玻化微珠-珍珠岩复合保温砂浆的试验研究

2020-07-16蔡恒袖江西省建筑材料工业科学研究设计院江西南昌330024江西天丰建设集团有限公司江西南昌330038

水泥工程 2020年1期

蔡恒袖，刘翠（1.江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西南昌330024；2.江西天丰建设集团有限公司，江西南昌 330038）

1 引言

随着社会经济的飞速发展，能源的消耗量和消耗速度在逐渐的增加，能源问题和环境问题日益突出，两者成为21世纪人类面临的重大考验。目前，我国现有建筑的总面积约400亿m2，预计到2020年还将新增建筑面积约300亿m2。建筑能耗占我国能源总消耗量的30%[1]，我国既有的400亿m2建筑中99%是高能耗建筑[2]，发展建筑节能刻不容缓。根据我国的节能政策，从2010年起到2020年，平均节能率要达到65%[3]，建筑节能将成为提高全社会能源使用效率的首要方面。

建筑保温砂浆作为一种新型的墙体材料在降低建筑能耗中扮演重要的角色，其发展空间巨大，社会经济效益显著[4]。以发泡聚苯板（EPS）、挤塑聚苯板（XPS）为代表有机保温材料因保温性能好占据当前绝大部分外墙外保温市场，但是其安全性能不高，不耐高温、易燃，近年来使用得已经越来越少。尤其是因有机外墙保温材料燃烧引起的央视附属楼大火、胶州湾教师公寓大火、沈阳皇朝万鑫大厦大火等几起典型火灾过后，社会对使用有机保温外墙材料持保留态度，其使用范围和使用量日渐式微，未来逐渐被其他保温材料取代成为必然。相对而言，以玻化微珠保温砂浆、硅酸铝保温砂浆、珍珠岩保温砂浆不燃无机保温砂浆相比之下安全得多，使用也较普遍目前市场上常用的有玻化微珠保温砂浆和膨胀珍珠岩保温砂浆。玻化微珠颗粒是理想的保温骨料，但是不足之处是容重大、粒径较单一、级配差，若单独作为骨料则会存在较大的空隙，需要较多的胶凝材料填充，严重影响保温性能。膨胀珍珠岩由于是开孔，故吸水率大、易粉化、料浆搅拌过程中体积收缩率大、易造成产品后期保温性能降低和空鼓、开裂[5]。

因此，本文针对上述问题，将玻化微珠与膨胀珍珠岩进行复合，实现优势互补，降低保温骨料的孔隙率，改善孔结构，从而制备出力学性能、保温性能、耐久性能优良的保温砂浆。

2 实验原料及方法

2.1 实验原料

（1）水泥：赣江海螺水泥有限公司生产P·O 42.5级水泥，密度3.02g/cm3，胶砂28d抗压强度达45.1 MPa，抗折强度达8.4MPa，标准稠度需水量为25.0%。

（2）粉煤灰：F类Ⅱ级磨细粉煤灰，细度14.3%。

（3）石灰石粉：白色，密度为2.70kg/m3，微粉比表面积为560m2/kg。

（4）玻化微珠：内部多孔、表面玻化封闭，呈球状体颗粒，颗粒粒径为0.3～2.36mm，容重为80～100 g/cm3，导热系数为0.028～0.048W/（m·k），漂浮率大于95%，成球玻化率大于95%，吸水率小于50%，熔融温度为1200℃。

（5）膨胀珍珠岩：开孔膨胀珍珠岩，是一种白色、灰白色的内部多孔、表面开孔粒状物料，容重为50～60 g/cm3，颗粒粒径为0.15～1.18 mm，导热系数为0.047～0.074 W/（m·k），漂浮率小于80%，吸水率300%左右。

（6）外加剂：北京弗特恩科技有限公司生产的DN-4101可分散乳胶粉、HPMC羟丙基甲基纤维素、12mm的聚丙烯纤维等。

2.2 试验方法

2.2.1 试验方案

玻化微珠保温砂浆原配方骨胶比为1∶1.5，其中粉煤灰、石灰石粉分别占胶凝材料的20%，10%。膨胀珍珠岩按0%，20%，40%，60%，80%，100%，等体积取代玻化微珠，即控制总骨料体积不变，制备无机复合保温砂浆，研究其掺量对复合保温砂浆性能的影响。

2.2.2 试件制备

参照GB/T 20473—2006《建筑保温砂浆》中的制备方法，将先称量好的水泥、粉煤灰、石灰石、外加剂及纤维等组分混合搅拌均匀（称为胶粉料），搅拌1min；加入混合好的玻化微珠和膨胀珍珠岩复合骨料，再搅拌1min，得到干粉料；再加水搅拌3 min左右，拌合物的稠度控制在70～80mm。保温砂浆试件成型后，以聚乙烯薄膜覆盖，在试验室条件下（温度（20±2）℃、相对湿度大于60%）养护48h拆模。拆模后在标准条件下（温度（20±2）℃、相对湿度大于90%）继续养护至28d。

2.2.3 性能测试

保温砂浆的力学性能（抗折、抗压强度）及含水率、吸水率参照GB/T 5486—2008《无机硬质绝热制品实验方法》进行测试；保温性能（导热系数）参照GB/T 10294—1988《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》；耐久性能（耐水性）、干密度参照GB/T 20473—2006《建筑保温砂浆》等。

3 实验结果与分析

膨胀珍珠岩按0%，20%，40%，60%，80%，100%等体积替代玻化微珠制备保温砂浆，复合保温砂浆的性能见表1。

表1 膨胀珍珠岩与玻化微珠制备的复合保温砂浆的性能

（1）从表1与图1可以看出，随着膨胀珍珠岩掺量的增加，砂浆28d抗折强度和抗压强度逐渐降低，掺量在60%以内，下降幅度较小，掺量超过60%时，抗压强度下降幅度较大。因为珍珠岩按等体积替代，总骨料的体积不变，但是总骨料的质量降低；膨胀珍珠岩的硬度较玻化微珠要低，所以随着珍珠岩掺量的增加，砂浆的强度有不同程度的降低。故珍珠岩的掺量应该控制在60%以内。

（2）从表1与图2可以看出，随着膨胀珍珠岩掺量的增加，砂浆的干密度先降低后增加，之后再大幅度降低，导热系数与干密度的趋势相当。当掺量大于40%时，砂浆干密度增加，掺量超过60%时，砂浆干密度又逐渐降低。这是因为膨胀珍珠岩的掺入，使总骨料在单位体积的总质量降低，故干密度降低。当掺量在40%时，骨料之间的级配较好，很密实，故需要较少的胶凝材料填充，因此干密度较小，且此时的导热系数小于0.085 W/(m·k)，符合JGJ 253—2011无机轻集料砂浆保温系统技术规程Ⅱ型的标准。当掺量在60%时，骨料之间的空隙较大，故填充的胶凝材料较多，干密度增加。干密度是保温性能的一个指标，保温砂浆的干密度与其保温效果有很好的相关性，干密度越大其保温性能越差，相反则越好，因此要严格控制干密度。

（3）从表1与图3可以看出，砂浆的软化系数均随着珍珠岩的掺量而逐渐减小。软化系数体现的是砂浆的耐水性，是保温砂浆耐久性的一个性能指标。由于珍珠岩是开孔的，故吸水严重,所以随着珍珠岩的掺量增加，耐水性逐渐降低，但是软化系数均大于0.65，符合标准。

（4）从表1和图4可以看出，砂浆的吸水率逐渐增加，先是小幅度增加，后是增长幅度较大，这是由于开孔的珍珠岩掺量增加导致。而砂浆的含水率则随着珍珠岩掺量的增加，先增加，后降低，最后趋于稳定。含水率也会在一定程度上影响导热系数，所以要控制含水率，尽量选择含水率较低的配方。

综合以上的各种性能指标，确定珍珠岩的掺量为40%，此时复合保温砂浆各方面性能最佳，符合JGJ 253—2011无机轻集料砂浆保温系统技术规程Ⅱ型的标准。