轻质隔墙板用小粒径膨胀珍珠岩的应用研究

向振宇，叶武平

（1.北京市建筑节能与建筑材料管理办公室，北京 100039；2.中国建筑科学研究院 建筑材料研究所，北京 100013）

0 前言

充分利用废弃物、节约资源、保护环境是发展新型墙体材料的重要方向和手段，符合建立资源节约型社会的要求。开发高质量的轻质隔墙板，有利于推广装配式住宅，促进我国的建筑工业化，有助于加快墙改步伐[1]，因此，利用工业废弃物来生产轻质隔墙板具有重要的意义。

在利用工业废弃物制备轻质隔墙板方面，很多学者做了许多研究，主要集中在配比的设计、轻质、力学性能等方面[2-4]，使用的工业废弃物包括炉渣、粉煤灰、陶粒等，对于小粒径膨胀珍珠岩的研究较少。膨胀珍珠岩是由酸性火山玻璃熔岩经过破碎、筛分到一定粒度，再经过预热、瞬间高温焙烧而制成的一种白色或浅色的颗粒状优质绝热材料[5]。目前膨胀珍珠岩主要用于保温隔热，且使用的粒径为1 mm以上，1 mm以下的小粒径膨胀珍珠岩基本堆弃不用，这不仅浪费资源，而且污染环境[6]。综合开发膨胀珍珠岩矿产资源，提高资源的利用率和综合利用价值，不仅有利于珍珠岩行业的发展[7]，更有利于促进我国绿色建筑，加速工业废弃物的资源化利用。本研究主要是利用废弃的小粒径膨胀珍珠岩，通过对其基本性能的分析，进行配合比设计，研究小粒径膨胀珍珠岩掺量、粉煤灰掺量、总水胶比对轻质隔墙板的干表观密度、抗压强度和导热系数的影响规律。

1 试 验

1.1 原材料

水泥：北京金隅牌P·O42.5水泥。

粉煤灰：北京石景山电力公司，Ⅱ级，45μm筛筛余为5.7%，含水量为0.02%，烧失量为10.50%，主要化学成分见表1。

表1 粉煤灰的主要化学成分 %

普通砂：由北京某搅拌站提供，粒径为0.3～2.36 mm。

尾矿砂：由某公司提供，粒径在1 mm以下。

减水剂：江苏博特生产的液态聚羧酸高性能减水剂，型号为PCA-1，减水率为20%～25%。

憎水剂：郑州生裕化工产品有限公司生产，主要成分是硬脂酸钙。

1.2 试验内容及配合比

由于前期很少有人针对小粒径膨胀珍珠岩进行相关研究，考虑到小粒径膨胀珍珠岩的吸水率较大以及吸水后体积减小明显，试验首先从小粒径膨胀珍珠岩掺量出发，研究适合轻质隔墙板的掺量范围；其次对胶凝材料比例和总水胶比进行研究，以期得到轻质高强、保温性能良好的小粒径膨胀珍珠岩轻质隔墙板配方，最后进行性能优化。试验所用的基本配合比见表3，减水剂和憎水剂的外掺量分别为水泥和粉煤灰总量的0.5%、0.3%。

表3 试验用配合比 kg

1.3 试验方法

用于抗压强度测试的试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，依据JG/T 169—2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》测试其抗压强度；用于导热系数测试的试件尺寸为300mm×300 mm×30 mm，依据GB/T 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测试导热系数；用于干表观密度测试的试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，依据JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程（附条文说明）》中烘干法进行测试。

1.4 主要试验仪器

压力试验机：TYE-300型，精度1%；导热系数测定仪：JW-Ⅲ型，测量误差±5%；鼓风干燥箱：DHG-9070A型，精度0.5℃。

2 试验结果与讨论

2.1 小粒径膨胀珍珠岩掺量对轻质隔墙板性能的影响

小粒径膨胀珍珠岩掺量是指膨胀珍珠岩质量占胶凝材料总质量的比值，小粒径膨胀珍珠岩掺量对轻质隔墙板性能的影响见表4。

表4 小粒径膨胀珍珠岩掺量对轻质隔墙板性能的影响

由表4可知：在其它条件不变的情况下，小粒径膨胀珍珠岩的掺量从16.7%增加到50.0%，试件的抗压强度从19.5MPa下降到2.0 MPa，干表观密度从1316 kg/m3下降到637 kg/m3，说明小粒径膨胀珍珠岩掺入会降低轻质隔墙板的抗压强度和干表观密度。GB/T 23451—2009《建筑用轻质隔墙条板》规定，轻质隔墙条板抗压强度应不小于3.5 MPa，经换算，90 mm厚条板的干表观密度应不大于1000 kg/m3，120 mm厚条板的干表观密度应不大于916 kg/m3。对照标准抗压强度和干表观密度能同时符合隔墙条板要求的试件组为T3、T4、T5，其抗压强度在3.5 MPa以上，体积密度在916 kg/m3以下，因此用小粒径膨胀珍珠岩做轻质隔墙板的适宜掺量为33.3%～41.7%。

2.2 粉煤灰掺量对轻质隔墙板性能的影响

在不同膨胀珍珠岩掺量试验的基础上，选定膨胀珍珠岩掺量33.3%为对比实验组，为降低轻质隔墙板的成本，可掺加适量粉煤灰。粉煤灰掺量是指粉煤灰占胶凝材料质量的比值，粉煤灰掺量对轻质隔墙板性能的影响见表5。

表5 粉煤灰掺量对轻质隔墙板性能的影响

由表5可知：粉煤灰掺量从39%增加到50%时，抗压强度从6.9 MPa降到4.5 MPa，但降低幅度不大；而随着粉煤灰掺量的增加，试件的干表观密度从827kg/m3增加到845kg/m3，就轻质高强而言，轻质隔墙板中粉煤灰最佳掺量为39%。

2.3 水胶比对轻质隔墙板性能的影响

由于小粒径膨胀珍珠岩的吸水量是自身质量的好几倍，并且吸水后体积发生较大变化，因此不能像普通轻骨料混凝土中用净水胶比来表示，故用总水胶比来表示。总水胶比对轻质隔墙板性能的影响见表6。

表6 总水胶比对轻质隔墙板性能的影响

由表6可知：随着总水胶比的逐渐增加，抗压强度、干表观密度和导热系数总体均呈现逐渐降低的趋势，干表观密度和抗压强度的变化幅度大致相同；导热系数从总水胶比为1.1的时候开始降低较快，到总水胶比为1.3后，导热系数反而增加，导热系数变化范围为0.1513～0.1936 W/（m·K），说明保温性能良好。考虑到抗压强度和干表观密度应均符合GB/T 23451—2009的要求，总水胶比应控制在1.1～1.4内，且总水胶比为1.4较优。

2.4 尾矿砂掺量对轻质隔墙板性能的影响

尾矿砂是一种废弃的资源，为了充分利用废弃资源，保护环境，并降低成本，利用尾矿砂代替普通砂，尾矿砂掺量（以膨胀珍珠岩质量为基准）对轻质隔墙板性能的影响见表7。

表7 尾矿砂掺量对轻质隔墙板性能的影响

由表7可知：用尾矿砂取代普通砂，抗压强度变化不大；随着尾矿砂掺量的增加，干表观密度、抗压强度、导热系数均略有增加。在大量掺加小粒径膨胀珍珠岩的基础上，再掺加尾矿砂的效果不太好。

3 结论

（1）利用废弃的小粒径膨胀珍珠岩制备轻质隔墙板，小粒径膨胀珍珠岩适宜掺量为33.3%～41.7%，粉煤灰最佳掺量为39%，总水胶比应控制在1.1～1.4内，且1.4的总水胶比较优，同时需掺加一定量的减水剂和憎水剂。

（2）用小粒径膨胀珍珠岩制备轻质隔墙板，抗压强度为3.8～6.9 MPa，干表观密度为 706～827 kg/m3，导热系数为0.1513～0.1859 W/（m·K），符合GB/T 23451—2009要求。

[1] 黄丽华，周大伟.掺多种工业废渣的陶粒混凝土轻质隔墙板[J].新型建筑材料，2006（2）：52-53.

[2] 芦令超，岳云龙，宋廷寿.碱矿渣水泥-赤泥基轻质隔墙板的研究[J].新型建筑材料，1999（6）：46-47.

[3] 孙莉.轻质隔墙板用陶粒混凝土的试验研究[J].重庆建筑，2015，14（10）：57-58.

[4] 王能关，左丽，赖洪美.利用炉渣和粉煤灰生产轻质隔墙板[J].新型建筑材料，2002（2）：19-20.

[5]Yilmazer S，Ozdeniz M B.The effect of moisture content on sound absorption of expanded perlite plates［J］.Building and Enviroment J，2005，40（3）：311-318.

[6] 刘红燕，刘鹏，于永生.小粒径膨胀珍珠岩性能研究[J].非金属矿，2009，32（3）：67－69.

[7] 管俊芳，陆琦，于吉顺.珍珠岩的加工和综合利用[J].化工矿物与加工，2003（4）：6－9.