超轻矿物微珠保温砂浆的研究.pdf

超轻矿物微珠保温砂浆的研究 第六图书馆 介绍一种超轻无机保温砂浆,并通过对胶凝材料与微珠的掺入比例、保温混合填料不同掺量和胶粉掺量等对超轻保温砂浆主要 性能的影响规律,以及对砂浆吸水率的研究,确定了该保温砂浆的最佳配比。并运用扫描电镜微观手段进一步对砂浆的保温机 理和材料结构特点等进行了分析。介绍一种超轻无机保温砂浆,并通过对胶凝材料与微珠的掺入比例、保温混合填料不同掺量 和胶粉掺量等对超轻保温砂浆主要性能的影响规律,以及对砂浆吸水率的研究,确定了该保温砂浆的最佳配比。并运用扫描电 镜微观手段进一步对砂浆的保温机理和材料结构特点等进行了分析。保温砂浆 微珠 胶粉 干密度 吸水率 导热系 数新型建筑材料扈士凯 王栋民 赵晖 赵誉杰 罗晓红 范德科 [1]中国矿业大学北京材料系 ,北京100083 [2]江苏常州科杰建材科技有限公司,江苏常州2131482007第六图书馆 第六图书馆 杆 巍 粉 全 国 中 文 核 心 期 刊 超轻矿物微珠保温砂浆的研究 扈士凯 ， 王栋民 ， 赵晖 ， 赵誉杰 ， 罗晓红 ， 范德科 【 1 冲 国矿业大学 北京 材料系 ， 北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 江 苏常州科杰建材科技有限公司， 江苏 常州2 1 3 1 4 8 ] 摘要 介绍一种超轻无机保温砂浆， 并通过对胶凝材料与微珠的掺入比例、 保温混合填料不同掺量和胶粉掺量等对超轻保温 砂浆主要性能的影响规律， 以及对砂浆吸水率的研究， 确定了该保温砂浆的最佳配比。 并运用扫描电镜微观手段进一步对砂浆的保 温机理和材料结构特点等进行 了分析。 关键字 保温砂浆； 微珠； 胶粉； 干密度； 吸水率； 导热系数 中图分类号 T U 5 5 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 7 0 2 X 2 0 0 7 l 1 0 0 5 9 0 4 Re s e a r c h o n e x t r a l i g h t mi ne r a l mi n u t e n e s s b e a d t h e r ma l i n s u l a t i o n mo r t a r HUS h i k a i ， WA N G D o n g mi n ， Z H A0 Hu i ， Z H A0 Y u j i e ’ ， L U OXi a o h o n ， F A ND e k e ’ 1 Ma t e r i a l d e p ．． C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 2 ．J i a n g s u C h a n g z h o u K e j i e B u i l d i n g Ma t e r i a l s L t d ． ， C h a n g z h o u 2 1 3 1 4 8 ， J i a n g s u ， C h i n a Abs t ra c t A k i n d of e x t r a l i g h t i n o r g a n i c t h e r mal i n s u l a t i o n mo r t a r i s i n t r o d u c e d a n d t h e o p t i mal mi x r a t i o i s d e t e r mi n e d b y s t u d y o n r e g u l a r r u l e of i n flu e n c e of p r o p o rt i o n of c e me n t i n g ma t e ri al a n d mi n u t e n e s s be a d ， d i ffe r e n t d o s a g e of t h e rm a l i n s u l a t i o n mi x e d s t u ffin g a n d d o s a g e of g e l a t i n e p o wd e r o n ma i n p e r f o rm anc e of e x t r a l i g h t t h e rm al i n s u l a t i o n mo r t ar a s we l l a s o n wa t e r - a b s o r p t i o n o f mo r t ar．An aly s i s i s ma d e o n t h e rm al i n s u l a t i o n me c h a n i s m and s t r u c t u r e f e a t u r e of the t h e rm al i ns u l a t i o n mo rtar b y S EM． Ke y wo r d s t h e r mal i n s u l a t i o n m o rt ar； d r y d e n s i t y ； w a t e r ab s o r p t i o n ； t h e r mal c o n d u c t i v i t y 建筑节能是我国现阶段的热点问题， 近几年涌现出了许 多种类的墙体保温材料， 每种材料各有其优缺点， 而我国又是 一 个幅员辽阔的大国，不同的地区气候特点也不一样， 南方 围护结构节能技术与北方就具有明显的差另 IJ 【” 。因此， 不可能 用同一种材料来满足不同地区的气候条件。 收稿 日期 2 o o 7 一 o 7 一 o 4 作者简介 扈士凯， 男， 1 9 8 2 年生， 河北邢台人， 硕士研究生。 地址 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 丁 l 1号 ， 电 话 1 5 8 0 1 3 6 9 1 6 3 ， E mi al s k y 7 1 2 O 8 8 1 6 3 ．c o m。 本文研究的一种超轻无机保温砂浆，是基于以一种无机 空心微珠为轻集料， 配以胶凝材料、 保温填料以及各种化学添 加剂混合而成的干粉材料， 具有较好的施工性能及保温效果。 尤其是2 0 0 7 年2月国家标准G B ／ T 2 0 4 7 3 --2 0 0 6 建筑保温 砂浆 正式实施后， 使这种保温材料得到了 进一步规范。 l 试验原材料及方法 1 ． 1 原材料 水泥 P 0 3 2 ． 5 水泥 矿物微珠 堆积密度 1 3 0 ～ 1 4 0 g ／ L ， 导热系数小于0 ． 0 5 W／ 膏的化学活性，说明少量复合激发剂就能充分激发天然硬石 膏的活性， 使其 1 d 抗压强度达到 1 0 ～ 2 0 M P a ； 2 8 d 抗压强度 达3 5 ～ 4 5 M P a ， 4 8 h 饱水软化系数为0 ．5 5 ～ 0 ． 7 0 。 3 适当配合比范围内， 自 配复合激发剂的用量越高， 激 发效果越好。当复合激发剂用量为3 1 ． 5 ％时， 1 d 抗压强度超 过2 0 M P a ， 2 8 d 抗压强度超过6 0 M P a 。 4 天然硬石膏在自配复合激发剂作用下， 水灰比为0 ． 2 8 时， 初凝时间6 5 ～ 1 1 5 ra i n ； 终凝时间9 5 ～ 1 3 5 ra i n ， 符合常规建 筑施工的技术要求。 参考文献 【 1 】 李国卫， 朱宏平， 魏小胜， 等． 复合激发天然硬石膏胶凝材料的试 验研究棚， 非金属矿， 2 0 0 5 ， 1 1 6 1 ． 4 ． A NE W BUI L D1 NG MAT E RI AL S 59 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 扈士凯， 等 超轻矿物微珠保温砂浆的研究 m‘ K ； 轻质保温填料 自 制； 可再分散乳胶粉 瓦克公司V I N N A P A S R L 5 5 1 Z ； 憎水材料 瓦克有机硅憎水材料； 其它添加剂。 1 ． 2 实验方法 1 强度、 干密度、 湿密度和导热系数 按照G B ,r F 2 0 4 7 3 ～ 2 0 0 6 建筑保温砂浆 进行测试。 2 体积吸水率 按照D G J 3 2 ／ J 2 2 2 0 0 6 水泥基复合保 温砂浆建筑保温系统技术规程 中的规定进行测试。 2 实验结果分析 2 ． 1 胶集 比对材料性能的影响 本保温砂浆中所用的集料为矿物空心微珠， 其堆积密度 约为 1 3 0 g ／ L ， 导热系数很小『 ， J 、 于0 ．0 5 W／ m K o而胶凝材 料中除了一些矿物掺和料、 填料及助剂外， 很大部分是水泥。 普硅水泥的堆积密度一般大于1 0 0 0 g ／ L ，导热系数一般约为 0 ． 2 9 w m K ， 而粉煤灰的堆积密度约为8 0 0 玑 ， 导热系数 为0 ． 2 3 W， m K 。 无机保温材料的干密度是影响材料导热系 数的一个重要因素， 一般来说， 材料的干密度越小， 其导热系 数也会相应减小， 另外， 保温砂浆强度是随干密度的增加而 增大圆 。因此要想获得较小的干密度及导热系数， 有必要对胶 凝材料和微珠掺入的最佳比例进行研究。表1 为胶凝材料与 微珠比例对保温砂浆性能影响的试验结果。 表 1 胶凝材料与微珠比例对保温砂浆性能的影响 从表 1 可以看出， 随着胶集比的增加， 经搅拌 1 8 0 s 后， 混合料的干堆积密度逐渐增大， 加适量水达到合适的施工性 能， 成型试块烘至恒重后， 试块的干密度随着胶集比的增加 而增大。 2 8 d 强度符合这一规律， 但是胶集比大于0 ． 9 时强度 增加的量极小， 因为砂浆强度还取决于集料微珠的强度。虽 然胶集比0 ． 5 时， 干密度只有2 8 7 ． 5 g 几， 导热系数也很小， 但 其抗压强度仅有 1 7 0 k P a ， 低于G B ／ T 2 0 4 7 3 --2 0 0 6 建筑保温 砂浆 标准要求， 而胶集比为0 ． 6 1 0时， 抗压强度和导热系 数均符合标准要求。 6 0 新型建筑材料 2 0 0 7 ． 1 1 2 ． 2 保温混合填料的掺量对干密度的影响 为 提高 保温砂浆的施工性能 及保温效果， 我们 分别 选取 了粉煤灰、 重钙粉、 硅灰和硅藻土4 种填料， 粉煤灰、 重钙粉的 作用主要是降低成本， 改善浆料的施工性能， 而硅灰和硅藻土 为轻质材料， 导热系数也比粉煤灰小很多， 主要作用是降低材 料的密度， 提高保温效果。 4 种材料按照一定的配比组成了保 温砂浆的保温混合填料。表2 为保温混合填料不同掺量对砂 浆性能的影响。 表 2 保温填料对保温砂浆性能的影响 从表2 可以 看出， 由于保温混合填料中含有大量轻质材 料， 所以在其它条件相同时， 随保温填料掺量的增大， 材料 的干堆积密度与加水后湿料浆的密度都逐渐减小， 保温砂浆 成黏稠的蓬松状； 但当保温填料掺量大于 1 3 ％时， 砂浆干密 度又有所增加， 这是由于随着填料增加到一定程度， 保温砂 浆的施工性能变得越来越差， 而且保持性也变差， 搅拌完不 一 会就逐渐变得干散， 所以成形的试块变得干硬， 导致干密 度最后有所上升， 导热系数也是随着干密度的变化而呈正比 变化； 而抗压强度却是先有所增大， 然后出现下降， 最后又 上升的变化规律。这是因为开始随着填料的加入， 保温砂浆 里的轻质材料 如硅灰 密实了浆体结构， 使得强度上升， 但 是随着填料掺量的加大， 水泥的比例相对减少， 强度出现下 降的趋势， 最后由于填料太多， 砂浆的工作性完全丧失， 需 一 定的外力才能将试块成型， 所以试块的干密度特别大， 强 度也增加了。 综合平衡材料的干密度 可表征保温效果 和强度后保温 混合填料的最佳掺量在 1 3 ％左右。 2 ． 3 胶粉对保温砂浆性能的影响 试验采用的胶粉为德国瓦克公司V I N N A P A S R L 5 5 1 Z ， 是 一 种抗皂化的可再分散醋酸乙烯一 乙烯共聚胶粉， 可以提高材 料的粘结性能和内聚力翻 。 胶粉对粘结强度的增加效果较为清 楚， 一般胶粉掺量越大， 保温砂浆的粘结强度越高， 但是掺量 达到一定值时， 粘结强度增加不明显。 本文主要讨论胶粉掺量 对保温砂浆湿密度及抗压强度的影响，其结果分别见图1 和 图2 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 0 一 黼 赠 扈士凯， 等 超轻矿物微珠保温砂浆的研究 胶粉掺量／ ％ 图 1 胶粉掺 量对保温砂浆湿密度的影响 由图1 可知， 加水搅拌后砂浆的湿密度随着胶粉掺量的 增加而逐渐减小， 这是由于高分子材料加水经机械搅拌后引 入了气泡， 这在一定程度改善了砂浆的工作性能， 同时也降 低了砂浆的湿密度以及成型后试块的干密度， 因此， 导热系 数也会随着干密度的降低而减小； 而且据瓦克公司技术人员 介绍， 胶粉有引气作用， 胶粉掺量约 1 0 ％时， 会有3 ％ 左右的 引气量。 图 2 胶粉掺量对保温砂浆抗压强度的影响 由图2 可知， 随胶粉掺量的增大， 保温砂浆的抗压强度开 始上升， 随后不断地下降。这是因为在胶粉掺量较少时， 浆料 的工作性和粘聚力差， 胶凝材料与微珠并没形成良好的紧密 包裹， 所以掺量为 1 ． 5 ％的试块比掺量为2 ％的试块强度低； 但 是随着胶粉掺量的不断增加， 引气的影响变为主要因素， 试块 的孔隙率不断增大， 在相同水灰比下， 抗压强度自 然不断地下 降， 胶粉的最佳掺量在2 ％～ 3 ％。掺入胶粉能提高水泥基材料 的抗压强度的观点是片面的。 因此， 可以说保温砂浆的抗压强 度主要取决于水灰比和含气量的大4 , t J 。 2 ． 4 保温砂浆的耐水性 保温砂浆一个明显的缺点就是吸水率过大，这样即便导 热系数很低， 一接触到水就会吸收大量的水， 保温效果也就丧 失-5 l， 而且往往干密度越低， 体积吸水率越大， 这是因为干密度 越低， 保温砂浆的孔隙越多， 吸水率越大。未处理的普通砂浆 平均体积吸水率 1 h 约为2 5 ％。 为解决这一问题，我们采用几种憎水材料对砂浆进行处 理。实验发现， 未处理的砂浆压入水中后， 立即有一连串的气 泡冒出， 说明砂浆吸水把空隙中的气泡赶了出来； 而用增水材 料处理后成型的试块， 压入水中后冒出的气泡极少， 浸泡 1 h 后称量， 砸开后发现只有表面一层湿润。 这说明憎水材料硬化 后形成的膜阻塞了毛细孔道， 阻止了水的进入。 增水材料处理 过的砂浆， 在一定掺量下， 体积吸水率为4 ％左右， 符合D G J 3 2 ／ J 2 2 --2 0 0 6 标准中低于 1 0 ％的要求。 3 微观实验及分析 ’ 3 ． 1 试验样品的准备 所用样品为实验中的普通配方成型做砂浆抗压强度试验 的试件， 在标准养护箱中分别养护至7 、 l 4 、 2 8 d 后， 首先进行 抗压强度试验，然后从碎块中取出1 块在过量无水乙醇溶液 浸泡2 一 d ， 然后放入烘箱中烘干， 温度控制在4 5 ～ 5 0 ℃， 用塑料 袋密封后， 放入装有干燥剂的玻璃器皿中备用。 3 , 2 试验结果与分析 砂浆的微观结构扫描电镜照片见图3 ，图3中a -, b 、 C 分 别为养护7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 的砂浆； a L 1 、 a 一 2 、 a 一 3 、 b 1 、 b 一 2 、 b 一 3 、 c 1 c 一 2 分别代表砂浆在相应龄期的不同 部位的形貌特点。 ’ l 一 一 一 一 ．一 一 ■l b 一 3 ll 4d c 1 2 8 d c 一 2 2 8d 图 3 养护 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d砂浆的扫描电镜 照片 N E W BU r L DI NG MAT E RI AL S 61 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆