（材料学专业论文）高性能复合保温砂浆及抗裂砂浆的制备与性能研究.pdf

武汉理 t 大学硕士学位论文 摘要 聚苯颗粒保温系统主要由聚苯颗粒复合保温砂浆层 抗裂砂浆层以及界面砂 浆层组成 由于聚苯乙烯泡沫 e p s 颗粒与水泥存在密度差异大 相容性差等 问题 导致目前的e p s 颗粒复合保温砂浆施工性差 与基层的粘结强度低 容 易出现空鼓脱落 且现有的e p s 颗粒复合保温砂浆抗压强度较低 限制了其在 保温工程中应用 同时现有抗裂砂浆的抗裂性仍然较差 在应力作用下会出现数 量较多的微裂缝 因此 改善e p s 颗粒与水泥的相容性 提高e p s 颗粒复合保 温砂浆与基层的粘结强度 抗压强度以及抗裂砂浆的抗裂性 具有非常重要的意 义 本文利用自制的e p s 表面处理剂对e p s 颗粒进行表面处理 改善了e p s 颗 粒与水泥的相容性 制备出了与基层粘结强度高的e p s 复合保温砂浆 研究了 硅灰 海泡石纤维 淤泥陶粒等对保温砂浆力学性能的影响 以提高保温砂浆的 抗压强度 使之可用于屋面保温工程 研究了混杂纤维 废胶粉 渗透结晶型外 加剂等对抗裂砂浆抗裂性的影响 制备了抗裂性优良的抗裂砂浆 主要结论如下 1 e p s 颗粒进行表面处理后 颗粒表面形成了硬化硅酸盐外壳 不仅可显著 减小e p s 泡沫颗粒与水泥材料的密度差 还可以明显改善e p s 颗粒与水泥的相 容性 以经表面处理的e p s 为保温骨料配制的保温砂浆 其施工性能 力学性 能以及与基层的粘结性得到明显改善 2 硅灰的加入对复合保温材料的抗压强度 粘结强度有一定的改善作用 海泡石纤维不仅在一定程度上提高保温材料的保温性能 而且还可明显提高保温 材料的抗压 抗折强度和韧性 淤泥陶粒的加入能显著提高保温材料的力学强度 3 将三叶型聚丙烯纤维与玄武岩短纤维混杂加入抗裂砂浆能有效提高砂浆 的韧性和抗裂性 废胶粉分别采用n a o h n a 2 s i 0 3 进行表面处理后 与水泥的 相容性得到改善 能明显增加抗裂砂浆韧性和抗冲击性能 从而改善了砂浆的抗 裂性 比较而言 用n a 2 s i 0 3 处理胶粉的效果要优于n a o h 处理胶粉 渗透结晶 外加剂能提高抗裂砂浆抗裂性 并赋予抗裂砂浆裂缝自修复性能 关键词 保温砂浆 聚苯颗粒 相容性 抗裂砂浆 抗裂性 武汉理工大学硕士学位论文 a bs t r a c t e x p a n d e dp o l y s t y r e n e e p s i n s u l a t i o ns y s t e m i s m a i n l yc o n s i s t e do fe p sc o m p o s i t e i n s u l a t i o nm o r t a rl a y e r c r o c k r e s i s t a n c em o r t a rl a y e ra n di n t e r f a c em o r t a rl a y e r h o w e v e r e p s p a r t i c l e sd i s p l a yb i gd e n s i t yd i f f e r e n c ea n dp o o rc o m p a t i b i l i t yw h e nm i x e dw i t hi n o r g a n i cb i n d e r w h i c hc o n t r i b u t e dt ot h ec u r r e n te p sc o m p o s i t ei n s u l a t i o nm o r t a rs h o wp o o rw o r k a b i l i t y l o w b o n ds t r e n g t hw i t hc o n c r e t eb a s e a n db ep r o n et oi n d u c ed e f e c t sa sh o l l o w i n g s h e d d i n ga n ds oo n m o r e o v e r t h el o wc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fc u r r e n te p sc o m p o s i t ei n s u l a t i o nm o r t a rl i m i t si t s p o p u l a r i z a t i o na n da p p l i c a t i o ni nt h er o o fi n s u l a t i o ne n g i n e e r i n g m e a n w h i l e t h ec r a c kr e s i s t a n c e o fp r e s e n tc r a c k r e s i s t a n c em o r t a ri ss t i l lap o o r ac e r t a i na m o u n tm i c r o c r a c k sa r ep r o d u c e d u n d e rs t r e s s t h e r e f o r e i ti so fg r e a ti m p o r t a n c et oi m p r o v et h ec o m p a t i b i l i t yb e t w e e ne p s p a r t i c l ea n dc e m e n t t h eb o n d i n gs t r e n g t ha n dc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fe p sc o m p o s i t ei n s u l a t i o n m o r t a r i nt h i sp a p e r as e l f m a d ee p ss u r f a c e t r e a t e da g e n tw a su s e dt oi m p r o v et h ec o m p a t i b i l i t y b e t w e e ne p sp a r t i c l ea n dc e m e n t a n dt h ee p sc o m p o s i t ei n s u l a t i o nm o r t a rw i t hh i g l lb o n d s t r e n g t hw a sp r e p a r e d t h cm e c h a n i c a ls t r e n g t ho ft h em o r t a rw a se n h a n c e db ye m p l o y i n gs i l i c a f u m e s e p i o l i t ef i b e ra n ds i l tc e r a m i s i t e s ot h a ti tc o u l d b eu s e di nr o o f i n s u l a t i o ne n g i n e e r i n g m e f f e c to fh y b r i df i b e r t r e a t e dc r u m br u b b e r c a p i l l a r yc r y s t a l l i n ea d d i t i v et ot h ec r a c kr e s i s t a n c eo f c r a c k r e s i s t a n c em o r t a rw e r ei n v e s t i g a t e d t h u st h eh i 啦c r e a kr e s i s t a n c em o r t a rw a sm a d e t h e f o l l o w i n gc o n c l u s i o nc a nb ed r a w ni nt h ep a p e r 1 h a r d e ns i l i c a t ec o a tc o u l db ef o r m e do l lt h es u r f a c eo fe p sp a r t i c l ea f t e rs u r f a c et r e a t m e n t p r o c e s s s ot h eh i g hd e n s i t yd i f f e r e n c ea n dp o o rc o m p a t i b i l i t yb e t w e e ne p sp a r t i c l ea n dc e m e n t c o u l db es o l v e ds u c c e s s f u l l y t h ec o m p o s i t ei n s u l a t i o nm o r t a re m p l o y i n gt r e a t e de p sp a r t i c l e s h o w sg o o dw o r k a b i l i t y i m p r o v e dc o m p r e s s i v es t r e n g t ha n de x c e l l e n tb o n dp e r f o r m a n c ew i t h c o n c r e t eb a s e 2 n ep r o p e ra m o u n to fs i l i c af u n l ea d d e dt ot h em o r t a rb yt h ew a yo fr e p l a c i n ge q u i v a l e n t w e i g h tc e m e n tc o u l de n h a n c et h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ha n db o n d i n gs t r e n g t ht os o m ee x t e n t w h e na p p r o p r i a t ec o n t e n to fs e p i o l i t ef i b e rw a se m p l o y e d t h et h e r m a lc o n d u c t i v i t yw i t sd e c r e a s e d w h i l et h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dt h et o u g h n e s so fi n s u l a t i o nm o r t a rw e r ei n c r e a s e do b v i o u s l y t h ea d d i t i o no fs i l i tc e r a m i s i t ec o u l ds i g n i f i c a n t l ye n h a n c et h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fi n s u l a t i o n m o r t a r 3 t h et o u g h n e s sa n dc r a c kr e s i a t a n c eo ft h em o r t a rw e r ei m p r o v e do b v i o u s l yb ya d d i n g 武汉理工大学硕七学位论文 h y b r i df i b e rw h i c hc o n s i s t e do ft r e f o i lp o l y p r o p y l e n ef m e ra n db a s a l tf i b e r t h ec o m p a t i b i l i t y b e t w e e nc r u m br u b b e ra n dc e m e n tb e c a m eb e t t e ra f t e rt h ec r u m br u b b e rw a st r e a t e dw i t hn a 2 s i 0 3 s o l u t i o na n dn a o hs o l u t i o nr e s p e c t i v e l y t h et o u g h n e s sa n di m p a c tr e s i s t a n c eo fc r a c k r e s i s t a n c e m o r t a rw e r ee n h a n c e dg r e a t l y i nc o n t r a s t t h ec r u m br u b b e rt r e a t e dw i mn a 2 s i 0 3e x h i b i t e db e t t e r i m p r o v e m e n t e f f e c tt oc r a c k r e s i s t a n c em o r t a rt h a nn a o ht r e a t m e n tc r u m br u b b e r t h ea d d i t i o n o fc a p i l l a r yc r y s t a l l i n ea d d i t i v ec o u l di n c r e a s et h ec r a c kr e s i s t a n c eo fm o r t a r a n de n d u et h em o r t a r w i t hc r a c ks e l f h e a l i n gp e r f o r m a n c e k e yw o r d s i n s u l a t i o nm o r t a r e x p a n d e dp o l y s t y r e n ep a r t i c l e c o m p a t i b i l i t y c r a c k r e s i s t a n c e m o r t a r c r a c k r e s i s t a n c e 独创性声明 本人声明 所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包 含其他人已经发表的和撰写过的研究成果 也不包含为获得武汉理工大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究 所作的贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名 塑壶 日期 竺 鱼 乡 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学关于保留 使用学位论文的规定 即学校有 权保留 送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的 全部或部分内容 可以采用影印 缩影或其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 研究生签名 塑整 9 1 i 签 i i 日期 壁 型 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 1 1 1 建筑节能的重要性 第1 章前言 随着歌本哈根气候大会的召开 全球兴起了 低碳经济 的热潮 中国政府承 诺 到2 0 2 0 年单位g d p 碳排放比2 0 0 5 年减少4 0 4 5 由此可见中国政府发 展低碳经济的决心十分大 国际上公认的低碳经济产业体系主要有低碳产品 低 碳技术 建筑节能 工业节能和循环经济 资源回收 环保设备和节能材料等 其中与建筑材料紧密相关的有建筑节能和节能材料等 l 硼 我国是能源消耗大国 建筑能耗在社会总能耗中的比例越来越大 近1 0 年 来 建筑能耗已成为我国能源需求增长的主要因素 因此 不论是发展低碳经济 还是对气候变化 均应把实施建筑节能作为重点领域 2 棚 国家发展与改革委员 会将 建筑节能 列入 十大节能工程 国家中长期科学和技术发展规划纲要 中也明确提出 重点研究开发节能建材和绿色建材 来满足建筑节能和绿色建筑 的需求 5 在今年召开的两会上 建筑节能 作为一个重要议题受到了人们的广 泛关注 有提案提出将节能建筑纳入 十二五 规划 虽然国家对建筑节能十分重视 但是目前我国节能建筑的普及率仍然较低 与国外相比还有较大差距 根据有关部门的统计数据显示 我国现有总面积4 3 0 亿平方米的建筑 每年还新增2 0 亿平方米 而9 5 的建筑属于高能耗 全国城 镇累计建成节能建筑面积不超过2 8 5 亿平方米 仅占1 6 e 6 1 因此 我国建筑 节能任务相当紧迫 必须予以高度重视 1 1 2 建筑保温隔热材料的研究进展 建筑节能就是在满足居住舒适性要求的基础上 在住房建筑中使用采暖空调 设备和隔热保温材料 以达到节能 提高能源利用效率的目的 7 我国建筑保温 隔热材料经过十几年的发展 取得了显著成效 我国保温隔热材料种类繁多 按材质可分为无机保温隔热材料 有机保温隔 热材料 无机 有机复合保温隔热材料以及金属保温隔热材料 7 s 无机保温隔热材料分为矿棉及制品 玻璃棉及制品 膨胀珍珠岩及制品 膨 胀蛭石及制品 加气混凝土 玻化微珠保温砂浆等 7 8 玻化微珠保温砂浆是目 前研究应用较多的一种新型绿色保温隔热材料 王伟鉴 朱艳超等 9 1 0 以玻化微 珠 水泥等为原料制备了满足外墙的结构和环境特点的保温材料 并进行了应用 武汉理工火学硕士学位论文 结果表明 玻化微珠保温砂浆具有粘结强度高 力学性能优良 耐久性好等优点 无机保温隔热材料虽然具有耐久性好 与基层粘结性好等优点 但其吸水率大 吸水后导热系数急剧增大 保温材料的保温性能明显降低 在保温隔热要求高的 建筑工程中 其应用受剐7 1 有机保温隔热材料主要分为 聚苯乙烯泡沫板 聚氨酯泡沫塑料及制品等 7 目前 有机保温隔热材料以其吸水率小 保温性能优良等优点而在我国建筑工程 特别是墙体保温工程中应用广泛 聚苯乙烯泡沫板简称为聚苯板 作为建筑保温 隔热材料的聚苯板通常分为发泡聚苯板 e p s 板 和挤塑聚苯板 x p s 板 前 者主要用于外墙保温 后者通常用于屋面保温 7 1 任建民等 1 1 1 2 1 研究表明 e p s 板用于外墙保温时 具有整体保温效果好 导热系数小 保温系统自重轻等优点 但e p s 板与外墙之间需要通过聚合物粘结砂浆进行粘结 苏清濡等 13 将x p s 保 温板应用到倒置屋面保温工程中 结果表明x p s 板几乎不吸水 具有优良的保 温性能和抗湿气渗透性能 聚苯板在应用中也暴露了一些问题 其表面与基层的 粘结性能差 需要在表面抹一层聚合物粘结砂浆 耐久性和防火性不理想 何朋 立等 1 4 1 5 研究了聚氨酯泡沫在建筑墙体保温和屋面保温中的应用 聚氨酯在施工 中可通过现场喷涂的方式 具有施工简单 粘结性能好 保温 防水性能优良等 优点 但是其成本较高 现场喷涂质量不易控制 一般用于高档建筑工程中 在 我国尚未普遍应用 有机保温隔热材料的最大缺点是防火等级低 遇火会发生燃 烧或碳化冒烟 对人体有害 央视大楼火灾就是一个教训 无机 有机复合保温隔热材料是根据复合材料原理发展起来的一种复合保温 材料 既具有无机保温材料耐久性好 防火等级高等优点 又具有有机保温材料 吸水率小 保温性能好等优点 能够满足我国建筑节能要求 徐峰等f l 8 认为 所谓无机 有机复合保温隔热材料分为两种意义上的复合 一种是保温骨料的有 机 无机复合 如聚苯颗粒与玻化微珠的复合 目前 还有一种复合保温材料 相 变保温材料 杜开明等通过将有机相变材料通过物理吸附作用吸附到多孔基质材 料上制备了相变保温墙体材料 试验表明相变型保温墙材相对普通墙板具有更加 优越的调温 节能效果 l9 一种是胶结材料与骨料的无机 有机复合 如水泥与 聚苯颗粒的复合 即目前常用的水泥聚苯颗粒保温砂浆 该材料具有成本低廉 施工方便等优点 金属类保温隔热材料主要有铝箔 锡箔等 在建筑工程中主要用于夹层墙体 或屋面 体轻 防潮和隔热性能均好 但是 施工复杂 施工质量不易控制 成 本较高 在我国节能工程中应用较岁7 虽然在建筑节能工程中应用的保温隔热材料品种较多 但是满足我国建筑节 能需求的当是无机 有机复合保温隔热材料 本课题对无机 有机复合保温隔热材 2 武汉理l 大学硕士学 青论文 料开展研究 1 13 聚苯颗粒复合保温砂浆研究现状 聚苯颗粒复合保温砂浆是水泥等为胶结材料 以再生聚苯泡沫 e p s 颗粒 作为保温骨料 并加入适量枯结剂 水 按适当比例混台配制而成的 再生e p s 颗粒幽废弃e p s 泡沫通过粉砰 筛分等工艺制威的 在我国 每年有大量的废 弃e p s 泡抹产生而形成白色污染 出于e p s 泡沫属于高分子材料 很难降解口 有研究表明e p s 在自然条件下需要1 0 0 年时问才能降解 如果进行焚烧处理不 仅会污染环境 而且不符合建筑节能中资源再生利用的原则 聚苯颗粒复合保温 砂浆能有效利用废弃e p s 泡沫 变废为宝 减少白色污染 综合利用资源 具 有积极的环保作用 符合我国住房建设领域 十二五 规划中提出的 绿色建材 的 要求 重庆大学的张桂红等口 采用再生e p s 颗粒配制了外墙聚苯乙烯颗粒保温 砂浆 并在建筑节能示范工程中进行了大量应用 取得了良好的保温效果和经济 社会效益 但是 e p s 复台保温砂浆在应用过程中也暴露了 衅问题 1 由于聚苯乙烯泡沫 e p s 颗粒与水泥存在密度差异太 相容性差等 问题 导致日前的e p s 复合保温砂浆施工性差 与基层的粘结强度低 容易出 现空鼓脱落 严重影响外墙保温效果 如图1 1 所示 因此 我国部分城市禁止 将e p s 颗粒应用于外墙保温 2 也 图1 1 保温材料空鼓 脱落 2 我国屋面保温前能工程发展相对滞后 目自 还未制定专门的屋面保温材 料国家标准 在实际的施工过程中通常直接将用于墙体保温材料用于屋面保温 由于屋面的结构和墙体所受的环境影响不同 要求保温材料在具有良好保温效果 的同时 还必须具有一定的强度 能承受风雪载荷 施工人员荷载以及意外下落 物体的冲击载荷 而用于墙体保温的聚苯颗粒复合保温材料强度较低 用在 尾面时需要在其表面构造 层混凝上承重层 不仅施工复杂 还加大了屋面荷载 武汉理工大学硕士学位论文 为了解决e p s 颗粒与水泥不相容问题 我国开展了大量的研究 并取得了 一定成效 刘永川等f 2 5 采用可分散胶粉与水泥来配置聚合物硅酸盐胶浆 将e p s 颗粒 加入其中搅拌 当e p s 表面完全被润湿后 再加入适量水泥搅拌 待颗粒表面 包裹水泥浆体后 通过陈化使e p s 表面包裹一层硬化硅酸盐外壳 其表面变为 亲水性 张东亮掣2 1 2 8 1 等通过表面处理剂对e p s 颗粒进行表面处理 再以其为核包 裹无机胶凝材料 制备核壳结构的亲水性e p s 颗粒复合母料 再与水泥等进行 二次分散共混 制各出综合性能良好的颗粒状e p s 保温干粉砂浆 表面处理剂 为偶联剂和聚合物乳胶粘结剂 胡欣等 2 6 2 7 1 利用三乙醇胺和聚合物乳液b 对e p s 颗粒进行预处理 并通过 在e p s 颗粒表面包裹无机胶结料等措施 解决了保温砂浆搅拌过程中分层问题 改善了界面粘结力 以上e p s 表面处理技术虽取得了一定效果 但是其处理工艺较为复杂 多 处于实验室阶段 而且采用偶联剂处理的原理是 偶联剂分子中的疏水基团与 e p s 颗粒表面产生物理结合 而极性基团与水泥颗粒之间的物理吸附作用 效果 有限 采用乳液 可分散胶粉以及三乙醇胺的原理是 采用乳液 粘结剂等配制 的溶液对e p s 颗粒润湿 利用e p s 颗粒表面的粘附的乳液 粘结剂等与水泥产 生物理粘结 从而在其表面包裹一层水泥浆体 通过干燥陈化的过程是e p s 表 面的水泥硬化形成硅酸盐外壳 工艺较为复杂 因此 本课题将采用自制的一种 低成本的e p s 表面处理剂对e p s 颗粒进行表面处理 该处理剂一方面容易润湿 e p s 表面 另一方面能与水泥快速反应形成硬化硅酸盐外壳 为了提高聚苯颗粒复合保温砂浆的力学强度 目前也展开了相关研究 除了 上述对e p s 进行表面处理外 其余研究如下 徐峰掣1 6 2 8 1 研究表明 在聚苯颗粒保温砂浆中加入玻化微珠和硅灰能明显提 高保温材料的抗压强度 玻化微珠的掺入对粘结强度影响不大 而硅灰的掺入会 改善保温砂浆与基层的界面粘结 提高粘结强度 彭家惠等 2 9 研究认为 聚丙烯纤维能提高砂浆抗折强度 显著改善砂浆抗 裂性 但对抗压强度有不利的影响 张颜科等 3 d 3 1 采用堆积密度为7 8 0 k g m 3 的页岩陶粒部分等体积取代聚苯颗 粒做保温骨料 结果表明陶粒的掺入明显增大保温砂浆的抗压强度 但导致保温 砂浆的密度明显增大 韧性降低 综合以上研究成果 本课题可通过掺入玻化微珠 硅灰 增韧纤维以及陶粒 的方式来提高保温砂浆的强度 从而使其能用于屋面保温工程 4 武汉理上火学硕士学位论文 114 聚苯颗粒复合保温系统抗裂砂浆和界面砂浆研究现状 2 0 0 4 年 建设部颁布的标准 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统 中对聚苯颗 粒外墙保温进行了规定和划分 从该标准中可知 聚苯颗粒复合保温系统基本 组成为界面砂浆 保温砂浆以及抗裂砂浆 在实际工程中 聚苯颗粒复台外墙保 温系统的基本构造均为界面砂浆 保温砂浆以及抗裂砂浆 根据需要在此基础上 进行添加不同的构造层 e p s 外保温系统如图1 2 所示 图1 2e p s 外保温系统样板 抗裂砂浆是由水泥 特细砂 粘结剂等改性外加剂按一定比例配制而成的聚 合物改性水泥砂浆 用于聚苯颗粒保温砂浆层表面 起增强保护 抗裂 防水作 用 3 2 一 因此 抗裂砂浆需要较高的抗裂性和良好的防水性能 目前 关于改善抗裂砂浆的抗裂性的有代表性的研究如下 李亚梅等口 分别研究了聚丙烯纤维 术质纤维对抗裂砂浆性能的影响 结 果显示聚丙烯纤维能改善砂浆抗裂性 但是聚丙烯纤维是有机材料 与水泥材料 存在界面薄弱的问题 对抗裂砂浆的抗压强度有不利的影响 而且 聚丙烯纤维 在砂浆中分散性不好 掺量不宜过高 对抗裂性改善有限 木质纤维在水泥中的 分散性好 但是纤维吸水性强 对砂浆工作性能影响较大 掺量也不宜过高 效 果也有限 李文超m l 将废胶粉卧等量取代石英砂的方式掺入抗裂砂浆 结果表明 废胶 粉加入可改善抗裂砂浆的韧性和抗动态开裂性能 但对抗裂砂浆的抗压强度 粘 结强度有不利影响 原因在于废胶粉与水泥基材料的相容性差 从以上研究成果中可以得出 在抗裂砂浆中掺入单一种类纤维如聚商烯纤维 或木质纤维对抗裂砂浆抗裂性改善有限 为了进一步提高抗裂砂浆抗裂性 本文 在目前抗裂砂浆基础上 采用有机长纤维与无机短纤维混杂的方式 利用纤维的 混杂效应 研究混杂纤维对抗裂砂浆性能的影响 为了提高废胶粉与水泥基材料 的相容性 本文通过对废胶粉进行表面处理 研究处理过的胶粉对抗裂砂浆性能 武汉理t 大学硕士学位论文 的影响 目前的抗裂砂浆研究均集中在研究如何减少抗裂砂浆在配制 养护过程 中的裂缝 但对抗裂砂浆在使用过程中受外在条件如外加载荷的影响而出现裂缝 还没有研究 一旦出现开裂 雨水将随裂缝渗漏到保温层中 降低其保温性能 而且裂缝会日益扩大 直至导致保温层完全失效 所以 开发一种具有裂缝自修 复功能的抗裂砂浆是有必要的 目前 关于提高抗裂砂浆防水性的研究如李文超等 8 通过外涂和内掺有机硅 防水剂来提高抗裂砂浆防水性 研究表明 无论外掺或内掺均能明显提高砂浆防 水性 内掺防水剂可降低施工难度 本文将通过内掺防水剂的方式来提高抗裂砂 浆的防水性 界面砂浆是一种界面增强材料 用于增强基层墙体与聚苯颗粒复合保温砂浆 之间的粘结性能 界面砂浆在基层墙体与聚苯颗粒复合保温材料之间形成过渡结 合层 7 1 目前 关于界面砂浆的研究较少 仅有邢献军 3 6 石宗利 3 7 1 马保国等 3 8 等申请的专利 以上专利的共同点是配方较复杂 成本也较高 本文将制备配方 简单 成本低廉的界面砂浆 1 2 本课题的研究目的和主要研究内容 聚苯颗粒保温系统主要由聚苯颗粒复合保温砂浆层 抗裂砂浆层以及界面砂 浆层组成 由于聚苯乙烯泡沫 e p s 颗粒与水泥存在密度差异大 相容性差等 问题 导致目前的e p s 颗粒复合保温砂浆施工性差 与基层的粘结强度低 容 易出现空鼓脱落 且现有的e p s 颗粒复合保温材料抗压强度较低 限制了其在 保温工程中的应用 同时目前的抗裂砂浆的抗裂性仍然较差 在应力作用下会出 现数量较多的微裂缝 界面砂浆的配方复杂 成本较高 因此 改善e p s 颗粒 与水泥的相容性 提高e p s 颗粒复合保温材料粘结强度 抗压强度以及抗裂砂 浆的抗裂性 制备配方简单 成本较低的界面砂浆 具有非常重要的意义 针对目前的e p s 保温砂浆 抗裂砂浆 界面砂浆存在的问题 本文采用e p s 颗粒表面处理的方式改善e p s 与水泥的相容性 提高保温材料与基层的粘结强 度 通过硅灰 海泡石纤维 淤泥陶粒等来提高保温材料抗压强度 使其可用于 屋面保温工程 通过混杂纤维 废胶粉 渗透结晶型外加剂等来改善抗裂砂浆的 抗裂性 采用水泥 石英砂 稠化增强剂等为原料制备配方简单 成本较低的界 面砂浆 具体研究内容如下 1 采用自制的一种e p s 表面处理剂对e p s 进行表面处理 制备具有硬化 硅酸盐外壳的e p s 复合骨料 以解决e p s 颗粒与水泥等无机胶凝材料存在密度 6 武汉理t 人学硕士学位论文 差异大 相容性不好等问题 确保制备的保温材料施工性 与基层粘结性得到改 善 2 制备高性能e p s 复合保温材料 使其能用于屋面保温工程 主要研究 硅灰 海泡石纤维 淤泥陶粒对复合保温性能的影响 确定硅灰 海泡石纤维 淤泥陶粒的合适掺量 3 制备抗裂性能优良的抗裂砂浆 通过纤维混杂 废胶粉 渗透结晶型 外加剂等来改善抗裂砂浆的抗裂性 研究混杂纤维 废胶粉表面处理 渗透结晶 型外加剂对抗裂砂浆性能的影响 通过内掺有机硅防水剂来提高抗裂砂浆的防水 性 4 以水泥 石英砂 稠化增强剂等为原料制备一种配方简单 成本较低 的界面砂浆 7 武汉理r 大学硕七学忙论文 第2 章e p s 颗粒表面处理技术研究 本文针对e p s 颗粒与水泥密度差异大 相容性不好等缺点 采用自制的e p s 颗粒表面处理剂对e p s 颗粒进行表面处理 该处理剂一方面容易润湿e p s 颗粒 表面 另一方面能与水泥快速反应形成硬化硅酸盐外壳 以经过表面处理的e p s 颗粒为原料柬制备e p s 复合保温砂浆 对处理剂用量 e p s 颗粒表面包裹水泥 用量进行了研究 2 1 实验材料 水泥 华新e o4 25 水泥 堆积密度15 0 0 k g m 3 e p s 颗粒 市售再生e p s 颗粒 堆积密度1 05 k m 3 粒径1 25 m m e p s 颗粒表面处理剂 实验室自行研制 粘结剂 美国国民淀粉生产的可分散胶粉m p 2 0 5 0 保水剂 美国国民淀粉公司提供的纤维素醚t y l o s e m h l 0 0 0 0 1 p 6 22 性能测试方法 2 21 保温砂浆导热系数测试 采用瞬念平面热源法 t p s 法 测试保温砂浆导热系数 h o t d i s k 测试仪 外观图如图2 1 所示 图2 1h o td i s k 测试仪外观图 武汉理r 大学硕 学位论文 h o t d i s k 测试仪采用一个薄层圆盘形的温度依赖电阻作为样品探头 如图 2 2 所示 图2 2 连续双螺旋结构的圆盘型平面热源探头 测试时 探头被夹在两片样品中间 形成类似三明治的结构 见图2 3 在 探头上通过恒定输出的直流电 由于温度的增加 探头的电阻发生变化 从而在 探头两端产生电压下降 通过记录在一段时间内电压和电流的变化 可以较为精 确地得到探头和被测样品中的热流信息 歹j 圈塑圈鲁f 陟 图2 3 平面热源探头放置于样品中间形成三明治结构 在钡6 试中e 录h o td i s k 探头的电阻随时间的变化 确定试样导热系数和热 扩散率的计算过程由软件自动完成 瞬态平面热源法采用加热元件与温度传感器 合一的仪器设计 实现了测试自动化 操作简单 测试时问短 精度高 而且有 很好的重复性 2 22 保温砂浆物理性能测试 1 砂浆的稠度 分层度的测定 参照j g j 7 0 1 9 9 0 建筑砂浆基本性能试验 方法 进行 印 武汉理工大学硕士学位论文 2 砂浆的湿表观密度和干表观密度的测定 参照j g l 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗 粒外墙外保温系统 进行 2 2 3 保温砂浆力学性能测试 1 抗压强度试验 参照j g j 7 0 9 0 建筑砂浆基本性能的实验方法 与 j g j l 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统 进行 试件规格为抗折强度实验 后的断面 4 0 m m x 4 0 m m 2 抗折强度试验 参照g b t 1 7 5 7 1 1 9 9 9 水泥胶砂强度检验方法 i s o 法1 进行 试件规格4 0 m m x 4 0 m m x l 6 0 r a m 3 拉伸粘结强度测试 根据j g t1 5 7 2 0 0 4 中6 1 2 的规定进行 试件规格 4 0 m m x 4 0 m m x 5 m m o 2 3e p s 颗粒表面处理方法 将e p s 颗粒加入到搅拌锅中 低速搅拌 采用本实验室自制的e p s 表面处 理剂对e p s 颗粒进行预处理 e p s 表面润湿后 保持转速不变 向搅拌锅内缓 慢一定量的撒入水泥 待e p s 颗粒表面包裹一层亲水性硅酸盐外壳 并均匀分 散开时停止搅拌 即得到表面处理e p s 保温骨料 倒出 备用 所用水泥为原 料中水泥量的一部分 2 4e p s 复合保温砂浆制备方法 将e p s 复合骨料 水泥 粘结剂 保水剂等按比例混合均匀 得到干混料 将干混料与一定量的水进行拌合 待保温材料呈膏稠状即可用于成型试件 对成 型试件进行养护 并进行相关性能测试 2 5e p 颗粒表面处理研究 为了便于研究 本文首先研究e p s 颗粒掺量对保温砂浆性能的影响 确定了 e p s 的适宜掺量 在e p s 的适宜掺量基础上开展了e p s 表面处理剂用量 e p s 表面包裹水泥用量的研究 2 5 1e p s 颗粒掺量对保温砂浆性能的影响 e p s 颗粒掺量对保温砂浆的粘结强度 导热系数以及抗压强度有很大影响 e p s 颗粒掺量过大 虽然保温砂浆具有良好的热工性能 但与基层的粘结性差 抗压强度低 e p s 颗粒掺量过小的话 保温砂浆与基层的粘结性好 但是导热系 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 数太大 保温效果不好 7 1 本文通过研究e p s 颗粒掺量对保温砂浆抗压强度 粘 结强度 导热系数的影响 确定合适的e p s 掺量 保持粉料的配合比不变 无机胶凝材料 粘结剂 保水剂 l 0 0 1 5 0 0 0 6 本试验通过e p s 颗粒和无机胶凝材料的体积质量l l e p s 体积 l 无机胶凝材料 总质量 k 来研究e p s 颗粒掺量对保温砂浆性能的影响 e p s 掺量对保温砂浆 抗压强度 拉伸粘结强度 压折比以及导热系数的影响分别见图2 4 图2 7 图2 4e p s 掺量对粘结强度的影响图2 5e p s 掺量对抗压强度的影响 图2 6e p s 掺量对压折比的影响 图2 7e p s 掺量对导热系数的影响 从图2 4 和图2 5 可以看出 随着e p s 颗粒掺量的增加 保温砂浆的粘结 强度 抗压强度明显降低 当e p s 掺量为3 1 3 时 保温砂浆粘结强度为0 1 5 m p a 抗压强度1 5 m p a 当掺量继续增加 粘结强度 抗压强度显著降低 这是由于 在保温砂浆体系中 水泥等胶凝材料形成的硬化基体相决定着保温砂浆的力学强 度 随着e p s 掺量的增加 单位体积保温砂浆中胶凝材料所占比例变少 导致 保温砂浆的粘结强度 抗压强度均显著下降 从图2 6 可以看出 保温砂浆的压 折比随着e p s 掺量增加而降低 表明保温砂浆的柔性变好 这是因为e p s 颗粒 弹性模量远低于硬化水泥基体的弹性模量 柔韧性远高于水泥基体 e p s 掺量越 多 保温砂浆柔性越好 压折比越小 武汉理工大学硕七学位论文 从图2 7 可以看出 保温砂浆的导热系数随着e p s 掺量增加而下降 但当 e p s 掺量超过4 时 导热系数下降趋势减慢 这是由于在保温砂浆中保温骨料的 掺量是保温砂浆热工性能的主要影响因素 保温导热系数随e p s 掺量增加而减 小 但是e p s 掺量大于4 时 胶凝材料用量对于e p s 越来越少 水泥对e p s 颗 粒的包裹不足 保温砂浆内部开始形成一定数量的开口空隙 导致保温砂浆导热 系数下降减缓 所以e p s 适宜掺量为e p s 颗粒和无机胶凝材料的体积质量比不 超过4 综合考虑e p s 掺量对保温砂浆粘结强度和热工性能的影响 e p s 的掺量选 为e p s 颗粒和无机胶凝材料的体积质量比等于3 3 以下实验均以该掺量为基 础 2 5 2e p s 颗粒表面处理技术及效果研究 2 5 2 1 表面处理剂用量的影响 实验室采用自制的表面处理剂对e p s 颗粒进行处理 处理剂用量 指处理 剂质量与e p s 颗粒的质量比 对e p s 骨料的密度的影响如图2 8 所示 1 2 0 堂 魁 搬 器 睦柏 o 3 4 5 表面处理剂用量 图2 8 表面处理剂用量对e p s 骨料密度的影响 e p s 颗粒堆积密度为1 0 5 k g m 3 水泥密度为1 5 0 0 k g m 3 可见两者密度差异 巨大 从图2 8 中可以看出 经过处理后 e p s 颗粒与水泥的密度差显著降低 当处理剂用量为3 5 时 e p s 骨料的密度达到最大 为1 3 0 5k g m 3 继续增大处 理剂用量 骨料密度反而下降 这是因为在e p s 用量一定的情况下 其表面所 能粘附的表面处理剂用量是一定的 而且本试验研制的表面处理剂能与水泥快速 发生反应 当处理剂用量过多时 多余的处理剂沉积在搅拌锅底 并与水泥发生 反应 导致用于包裹e p s 颗粒的水泥量不足 e p s 骨料密度下降 所以 当处 理剂的适宜用量为e p s 质量的3 5 倍 2 5 2 2e p s 表面水泥用量的影响 1 2 武汉理1 二火学硕士学位论文 采用表面处理剂对e p s 颗粒进行处理后 再以其为核包裹水泥 从而制各 亲水性e p s 骨料 最后与剩余的水泥 添加剂等二次共混制成综合性能良好的 e p s 颗粒保温砂浆 水泥用量 指水泥质量与e p s 颗粒的质量比 对e p s 骨料 的密度的影响如图2 9 所示 图2 9 水泥用量对e p s 骨料密度的影响 从图2 9 可以看出 e p s 骨料的密度随着水泥用量的增加而增大 但是当水 泥用量超过e p s 质量4 倍后 e p s 骨料密度的增加趋势变缓 这是由于在表面 处理剂用量一定的情况下 e p s 质量的3 5 倍 e p s 颗粒表面所能包裹的水泥 量也是 定的 继续增加水泥用量对骨料密度增长影响不大 水泥用量对保温砂浆分层度 湿密度 干密度 抗压强度 抗折强度以及粘 结强度的影响分别见图2 1 0 图2 玎 图2 1 2 图2 1 3 图2 一1 4 以及图2 1 5 图2 1 0 水泥用量对分层度的影响图2 1 l 水泥用量对湿密度的影响 从图2 1 0 可以看出 保温砂浆的分层度随着水泥用量的增加而逐渐下降 这是由于随着水泥用量的加大 e p s 骨料与水泥的密度差逐渐变小 骨料在砂浆 中分散性变好 上浮 现象得到改善 砂浆稳定性变好 所以分层度逐渐下降 从图2 11 和图2 一1 2 可以看出 砂浆于湿密度随水泥用量的增加而下降 但变化 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 幅度均不大 说明采用表面处理剂对e p s 进行处理后 对保温砂浆的干湿密度 影响不大 图2 1 2 水泥用量对干密度的影响图2 1 3 水泥用量对抗压强度的影响 图2 1 4 水泥用量对抗折强度的影响图2 1 5 水泥用量对粘结强度的影响 从图2 1 3 图2 1 4 可以看出 当水泥用量不超过4 0 时 保温砂浆的抗压强 度 抗折强度随水泥用量而增加 当水泥用量超过4 0 后 抗压 抗折强度反而 有一定下降 从图2 1 5 可以看出 当水泥用量增加时 保温砂浆的粘结强度也 随着增加 但水泥用量超过4 0 后 粘结强度变化很小 这是因为随着e p s 表面 包裹水泥用量的增多 e p s 骨料与水泥的粘结性能得到改善 从而砂浆力学性能 提高 但是如果用于e p s 表面包裹的水泥过多 那么砂浆中与骨料拌合的水泥 量相对不足 导致砂浆抗压 抗折强度变小 粘结强度增加变缓 综合上述 e p s 表面包裹的水泥用量确定为e p s 质量的4 倍 以下试验均 采用 处理剂用量为e p s 质量的3 5 倍 e p s 表面包裹水泥用量为e p s 质量的4 倍的方法对e p s 进行处理 2 5 2 3e p s 表面处理效果研究 1 e p s 处理前后形貌变化 用量筒量取1 l 的e p s 泡沫颗粒 采用e p s 质量3 5 倍的自制表面处理剂对 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 e p s 颗粒进行处理 再以其为核包裹水泥 从而制备e p s 骨料 处理前后形貌 变化如图2 1 6 图2 1 7 所示 i 溪鬣 图2 1 6 未处理的e p s 颗粒 图2 1 7 经过处理的e p s 骨料 从图2 一1 6 和国2 1 7 可以清楚的看出 经过处理后 e p s 颗粒表面包裹了一 层硬化的硅酸盐外壳 表明e p s 骨料与水泥具有怠好的相容性 2 e p s 骨料的亲水性改善情况 e p s 泡沫颗粒是憎水性高分子材料 经过处理后e p s 颗粒表面包裹了一层 硬化的硅酸盐外壳 从而具有一定的亲水性 本试验通过以下方法来研究e p s 骨料的亲水性 量取1 5 0 m 1 的e p s 两份 其中一份采用上述方法处理制成e p s 骨料 备用 准备两个干净烧杯 烧杯里均装有3 0 0 m l 的自来水 将来处理的 e p s 颗粒与处理过的e p s 骨料分剐倒入两个烧杯中 搅拌 放置一段时间后观 察两个烧杯中未处理e p s 颗粒与e p s 骨料的情况 晒d 图2 一1 8 未处理e p s 颗粒图2 1 9 处理后的e p s 骨料 从图2 1 8 和图2 1 9 可以看出 未经过处理的e p s 颗粒 均漂浮在水面上 表现出明显的僧水性 经过处理后的e p s 骨科 显示出了一定的亲永性 3 e p s 骨料与水泥的相容性改善情况 将来处理