以玻化微珠或閉孔珍珠巖為保溫骨料的無機輕集料保溫砂漿是一種新型建筑干粉砂漿，具有保溫隔熱及耐火、耐老化性能較好的特點。本文研究了水泥、改性劑、可再分散乳膠粉及不同的膠結(jié)料與保溫骨料之比對保溫砂漿性能的影響情況

引 言

　　無機輕集料保溫砂漿是以玻化微珠或閉孔珍珠巖等機輕集料為保溫骨料，水泥等無機膠凝材料為主要膠結(jié)料，并摻加高分子聚合物及其他功能性添加劑而制成的建筑干粉砂漿，具有施工方便、保溫隔熱性能較好的特點。相比于有機保溫材料，由于砂漿采用無機礦物作為保溫骨料，故不易燃燒，防火性能好，受熱也不會散發(fā)有毒氣體；且其耐候性及耐老化性能也有很大提高。因此，該類保溫砂漿是一種綜合性能較好且綠色環(huán)保的新型建筑保溫材料。

　　近兩年來，國內(nèi)已有文獻資料報道了玻化微珠保溫砂漿的研制情況及施工技術(shù)。文獻［1］研究表明通過摻加高效砂漿發(fā)泡劑和β半水石膏，能改善玻化微珠保溫砂漿的性能。文獻［2］研究了玻化微珠摻量及外加劑對砂漿性能的影響。本文參照GB20473《建筑保溫砂漿》的技術(shù)性能要求，通過對砂漿稠度、干密度、抗壓強度、拉伸粘結(jié)強度、導熱系數(shù)、軟化系數(shù)多項指標的測試，在較為詳細地考察了水泥用量及改性劑對保溫砂漿性能影響的同時，著重研究了加入改性劑對干密度與導熱系數(shù)、抗壓強度間的相關(guān)性影響，并探討了加入改性劑后膠結(jié)料與玻化微珠配比以及可再分散乳膠粉摻量不同時對保溫砂漿性能的影響情況，可望為生產(chǎn)性能優(yōu)良的無機輕集料保溫砂漿提供研究基礎(chǔ)。

試 驗

1.1 原材料

　　膠結(jié)料：本文中所指膠結(jié)料指除玻化微珠外，組成無機輕集料保溫砂漿的其他材料，包括水泥等無機膠凝材料、高分子聚合物及其他功能性添加材料。

　　水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥，海豹水泥有限公司生產(chǎn)。

　　可再分散乳膠粉：乙烯-醋酸乙烯共聚型高分子聚合物，最低成膜溫度0℃。

　　玻化微珠：是一種無機物玻璃質(zhì)礦物材料，由火山巖粉碎成礦砂，經(jīng)過特殊膨化燒法加工而成。該材料呈不規(guī)則球狀顆粒，內(nèi)部為多孔的空腔結(jié)構(gòu)，表面玻化封閉。相比于普通膨脹珍珠巖，玻化微珠具有質(zhì)輕、保溫隔熱性能好、強度高的特點。試驗采用玻化微珠為河南省信陽生產(chǎn)，其在掃描電鏡下的外觀形狀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的SEM照片見圖1、圖2。

　　玻化微珠的堆積密度在130~140 kg/m3，表1為顆粒粒徑分布情況。由表1可見，所采用的玻化微珠粒徑主要集中在0.3~0.6 mm間。

　　此外，本文中膠結(jié)料與玻化微珠之比是指膠結(jié)料(質(zhì)量)與玻化微珠(體積)之間的質(zhì)量體積比；水料比指水與無機輕集料保溫砂漿之間的質(zhì)量比。

1.2 試驗方法

　　試驗室環(huán)境為空氣溫度23℃±2℃，相對濕度55%~85%。

1.2.1 稠度

　　按JGJ7070―1990《建筑砂漿基本性能試驗方法》中第三章的規(guī)定進行。

1.2.2 濕表觀密度

　　按JG158－2004《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》6.5.1的規(guī)定進行測試。

1.2.3 抗壓強度、干密度、軟化系數(shù)

　　稠度控制在試驗所要求的范圍內(nèi)。參照GB/T20473―2006《建筑保溫砂漿》中附錄B、附錄C進行試件成型。其中試樣的養(yǎng)護方式為：試樣制作后，用聚乙烯薄膜覆蓋，養(yǎng)護48 h±8 h后脫模，繼續(xù)用聚乙烯薄膜包裹養(yǎng)護至14 d，去掉薄膜，養(yǎng)護至28 d。

1.2.4 拉伸粘結(jié)強度

　　參照JG/T 24―2000中6.14的規(guī)定進行測定。其中保溫砂漿成型厚度為6 mm，成型時用刮刀抹實，用聚乙烯薄膜養(yǎng)護至14 d后，去掉薄膜繼續(xù)養(yǎng)護至28 d。

1.2.5 導熱系數(shù)

　　按GB/T 10294執(zhí)行，其中試驗平均溫度為25℃，冷熱板溫差為20℃。

2.1 膠結(jié)料中水泥含量對無機輕集料保溫砂漿性能的影響

　　在無機輕集料保溫砂漿中，水泥是最主要的膠凝材料，水泥通過水化作用，為保溫砂漿的力學性能提供保障。表2反應(yīng)了膠結(jié)料與玻化微珠之比為1∶5.5時，膠結(jié)料中水泥含量對保溫砂漿的影響情況。

　　由表2可見，在保持膠結(jié)料與玻化微珠之比相同，水料比不變的條件下，隨膠結(jié)料中水泥的含量增大，保溫砂漿新拌漿體的稠度逐漸減小，濕表觀密度增加，保溫砂漿的干密度、抗壓強度、拉伸粘結(jié)強度均提高。而干密度的提高，會使砂漿的導熱系數(shù)增大，保溫性能下降。在試驗過程中還觀察到，隨水泥用量的上升，出現(xiàn)了新拌漿體中膠結(jié)料對玻化微珠包裹性不佳、和易性變差、漿體較為松散的情況，且隨時間延長，稠度下降很快。當水泥含量達94%時，10 min后漿體明顯變干，施工操作困難。這主要是由于一方面水泥自身密度較大，在膠結(jié)料質(zhì)量一定的情況下，增大水泥用量，膠結(jié)料的密度也相應(yīng)提高，從而使其在保溫砂漿中所占體積減少，故會產(chǎn)生漿體包裹性變差的現(xiàn)象；而另一方面，水泥用量的增加，也使?jié){體凝結(jié)時間縮短。因此，在保溫砂漿的配方組成中，必須控制好作為主要膠凝材料水泥的用量。水泥含量高，雖可提高砂漿的強度，但會影響施工性能，且使材料的保溫性能降低。

　　圖3、圖4反映水泥摻量為78%，膠結(jié)料與玻化微珠的比在1∶3.5~1∶7.0間變化時，保溫砂漿干密度對導熱系數(shù)、抗壓強度的影響情況。

　　由表2可見，在保持膠結(jié)料與玻化微珠之比相同，水料比不變的條件下，隨膠結(jié)料中水泥的含量增大，保溫砂漿新拌漿體的稠度逐漸減小，濕表觀密度增加，保溫砂漿的干密度、抗壓強度、拉伸粘結(jié)強度均提高。而干密度的提高，會使砂漿的導熱系數(shù)增大，保溫性能下降。在試驗過程中還觀察到，隨水泥用量的上升，出現(xiàn)了新拌漿體中膠結(jié)料對玻化微珠包裹性不佳、和易性變差、漿體較為松散的情況，且隨時間延長，稠度下降很快。當水泥含量達94%時，10 min后漿體明顯變干，施工操作困難。這主要是由于一方面水泥自身密度較大，在膠結(jié)料質(zhì)量一定的情況下，增大水泥用量，膠結(jié)料的密度也相應(yīng)提高，從而使其在保溫砂漿中所占體積減少，故會產(chǎn)生漿體包裹性變差的現(xiàn)象；而另一方面，水泥用量的增加，也使?jié){體凝結(jié)時間縮短。因此，在保溫砂漿的配方組成中，必須控制好作為主要膠凝材料水泥的用量。水泥含量高，雖可提高砂漿的強度，但會影響施工性能，且使材料的保溫性能降低。

　　圖3、圖4反映水泥摻量為78%，膠結(jié)料與玻化微珠的比在1∶3.5~1∶7.0間變化時，保溫砂漿干密度對導熱系數(shù)、抗壓強度的影響情況。

2.2 改性劑對無機輕集料保溫砂漿性能的影響

　　改性劑是一種對玻化微珠起輔助作用的保溫材料，具有較低的堆積密度，其本身的強度較玻化微珠高。因此，在膠結(jié)料中加入改性劑后，能使膠結(jié)料的密度降低，在保持膠結(jié)料質(zhì)量不變的情況下，增大膠結(jié)料體積，不僅可改善新拌漿體的和易性，而且還能提高保溫砂漿的抗壓強度。表3為加入改性劑后，保溫砂漿性能的測試結(jié)果，膠結(jié)料中水泥的含量為74%。相比于表2，由表3可見，稠度控制在8.0 cm±0.5cm，膠結(jié)料與玻化微珠比為1∶5.5的保溫砂漿，加入改性劑后，新拌漿體的需水量有所提高，但保溫砂漿的干密度明顯降低，從未加的386 kg/cm3降至313 kg/cm3，所測的導熱系數(shù)值為0.068 W/m·K；抗壓強度值略有下降，拉伸粘結(jié)強度值從0.23 MPa減小到0.17 MPa左右。這主要是由于保溫砂漿中改性劑替代了一部分膠凝材料所引起。

　　從表3中還可知，保溫砂漿配方相同時，不同水料比對干密度、抗壓強度影響較大，但對導熱系數(shù)影響相對較小。因此，在實際施工中應(yīng)控制好砂漿的用水量，水量偏少，施工性能變差；水量過大，會使砂漿的抗壓強度降低。根據(jù)表3及圖3的數(shù)據(jù)，繪制加入改性劑前后保溫砂漿干密度與導熱系數(shù)的關(guān)系圖，結(jié)果見圖5。

　　由圖5可見，將加與不加改性劑的兩組保溫砂漿干密度與導熱系數(shù)的數(shù)據(jù)合并于一張圖中后，所擬合的線性方程相關(guān)系數(shù)接近0.98，數(shù)據(jù)離散性小。這說明，改性劑對干密度與導熱系數(shù)之間的相關(guān)性影響較小。

　　根據(jù)表3及圖4干密度、抗壓強度的數(shù)據(jù)，繪制的加入改性劑前后保溫砂漿干密度對抗壓強度影響的關(guān)系見圖6。由圖6可知，改性劑可明顯影響干密度與抗壓強度間的相關(guān)性。加入改性劑后，干密度變化對抗壓強度的影響較未加改性劑時小。干密度相同時，含改性劑的保溫砂漿抗壓強度值明顯高于未改性的砂漿，且干密度越小，抗壓強度值提高得越多。但當干密度超過497 kg/m3時，未改性的保溫砂漿強度將大于改性保溫砂漿。

　　由此可見，改性劑的加入，對保溫砂漿干密度與導熱系數(shù)間的相關(guān)性影響不大，而在相同干密度條件下，可明顯提高保溫砂漿的抗壓強度值，有利于配制干密度、導熱系數(shù)較低，保溫性能較好且抗壓強度較高保溫砂漿。

　　此外，從試驗結(jié)果中還可以發(fā)現(xiàn)，膠結(jié)料與玻化微珠之比會對保溫砂漿強度、導熱系數(shù)及施工性能產(chǎn)生較大的影響。隨配比中玻化微珠含量的降低，保溫砂漿干密度、抗壓強度、拉伸粘結(jié)強度、導熱系數(shù)、軟化系數(shù)均有不同程度提高，且新拌砂漿的需水量也逐漸減少，漿體和易性變好，但保溫性能下降。膠結(jié)料與玻化微珠之比為1∶5.5時，加入改性劑的保溫砂漿的所測性能可滿足GB/T 20473規(guī)定I型的要求；膠結(jié)料與玻化微珠之比為1∶3.5或4.5的保溫砂漿，所測性能可達到Ⅱ型的要求，且兩種型號砂漿的抗壓強度均明顯高于標準的要求。

2.3 可再分散乳膠粉對無機輕集料保溫砂漿性能的影響

　　乙烯-醋酸乙烯共聚型可再分散乳膠粉是干粉砂漿中應(yīng)用最為廣泛的添加劑之一，在保溫砂漿中加入膠乳粉，能改善砂漿內(nèi)部粘結(jié)能力和界面粘結(jié)能力，提高砂漿的拉伸粘結(jié)性能及抗開裂性能。在膠結(jié)料與玻化微珠之比為1∶4.5，稠度控制為8.0 cm±0.5 cm條件下，膠結(jié)料中可再分散乳膠粉摻量對水料比、保溫砂漿干密度、抗壓強度與拉伸粘結(jié)強度的影響見表4。

　　由表4可見，當稠度控制在8.0 cm±0.5 cm時，隨可再分散乳膠粉摻量的增加，新拌漿體的水料比逐漸減小，抗壓強度具有增大的趨勢，干密度基本保持不變，而拉伸粘結(jié)強度提高。這主要是因為一方面可再分散乳膠粉能改善新拌砂漿的和易性，在稠度保持一定的情況下，隨可再分散乳膠粉摻量的提高，砂漿需水量減少，從而彌補了由于聚合物摻入而對保溫砂漿抗壓強度所產(chǎn)生的不利影響；另一方面可再分散乳膠粉是一種高分子聚合物，保溫砂漿加水混合后，水泥水化與聚合物成膜同時進行，從而形成水泥水化產(chǎn)物與聚合物膜間的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并改善了玻化微珠與漿體間的界面性能，從而使保溫砂漿的自身的柔韌性增加。同時，乙烯-醋酸乙烯共聚物所帶有的極性基團，也能與基層間產(chǎn)生分子間作用力，從而使保溫砂漿與基層間的拉伸粘結(jié)性能也得以提高。

　　圖7為膠結(jié)料中可再分散乳膠粉摻量為4%時，保溫砂漿的掃描電鏡照片。從圖7可以發(fā)現(xiàn)，當可再分散乳膠粉摻量達到4%，由可再分散乳膠粉及纖維素醚所組成的聚合物包覆在水泥水化凝膠體的表面，并在凝膠體間出現(xiàn)了明顯的、較為完整的膜，這也說明了摻加可再分散乳膠粉能形成水泥漿體與聚合物交織在一起的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖8為玻化微珠與膠結(jié)料間的界面微觀形貌描SEM照片，可再分散乳膠粉摻量為膠結(jié)料的2%。由圖可見，在聚合物存在的情況下，硬化的漿體與玻化微珠的玻化面間結(jié)合緊密,形成了一個整體。由此可見，將稠度控制在施工所需的范圍內(nèi)，加入可再分散乳膠粉后，保溫砂漿干密度基本不變，抗壓強度有提高的趨勢，且聚合物形成的膜將保溫砂漿聯(lián)結(jié)成一個整體，使拉伸粘結(jié)強度明顯提高。

結(jié) 語

無機輕集料保溫砂漿的性能受其組成材料及用量的影響。提高水泥用量，能改善無機輕集料保溫砂漿的抗壓強度、拉伸粘結(jié)強度，但使導熱系數(shù)上升，保溫性能及施工性能下降；改性劑能明顯提高保溫砂漿的抗壓強度值，有利于配制干密度、導熱系數(shù)較低，保溫性能較好且力學性能較高保溫砂漿；隨玻化微珠含量的降低，保溫砂漿強度提高，施工性能改善，但導熱系數(shù)上升；在保持稠度一定的情況下，隨可再分散乳膠粉摻量增加，保溫砂漿拉伸粘結(jié)強度提高，抗壓強度并不降低；當可再分散乳膠粉摻量為膠結(jié)料的4%時，通過掃描電鏡能明顯地觀察到漿體中聚合物膜的形貌。因此，通過調(diào)整配方，能生產(chǎn)出施工性能好，導熱系數(shù)低，抗壓強度、拉伸粘結(jié)強度較高的無機輕集料保溫砂漿。

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