材料用量對玻化微珠保溫砂漿性能影響研究

2020-10-31 04:11:30孔亞美

四川建材 2020年10期

孔亞美

(許昌學院土木工程學院,河南許昌 461000)

0 前言

作為圍護結構的建筑外墻是建筑中傳熱耗熱量最大的部位，采用良好的墻體保溫材料可有效降低建筑物長期使用的能源消耗[1]。以聚苯乙烯等有機物作為保溫材料的有機保溫體系是我國建筑主要采用的墻體保溫體系，它具有成本低且保溫效果好的優點，但大量的工程應用證明，其安全性、耐久性及耐火性較差。近些年不斷出現因建筑外墻有機保溫材料燃燒而產生的重大火災事故，公安部已對我國民用建筑外保溫材料的燃燒性能提出更高要求。與此同時，以玻化微珠等為保溫材料的無機保溫體系因其耐火性好而脫穎而出，并廣泛應用于我國江浙地區，但因其成本較高而鮮少應用于我國北方寒冷和夏熱冬冷地區。

隨著玻化微珠保溫砂漿在工程中廣泛應用，國內學者對其進行了不少研究：吳祁山[2]通過改變水泥摻量和養護條件對玻化微珠保溫砂漿早齡期基本性能發展進行了試驗研究。張國永等[3]采用正交試驗法研究了影響膨脹玻化微珠輕質砌筑砂漿性能的主要因素。本文在固定水灰比條件下，通過分別改變玻化微珠和發泡劑的用量，研究砂漿28天干密度、抗壓強度、抗折強度以及導熱系數的變化，并得出相關結論，為北方寒冷和夏熱冬冷地區建筑外墻采用無機保溫墻體體系提供借鑒。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗中玻化微珠保溫砂漿是以膠凝材料、輕骨料和多種外加劑按照一定比例配制而成。其中，膠凝材料為P·C32.5復合硅酸鹽水泥，其3天和28天的抗壓強度分別為20.3 MPa和45.3 MPa；輕骨料為玻化微珠顆粒，粒徑約為0.5～1.5 mm，堆積密度為110 kg/m3，導熱系數為0.032～0.045 W/(m·K)。外加劑包含植物性高效水泥發泡劑、聚丙烯纖維、可再分散性乳膠粉以及纖維素醚，其中植物性高效水泥發泡劑發泡倍數為20。

1.2 試驗方法

試驗中砂漿試塊的制作、養護及測定方法依照相應的試驗標準或方法進行。其中，干密度的測定方法參照《膨化玻化微珠保溫隔熱砂漿》(GB/T26000-2010)；抗壓強度的測定按照《無機硬質絕熱制品試驗方法》(GB/T5486-2008)進行；抗折強度的測定依照《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB/T17671-1999)；導熱系數的測定采用JTRG-111建筑材料熱流計試導熱儀，試塊尺寸為300 mm×300 mm×40 mm，測定時需將試塊與冷熱板充分接觸，套上保溫套和有機玻璃罩確保真空條件。

1.3 配合比設計

試驗中保溫砂漿配合比設計方案見表1，各材料成分為其質量與同組水泥質量比值的百分比。BH和FP組變化參量分別為玻化微珠和發泡劑用量。

表1 玻化微珠保溫砂漿配合比設計 %

2 試驗結果與分析

2.1 玻化微珠用量對保溫砂漿性能的影響

玻化微珠是目前市場上常用的高效環保保溫材料之一，是由火山巖或松脂巖顆粒經過特殊的高溫煅燒和膨化工藝加工而成，其內部結構成多孔狀，具有質輕、隔熱、耐高溫等優點。砂漿中以玻化微珠顆粒為骨料，既可以與水泥漿凝結硬化后成為砂漿的骨架，還可以使砂漿具備輕質保溫的特點。試驗通過只改變玻化微珠用量條件下測得保溫砂漿強度、干密度和導熱性能的數據變化，圖1顯示了玻化微珠用量對保溫砂漿性能的影響。

由圖1可見，玻化微珠用量的增加可顯著提高保溫砂漿的保溫性能，但同時也降低了砂漿的抗壓、抗折強度和干密度，這一性能變化與水泥用量對保溫砂漿性能變化表現互為相反。隨著玻化微珠用量的增加，砂漿中的保溫材料所占體積增大，保溫性能提高，但握裹在玻化微珠顆粒表面的水泥漿體相對減少，其在砂漿中的骨架作用逐漸減小，砂漿強度隨之降低，干密度也隨之下降，并且隨著玻化微珠用量的不斷增加，水泥漿體不夠而無法將玻化微珠顆粒連成網狀，此時砂漿會表現出松散狀態，甚至沒有強度，這也是圖1中表現出的玻化微珠用量越多，保溫砂漿強度降低的越多。

除此之外，由圖1可看出，在不同玻化微珠用量條件下，保溫砂漿干密度的變化趨勢與強度和導熱系數的變化趨勢接近一致，這與文獻[4]得出的試驗結論相一致，因此，可將保溫砂漿的干密度作為其配合比設計的依據，實現砂漿的性能滿足目標的要求。

圖1 玻化微珠用量對保溫砂漿性能的影響

2.2 發泡劑用量對保溫砂漿性能的影響

發泡劑是配制玻化微珠無機保溫砂漿常用的外加劑。目前，針對外加劑對玻化微珠保溫砂漿性能影響的研究更多的是從纖維用量和纖維類型等方面來探索砂漿性能變化。本文通過改變發泡劑用量研究保溫砂漿性能的變化。從配合比設計中可看到，發泡劑的含量在砂漿總質量中所占比例很少，但從圖2顯示，其較小的用量變化對保溫砂漿的抗壓、抗折強度、干密度和導熱系數產生較為明顯的變化。

圖2 發泡劑用量對保溫砂漿性能的影響

由圖2可知，隨著發泡劑用量的增加，保溫砂漿的強度、干密度不斷降低，但導熱性能逐漸增加，這是因為在保溫砂漿中加入適量的發泡劑后，砂漿體內會迅速產生大量微小而均勻的氣泡，增大砂漿的孔隙率，導致其干密度降低而導熱性能提高。由于發泡劑產生的氣泡較多，填充在骨料之間，降低了砂漿中骨料的接觸面，進而會降低砂漿的強度，由圖2顯示，當發泡劑的用量增加到2%時，砂漿的抗壓與抗折強度下降明顯。砂漿攪拌時，過多的發泡劑會使砂漿漿體體積迅速膨脹，稠度過小，此時砂漿既不利于施工也幾乎沒有強度。