材料用量对玻化微珠保温砂浆性能影响研究

孔亚美

(许昌学院 土木工程学院,河南 许昌 461000)

0 前 言

作为围护结构的建筑外墙是建筑中传热耗热量最大的部位，采用良好的墙体保温材料可有效降低建筑物长期使用的能源消耗[1]。以聚苯乙烯等有机物作为保温材料的有机保温体系是我国建筑主要采用的墙体保温体系，它具有成本低且保温效果好的优点，但大量的工程应用证明，其安全性、耐久性及耐火性较差。近些年不断出现因建筑外墙有机保温材料燃烧而产生的重大火灾事故，公安部已对我国民用建筑外保温材料的燃烧性能提出更高要求。与此同时，以玻化微珠等为保温材料的无机保温体系因其耐火性好而脱颖而出，并广泛应用于我国江浙地区，但因其成本较高而鲜少应用于我国北方寒冷和夏热冬冷地区。

随着玻化微珠保温砂浆在工程中广泛应用，国内学者对其进行了不少研究：吴祁山[2]通过改变水泥掺量和养护条件对玻化微珠保温砂浆早龄期基本性能发展进行了试验研究。张国永等[3]采用正交试验法研究了影响膨胀玻化微珠轻质砌筑砂浆性能的主要因素。本文在固定水灰比条件下，通过分别改变玻化微珠和发泡剂的用量，研究砂浆28天干密度、抗压强度、抗折强度以及导热系数的变化，并得出相关结论，为北方寒冷和夏热冬冷地区建筑外墙采用无机保温墙体体系提供借鉴。

1 试 验

1.1 试验材料

试验中玻化微珠保温砂浆是以胶凝材料、轻骨料和多种外加剂按照一定比例配制而成。其中，胶凝材料为P·C32.5复合硅酸盐水泥，其3天和28天的抗压强度分别为20.3 MPa和45.3 MPa；轻骨料为玻化微珠颗粒，粒径约为0.5～1.5 mm，堆积密度为110 kg/m3，导热系数为0.032～0.045 W/(m·K)。外加剂包含植物性高效水泥发泡剂、聚丙烯纤维、可再分散性乳胶粉以及纤维素醚，其中植物性高效水泥发泡剂发泡倍数为20。

1.2 试验方法

试验中砂浆试块的制作、养护及测定方法依照相应的试验标准或方法进行。其中，干密度的测定方法参照《膨化玻化微珠保温隔热砂浆》(GB/T26000-2010)；抗压强度的测定按照《无机硬质绝热制品试验方法》(GB/T5486-2008)进行；抗折强度的测定依照《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T17671-1999)；导热系数的测定采用JTRG-111建筑材料热流计试导热仪，试块尺寸为300 mm×300 mm×40 mm，测定时需将试块与冷热板充分接触，套上保温套和有机玻璃罩确保真空条件。

1.3 配合比设计

试验中保温砂浆配合比设计方案见表1，各材料成分为其质量与同组水泥质量比值的百分比。BH和FP组变化参量分别为玻化微珠和发泡剂用量。

表1 玻化微珠保温砂浆配合比设计 %

2 试验结果与分析

2.1 玻化微珠用量对保温砂浆性能的影响

玻化微珠是目前市场上常用的高效环保保温材料之一，是由火山岩或松脂岩颗粒经过特殊的高温煅烧和膨化工艺加工而成，其内部结构成多孔状，具有质轻、隔热、耐高温等优点。砂浆中以玻化微珠颗粒为骨料，既可以与水泥浆凝结硬化后成为砂浆的骨架，还可以使砂浆具备轻质保温的特点。试验通过只改变玻化微珠用量条件下测得保温砂浆强度、干密度和导热性能的数据变化，图1显示了玻化微珠用量对保温砂浆性能的影响。

由图1可见，玻化微珠用量的增加可显著提高保温砂浆的保温性能，但同时也降低了砂浆的抗压、抗折强度和干密度，这一性能变化与水泥用量对保温砂浆性能变化表现互为相反。随着玻化微珠用量的增加，砂浆中的保温材料所占体积增大，保温性能提高，但握裹在玻化微珠颗粒表面的水泥浆体相对减少，其在砂浆中的骨架作用逐渐减小，砂浆强度随之降低，干密度也随之下降，并且随着玻化微珠用量的不断增加，水泥浆体不够而无法将玻化微珠颗粒连成网状，此时砂浆会表现出松散状态，甚至没有强度，这也是图1中表现出的玻化微珠用量越多，保温砂浆强度降低的越多。

除此之外，由图1可看出，在不同玻化微珠用量条件下，保温砂浆干密度的变化趋势与强度和导热系数的变化趋势接近一致，这与文献[4]得出的试验结论相一致，因此，可将保温砂浆的干密度作为其配合比设计的依据，实现砂浆的性能满足目标的要求。

图1 玻化微珠用量对保温砂浆性能的影响

2.2 发泡剂用量对保温砂浆性能的影响

发泡剂是配制玻化微珠无机保温砂浆常用的外加剂。目前，针对外加剂对玻化微珠保温砂浆性能影响的研究更多的是从纤维用量和纤维类型等方面来探索砂浆性能变化。本文通过改变发泡剂用量研究保温砂浆性能的变化。从配合比设计中可看到，发泡剂的含量在砂浆总质量中所占比例很少，但从图2显示，其较小的用量变化对保温砂浆的抗压、抗折强度、干密度和导热系数产生较为明显的变化。

图2 发泡剂用量对保温砂浆性能的影响

由图2可知，随着发泡剂用量的增加，保温砂浆的强度、干密度不断降低，但导热性能逐渐增加，这是因为在保温砂浆中加入适量的发泡剂后，砂浆体内会迅速产生大量微小而均匀的气泡，增大砂浆的孔隙率，导致其干密度降低而导热性能提高。由于发泡剂产生的气泡较多，填充在骨料之间，降低了砂浆中骨料的接触面，进而会降低砂浆的强度，由图2显示，当发泡剂的用量增加到2%时，砂浆的抗压与抗折强度下降明显。砂浆搅拌时，过多的发泡剂会使砂浆浆体体积迅速膨胀，稠度过小，此时砂浆既不利于施工也几乎没有强度。

3 结 论

1)玻化微珠用量的增加，可显著降低保温砂浆导热系数，提高砂浆保温性能，但同时降低砂浆的强度和干密度。玻化微珠用量对保温砂浆性能影响与水泥用量对保温砂浆性能影响互为相反，因此，施工中合理设计玻化微珠和水泥用量对提高砂浆性能具有重要意义。

2)发泡剂用量的增加降低了玻化微珠保温砂浆的抗压强度、抗折强度和干密度，但却提高了其保温性能。过量的发泡剂会使砂浆稠度过低，不利于施工也没有工作强度。

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