不同水膠比對玻化微珠保溫砂漿性能的影響

龔建清 孫凱強

摘 要：研究了當水膠比分別為1.2， 1.3， 1.4和 1.5時，玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮、抗壓強度、抗折強度、干密度、導熱系數等性能指標.通過壓汞試驗和SEM掃描電鏡分析，從微觀角度進一步揭示了玻化微珠保溫砂漿的性能指標隨水膠比變化的原因.試驗結果表明：玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮隨著水膠比的增大呈現明顯增大的趨勢；當水膠比一定時，玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮早期增長速率較快，后期增長速率較慢；當水膠比分別為1.3， 1.4和1.5時，玻化微珠保溫砂漿的抗壓強度、抗折強度、干密度、導熱系數與水膠比為1.2時相比均有了較為明顯的變化，抗壓強度分別下降了13.1%，40.0%和73.8%；抗折強度分別下降了18.8%，35.7%和77.7%；干密度分別減小了8.3%，19.4%和33.3%；導熱系數也分別下降了4.6%，11.3%和21.4%.玻化微珠保溫砂漿的各項性能隨著水膠比的變化，產生了明顯的變化.通過壓汞試驗和SEM分析發現，隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿內部孔隙增多.

關鍵詞：玻化微珠保溫砂漿；水膠比；干燥收縮；抗壓強度；抗折強度

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A

目前，我國建筑能耗在社會總能耗中占很大的比重，因此建筑節能對于我國實現可持續發展是至關重要的.而建筑節能的關鍵在于提高建筑圍護墻體的隔熱和保溫性能，以減少室內的熱量損失，節約能源[1-3].外墻外保溫體系是提高墻體隔熱、保溫性能的一項十分有效的措施.目前常用的外墻外保溫體系包括以聚苯顆粒和聚苯板等有機保溫材料為主的保溫體系，和以玻化微珠保溫砂漿、膨脹蛭石保溫砂漿等無機保溫材料為主的保溫體系[4-5].有機保溫材料的保溫性能很好，但是其耐久性不好，與建筑結構壽命不同步，耐火性差.特別是2009年央視大樓和2010年上海浦東路兩棟教師公寓大樓，由于有機保溫材料燃燒，導致火災事故，給人們的生命財產帶來了巨大的損失，讓人們對有機保溫材料的使用更加謹慎，逐漸開始用無機保溫材料替代有機保溫材料[6-7].

玻化微珠保溫砂漿具有防火阻燃性能優良、保溫隔熱性能好、綠色環保等優點，開始受到人們的重視[8-9].玻化微珠保溫砂漿主要由玻化微珠輕集料，水泥等膠凝材料，以及可再分散乳膠粉、纖維素醚、聚丙烯纖維、引氣劑等外加劑組成[10-11].國內外已有學者對玻化微珠保溫砂漿進行了一系列的研究.Derek等[12]通過試驗研究了以膨脹玻化微珠為輕質骨料的輕質砂漿的力學性能.方明暉等[13]對玻化微珠保溫砂漿的熱工性能和力學性能進行了研究.周福忠等[14]對聚苯顆粒-玻化微珠復合保溫砂漿的防火性能進行了研究.目前，國內外對玻化微珠保溫砂漿的研究主要集中在改變各種外加劑的摻量，來研究其物理、力學、熱工及防火性能的變化.而水膠比對玻化微珠保溫砂漿性能的影響，卻鮮有人研究.由于玻化微珠保溫砂漿的各項基本性能隨著水膠比的不同有著很大的差異，因此本文對不同水膠比下玻化微珠保溫砂漿的各項基本性能作進一步研究.

1 實 驗

1.1 實驗材料

硅酸鹽水泥為湖南韶峰水泥集團有限公司生產的“韶峰牌”P.O.42.5水泥，水泥的化學成分見表1；玻化微珠由河南信陽華南無機保溫建材廠生產，堆積密度為90～110 kg/m3，導熱系數為0.037 W/（m·K），體積吸水率為39.5%；有機纖維是山東魯峰網業公司生產的聚丙烯纖維，彈性模量為4 800 MPa，斷裂伸長率為19%；可再分散乳膠粉由河北鼎盛孚美科技有限公司生產，平均粒徑為80 μm，固含量為（99±1）%；引氣劑選用的是由上海銀聰新材料公司生產的十二烷基硫酸鈉k12引氣劑，pH值為6.5～7.5，溶于水，微溶于醇；羥丙基甲基纖維素醚（HPMC）由鄭州鑫鑫食化生產.

1.2 配合比

本文研究不同水膠比對玻化微珠保溫砂漿干燥收縮、抗壓強度、抗折強度、干密度、導熱系數的影響.選取基本配合比：水泥∶玻化微珠∶聚丙烯纖維∶可再分散乳膠粉∶引氣劑∶纖維素醚=1∶0.65∶0.003∶0.01∶0.001∶0.007.瞿曉玲等在水膠比為1.0的基礎上，對玻化微珠保溫砂漿收縮進行了研究[15].陳曉莉在水膠比為1.3的基礎上通過正交試驗，研究了玻化微珠保溫砂漿的性能[5].因此本文參考已有研究，選取水膠比為1.2， 1.3， 1.4和1.5進行試驗.

1.3 測試方法

1.3.1 干燥收縮

玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮測試參照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》.每個配合比成型3個40 mm×40 mm×160 mm的試件.首先準備好40 mm×40 mm×160 mm兩端帶孔的三聯試模，安裝收縮測頭.然后將拌合好的砂漿澆入試模中，放置到振動臺上，振動1 min，成型后，立刻將試件帶模放入標準養護室中，7 d以后拆模.拆模后立即將試件放入溫度為（20±2）°C、相對濕度為（60±5）%的恒溫恒濕室中，并在4 h后測量試塊的初始長度.于7 d，14 d，21 d，28 d，56 d，90 d后測量試塊的變形讀數.玻化微珠保溫砂漿的干縮率按式（1）計算[16]，收縮試驗用SP175型比長儀.

2 結果和討論

2.1 水膠比對玻化微珠保溫砂漿干燥收縮的影響

圖1表示不同水膠比對玻化微珠保溫砂漿干燥收縮的影響.當水膠比為1.2時，玻化微珠保溫砂漿在7 d， 14 d， 21 d， 28 d， 56 d和90 d的干縮率分別為0.043 4%，0.067 8%，0.082 1%，0.086 2%，0.089 3%和0.091 2%.可以看出，其干燥收縮前期增長得比較快，隨著時間的推移，增長得越來越慢，到了第90 d，干燥收縮增長得已經十分緩慢了.這主要是由膠凝材料早期的水化不充分，基體內部的毛細孔水、吸附水及層間水含量較多、水分蒸發較快所導致.隨著齡期的增長，基體內水分逐漸變少，水分蒸發變慢而導致基體收縮變平緩.當水膠比分別為

當玻化微珠保溫砂漿的水膠比為1.2， 1.3， 1.4和1.5時，其抗壓強度分別為2.14 MPa，1.86 MPa，1.37 MPa和0.56 MPa；抗折強度分別為1.12 MPa，0.91 MPa，0.72 MPa和0.25 MPa.其他組與水膠比為1.2組相比，抗壓強度分別降低了13.1%，40.0%和73.8%；抗折強度分別降低了18.8%，35.7%和77.7%.由此可知，隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的抗壓強度和抗折強度均呈現下降的趨勢.這是因為隨著水膠比的增大，在玻化微珠保溫砂漿的凝結硬化過程中，水分的散失增多，從而在其內部留下的孔隙也變多，故而導致其抗壓強度和抗折強度均降低[20-21].當玻化微珠保溫砂漿的水膠比達到1.5時，其抗壓強度、抗折強度有了更加明顯的減小.

21.4%.由此可以看出，隨著玻化微珠保溫砂漿水膠比的增大，其導熱系數呈現下降的趨勢.這是由于水膠比的增加，使玻化微珠保溫砂漿在凝結硬化后，其內部的孔隙大量增加.而氣體的導熱系數要明顯低于固體[23]，故而隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的導熱系數呈現下降的趨勢.

2.5 水膠比對28 d玻化微珠保溫砂漿孔隙率的

影響

從表2可以看出， 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的孔隙率逐漸增大.這是因為水膠比增大時，玻化微珠保溫砂漿內部殘留的水分增多，因此其在干燥環境下，失去的水分也增多，從而導致孔隙率隨水膠比增大而增大.所以水膠比變大時，其失水量也變大，故而干燥收縮增大.并且隨著水膠比的增大，孔隙率也會相應增大，故保溫砂漿的強度會下降；熱量在固體材料中的傳遞是通過原子的熱振動實現的，而孔隙中氣體的傳熱是通過氣體分子之間的碰撞實現的.由于玻化微珠保溫砂漿是氣固兩相的混合物，其綜合傳熱主要是這2種傳熱行為共同作用的結果.保溫砂漿中孔隙率越大，熱量就愈加頻繁地從固體向氣體、氣體向固體來回切換，這樣就大大降低了其熱傳導速率，因此其導熱系數隨著水膠比的增大而降低[24-25]；隨著水膠比增大，保溫砂漿孔隙率增大，固體含量減少，因此其干密度減小.

間出現了大量的孔隙，且孔隙尺寸明顯變大.因為干燥收縮，抗壓強度、抗折強度、干密度、導熱系數都與玻化微珠保溫砂漿內部密實度有直接的關系.因此隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮增大，抗壓強度、抗折強度、干密度以及導熱系數均減小.

3 結 論

1） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮呈現增大的趨勢.且當水膠比一定時，其干燥收縮早期增長速率較快，后期增長速率較慢.

2） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的抗壓強度、抗折強度均呈現減小的趨勢.水膠比為1.3，1.4和1.5的保溫砂漿，與水膠比為1.2的保溫砂漿相比，其抗壓強度分別下降了13.1%，40.0%和73.8%；抗折強度分別下降了18.8%，35.7%和77.7%.

3） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的干密度呈現減小的趨勢.水膠比為1.3，1.4和1.5的3組，與水膠比為1.2的組相比，其干密度分別減小了8.3%，19.4%和33.3%.

4） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的導熱系數呈現減小的趨勢.另外3組與水膠比為1.2的組相比，其導熱系數分別下降了4.6%，11.3%和21.4%.

5） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿內部的孔隙率逐漸增加.

6） 本文從不同水膠比出發，對玻化微珠保溫砂漿的性能進行研究.結果表明，水膠比對玻化微珠保溫砂漿的性能影響較大.因此在配制玻化微珠保溫砂漿時，應根據想要得到的性能指標，選擇合適的水膠比.

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