珍珠巖膠粉聚苯顆粒砂漿試驗與外保溫設計★

張鑫月 孫鵬瀟 杜麗君 方光秀*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

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珍珠巖膠粉聚苯顆粒砂漿試驗與外保溫設計★

張鑫月 孫鵬瀟 杜麗君 方光秀*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

通過試驗，從導熱系數與抗壓強度兩方面，研究了不同珍珠巖取代率對膠粉聚苯顆粒保溫砂漿的影響，得出最佳珍珠巖取代率為5%，并介紹了吉林省延吉市采用珍珠巖膠粉聚苯顆粒保溫砂漿的外墻外保溫做法，以供類似工程借鑒。

聚苯顆粒，珍珠巖，導熱系數，抗壓強度，外墻外保溫

膠粉聚苯顆粒保溫砂漿可大量使用廢棄聚苯乙烯泡沫作為輕骨料完全取代砂石，并使用一定量的工業廢料粉煤灰[1]，環保節能，具有巨大的經濟和社會效益。近些年，膠粉聚苯顆粒保溫砂漿以其輕質、保溫隔熱、節能利廢、施工簡便、成本低廉等優點[2]在外墻外保溫系統中應用較廣，但其防火阻燃性能較無機保溫砂漿差[3]。因此，本文采用珍珠巖部分取代聚苯顆粒作為保溫砂漿輕骨料，以P.O42.5普通硅酸鹽水泥摻入適量粉煤灰為膠凝材料，再添加膠粉，配制出有機與無機材料混合保溫砂漿，主要探究珍珠巖取代率對保溫砂漿導熱系數、抗壓強度的影響，得出最佳珍珠巖取代率，并給出相關回歸方程，同時結合吉林省延吉市氣候特點，提出采用珍珠巖膠粉聚苯顆粒砂漿的外墻外保溫構造的深化設計，供類似工程借鑒。

1 試驗設計

1.1 試驗材料

由于試驗材料有限，本試驗選用的材料為：1)冀東水泥磐石有限責任公司生產的盾石牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥。2)粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰，改善砂漿的和易性。3)膠粉：廊坊康特化工生產的KT-03聚苯顆粒保溫砂漿專用膠粉。4)聚苯顆粒：原生聚苯顆粒，粒徑為3 mm～6 mm。5)珍珠巖：閉孔膨脹珍珠巖顆粒。

1.2 試驗方案

1)試驗配合比。通過查閱文獻，聚苯顆粒的最佳摻量為每千克膠粉料摻7 L聚苯顆粒[4]，在試驗中將固定水泥、粉煤灰、膠粉和水的用量，珍珠巖以5%，10%，15%的取代率等體積取代聚苯顆粒。經過試配，本文最終采用的配合比如表1所示。

表1 試驗配合比

2)試件制作與養護。按照表1配合比制作A，B，C三組試件，每組2個，尺寸為300 mm×300 mm×30 mm(見圖1)。

同時制作A，B，C三組抗壓強度標準試塊，每組6個，尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，分別標準養護28 d后進行導熱系數和抗壓強度的測試。每組取各試件導熱系數的平均值和抗壓強度的平均值。

2 試驗結果及分析

2.1 珍珠巖取代率對導熱系數的影響

實測各組試件的導熱系數如圖2所示。所用設備為湘潭市儀器儀表公司的DRH導熱儀。導熱系數測定范圍為0.010 W/(m·K)～2 W/(m·K)。

由圖2可知，隨著珍珠巖取代率的增加，試件的導熱系數先增加后稍有減小，當取代率為5%時，導熱系數最小，為0.09 W/(m·K)。這主要是由于膨脹珍珠巖的吸水率高、耐水性差而導致保溫砂漿在攪拌中體積收縮變形大，使導熱系數隨珍珠巖取代率的增加而增大。當取代率為15%時，導熱系數稍有下降。但由于本試驗材料有限，所配制的保溫砂漿沒有添加改性劑等材料，故導熱系數整體偏大。從圖2可看出，導熱系數與珍珠巖取代率較符合二次函數關系，可用y=ax2+bx+c進行擬合，其結果如表2所示。其中，y為不同珍珠巖取代率下的導熱系數;x為取代率；a，b，c均為回歸系數；R2為相關系數。

表2 珍珠巖取代率與導熱系數的回歸系數

保溫砂漿導熱系數試驗見圖3。

2.2 珍珠巖取代率對抗壓強度的影響

實測各組試件的抗壓強度值如圖4所示。

由圖4可知，隨著珍珠巖取代率的增加，試塊的抗壓強度呈線性增加。這主要是由于珍珠巖自身的強度大于聚苯顆粒的強度，且珍珠巖的吸水率大于聚苯顆粒，因而在其余材料用量不變的情況下，水膠比減小，故抗壓強度增大。從圖4看出，抗壓強度與珍珠巖取代率符合一次函數關系，可用y=ax+b進行擬合，其結果如表3所示。其中，y為不同珍珠巖取代率下的抗壓強度；x為取代率；a，b均為回歸系數；R2為相關系數。

表3 珍珠巖取代率與抗壓強度的回歸系數

abR20.326670.02030.99998

保溫砂漿抗壓強度試驗見圖5。

3 外墻外保溫墻體設計

節能建筑外墻的保溫層能起到減少建筑物外墻能耗損失的作用，但外墻保溫層厚度又不能無限制地增大。因此，合理選擇保溫層厚度尤為重要。本文運用目前最為普遍的計算方法——生命周期價值分析法計算了吉林省延吉市使用珍珠巖膠粉聚苯顆粒砂漿做保溫層的最佳厚度。文獻[5]指出，生命周期價值分析法最佳保溫層厚度的計算公式如下：

δop=[(86 400PWF·Cf·HDD·λ)/(Hc·Ci·η)]1/2-λ·Rwt。

其中，HDD為采暖度日數，根據國家標準[6]和吉林省地方標準[7]，延吉市的HDD=4 687 ℃/d；λ取上文中最小導熱系數值0.09；根據文獻[5]，其余參數取值為：現值因子PWF=9.979；煤的價格Cf=0.57元/kg，選用吉林遼源原煤；煤的發熱量Hc=20.92 kJ/kg；采暖系統總效率η=0.612；單位體積保溫材料價格

Ci=1 000元/m3；外墻非保溫層熱阻Rwt為內、外表面的換熱阻Ri=0.115 m2·K/W,R0=0.04 m2·K/W與基層墻體總熱阻Rw之和。基層墻體為20 mm厚混合砂漿+200 mm鋼筋混凝土，其Rw=0.228[8]。經計算，保溫層最佳厚度為127 mm。優化設計后的外墻外保溫墻體構造如圖6所示。

4 結語

1)隨著珍珠巖取代率的增加，保溫砂漿的導熱系數先增大，后稍有減小，當取代率為5%時，導熱系數最小，為0.09。2)隨著珍珠巖取代率的增加，保溫砂漿的抗壓強度呈線性增加，當取代率為15%時，保溫砂漿的抗壓強度最大，達到0.631 MPa。 3)考慮到保溫砂漿的保溫效果，確定珍珠巖的最佳取代率為5%。本文配制的混合保溫砂漿，它的導熱系數雖偏大，但其強度高，且原材料簡單、種類少，既經濟又適用。4)采用生命周期價值分析法，以吉林省延吉市使用本文配制的保溫砂漿為例，對其保溫層厚度進行計算，得出最佳厚度為127 mm，同時提出了優化設計后的外墻外保溫墻體構造，供類似工程借鑒。

[1] 王祁青.聚苯顆粒保溫漿料和建筑保溫砂漿的應用問題分析[J].新型建筑材料,2008,35(6):26-28.

[2] 秦洪友，李應權，扈士凱,等.早齡期高性能膠粉聚苯顆粒保溫漿料的研制與應用[A].中國建筑節能總工高峰論壇——建筑節能新材料研究與工程應用[C].2008:418-422.

[3] 陶成云.聚苯顆粒與閉孔膨脹珍珠巖顆粒混合保溫砂漿研制與應用[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2012.

[4] 蔡寧峰.再生聚苯顆粒保溫砂漿的配制與性能研究[D].鄭州：華北水利水電學院,2011.

[5] 郭 楠，趙松源，趙嵩穎.長春市既有建筑外墻節能改造保溫厚度的研究[J].建筑節能,2010，38(10):65-66.

[6] JGJ 26—2010，嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準[S].

[7] DB22/T 450—2007，居住節能設計標準(節能65%)[S].

[8] 黃春華，葉勇軍.節能建筑外墻保溫層厚度的經濟性優化[J].建筑熱能通風空調,2005,24(6):74-76.

The experiment of perlite powder polystyrene particles mortar and the design of external thermal insulation★

Zhang Xinyue Sun Pengxiao Du Lijun Fang Guangxiu*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

Through the experiment, from the thernal conductivity and compresion strength two aspects, we study the influence of different perlite replace rate on the thermal coefficient of powder polystyrene particles insulation mortar and the compressive strength of it. It is concluded that the best replace rate is 5%. Meanwhile, we designed an exterior insulation’s modus operandi using perlite powder polystyrene particles insulation mortar for Yanji city Jilin province which provides reference for the similar projects.

polystyrene particles， perlite， thermal coefficient， compressive strength， exterior insulation system

1009-6825(2016)28-0109-02

2016-07-27 ★ ：延大大學生暑期學校創新實驗項目(項目編號：SQC2016001)；延大科技發展計劃校企合作項目(項目編號：602015001)

張鑫月(1995- )，女，在讀本科生； 孫鵬瀟(1995- )，男，在讀本科生； 杜麗君(1997- )，女，在讀本科生

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU551.2

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