膨胀珍珠岩-聚合物复合保温砂浆配合比正交试验研究

孟　玮，陈　蓓，吴丽雅

膨胀珍珠岩-聚合物复合保温砂浆配合比正交试验研究

孟玮1，陈蓓1，吴丽雅2

（1.南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300；2.泰州市同一建设工程质量检测有限公司，江苏泰州225300）

为了得到综合性能良好的复合保温砂浆，通过正交试验方法，选择水用量、水泥掺量、膨胀珍珠岩掺量、粉煤灰掺量、聚丙烯纤维掺量、可分散乳胶粉掺量和引气剂掺量等7个影响因素对保温砂浆的干密度、压折比、抗压强度及导热系数等指标进行了研究，分析各因素对复合保温砂浆相应指标的影响显著性程度，结合因素间的交互分析及验证试验得到了最优配合比。

膨胀珍珠岩；复合保温砂浆；正交试验；最优配合比

0　引言

膨胀珍珠岩是由酸性火山玻璃质熔岩（珍珠岩）在高温下焙烧而成的内部为蜂窝状结构的白色颗粒状材料［1］，原料来源广泛，价格便宜，广泛用于保温隔热领域。由膨胀珍珠岩制得的保温砂浆，具有价格低廉且施工速度较快的优点，但存在抗裂性差、吸水后保温效果降低等缺点，使其应用具有一定局限性［2］，国内外展开了许多的研究来改善其性能［3-10］。本文从提高膨胀珍珠岩保温砂浆的综合性能出发，在保温砂浆中添加了抗裂剂，研究复合保温砂浆主要的物理及力学性能指标。

1　试验

1.1原材料

水泥：江苏泰州扬湾产海螺牌42.5级普通硅酸盐水泥；膨胀珍珠岩：江苏常州某保温材料厂生产的闭孔膨胀珍珠岩，主要化学成分见表1。粉煤灰：江苏省姜堰市电厂生产的Ⅰ级粉煤灰；聚丙烯纤维：长度为9 mm；外加剂：上海影佳化工有限公司生产的YJ607型柔性可分散乳胶粉，杭州妙能生物科技有限公司生产的JZS-01型混凝土引气剂；水：自来水。

表1　膨胀珍珠岩的主要化学成分%

1.2主要试验设备

砂浆搅拌机；DY－208型全自动水泥强度试验机；WDW－200微机控制电子万能试验机；SK－DR300A+平板导热仪。

1.3试验指标及砂浆制备

复合保温砂浆抗折强度依据GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试；抗压强度依据JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法》、GB/T 20473—2006《建筑保温砂浆》及GB 8813—88《硬质泡沫塑料压缩试验方法》进行测试；导热系数依据GB 10294—88《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测试；干表观密度依据GB/T 5486.2—2001《无机硬质绝热制品试验方法》进行测试。按照试验设计配合比，分别制备40 mm×40 mm×160 mm、70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm、300 mm×300 mm×30 mm的砂浆试样，养护至28 d后测试其压折比、抗压强度、干密度、导热系数等指标。

1.4试验因素确定

采用正交设计理论，选择水用量、水泥掺量、膨胀珍珠岩掺量、粉煤灰掺量、聚丙烯纤维掺量、可分散乳胶粉掺量和引气剂掺量等7个影响因素来分析对保温砂浆基本性能的显著性影响程度，各因素及水平见表2，正交表选择L18（37）。

表2　正交试验因素水平

2　试验结果及分析

2.1试验结果

正交试验设计及结果见表3，极差分析见表4。

表3　正交试验设计及结果

表4　极差分析

由表4分析可得：

（1）对干密度的影响因素主次顺序为：C→A→D→E→F→B→G，即膨胀珍珠岩的掺量为影响干密度的主要因素；其余依次为水用量、纤维掺量、可分散乳胶掺量和水泥掺量，其中水泥含量越低，保温砂浆的干密度就越大；引气剂掺量对膨胀珍珠岩保温砂浆干密度的影响较小。通过同因素不同水平之间的竖向比较，得出膨胀珍珠岩保温砂浆干密度的优化方案为：C3A3D1E3F3B3G3。

（2）对压折比的影响因素主次顺序为：D→B→G→F→A→E→C，即粉煤灰掺量为影响压折比的主要因素；其次为水泥掺量；引气剂掺量的增加使得压折比增大，抗裂性能降低；可分散乳胶粉掺量、水用量、纤维掺量和膨胀珍珠岩掺量对膨胀珍珠岩保温砂浆的压折比影响较小。通过同因素不同水平之间的竖向比较，得出膨胀珍珠岩保温砂浆压折比的优化方案为：D1B1G1F2A3E1C1。

（3）对抗压强度的影响因素主次顺序为：C→A→E→F→G→D→B，即膨胀珍珠岩掺量为影响抗压强度的主要因素；纤维与可分散乳胶粉掺量对抗压强度也有影响；水用量与引气剂掺量对抗压强度的影响趋势相同，随着用量的增加，抗压强度呈下降趋势；粉煤灰与水泥用量对抗压强度的影响较小。通过同因素不同水平之间的竖向比较，得出膨胀珍珠岩保温砂浆抗压强度的优化方案为：C1A1E1F1G1D3B2。

（4）对导热系数的影响因素主次顺序为：C→A→D→E→B→F→G，即膨胀珍珠岩掺量为影响导热系数的主要因素；其次为水用量；粉煤灰与水泥的影响程度较弱，随着粉煤灰与水泥掺量的增大，保温砂浆的导热系数呈上升趋势，保温性能下降；可分散乳胶粉与引气剂掺量对保温砂浆导热系数的影响较小。通过同因素不同水平之间的竖向比较，得出膨胀珍珠岩保温砂浆导热系数的优化方案为：C3A2D1E3B1F3G1。

2.2交互作用分析

正交试验中，材料之间往往存在着相互之间的作用，这种作用可能比单个材料掺量对试验的影响程度还要大，本文考虑因素B与E，即水泥掺量与粉煤灰掺量2个因素之间的交互作用，如表5所示。

由表5可见，B1E3所得的保温砂浆干密度最小，为412.6 kg/m3，考虑材料间交互作用，干密度的优化方案应选定为：C3A3D1E3F3B1G3；B1E3所得的保温砂浆压折比最小，为2.07，考虑材料间交互作用，保温砂浆压折比的优化方案应选定为：D1B1G1F2A3E3C1；B1E1所得的保温砂浆抗压强度最高，为2.71 MPa，考虑材料间交互作用，抗压强度的优化方案应选定为：C1A1E1F1G1D3B1；B1E3所得的保温砂浆导热系数最小，为0.0825 W/（m·K），考虑材料间交互作用，导热系数的优化方案为：C3A2D1E3B1F3G1。

2.3最优配合比

对上述4组优化方案进行验证试验，结果如表6所示。

表5　因素B、E交互作用分析

表6　优方案验证试验结果

由表6可知，Y2为最优配比，即D1B1G1F2A3E3C1方案，具体配合比为：水用量2117 g，水泥掺量1064 g，膨胀珍珠岩掺量532 g，粉煤灰掺量319 g，纤维掺量5.9 g，可分散乳胶粉掺量4.5 g，引气剂掺量1.1 g。按最优配比制备的复合保温砂浆的性能符合江苏省工程建设标准DGJ 32/J22—2006《水泥基复合保温砂浆建筑保温系统技术规程》标准要求。

3　结论

（1）通过多因素正交试验设计，得到复合保温砂浆干密度的主要影响因素依次为膨胀珍珠岩掺量、水用量、粉煤灰掺量；压折比的主要影响因素为粉煤灰掺量与水泥掺量；抗压强度的主要影响因素依次为膨胀珍珠岩掺量、水用量、可分散乳胶粉掺量、纤维掺量；导热系数的主要影响因素依次为膨胀珍珠岩掺量、水用量、粉煤灰掺量、水泥掺量。

（2）各原材料的最优配比为：水用量2117 g，水泥掺量1064 g，膨胀珍珠岩掺量532 g，粉煤灰掺量319 g，纤维掺量5.9 g，可分散乳胶粉掺量4.5 g，引气剂掺量1.1 g。按最优配比制备的复合保温砂浆的干密度439.1 kg/m3，压折比2.11，抗压强度2.53 MPa，导热系数0.0841 W/（m·K），符合DGJ 32/J22—2006标准要求。

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Orthogonal test of expanded perlite-polymer composite insulation mortar

MENG Wei1，CHEN Bei1，WU Liya2
（1.Taizhou Institute of Sci.&Tech.NUST.，Taizhou 225300，Jiangsu，China；2.Taizhou Tongyi Construction Engineering Quality Test Co.Ltd.，Taizhou 225300，Jiangsu，China）

In order to get perfect comprehensive properties of composite insulation mortar，anti-cracking agent was added to the expanded perlite insulation mortar.Through orthogonal experiment method，the influencing factors of water consumption，dosage of cement，expanded perlite，dosage of fly ash，polypropylene fiber dosage，dosage and air-entraining agent dosage of latex on dry density，compressive and flexural strength，compressive strength and thermal conductivity coefficient index of thermal insulation mortar are studied.After analyzing the influence significance level of various factors on the composite insulation mortar corresponding index，combined with factor interaction analysis and validation test，the optimal mixture ratio is obtained.

expanded perlite，composite insulation mortar，orthogonal experiment，optimum mixture ratio

TU55+1.3

A

1001-702X（2015）12-0021-03

2015-06-28；

2015-08-12

孟玮，女，1980年生，江苏连云港人，讲师，主要从事建筑结构设计及新型建筑材料研究。