不同级配玻化微珠—聚苯乙烯颗粒双掺建筑保温砂浆研究

1、不同级配玻化微珠聚苯乙烯颗粒双掺建筑保温砂浆研究时间:2009-07-07 11:06来源:砂浆科技网 作者:益生宜居 点击: 195次 广东工业大学建设学院 李友群 【摘 要】分析在其它组分不变的情况下，玻化微珠与聚苯颗粒不同体积掺合比对砂浆的干密度、导热系数和强度的影响。当聚苯颗粒的体积掺量为骨料的50%时，保温砂浆的各项性能指标均达到GB/T 20473-2006建筑保温砂浆标准要 广东工业大学建设学院  李友群【摘  要】分析在其它组分不变的情况下，玻化微珠与聚苯颗粒不同体积掺合比对砂浆的干密度、导热系数和强度的影响。当聚苯颗粒的体积掺量为骨料的50%时，保温砂浆的

2、各项性能指标均达到GB/T 20473-2006建筑保温砂浆标准要求。【关键词】玻化微珠；聚苯乙烯颗粒；保温砂浆前言：实施建筑节能必须大幅度提高外围护结构的热工性能，目前，外围护结构保温系统种类繁多，且均有其优缺点。本文分绍一种双掺轻质骨料保温砂浆玻化微珠-聚苯乙烯保温砂浆，该砂浆既克服了聚苯颗粒耐热性能、粘结性能差，强度低，易空壳开裂的缺点，又克服了现有玻化微珠颗粒小，以致水泥用量大，保温性能差的缺点，具有强度高，粘结性、保温和抗裂性能好，施工简便等优点。一、研究机理保温砂浆应具备良好的保温隔热性能，综合性能好的保温砂浆还要有一定的防火、耐水、抗裂、耐久等优异性能。本试验研究的玻化微珠-聚苯

3、乙烯保温砂浆以水泥、玻化微珠、聚苯颗粒为主要成分，掺加粉煤灰、抗裂纤维和化学添加剂等组成。1.1 保温基材玻化微珠是一种无机非金属轻质绝热颗粒材料，由火山岩矿石中的松脂岩经破碎、筛分、高温瞬时燃烧膨胀玻化而成。性能优良的玻化微珠呈不规则球状体，内部空腔结构，具有质轻、保温隔热性能好、耐老化的优点，表面玻化封闭、光滑，具有良好的憎水性，理化性能稳定。玻化微珠的球形表面能增加砂浆的流动性，减小用水量，内部多孔空腔结构发挥保温作用，同时增加颗粒的强度。因此，以玻化微珠作为轻质骨料可以降低保温砂浆的干密度和导热系数，提高保温效果，并且具有较高的抗压强度。由于无机保温材料的干密度是影响材料导热系数和强度

4、的一个重要因素，当干密度减小时，保温砂浆的导热系数相应减小，强度也随着降低。通过综合比较分析，一般堆积密度在110-140kg/m3的玻化微珠，从粒径大小、球状度优劣、玻化度高低等方面考虑适宜以单一骨料的形式配制保温砂浆，而堆积密度小于100kg/m3的玻化微珠颗粒，因颗粒偏小、粉尘大、玻化度不足等问题造成水泥用量和吸水率大，应配合导热系数更低的超轻保温材料使用更为适宜。聚苯颗粒属有机类材料，球形度好，吸水率低，导热系数小一般小于0.041W/(m.K)，保温性能优良，堆积密度约为玻化微珠的1/10，但颗粒级配差，空隙率大，与水泥胶凝强度低，耐高温及抗老化性差。因此，采用双掺骨料技术将玻化微珠

5、、聚苯颗粒以适当比例掺合使用，既可以克服玻化微珠吸水率大、产品后期保温性能降低等缺陷，又可以改善骨料级配，减小水泥用量，满足干密度要求，而且保温效果良好。1.2 胶凝材料由于玻化微珠和聚苯颗粒的自身强度很小，主要发挥保温作用，难以起到骨料的作用，砂浆的强度主要由水泥等胶凝材料提供。普通砂浆的胶凝材料采用32.5R的水泥基本可以满足强度要求。在保温材料中，胶凝材料与保温骨料的比例对材料性能影响很大，随着保温骨料比例的增加，干密度与导热系数逐渐减小，保温效果提高，但抗压强度下降。为了弥补掺加轻骨料的强度损失，胶凝材料宜选用强度等级为42.5的水泥。为了改善砂浆的工作性能和保温效果，减小干密度并降低

6、成本，改善砂浆的和易性及保水性，还需掺加适量的粉煤灰替代部分水泥。粉煤灰的掺入会降低砂浆的早期强度，但28d后强度超过不掺粉煤灰的砂浆，掺量以水泥质量的10%-20%为宜，当粉煤灰掺量为20%时，强度最高，掺量过大将降低胶凝材料的粘结力。1.3 化学添加剂仅以前述几种材料制备的试块呈现蓬松状态，粘结力差，连通孔道多，体积吸水率大，干密度小，保温效果不佳。为了封堵这些连通孔道，增加砂浆稠度，必须采用化学添加剂（可再分散乳胶粉、冷水溶聚乙烯醇粉以及纤维素醚）对砂浆进行憎水、保水处理。可再分散乳胶粉是高分子聚合物乳液经喷雾干燥以及后续处理而成的粉状热塑性树脂，它与无机胶凝材料及各种骨料混合制成干粉砂

7、浆，加水搅拌后，胶粉颗粒可快速分散到水中，随着界面对水分的吸收、水化反应的消耗、向空气的挥发，水分逐渐减少，胶粉颗粒逐渐靠近，相互融合，最终聚合成膜，这种聚合物膜可构成孔壁的一部分，从而对砂浆的高孔隙构造起到封闭的作用，同时也增加了砂浆内聚力、粘聚力与柔韧性。冷水溶聚乙烯醇粉颗粒细小，添加量小，易于分散，具有良好的成膜性、粘结性和拉伸强度，可防止砂浆开裂、脱离，增加粘结强度和平滑性。同时聚乙烯醇粉无毒、无味，绿色环保。纤维素醚属于流变改性剂，起保水增稠作用。影响砂浆保水效果的因素有纤维素醚的添加量、黏度、颗粒的细度及使用环境的温度等。纤维素醚添加量的增加、黏度越大、颗粒的细度越细、使用环境的温

8、度下降，均可使砂浆的保水性能提高。1.4 抗裂纤维聚丙烯纤维（PP纤维）在混凝土中具有抗裂、防火的作用。在保温砂浆的研究中，为了改善砂浆的抗裂、防火性能，也可掺入一定量的聚丙烯纤维，将其均匀分布于砂浆中，可有效阻止砂浆在硬化初期形成的微型裂缝继续扩展。纤维的掺量约为胶凝材料质量的0.5%-1.0%，长度以5-8mm为宜，如果掺量过高或长度过长均易使用砂浆的和易性变差，影响保温砂浆的施工性能。二、试验化学添加剂：北京万博汇佳科贸有限公司产，可再分散乳胶粉Novena28、冷水溶聚乙烯醇粉2488BNE-118、HPMC羟丙基甲基纤维素醚（黏度10万mPa.s）。抗裂纤维：聚丙烯短纤维，长度5-8

9、mm。2.2 试验方法本试验主要研究在固定胶凝材料用量的情况下，玻化微珠与聚苯颗粒不同体积掺合比例对砂浆的干密度、导热系数和强度的影响，确定最佳配合比。经过大量试验，胶凝材料/骨料以每100kg胶凝材料配600L保温骨料为基准，具体材料用量见表2。保温骨料的聚苯颗粒以不同体积掺量进行试验，不同体积比例的骨料的堆积密度和颗粒级配见表3。 三、试验结果分析在固定胶凝材料用量的情况下，不同聚苯颗粒占骨料体积百分比对保温砂浆性能的影响见表4。试验分别按不同比例准确称量各种原材料。先将水和各种粉料倒入锅内拌匀，由于玻化微珠在砂浆搅拌过程容易破碎，破碎后的玻化微珠失去了封闭的玻璃体的保护，导致吸

10、水率增大，所以轻骨料在最后加入搅拌锅内。为了在搅拌过程把玻化微珠的破碎率降到最低，应选用低转速立转式搅拌机，搅拌速度不大于18转/min，搅拌时间为3min。搅拌过程发现内部多孔空腔的球形骨料有利于提高砂浆的流动性，降低其在砂浆中的磨擦，同时减少了的搅拌时间；随着聚苯颗粒体积比例的增加，砂浆越来越疏松。成型试块养护并烘干至恒重后进行试验。砂浆试块志型及试块的抗压强度、干密度、导热系数测试参照GB/T 20473-2006建筑保温砂浆进行。  由表4可以看出，在其它组份不变的前提下，随着聚苯颗粒体积比例的增加，砂浆的强度、干密度、导热系数逐渐降低。聚苯颗粒掺量由17%增加到3

11、3%时，干密度和抗压强度降幅均达33%左右。这是由于聚苯颗粒粒径较玻化微珠大，比表面积小，需要包裹骨料的胶凝浆料较少，而且聚苯颗粒的自身强度与堆积密度都比玻化微珠要低。而抗拉强度降幅约19%，降幅较少与掺加抗裂纤维有很大关系。当聚苯颗粒掺量继续增加时，干密度与强度降幅趋于平缓，这是因为保温砂浆的性能还与水灰比有很大的关系。当聚苯颗粒的体积掺量为17%时，虽然强度满足GB/T 20473-2006要求，但干密度和导热系数均不符合标准要求；当聚苯颗粒掺量为67%时，干密度、导热系数满足标准要求，但抗压强度远远低于标准要求。当聚苯颗粒体积掺量为50%时，砂浆的各项性能指标均达到标准要求，工作性能良好。四、结语（1）在玻化微珠中掺加聚苯颗粒，可改善骨料级配，糅合了聚苯颗粒的堆积密度、导热系数小，玻化微珠强度较大等优点，具有强度高、保温抗裂性能较好、施工性能好等优点，可改善目前玻化微珠市场上普遍存在的颗粒粒径小、粉尘含量高、球形度差、玻化度不足等质量问题。（2）为弥补掺加轻质骨料后砂浆强度的损失，降低保温砂浆的干密度，胶凝材料选用强度等级为42.5的水泥，并配合20%的粉煤灰使用。以100kg胶凝材料