【摘 要】分析在其它組分不變的情況下，玻化微珠與聚苯顆粒不同體積摻合比對砂漿的干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和強度的影響。當(dāng)聚苯顆粒的體積摻量為骨料的50%時，保溫砂漿的各項性能指標(biāo)均達到GB/T 20473-2006《建筑保溫砂漿》標(biāo)準(zhǔn)要求。
【關(guān)鍵詞】玻化微珠；聚苯乙烯顆粒；保溫砂漿
前言：
實施建筑節(jié)能必須大幅度提高外圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，目前，外圍護結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)種類繁多，且均有其優(yōu)缺點。本文分紹一種雙摻輕質(zhì)骨料保溫砂漿—玻化微珠-聚苯乙烯保溫砂漿，該砂漿既克服了聚苯顆粒耐熱性能、粘結(jié)性能差，強度低，易空殼開裂的缺點，又克服了現(xiàn)有玻化微珠顆粒小，以致水泥用量大，保溫性能差的缺點，具有強度高，粘結(jié)性、保溫和抗裂性能好，施工簡便等優(yōu)點。
一、研究機理
保溫砂漿應(yīng)具備良好的保溫隔熱性能，綜合性能好的保溫砂漿還要有一定的防火、耐水、抗裂、耐久等優(yōu)異性能。本試驗研究的玻化微珠-聚苯乙烯保溫砂漿以水泥、玻化微珠、聚苯顆粒為主要成分，摻加粉煤灰、抗裂纖維和化學(xué)添加劑等組成。
1.1 保溫基材
玻化微珠是一種無機非金屬輕質(zhì)絕熱顆粒材料，由火山巖礦石中的松脂巖經(jīng)破碎、篩分、高溫瞬時燃燒膨脹玻化而成。性能優(yōu)良的玻化微珠呈不規(guī)則球狀體，內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)輕、保溫隔熱性能好、耐老化的優(yōu)點，表面玻化封閉、光滑，具有良好的憎水性，理化性能穩(wěn)定。玻化微珠的球形表面能增加砂漿的流動性，減小用水量，內(nèi)部多孔空腔結(jié)構(gòu)發(fā)揮保溫作用，同時增加顆粒的強度。因此，以玻化微珠作為輕質(zhì)骨料可以降低保溫砂漿的干密度和導(dǎo)熱系數(shù)，提高保溫效果，并且具有較高的抗壓強度。由于無機保溫材料的干密度是影響材料導(dǎo)熱系數(shù)和強度的一個重要因素，當(dāng)干密度減小時，保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)相應(yīng)減小，強度也隨著降低。通過綜合比較分析，一般堆積密度在110-140kg/m3的玻化微珠，從粒徑大小、球狀度優(yōu)劣、玻化度高低等方面考慮適宜以單一骨料的形式配制保溫砂漿，而堆積密度小于100kg/m3的玻化微珠顆粒，因顆粒偏小、粉塵大、玻化度不足等問題造成水泥用量和吸水率大，應(yīng)配合導(dǎo)熱系數(shù)更低的超輕保溫材料使用更為適宜。
聚苯顆粒屬有機類材料，球形度好，吸水率低，導(dǎo)熱系數(shù)小[一般小于0.041W/(m.K)]，保溫性能優(yōu)良，堆積密度約為玻化微珠的1/10，但顆粒級配差，空隙率大，與水泥膠凝強度低，耐高溫及抗老化性差。
因此，采用雙摻骨料技術(shù)將玻化微珠、聚苯顆粒以適當(dāng)比例摻合使用，既可以克服玻化微珠吸水率大、產(chǎn)品后期保溫性能降低等缺陷，又可以改善骨料級配，減小水泥用量，滿足干密度要求，而且保溫效果良好。
1.2 膠凝材料
由于玻化微珠和聚苯顆粒的自身強度很小，主要發(fā)揮保溫作用，難以起到骨料的作用，砂漿的強度主要由水泥等膠凝材料提供。普通砂漿的膠凝材料采用32.5R的水泥基本可以滿足強度要求。在保溫材料中，膠凝材料與保溫骨料的比例對材料性能影響很大，隨著保溫骨料比例的增加，干密度與導(dǎo)熱系數(shù)逐漸減小，保溫效果提高，但抗壓強度下降。為了彌補摻加輕骨料的強度損失，膠凝材料宜選用強度等級為42.5的水泥。
為了改善砂漿的工作性能和保溫效果，減小干密度并降低成本，改善砂漿的和易性及保水性，還需摻加適量的粉煤灰替代部分水泥。粉煤灰的摻入會降低砂漿的早期強度，但28d后強度超過不摻粉煤灰的砂漿，摻量以水泥質(zhì)量的10%-20%為宜，當(dāng)粉煤灰摻量為20%時，強度最高，摻量過大將降低膠凝材料的粘結(jié)力。
1.3 化學(xué)添加劑
僅以前述幾種材料制備的試塊呈現(xiàn)蓬松狀態(tài)，粘結(jié)力差，連通孔道多，體積吸水率大，干密度小，保溫效果不佳。為了封堵這些連通孔道，增加砂漿稠度，必須采用化學(xué)添加劑（可再分散乳膠粉、冷水溶聚乙烯醇粉以及纖維素醚）對砂漿進行憎水、保水處理。
可再分散乳膠粉是高分子聚合物乳液經(jīng)噴霧干燥以及后續(xù)處理而成的粉狀熱塑性樹脂，它與無機膠凝材料及各種骨料混合制成干粉砂漿，加水?dāng)嚢韬螅z粉顆粒可快速分散到水中，隨著界面對水分的吸收、水化反應(yīng)的消耗、向空氣的揮發(fā)，水分逐漸減少，膠粉顆粒逐漸靠近，相互融合，最終聚合成膜，這種聚合物膜可構(gòu)成孔壁的一部分，從而對砂漿的高孔隙構(gòu)造起到封閉的作用，同時也增加了砂漿內(nèi)聚力、粘聚力與柔韌性。
冷水溶聚乙烯醇粉顆粒細小，添加量小，易于分散，具有良好的成膜性、粘結(jié)性和拉伸強度，可防止砂漿開裂、脫離，增加粘結(jié)強度和平滑性。同時聚乙烯醇粉無毒、無味，綠色環(huán)保。
纖維素醚屬于流變改性劑，起保水增稠作用。影響砂漿保水效果的因素有纖維素醚的添加量、黏度、顆粒的細度及使用環(huán)境的溫度等。纖維素醚添加量的增加、黏度越大、顆粒的細度越細、使用環(huán)境的溫度下降，均可使砂漿的保水性能提高。
1.4 抗裂纖維
聚丙烯纖維（PP纖維）在混凝土中具有抗裂、防火的作用。在保溫砂漿的研究中，為了改善砂漿的抗裂、防火性能，也可摻入一定量的聚丙烯纖維，將其均勻分布于砂漿中，可有效阻止砂漿在硬化初期形成的微型裂縫繼續(xù)擴展。纖維的摻量約為膠凝材料質(zhì)量的0.5%-1.0%，長度以5-8mm為宜，如果摻量過高或長度過長均易使用砂漿的和易性變差，影響保溫砂漿的施工性能。
二、試驗
2.1 原材料
膠凝材料：采用廣州石井水泥廠生產(chǎn)的P.S42.5R礦渣水泥，3、28d的抗壓強度分別為20.4、49.2MPa，抗折強度分別為4.25、8.55MPa；粉煤灰采用黃埔電廠Ⅱ級粉煤灰，堆積密度為780kg/m3。
輕質(zhì)保溫骨料：玻化微珠為華偉佳科技有限公司研制；聚苯顆粒為原發(fā)性顆粒，市售。兩者的堆積密度、導(dǎo)熱系數(shù)與顆粒級配見表1。
化學(xué)添加劑：北京萬博匯佳科貿(mào)有限公司產(chǎn)，可再分散乳膠粉Novena28、冷水溶聚乙烯醇粉2488BNE-118、HPMC羥丙基甲基纖維素醚（黏度10萬mPa.s）。
抗裂纖維：聚丙烯短纖維，長度5-8mm。
2.2 試驗方法
本試驗主要研究在固定膠凝材料用量的情況下，玻化微珠與聚苯顆粒不同體積摻合比例對砂漿的干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和強度的影響，確定最佳配合比。經(jīng)過大量試驗，膠凝材料/骨料以每100kg膠凝材料配600L保溫骨料為基準(zhǔn)，具體材料用量見表2。保溫骨料的聚苯顆粒以不同體積摻量進行試驗，不同體積比例的骨料的堆積密度和顆粒級配見表3。
三、試驗結(jié)果分析
在固定膠凝材料用量的情況下，不同聚苯顆粒占骨料體積百分比對保溫砂漿性能的影響見表4。試驗分別按不同比例準(zhǔn)確稱量各種原材料。先將水和各種粉料倒入鍋內(nèi)拌勻，由于玻化微珠在砂漿攪拌過程容易破碎，破碎后的玻化微珠失去了封閉的玻璃體的保護，導(dǎo)致吸水率增大，所以輕骨料在最后加入攪拌鍋內(nèi)。為了在攪拌過程把玻化微珠的破碎率降到最低，應(yīng)選用低轉(zhuǎn)速立轉(zhuǎn)式攪拌機，攪拌速度不大于18轉(zhuǎn)/min，攪拌時間為3min。攪拌過程發(fā)現(xiàn)內(nèi)部多孔空腔的球形骨料有利于提高砂漿的流動性，降低其在砂漿中的磨擦，同時減少了的攪拌時間；隨著聚苯顆粒體積比例的增加，砂漿越來越疏松。成型試塊養(yǎng)護并烘干至恒重后進行試驗。砂漿試塊志型及試塊的抗壓強度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)測試參照GB/T 20473-2006《建筑保溫砂漿》進行。
由表4可以看出，在其它組份不變的前提下，隨著聚苯顆粒體積比例的增加，砂漿的強度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低。聚苯顆粒摻量由17%增加到33%時，干密度和抗壓強度降幅均達33%左右。這是由于聚苯顆粒粒徑較玻化微珠大，比表面積小，需要包裹骨料的膠凝漿料較少，而且聚苯顆粒的自身強度與堆積密度都比玻化微珠要低。而抗拉強度降幅約19%，降幅較少與摻加抗裂纖維有很大關(guān)系。當(dāng)聚苯顆粒摻量繼續(xù)增加時，干密度與強度降幅趨于平緩，這是因為保溫砂漿的性能還與水灰比有很大的關(guān)系。當(dāng)聚苯顆粒的體積摻量為17%時，雖然強度滿足GB/T 20473-2006要求，但干密度和導(dǎo)熱系數(shù)均不符合標(biāo)準(zhǔn)要求；當(dāng)聚苯顆粒摻量為67%時，干密度、導(dǎo)熱系數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但抗壓強度遠遠低于標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)聚苯顆粒體積摻量為50%時，砂漿的各項性能指標(biāo)均達到標(biāo)準(zhǔn)要求，工作性能良好。
四、結(jié)語
（1）在玻化微珠中摻加聚苯顆粒，可改善骨料級配，糅合了聚苯顆粒的堆積密度、導(dǎo)熱系數(shù)小，玻化微珠強度較大等優(yōu)點，具有強度高、保溫抗裂性能較好、施工性能好等優(yōu)點，可改善目前玻化微珠市場上普遍存在的顆粒粒徑小、粉塵含量高、球形度差、玻化度不足等質(zhì)量問題。
（2）為彌補摻加輕質(zhì)骨料后砂漿強度的損失，降低保溫砂漿的干密度，膠凝材料選用強度等級為42.5的水泥，并配合20%的粉煤灰使用。以100kg膠凝材料為基準(zhǔn)，各材料用量為保溫骨料600L、水145kg、化學(xué)添加劑4kg、聚苯烯纖維0.5kg。
（3）在膠粉料和水灰比不變的情況下，影響保溫砂漿使用效果的主要因素為玻化微珠的性能及聚苯顆粒在骨料中的體積百分比。對堆積密度低于100kg/m3的玻化微珠，當(dāng)聚苯顆粒的體積摻量為骨料體積的50%時，保溫砂漿的各項性能指標(biāo)均達到GB/T 20473-2006要求，工作性能良好。
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