新型水泥基墙体材料正交试验研究

涂玉波，王珊珊，韦平

（浙江瑞高绿建科技有限公司，浙江 湖州 313100）

新型水泥基墙体材料正交试验研究

涂玉波，王珊珊，韦平

（浙江瑞高绿建科技有限公司，浙江 湖州 313100）

本文通过正交试验，分析了 TY 颗粒掺量、玻化微珠掺量、引气剂掺量对混凝土的抗压强度和导热系数的影响规律，验证了在混凝土中掺加一定数量的 TY 轻粗集料颗粒、玻化微珠、引气剂配制新型水泥基墙体材料的可行性。

正交试验；玻化微珠；TY 颗粒；引气剂；抗压强度；导热系数

0 引言

随着我国建筑节能和墙体改革工作的深入开展，以及节能标准的不断提高，使得人们更加重视外围护结构的热损耗问题，特别是占很大份额的墙体结构[1-2]。目前外墙保温系统，是对整个建筑物的外围护结构采取保温隔热措施，主要的构造形式有外墙外保温、外墙内保温、外墙夹心保温三种形式，所用的建筑保温材料主要以 EPS 板、XPS 板、胶粉EPS 颗粒、酚醛板及发泡聚氨酯等有机材料为主，这些保温系统的做法不仅工艺繁琐，增加了建筑施工过程，且不利于建筑物的结构受力和安全，又由于选用的保温材料是有机材料，耐老化性能差、污染室内外环境，甚至加重建筑物的火灾隐患[3]。

基于上述原因，本文提出新型水泥基墙体材料，从其原材料、配合比及基本力学性能、保温性能开展试验研究工作。

1 新型水泥基墙体材料

新型水泥基墙体材料是由水泥、砂子、玻化微珠、TY轻粗集料颗粒、纤维、专用外加剂及外掺料等材料按一定比例配合，经特定的搅拌方式、成型工艺、养护而得到的混凝土，既具有轻骨料混凝土的物理力学性能，又具有优越的保温性能（如表1 所示）。新型水泥基墙体材料中应用的玻化微珠是一种玻璃质火山熔岩矿砂，经膨胀、玻化等工艺制成，表面玻化封闭，呈不规则球形，内部为多孔空腔结构，物理化学性能稳定，具有质轻、隔热、耐高低温、抗老化、吸水小等优异的性能[4]，因此必将对新型水泥基墙体材料的热工性能和力学性能有一定程度的提升。

TY 轻粗集料颗粒是一种无基质混合发泡材料，具有质轻、不燃、不吸水、导热系数低等特点，且由于其为多孔材料，表面积大，当作为粗骨料加入混凝土中，有利于增强接触面的粘结力，这不仅增强了混凝土整体性特征，而且对混凝土的抗裂、抗剥落、抗折强度有一定程度的提高。但由于自身抗压强度较低，它的掺量大小将会对新型水泥基墙体材料的抗压强度产生很大影响。

引气剂是泡沫的主要来源，它的加入能很大程度的改善混凝土的和易性，并在混凝土中产生孔径小且均匀的封闭气孔，孔结构的均匀分布不仅可以减轻整体结构的重量，而且可以在某种程度上起到保温隔声的效果。

新型水泥基墙体材料不仅以其较低的导热系数达到与现有外墙保温系统相同的保温隔热效果，而且能够大大简化设计和施工工艺，减少保温工程的能耗，又能满足表面装饰的效果。新型水泥基墙体材料的出现符合国家建筑节能的要求，响应了国家绿色建筑节能的政策指令，亦必将推动构建新型建筑结构体系的进程。为使新型水泥基墙体材料推向市场，本文选用合理的试验方法，对开发出的新型材料进行研究分析，选出最佳的配比方案。

表1 新型水泥基墙体材料技术性能指标

2 试验用原材料

（1）细骨料：浙江湖州长兴产石英砂，实测表观密度2650kg/m3，堆积密度为 1600kg/m3，细度模数为 2.0。

（2）水泥：安徽某水泥厂生产的 P·O52.5 普通硅酸盐水泥，比表面积 368m2/kg。

（3）玻化微珠：选用河南信阳某公司生产的玻化微珠，粒度为 0～0.5mm，容重 0.20g/cm3，导热系数 0.035～0.045W/(m·K)，漂浮率≥98%，耐火度 1280～1360℃。

（4）TY 轻粗集料颗粒：江苏某公司生产，容重80～160kg/m3，导热系数 0.028W/(m·K)，燃烧性能 A 级，吸水率为 32g/m2。

（5）掺合料：长兴电厂Ⅱ级粉煤灰，密度 2600kg/m3，比表面积 310m2/kg。S95 级矿粉，其密度为 2800kg/cm3，比表面积为 410m2/kg。

（6）减水剂：聚羧酸系高效减水剂，减水率>30%。

（7）引气剂：JX 自制专用引气剂，引泡均匀、稳定。

（8）纤维：聚乙烯醇纤维，6mm。

（9）水：自来水，pH 值小于 6.5。

C05、C10、C15、C20 四种类型新型水泥基墙体材料的初始理论配比，详见表2。

表2 四种新型水泥基墙体材料中各材料用量 kg/m3

3 新型水泥基墙体材料的正交试验设计

3.1 选择因素水平

试验研制的新型水泥基墙体材料，既拥有一般混凝土的特性，又具有优越的保温隔热性能。而能够影响其性能的因素有很多。本试验利用正交试验的方法，对选定的多个因素进行研究分析。根据前期试验结果，在 C05、C10、C15、C20 四种类型新型水泥基墙体材料的初始理论配比基础上，选取玻化微珠的掺量、TY 轻粗集料颗粒掺量、引气剂掺量三个因素进行研究，每个因素取 3 个水平（详见表3）。以新型水泥基墙体材料的 28d 抗压强度、导热系数为考核指标，分析各因素对抗压强度、导热系数的影响规律及显著性，从而确定各密度等级混凝土的最佳配合比。

3.2 正交试验

根据所选择的变量因素，确定选取 L9(34) 正交表来试验，如表3 所示，其中 A、B、C 分别代表玻化微珠掺量、TY轻粗集料颗粒掺量、引气剂掺量。

表3 L9(34) 正交试验方案及结果

3.3 试验结果及分析

各配比混凝土的强度及导热系数正交分析见表4。

由表4 可知，对于 C05、C10、C15、C20 四种强度等级的混凝土，28d 抗压强度的因素影响顺序均为 TY 颗粒掺量 B＞玻化微珠掺量 A＞引气剂掺量 C。说明 TY 颗粒的掺量对混凝土28d 抗压强度的影响显著；玻化微珠掺量对混凝土 28d抗压强度有一定影响；引气剂掺量对混凝土 28d 抗压强度的影响不大。对于 C05、C10、C15、C20 四种强度等级的混凝土，导热系数的因素影响顺序均为 TY 颗粒掺量 B＞引气剂掺量 C＞玻化微珠掺量 A。TY 颗粒掺量对混凝土导热系数的影响显著，引气剂的掺量对混凝土导热系数有一定程度的影响，玻化微珠掺量相对于其他两个因素来说对导热系数的影响不显著。

TY 颗粒的掺量对混凝土 28d 抗压强度和导热系数均有显著影响，这是因为 TY 颗粒的压缩强度为 1.0～2.5kg/cm2，故随着 TY 颗粒掺量的增加，混凝土抗压强度下降。TY颗粒导热系数为 0.028W/(m·K)，玻化微珠的导热系数为0.035～0.045W/(m·K)，随着 TY 颗粒掺量的增加混凝土的导热系数将变小。

表4 28d 抗压强度及导热系数的极差分析

C05、C10、C15、C20 四种强度等级混凝土的最佳方案可由表3、表4 分析得出；由表3 可直接选出混凝土28d 强度的最佳方案分别为 A2B2C3、A3B2C1、A2B1C2、A2B1C2，由表4 极差分析结果可知最佳方案分别为A3B2C1、A3B2C1、A2B2C2、A2B2C2；由表3 可直接选出混凝土导热系数的最佳方案分别为 A2B2C3、A2B2C3、A1B3C3、A2B3C1，由表4 极差分析结果可知最佳方案分别为A1B1C1、A3B1C1、A2B1C1、A3B1C2。

（3）本试验主要针对新型水泥基墙体材料的三种组成材料进行了正交分析，后期还需对其他组成材料及外加剂的种类、掺量进行研究，并结合工程实例对新型水泥基墙体材料的整体性能进行分析研究，为其在实践中的推广应用提供可靠依据。

[1] 李百益．建筑围护结构墙体保温节能技术的研究[D]．陕西：西安科技大学，2009．

[2] 李珠．玻化微珠保温材料的系列研究与“城市密洞”式绿色建筑[M]．北京:北京邮屯大学出版社,2011: 56-75．

[3] 张泽平，李珠，董彦莉．建筑保温节能墙体的发展现状与展望[J]．工程力学，2007(12): 121-127．

[4] JC/T 1042—2007．膨胀玻化微珠[S]．

［通讯地址］浙江省湖州市长兴县经济开发区太湖大道 2255号 浙江瑞高绿建科技有限公司（313100）

Orthogonal experiment research on new type cementious wall materials

Tu Yubo, Wang Shanshan, Wei Ping
(Luoyang Jiayi Mechanical and Electrical Equipment Co., Ltd., Henan Luoyang 471131)

By orthogonal test, this research analyzed the dosage impact of TY particles, vitrified bead and air-entraining agent on the compressive strength of concrete and coefficient of thermal conductivity, to verify the feasibility of adding certain amount of light coarse aggregate particles, vitrified beads, air-entraining agent in concrete, aiming to confect new cementious wall materials.

orthogonal experiment; glazed hollow bead; TY particle; air-entraining agent; compressive strength; thermal conductivity

涂玉波（1975—），男，高级工程师，研究方向：主要从事高性能混凝土研究。