水灰比對玻化微珠外墻外保溫砂漿性能的影響試驗研究

2018-07-24 07:38:46，

許昌學院學報 2018年6期

，

(1.許昌學院土木工程學院，河南許昌 461000;2.華北水利水電大學土木與交通學院，河南鄭州 450045)

隨著我國城鎮化建設步伐的加快，建筑能耗量已占全國能耗量的四分之一左右[1]，建造綠色建筑，降低建筑能耗對實現我國可持續發展道路具有重要的現實意義.建筑外墻是建筑圍護結構中傳熱耗熱量最大的部位，提高外墻的保溫與隔熱性能是目前建筑節能的有效措施之一.我國最常用的建筑外墻外保溫體系包括有機保溫體系和無機保溫體系.前者主要是以聚苯等有機材料組成，成本低廉，保溫效果較好，但耐火性較差，21世紀初期及以前是我國北方寒冷地區最常用的外墻保溫材料.但自2009年央視大樓和2010年上海浦東路教師公寓因外墻有機保溫系統燃燒產生重大火災事故后，公安部出臺相關文件規定：“民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料”，隨后，以?；⒅榈葻o機材料為主的無機保溫體系脫穎而出，并占據主要市場[1,2].然而，2018年，鄭州某辦公樓再一次發生因外墻有機保溫材料燃燒引起重大火災.經調查統計，以河南省為主，處于我國夏熱冬冷地區的建筑外墻外保溫體系仍采用耐火性較差的有機保溫體系，不利于我國建筑行業的健康發展.

關于玻化微珠外墻外保溫砂漿，國內學者已經進行了一系列研究.毛小紅研究了以?；⒅楸厣皾{作為外墻外保溫材料時影響其性能的主要因素[3].李珠等通過正交試驗開展了?；⒅楸厣皾{的配合比研究[4].本研究通過比較不同水灰比條件下玻化微珠外墻外保溫砂漿干密度、抗壓強度、抗折強度以及導熱性能方面的變化，為夏熱冬冷地區建筑外墻使用無機保溫體系提供借鑒.

1 試驗方案

1.1 材料屬性

試驗中玻化微珠保溫砂漿是以硅酸鹽水泥為膠凝材料，玻化微珠顆粒為輕骨料，可分散乳膠粉、聚丙烯纖維、羥丙基甲基纖維素醚、發泡劑為外加劑，按照一定比例配制而成.試驗中原材料都產自于河南地區，其中硅酸鹽水泥為P·O 42.5水泥，其主要物理性能見表1；?；⒅轭w粒的主要物理性能見表2；可分散性乳膠粉為白色粉末，其主要物理性能見表3；聚丙烯纖維作為有機纖維其抗拉強度500 MPa，斷裂伸長率10%～28%；羥丙基甲基纖維素醚為白色粉末，可保證砂漿的保水性和稠度；發泡劑發泡倍數為20.

表1 水泥的主要物理性能

表2 玻化微珠顆粒的物理性能

表3 可分散性乳膠粉物理性能

1.2 試驗方法

1.2.1 干密度

干密度的測定方法參照《膨化玻化微珠保溫隔熱砂漿》(GB/T26000-2010).將在標準養護條件下養護28 d的70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試塊放在干燥箱里烘干至恒重，并按公式(1)計算，取 6 個試塊測試結果的算術平均值為最終干密度值[5].

(1)

式中：ρ0—干密度(kg/m3)；m0—試塊烘干質量(g)；V—試塊體積(mm3).

1.2.2 抗壓強度

取干密度測定后的4個試塊，參照《無機硬質絕熱制品試驗方法》(GB/T5486-2008)中抗壓強度測定方法進行試驗，并按公式(2)計算，測試結果取4個試塊抗壓強度的算術平均值[6].

(2)

式中：σ—抗壓強度(MPa)；P1—試塊破壞荷載(N)；S—試塊受荷面積(mm2).

1.2.3 抗折強度

抗折強度的測定方法依照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》進行，試塊抗折強度按公式(3)計算，試驗結果為三個試塊抗折強度的算術平均值[7,8].

(3)

式中：Rf—抗折強度(MPa)；Ff—試塊折斷時施加于棱柱體中部的荷載(N)；L—抗折試驗機支撐圓柱之間的距離(mm)；b—棱柱體正方形截面的邊長(mm).

1.2.4 導熱系數

將300 mm×300 mm×40 mm試塊按照干密度測定方法中養護條件和烘干方法進行養護與烘干，采用JTRG-Ⅲ型建筑熱流計式導熱儀直接對試件進行導熱系數測量，其單位為W/(m·K).

1.3 配合比確定

根據已有研究以及保溫砂漿拌制時的工作性能,確定?；⒅橥鈮ν獗厣皾{中各原材料的基本配合比，確保保溫砂漿具有良好的流動性和保水性.通過改變水灰比來研究?；⒅橥鈮ν獗厣皾{的力學性能變化.不同水灰比的?；⒅橥鈮ν獗厣皾{各材料的質量分布見表4.

表4 不同水灰比?；⒅橥鈮ν獗厣皾{中各原材料的質量/g

2 結果與分析

2.1 水灰比對玻化微珠外墻外保溫砂漿干密度的影響

圖1顯示不同水灰比條件下?；⒅橥鈮ν獗厣皾{干密度的試驗值及分布情況.從試驗數值來看，4種水灰比條件下，?；⒅楸厣皾{干密度數值基本符合Ⅱ型無機輕集料保溫砂漿干密度性能指標，適用于外墻外保溫體系[9].另外，從試驗數值分布來看，隨著水灰比的增大，玻化微珠外墻外保溫砂漿干密度隨之下降.這主要是由于水泥含量一定，其凝結硬化時消耗的水分基本不變，水灰比越大，玻化微珠外墻外保溫砂漿中水分蒸發的越多，其干密度越小.

2.2 水灰比對?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗壓強度的影響

圖2顯示，隨著水灰比的依次增大，?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗壓強度分別為2.12、1.89、1.61和0.82 MPa.與編號1試驗組相比，其它編號試驗組抗壓強度分別降低了10.8%、24.1%和61.3%，抗壓強度呈現明顯的下降趨勢.試驗結果表明，水灰比的改變對玻化微珠外墻外保溫砂漿抗壓強度影響較大，主要由于隨著水灰比的增大，?；⒅橥鈮ν獗厣皾{凝結硬化過程中散失水分越多，孔隙率不斷增大，導致抗壓強度降低[10].根據JGJT253-2011技術規程規定，本試驗中水灰比為1.4時，玻化微珠保溫砂漿抗壓強度小于1.0 MPa，不宜用于外墻外保溫.

圖1 水灰比對干密度的影響

圖2 水灰比對抗壓強度的影響

2.3 水灰比對玻化微珠外墻外保溫砂漿抗折強度的影響

圖3為水灰比與?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗折強度試驗值的變化關系圖.不同水灰比條件下，抗折強度試驗值依次為1.21、0.95、0.7和0.28 MPa，與水灰比為1.1試驗組相比，其它水灰比條件下試驗組抗折強度分別下降了21.5%、42.1%和76.9%.結合圖2和圖3，水灰比的變化對?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗折強度的影響趨勢與抗壓強度基本一致，但對抗折強度的影響更為明顯.兩圖顯示，水灰比的增大會明顯降低保溫砂漿強度，特別是水灰比為1.4時，試塊強度下降超過50%，因此，在實際工程應用中應嚴格控制?；⒅橥鈮ν獗厣皾{的水灰比.

2.4 水灰比對玻化微珠外墻外保溫砂漿導熱系數的影響

圖4中當水灰比分別為1.1、1.2、1.3、1.4時，?；⒅橥鈮ν獗厣皾{導熱系數分別為0.085 7、0.079 4、0.071 2、0.069 3 W/(m·K).根據文獻[9]中無機輕集料砂漿導熱系數性能指標規定，編號1～4試驗組玻化微珠保溫砂漿都適用于外墻外保溫體系.圖中顯示，導熱系數隨水灰比的增大而減小，主要是由于水灰比越大的?；⒅橥鈮ν獗厣皾{在凝結硬化后的孔隙率越大，而氣體的導熱系數低于固體的導熱系數[2].另外，水灰比1.2試驗組與1.1試驗組相比，導熱系數下降了7.3%，水灰比1.3試驗組與1.2試驗組相比，導熱系數下降了10.3%，而水灰比1.4試驗組與1.3試驗組相比，導熱系數下降了2.6%，導熱系數下降趨勢明顯減小.表明水灰比一定程度的增大可有效降低?；⒅橥鈮ν獗厣皾{導熱系數，超出一定范圍，水灰比的改變對玻化微珠外墻外保溫砂漿導熱系數的影響降低.