材料用量對玻化微珠保溫砂漿性能影響研究

孔亞美

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院,河南 許昌 461000)

0 前 言

作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jī)物作為保溫材料的有機(jī)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(yōu)點(diǎn)，但大量的工程應(yīng)用證明，其安全性、耐久性及耐火性較差。近些年不斷出現(xiàn)因建筑外墻有機(jī)保溫材料燃燒而產(chǎn)生的重大火災(zāi)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(jī)保溫體系因其耐火性好而脫穎而出，并廣泛應(yīng)用于我國江浙地區(qū)，但因其成本較高而鮮少應(yīng)用于我國北方寒冷和夏熱冬冷地區(qū)。

隨著玻化微珠保溫砂漿在工程中廣泛應(yīng)用，國內(nèi)學(xué)者對其進(jìn)行了不少研究：吳祁山[2]通過改變水泥摻量和養(yǎng)護(hù)條件對玻化微珠保溫砂漿早齡期基本性能發(fā)展進(jìn)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(zhì)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(fā)泡劑的用量，研究砂漿28天干密度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及導(dǎo)熱系數(shù)的變化，并得出相關(guān)結(jié)論，為北方寒冷和夏熱冬冷地區(qū)建筑外墻采用無機(jī)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(fù)合硅酸鹽水泥，其3天和28天的抗壓強(qiáng)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(dǎo)熱系數(shù)為0.032～0.045 W/(m·K)。外加劑包含植物性高效水泥發(fā)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(fā)泡劑發(fā)泡倍數(shù)為20。

1.2 試驗方法

試驗中砂漿試塊的制作、養(yǎng)護(hù)及測定方法依照相應(yīng)的試驗標(biāo)準(zhǔn)或方法進(jìn)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(qiáng)度的測定按照《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗方法》(GB/T5486-2008)進(jìn)行；抗折強(qiáng)度的測定依照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法》(GB/T17671-1999)；導(dǎo)熱系數(shù)的測定采用JTRG-111建筑材料熱流計試導(dǎo)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(jī)玻璃罩確保真空條件。

1.3 配合比設(shè)計

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

表1 玻化微珠保溫砂漿配合比設(shè)計 %

2 試驗結(jié)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(huán)保保溫材料之一，是由火山巖或松脂巖顆粒經(jīng)過特殊的高溫煅燒和膨化工藝加工而成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)成多孔狀，具有質(zhì)輕、隔熱、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。砂漿中以玻化微珠顆粒為骨料，既可以與水泥漿凝結(jié)硬化后成為砂漿的骨架，還可以使砂漿具備輕質(zhì)保溫的特點(diǎn)。試驗通過只改變玻化微珠用量條件下測得保溫砂漿強(qiáng)度、干密度和導(dǎo)熱性能的數(shù)據(jù)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(qiáng)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(xiàn)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(qiáng)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(wǎng)狀，此時砂漿會表現(xiàn)出松散狀態(tài)，甚至沒有強(qiáng)度，這也是圖1中表現(xiàn)出的玻化微珠用量越多，保溫砂漿強(qiáng)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(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的變化趨勢接近一致，這與文獻(xiàn)[4]得出的試驗結(jié)論相一致，因此，可將保溫砂漿的干密度作為其配合比設(shè)計的依據(jù)，實現(xiàn)砂漿的性能滿足目標(biāo)的要求。

圖1 玻化微珠用量對保溫砂漿性能的影響

2.2 發(fā)泡劑用量對保溫砂漿性能的影響

發(fā)泡劑是配制玻化微珠無機(jī)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(fā)泡劑用量研究保溫砂漿性能的變化。從配合比設(shè)計中可看到，發(fā)泡劑的含量在砂漿總質(zhì)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(qiáng)度、干密度和導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生較為明顯的變化。

圖2 發(fā)泡劑用量對保溫砂漿性能的影響

由圖2可知，隨著發(fā)泡劑用量的增加，保溫砂漿的強(qiáng)度、干密度不斷降低，但導(dǎo)熱性能逐漸增加，這是因為在保溫砂漿中加入適量的發(fā)泡劑后，砂漿體內(nèi)會迅速產(chǎn)生大量微小而均勻的氣泡，增大砂漿的孔隙率，導(dǎo)致其干密度降低而導(dǎo)熱性能提高。由于發(fā)泡劑產(chǎn)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(jìn)而會降低砂漿的強(qiáng)度，由圖2顯示，當(dāng)發(fā)泡劑的用量增加到2%時，砂漿的抗壓與抗折強(qiáng)度下降明顯。砂漿攪拌時，過多的發(fā)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(qiáng)度。

3 結(jié) 論

1)玻化微珠用量的增加，可顯著降低保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)，提高砂漿保溫性能，但同時降低砂漿的強(qiáng)度和干密度。玻化微珠用量對保溫砂漿性能影響與水泥用量對保溫砂漿性能影響互為相反，因此，施工中合理設(shè)計玻化微珠和水泥用量對提高砂漿性能具有重要意義。

2)發(fā)泡劑用量的增加降低了玻化微珠保溫砂漿的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和干密度，但卻提高了其保溫性能。過量的發(fā)泡劑會使砂漿稠度過低，不利于施工也沒有工作強(qiáng)度。

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