小，它们的加入使得流出时间稍有增加；PAM能够明显地增加涂料浆的粘度，其含量应严格控制在0.3wt%以下，才能使涂料浆拥有比较好的流动性方便施工；通过耐水性、耐碱性、耐冻融循环性等一系列的性能测试，对比几组助剂组合，得出了合适的涂料配方；X射线衍射分析和扫描电镜分析，进一步证实了水玻璃激发矿渣的水化机理，得出水化产物C-S-H凝胶网络结构及Ca(OH)₂的碳酸化反应使得涂料具有良好的成膜性和粘结强度。

关键词：矿渣 水玻璃 碱激发

Preparation of New Inorganic Exterior Wall Coatings

Abstract

This research mainly focus on the coating base materials which slag powder was activated by the excitation of soda glass, with TiO₂ as a filler and latex powder, dispersant, polyacrylamide (PAM) and hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) and other additives adjusting the workability of the mixture.Ultimately,the purpose is the preparation of excellent performance of the inorganic exterior architectural coatings.The influence of the content of water glass, the effect of filler and toughening agent on the compressive strength of the specimen was analyzed. It was found that the optimum content of the filler was 12wt% when water glass was 25wt% and toughening agent was 6wt%. As a coating binder the best content not only has a good cohesive force, and the improvement of the brittleness of the paint,but also pretty color suitable. The experiment also studied the additives (dispersant, HPMC and PAM) on the viscosity of the coating slurry. It was found that the addition of the dispersant and the HPMC had little effect on the viscosity of the coating slurry, and the addition of the dispersant and the HPMC gave a slight increase in the effluent time. The PAM was able to increase the viscosity of the coating slurry and its content should be strictly controlled below 0.3wt%, in order to make the coating slurry has a good flow to facilitate the construction. Through water resistance,alkali resistance,freeze-thaw cycle and a series of performance testing,a combination of several sets of additives, a suitable coating formula was obtained in this study. By the analysis method of X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy analysis, the hydration mechanism of water glass to stimulate the slag was further confirmed. The C-S-H gel network structure of the hydration products and Ca(OH)₂ carbonation reaction make the coating has a good film-forming and bond strength.

Keyword:Slag; Water glass; the Alkali Activates

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景与研究意义 1

1.2 水玻璃基无机涂料 2

1.2.1水玻璃的分类及组成 2

1.2.2水玻璃用作涂料基料时的特点 2

1.3 水玻璃激发矿渣胶凝材料水化机理 3

1.4 国内外无机建筑外墙涂料的研究现状 4

1.5 研究思路与方法 6

1.6 研究目标与主要内容 7

1.6.1研究目标 7

1.6.2主要研究内容 7

第二章 实验原料及实验方法 8

2.1实验原料及性质分析 8

2.1.1矿渣粉 8

2.1.2水玻璃 8

2.1.3水泥 8

2.1.4可再分散乳胶粉 9

2.1.5填料 9

2.1.6助剂 9

2.2 实验方法 10

2.2.1涂料底板的制备 10

2.2.2试件抗压强度实验 10

2.2.3性能测试实验 11

2.2.4微观结构特征测试 13

第三章 无机水性外墙建筑涂料的制备 14

3.1 涂料配比设计 14

3.1.1涂料基料配比实验 14

3.1.2试件强度测试 14

3.1.3填料（TiO₂）的掺量 17

3.1.4增韧剂（乳胶粉）的掺量 17

3.1.5助剂对涂料性能的影响 19

3.2 涂料性能测试实验 22

3.2.1涂料凝结时间的测定 22

3.2.2耐水性的测定 23

3.2.3耐碱性的测定 23

3.2.4耐冻融循环性的测定 23

3.3 微观分析 24

3.3.1涂层的XRD分析 24

3.3.2涂层的SEM分析 25

3.4 本章小结 26

第四章 结论 27

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪论

1.1 课题背景与研究意义

进入21世纪以来，随着我国经济的迅速增长及城镇化的加速发展，社会对基础设施的需求也日益增加。全国范围内开始了大量楼房、住房及办公楼的建设，对外墙装饰材料的需求也与日益增。装饰石材、玻璃幕墙、外墙饰面砖、铝塑板等做为主要的传统无机外墙装饰材料尽管他们仍在使用，但在这些材料的应用过程中，都暴露出来了一些各自的不足使其大规模的应用受到了很大的限制：在建筑材料中常使用的装饰石材主要有花岗岩、大理石等，由于石材不仅有着足够的强度，而且能够雕刻出精美的纹理，其所拥有的可艺术加工性得到了人们的大量青睐，然而由于其耐火性能的不足，在遇火后石板易爆裂，并且一般都是大体积的块状或板状材料，运输、施工困难，造价较高且不容易翻新，因而石材的使用便受到了很大的限制，而且大量地开采这种自然原料作为建筑材料对环境形貌的破坏和国家资源的浪费都是不可忽视的；玻璃幕墙防火性能差，会产生严重的“光污染”，在很大程度上干扰了人们的正常生活，而且高楼的玻璃幕墙成为候鸟迁徙路线上的“候鸟杀手”，玻璃幕墙的扩张已经严重影响到了这些候鸟的正常栖息活动，我们在注重环境保护的同时，对于这颗美丽星球上的其它居住者，我们也要留给它们一片净土；外墙饰面砖的生产相比于其它外墙装饰材料，由于其增加了烧成过程，不仅需要大量的土地资源，而且要消耗大量的能源，其所造成的对资源和能源的浪费，对环境和人体健康带来的威胁使得外墙饰面砖渐渐被其他材料所替代，而且外墙面砖与墙体的粘结力有限，经常出现空鼓脱落而带来很大的安全隐患逐渐放弃使用；新型高档外墙装饰材料铝塑板由于拥有质轻、隔音、防火、防水、耐候、高强度、安装施工方便等特点，近年来也受到了人们的追捧，但因为其成本昂贵，主要是铝塑板的粘结剂——硅酮胶，主要依赖进口，其高昂的身价且由于粘结不良造成的鼓泡、板面塌陷等，使其推广应用受到了限制。外墙建筑涂料有着价格低廉、能耗低、色彩变化多样，装饰效果显著和便于施工等优点，所以在一些发达国家中，建筑外墙装饰材料逐渐被外墙涂料所代替。

在此情形下，就迫切需要一种性能优异的建筑外墙涂料——不仅能够以较低的成本起到装饰防护建筑物延长使用寿命的作用，而且能够环保无污染。以无机化合物作为粘结剂配制成的无机涂料成膜温度低、其涂膜具有优良的耐碱性、具有较好的耐污染性和耐热性，涂层不燃不融耐高温且在生产和制造过程中没有挥发性有机物的产生、不污染环境且原料来源非常丰富、价格低廉等许多的特色，有着十分广泛的应用前景^[1]。其中，碱性活化是全球研究和开发活动的高度活跃和快速发展的领域。在多个国家碱活化水泥和混凝土的商业规模部署正在迅速发展。

1.2 水玻璃基无机涂料

1.2.1水玻璃的分类及组成^[2]

水玻璃的主要化学成分是水溶性的碱金属硅酸盐化合物，分子式的通式为M₂O·nSiO₂·mH₂O,其中M可以是钠、钾、锂和铵等四种离子，n为水玻璃的模数，即SiO₂/M₂O。几种水玻璃的性能比较如表1-1所示：