建筑工程中節能材料的性能分析

2025年甘肅省高校教師創新基金項目：“雙碳”目標背景下西北地區公共建筑低碳節能改造影響因素研究（2025B-292）

0 引言

隨著全球能源消耗的持續增長和環境保護意識的日益增強，建筑行業作為能源消耗和碳排放的重要領域，正面臨著巨大的挑戰與轉型壓力[]。在這一背景下，節能材料的應用與推廣成為了推動建筑領域綠色轉型的關鍵環節。

保溫砂漿作為一種集保溫、隔熱、環保于一體的新型建筑材料，因其良好的保溫性能、施工便捷性和環境友好性，在建筑工程中得到了廣泛應用[2]。保溫砂漿通過精選高性能的膠凝材料、輕骨料以及功能性添加劑，不僅實現了低導熱系數的目標，還兼顧了良好的施工性能和長期穩定性[3]。這種材料不僅能夠顯著提高建筑的保溫隔熱能力，減少能源消耗，還能有效降低溫室氣體排放，符合全球范圍內節能減排的發展趨勢[4]。

其中發泡劑作為保溫砂漿中的關鍵添加劑，通過引入大量微小氣泡，能夠顯著降低砂漿的密度，提高其保溫隔熱性能[5]。然而發泡劑的添加量對保溫砂漿的性能有著復雜的影響。適量的發泡劑能夠顯著改善保溫砂漿的保溫性能和施工性，但過高的發泡劑含量則可能導致力學性能的下降，影響砂漿的整體性能和使用壽命。

基于此，此次研究通過在常規膨脹珍珠巖保溫砂漿中添加不同比例的 α∝β 烯基磺酸鈉發泡劑，分析發泡劑含量對保溫砂漿各項應用性能的影響趨勢，為未來的研

究與應用提供有益的參考。

1工程概況

某科技大廈項目位于城市高新技術開發區，周邊交通便利，配套設施完善。大廈總用地面積 5000m² ，總建筑面積4萬 m² ，地上和地下建筑面積分別為3萬 m² 和1萬 m² ，地上20層，地下3層。建筑結構類型為剪力墻結構，基礎類型為筏板基礎，同時采用高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿作為外保溫節能材料，以實現節能減排和綠色建筑的目標。

2試驗材料和方法

2.1 試驗材料

根據以往研究結果，選擇膨脹珍珠巖、可再分散乳膠粉、粉煤灰、普通硅酸鹽水泥、輝綠巖石粉制作保溫砂漿，并在其中加入發泡劑，以提高保溫砂漿保溫性能。

所用膨脹珍珠巖含水率約 3% ，粒徑25～40目，堆積密度為 100kg/m³ ，容重為 70kg/m³ ，導熱系數為0.034W/（m?K） 。所用可再分散乳膠粉固含量大于 98% ，玻璃化轉變溫度和最低成膜溫度分別為 110^°C 和 0^°C ，導熱系數為 0.3w/（m?K） ，堆積密度分別為 700kg/m³ 。所用水泥強度等級為 P? 042.5 ，導熱系數為0.535W/ （m?K） ，表觀密度為 1200kg/m³ ；終凝時間 ?540min ，初凝時間?150min 。所用輝綠巖石粉導熱系數為 0.312w/（m?K） .堆積密度為 900kg/m³ 。所用發泡劑為 ∝ -烯基磺酸鈉，各材料均符合建筑保溫砂漿規范要求。

2.2試樣制作

根據水：粉煤灰：水泥：輝綠巖石粉：骨料 =2：0.15 = 1：0.225：1：167 的比例，配制常規膨脹珍珠巖保溫砂 漿。以常規膨脹珍珠巖保溫砂漿配比為基礎，分別加入 2.00% 、 1.75% 、 1.50% 、 1.25% 、 1.00% 摻量的發泡劑， 制作高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿。通過測試不同發泡劑 含量保溫砂漿試樣的各項性能，得出最佳發泡劑摻量。

配制時，先將粉煤灰、水泥、輝綠巖石粉、骨料加入立式攪拌機初步攪拌，再按比例添加純凈水，持續攪拌混合料為黏稠漿體。之后加入發泡劑并攪拌5min。攪拌完成后，在抗壓強度、抗折強度模具中倒入漿體，刮平模具表面后用塑料薄膜包裹覆蓋，并放置在相對濕度60%～80% 、環境溫度（ 20±2）^°C 的環境中養護至28d。所制高性能保溫砂漿硬化后相關指標如表1所示。

表1保溫砂漿硬化后相關指標

3發泡劑對膨脹珍珠巖保溫砂漿性能的影響 3.1導熱系數的影響

為分析單發泡劑對保溫砂漿導熱系數的影響趨勢，在 2.00% 、 1.75% 、 1.50% 、 1.25% 、 1.00% 發泡劑摻量下，對高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿的導熱系數進行測試。各摻量發泡劑導熱系數變化趨勢如圖1所示。

從圖1中能夠發現，保溫砂漿導熱系數隨著發泡劑含量的增加，表現為非線性降低的趨勢，且下降速度隨著試樣養護時間的增長而減小。同時結合表1保溫砂漿性能要求，得可知各試樣導熱系數均滿足I型保溫砂漿導熱系數 ?0.07W/（m?） 的要求，表明通過摻入發泡劑能夠有效減小砂漿導熱系數，增強其阻熱性能。

發泡劑之所以能夠顯著減小砂漿導熱系數，其原理在于發泡劑能夠利用攪動砂漿體產生的氣泡，并將氣泡以封閉孔洞、閉合孔隙或氣孔的形式引入保溫砂漿內部結構中[6]。這樣的結構變化提高了砂漿的不規則性與不連續性，使氣體分子無法順利流動，以此達到減小導熱系數的目的。此外，在攪拌砂漿攪拌時，發泡劑還具有潤滑緩沖作用，提高了保溫砂漿的流動性，降低了攪拌過程中骨料的破損率。但值得注意的是，當發泡劑含量超 1.75% 時，其對砂漿導熱系數的降低效果顯著減小，反而會出現小幅度降低的現象。

此外隨著養護時間的增長，保溫砂漿導熱系數不斷增大，但在養護齡期21d以后，保溫砂漿導熱系數基本保持穩定。此現象是由于砂漿內部的水化反應較為復雜。以粉煤灰為例，在加入初期，其活性相對較低，對水泥水化物的形成并不會產生顯著影響。然而隨著養護時間的延長，粉煤灰表面逐漸被堿性溶液侵蝕，進而引發堿性物質與粉煤灰發生二次水化反應。這一反應會生成體積更大的水硬性物質，逐漸填充到保溫砂漿內部氣孔結構和閉合孔隙中，從而降低了由發泡劑造成的砂漿不均勻與不連續影響，提高了熱量傳導效率。因此在養護齡期較長時，保溫砂漿導熱系數會有所提升。

3.2干密度的影響

為分析單發泡劑對保溫砂漿抗壓強度的影響趨勢，測試養護28d， 2.00% 、 1.75% 、1. 50% ， 1.25% ， 1.00% 發泡劑摻量下，高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿的干密度。各摻量發泡劑干密度變化趨勢如圖2所示。

從圖2中能夠發現，保溫砂漿干密度隨著發泡劑含量的增加，表現為非線性降低的趨勢，但當發泡劑含量超過 1.5% ，這種降低效果逐漸減小。這是因為發泡劑在攪拌發泡后能夠將大量氣泡引入到砂漿漿體中，氣泡在砂漿內部形成了眾多氣孔或閉合孔隙，從而改變了保溫砂漿的微觀結構，使其從一個原本連續且均勻的固體材料轉變為不均勻且不連續的氣固二相混合物。這種結構上的轉變降低了砂漿的干密度，減輕了建筑結構荷載和工程成本。

圖1各摻量發泡劑導熱系數變化趨勢

另外，在保溫砂漿中，熱量的傳遞主要是通過固體顆粒之間的直接接觸和氣體分子的熱運動來實現的[7]。

圖2各摻量發泡劑干密度變化趨勢

而氣泡的存在增加了熱量傳遞的路徑和難度，使得熱量在砂漿中的傳導變得更為緩慢和困難，從而提高了材料的保溫性能。在此次試驗中，發泡劑含量超過 1.5% 時，保溫砂漿的干密度滿足I型保溫砂漿導熱系數 ?350kg/m³ 的要求。

3.3抗壓強度的影響

為分析單發泡劑對保溫砂漿抗壓強度的影響趨勢，測試

圖3各摻量發泡劑抗壓強度變化趨勢

圖4各摻量發泡劑黏結強度變化趨勢

2.00% 、 1.75% 、 1.50% 、 1.25% 、 1.00% 發泡劑摻量下，高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿的抗壓強度。各摻量發泡劑抗壓強度變化趨勢如圖3所示。

從圖3中能夠發現，保溫砂漿抗壓強度隨著發泡劑含量的增加，表現為非線性降低的趨勢，且下降速度隨著試樣養護時間的增長而增大。摻入發泡劑會使砂漿抗壓強度明顯減小，且降低趨勢在發泡劑含量超過 1.5% 時更為明顯。

此現象是因為氣泡的引入，使砂漿有效受力面積相應減少，且氣泡本身不具備承載能力，在受到壓力時容易變形甚至破裂，從而加劇了砂漿的破壞過程。同時氣泡的存在切斷了砂漿內部的連續受力面積，使得砂漿在受到壓力時更容易產生應力集中和破壞。

此外砂漿試塊抗壓強度隨著養護齡期的增長而增長，且在高養護齡期下，發泡劑對保溫砂漿抗壓強度的影響也越明顯。對于 2.00%?1.75%?1.50%?1.25%?1.00% 發泡劑摻量下的高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿，其在28d齡期下的抗壓強度大于I型保溫砂漿抗壓強度 0.5MPa 的要求。

3.4黏結強度的影響

為分析單發泡劑對保溫砂漿黏結強度的影響趨勢，測試 2.00%1.75%1.50%1.25%1.00% 發泡劑摻量下，高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿的黏結強度。各摻量發泡劑黏結強度變化趨勢如圖4所示。

從圖4中能夠發現，保溫砂漿黏結強度隨著發泡劑含量的增加，表現為非線性降低的趨勢，且下降速度隨著試樣養護時間的增長而降低。摻入發泡劑會使砂漿黏結強度明顯減小，且當發泡劑含量超過 1.5% 時，其對砂漿黏結強度的降低效果有所增大。同時隨著砂漿試塊養護時間的增長，其黏結強度呈現出逐步提升的趨勢。

對其原因進行分析，與發泡劑對保溫砂漿抗壓強度的影響相一致。對于 2.00% 、 1.75% 、1. 50% 、1. 25% 1.00% 發泡劑摻量下的高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿，其在28d齡期下的黏結強度略微大于I型保溫砂漿黏結強度 0.1MPa 的要求，但為了保溫效果和施工質量，可加入相關材料進一步增強保溫砂漿黏結強度。

4結論

本文通過在常規膨脹珍珠巖保溫砂漿中添加不同比例的 α^- 烯基磺酸鈉發泡劑，分析發泡劑含量對保溫砂漿各項應用性能的影響趨勢，主要得出以下結論：

1）隨著發泡劑含量的增加，保溫砂漿干密度、黏結強度、導熱系數以及抗壓強度均呈現逐漸減小的趨勢，其中干密度和導熱系數降低幅度分別在發泡劑含量超過1.5% 和 1.75% 時明顯減小，而黏結強度和抗壓強度降低幅度均在發泡劑含量超過 1.5% 時有所增長。因此發泡劑摻量為 1.5% 時對保溫砂漿的改良效果最佳。

2）發泡劑摻量為 1.5% 時高性能膨脹珍珠巖保溫砂漿的干密度、黏結強度、導熱系數以及抗壓強度均滿足I型保溫砂漿硬化后的相關指標，符合施工要求。

參考文獻

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