龔建清 孫凱強

摘 要：研究了當水膠比分別為1.2， 1.3， 1.4和 1.5時，?；⒅楸厣皾{的干燥收縮、抗壓強度、抗折強度、干密度、導熱系數(shù)等性能指標.通過壓汞試驗和SEM掃描電鏡分析，從微觀角度進一步揭示了?；⒅楸厣皾{的性能指標隨水膠比變化的原因.試驗結果表明：?；⒅楸厣皾{的干燥收縮隨著水膠比的增大呈現(xiàn)明顯增大的趨勢；當水膠比一定時，玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮早期增長速率較快，后期增長速率較慢；當水膠比分別為1.3， 1.4和1.5時，玻化微珠保溫砂漿的抗壓強度、抗折強度、干密度、導熱系數(shù)與水膠比為1.2時相比均有了較為明顯的變化，抗壓強度分別下降了13.1%，40.0%和73.8%；抗折強度分別下降了18.8%，35.7%和77.7%；干密度分別減小了8.3%，19.4%和33.3%；導熱系數(shù)也分別下降了4.6%，11.3%和21.4%.?；⒅楸厣皾{的各項性能隨著水膠比的變化，產(chǎn)生了明顯的變化.通過壓汞試驗和SEM分析發(fā)現(xiàn)，隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿內部孔隙增多.

關鍵詞：?；⒅楸厣皾{；水膠比；干燥收縮；抗壓強度；抗折強度

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A

目前，我國建筑能耗在社會總能耗中占很大的比重，因此建筑節(jié)能對于我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是至關重要的.而建筑節(jié)能的關鍵在于提高建筑圍護墻體的隔熱和保溫性能，以減少室內的熱量損失，節(jié)約能源[1-3].外墻外保溫體系是提高墻體隔熱、保溫性能的一項十分有效的措施.目前常用的外墻外保溫體系包括以聚苯顆粒和聚苯板等有機保溫材料為主的保溫體系，和以?；⒅楸厣皾{、膨脹蛭石保溫砂漿等無機保溫材料為主的保溫體系[4-5].有機保溫材料的保溫性能很好，但是其耐久性不好，與建筑結構壽命不同步，耐火性差.特別是2009年央視大樓和2010年上海浦東路兩棟教師公寓大樓，由于有機保溫材料燃燒，導致火災事故，給人們的生命財產(chǎn)帶來了巨大的損失，讓人們對有機保溫材料的使用更加謹慎，逐漸開始用無機保溫材料替代有機保溫材料[6-7].

?；⒅楸厣皾{具有防火阻燃性能優(yōu)良、保溫隔熱性能好、綠色環(huán)保等優(yōu)點，開始受到人們的重視[8-9].玻化微珠保溫砂漿主要由?；⒅檩p集料，水泥等膠凝材料，以及可再分散乳膠粉、纖維素醚、聚丙烯纖維、引氣劑等外加劑組成[10-11].國內外已有學者對?；⒅楸厣皾{進行了一系列的研究.Derek等[12]通過試驗研究了以膨脹玻化微珠為輕質骨料的輕質砂漿的力學性能.方明暉等[13]對?；⒅楸厣皾{的熱工性能和力學性能進行了研究.周福忠等[14]對聚苯顆粒-?；⒅閺秃媳厣皾{的防火性能進行了研究.目前，國內外對?；⒅楸厣皾{的研究主要集中在改變各種外加劑的摻量，來研究其物理、力學、熱工及防火性能的變化.而水膠比對?；⒅楸厣皾{性能的影響，卻鮮有人研究.由于?；⒅楸厣皾{的各項基本性能隨著水膠比的不同有著很大的差異，因此本文對不同水膠比下?；⒅楸厣皾{的各項基本性能作進一步研究.

1 實 驗

1.1 實驗材料

硅酸鹽水泥為湖南韶峰水泥集團有限公司生產(chǎn)的“韶峰牌”P.O.42.5水泥，水泥的化學成分見表1；玻化微珠由河南信陽華南無機保溫建材廠生產(chǎn)，堆積密度為90～110 kg/m3，導熱系數(shù)為0.037 W/（m·K），體積吸水率為39.5%；有機纖維是山東魯峰網(wǎng)業(yè)公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維，彈性模量為4 800 MPa，斷裂伸長率為19%；可再分散乳膠粉由河北鼎盛孚美科技有限公司生產(chǎn)，平均粒徑為80 μm，固含量為（99±1）%；引氣劑選用的是由上海銀聰新材料公司生產(chǎn)的十二烷基硫酸鈉k12引氣劑，pH值為6.5～7.5，溶于水，微溶于醇；羥丙基甲基纖維素醚（HPMC）由鄭州鑫鑫食化生產(chǎn).

1.2 配合比

本文研究不同水膠比對?；⒅楸厣皾{干燥收縮、抗壓強度、抗折強度、干密度、導熱系數(shù)的影響.選取基本配合比：水泥∶?；⒅椤镁郾├w維∶可再分散乳膠粉∶引氣劑∶纖維素醚=1∶0.65∶0.003∶0.01∶0.001∶0.007.瞿曉玲等在水膠比為1.0的基礎上，對?；⒅楸厣皾{收縮進行了研究[15].陳曉莉在水膠比為1.3的基礎上通過正交試驗，研究了?；⒅楸厣皾{的性能[5].因此本文參考已有研究，選取水膠比為1.2， 1.3， 1.4和1.5進行試驗.

1.3 測試方法

1.3.1 干燥收縮

?；⒅楸厣皾{的干燥收縮測試參照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》.每個配合比成型3個40 mm×40 mm×160 mm的試件.首先準備好40 mm×40 mm×160 mm兩端帶孔的三聯(lián)試模，安裝收縮測頭.然后將拌合好的砂漿澆入試模中，放置到振動臺上，振動1 min，成型后，立刻將試件帶模放入標準養(yǎng)護室中，7 d以后拆模.拆模后立即將試件放入溫度為（20±2）°C、相對濕度為（60±5）%的恒溫恒濕室中，并在4 h后測量試塊的初始長度.于7 d，14 d，21 d，28 d，56 d，90 d后測量試塊的變形讀數(shù).?；⒅楸厣皾{的干縮率按式（1）計算[16]，收縮試驗用SP175型比長儀.

2 結果和討論

2.1 水膠比對?；⒅楸厣皾{干燥收縮的影響

圖1表示不同水膠比對?；⒅楸厣皾{干燥收縮的影響.當水膠比為1.2時，?；⒅楸厣皾{在7 d， 14 d， 21 d， 28 d， 56 d和90 d的干縮率分別為0.043 4%，0.067 8%，0.082 1%，0.086 2%，0.089 3%和0.091 2%.可以看出，其干燥收縮前期增長得比較快，隨著時間的推移，增長得越來越慢，到了第90 d，干燥收縮增長得已經(jīng)十分緩慢了.這主要是由膠凝材料早期的水化不充分，基體內部的毛細孔水、吸附水及層間水含量較多、水分蒸發(fā)較快所導致.隨著齡期的增長，基體內水分逐漸變少，水分蒸發(fā)變慢而導致基體收縮變平緩.當水膠比分別為

當?；⒅楸厣皾{的水膠比為1.2， 1.3， 1.4和1.5時，其抗壓強度分別為2.14 MPa，1.86 MPa，1.37 MPa和0.56 MPa；抗折強度分別為1.12 MPa，0.91 MPa，0.72 MPa和0.25 MPa.其他組與水膠比為1.2組相比，抗壓強度分別降低了13.1%，40.0%和73.8%；抗折強度分別降低了18.8%，35.7%和77.7%.由此可知，隨著水膠比的增大，?；⒅楸厣皾{的抗壓強度和抗折強度均呈現(xiàn)下降的趨勢.這是因為隨著水膠比的增大，在玻化微珠保溫砂漿的凝結硬化過程中，水分的散失增多，從而在其內部留下的孔隙也變多，故而導致其抗壓強度和抗折強度均降低[20-21].當玻化微珠保溫砂漿的水膠比達到1.5時，其抗壓強度、抗折強度有了更加明顯的減小.

21.4%.由此可以看出，隨著?；⒅楸厣皾{水膠比的增大，其導熱系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢.這是由于水膠比的增加，使?；⒅楸厣皾{在凝結硬化后，其內部的孔隙大量增加.而氣體的導熱系數(shù)要明顯低于固體[23]，故而隨著水膠比的增大，?；⒅楸厣皾{的導熱系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢.

2.5 水膠比對28 d?；⒅楸厣皾{孔隙率的

影響

從表2可以看出， 隨著水膠比的增大，?；⒅楸厣皾{的孔隙率逐漸增大.這是因為水膠比增大時，?；⒅楸厣皾{內部殘留的水分增多，因此其在干燥環(huán)境下，失去的水分也增多，從而導致孔隙率隨水膠比增大而增大.所以水膠比變大時，其失水量也變大，故而干燥收縮增大.并且隨著水膠比的增大，孔隙率也會相應增大，故保溫砂漿的強度會下降；熱量在固體材料中的傳遞是通過原子的熱振動實現(xiàn)的，而孔隙中氣體的傳熱是通過氣體分子之間的碰撞實現(xiàn)的.由于?；⒅楸厣皾{是氣固兩相的混合物，其綜合傳熱主要是這2種傳熱行為共同作用的結果.保溫砂漿中孔隙率越大，熱量就愈加頻繁地從固體向氣體、氣體向固體來回切換，這樣就大大降低了其熱傳導速率，因此其導熱系數(shù)隨著水膠比的增大而降低[24-25]；隨著水膠比增大，保溫砂漿孔隙率增大，固體含量減少，因此其干密度減小.

間出現(xiàn)了大量的孔隙，且孔隙尺寸明顯變大.因為干燥收縮，抗壓強度、抗折強度、干密度、導熱系數(shù)都與玻化微珠保溫砂漿內部密實度有直接的關系.因此隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮增大，抗壓強度、抗折強度、干密度以及導熱系數(shù)均減小.

3 結 論

1） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮呈現(xiàn)增大的趨勢.且當水膠比一定時，其干燥收縮早期增長速率較快，后期增長速率較慢.

2） 隨著水膠比的增大，?；⒅楸厣皾{的抗壓強度、抗折強度均呈現(xiàn)減小的趨勢.水膠比為1.3，1.4和1.5的保溫砂漿，與水膠比為1.2的保溫砂漿相比，其抗壓強度分別下降了13.1%，40.0%和73.8%；抗折強度分別下降了18.8%，35.7%和77.7%.

3） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的干密度呈現(xiàn)減小的趨勢.水膠比為1.3，1.4和1.5的3組，與水膠比為1.2的組相比，其干密度分別減小了8.3%，19.4%和33.3%.

4） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿的導熱系數(shù)呈現(xiàn)減小的趨勢.另外3組與水膠比為1.2的組相比，其導熱系數(shù)分別下降了4.6%，11.3%和21.4%.

5） 隨著水膠比的增大，玻化微珠保溫砂漿內部的孔隙率逐漸增加.

6） 本文從不同水膠比出發(fā)，對玻化微珠保溫砂漿的性能進行研究.結果表明，水膠比對?；⒅楸厣皾{的性能影響較大.因此在配制?；⒅楸厣皾{時，應根據(jù)想要得到的性能指標，選擇合適的水膠比.

參考文獻

[1] YAN X， ZHE M. Evaluation of residential energysaving buildings based on grey relational analysis method[J]. Procedia Engineering， 2012，29（4）：3149-3153.

[2] XU L， LIU J， PEI J， et al. Building energy saving potential in Hot Summer and Cold Winter （HSCW） Zone， China—Influence of building energy efficiency standards and implications[J]. Energy Policy，2013，57： 253-262.

[3] 龔光彩， 蔡立群， 王平， 等. 建筑圍護結構節(jié)能設計火用分析及CO2排放研究[J]. 湖南大學學報： 自然科學版， 2015， 42（1）： 109-114.

GONG Guangcai， CAI Liqun， WANG Ping， et al. Research on the exergy and CO2 emissions of the energysaving design of building envelope[J]. Journal of Hunan University： Natural Sciences， 2015， 42（1）： 109-114. （In Chinese）

[4] HONG T Z. A close look at the China design standard for energy efficiency of public building[J]. Energy and Building， 2009， 41（4）： 426-435.

[5] 陳曉莉， 呂淵. ?；⒅楸厣皾{配合比的正交試驗研究[J]. 混凝土與水泥制品， 2012（2）：49-51.

CHEN Xiaoli， LV Yuan. The study about the orthogonal test of mix ratio of vitrified microsphere insulation mortar[J]. Concrete and Cement Products， 2012（2）：49-51. （In Chinese）

[6] GABBAR H A， MUSHARAVATI F， POKHAREL S. System approach for building energy conservation[J]. Energy Procedia， 2014，62： 666-675.

[7] FAYEZ A， FIROZ A， IFTEKHAR K， et al. Effect of climates and building materials on house wall thermal performance[J]. Procedia Engineering， 2013，56：661-666.

[8] BENMANSOUR N， AGOUDJIL B， GHERABLI A， et al. Thermal and mechanical performance of natural mortar reinforced with date palm fibers for use as insulating materials in building[J]. Energy & Buildings， 2014，81：98-104.

[9] ZHANG W Y， MOHAMED Z， YUKIO H. Influence of aggregate materials characteristics on the drying shrinkage properties of mortar and concrete[J]. Construction and Building Materials， 2013， 49（12）： 500-510.

[10]NGUYEN Q， JIANG L H， LIU J P， et al. Influence of shrinkagereducing admixture on drying shrinkage and mechanical properties of highperformance concrete[J]. Water Science and Engineering， 2008，1（4）：67-74.

[11]LAI J Y， ZHANG L F， QIAN X Q， et al. Influence of superplasticizers on early age drying shrinkage of cement paste with the same consistency[J]. Journal of Wuhan University of Technology： Materials Science Edition， 2014， 29（6）：1201-1207.

[12]DEREK K， VIVEK B. Mechanical properties and size effects in lightweight mortars containing expanded perlite aggregate[J]. Materials and Structures， 2011，44（4）：735 748.

[13]方明暉， 毛金萍， 朱蓬萊， 等. ?；⒅閷o機輕集料保溫砂漿性能的影響[J]. 新型建筑材料， 2010，37（2）：24-28.

FANG Minghui， MAO Jinping， ZHU Penglai， et al. Influence of glazed hollow bead on the performance of inorganic lightweight aggregate thermal insulation mortar[J]. New Building Materials， 2010，37（2）： 24-28. （In Chinese）

[14]周福忠， 彭家惠， 康蘇芳， 等. 聚苯顆粒玻化微珠復合防火保溫砂漿的研究[J]. 非金屬礦， 2013， 36（6）： 39-41.

ZHOU Fuzhong， PENG Jiahui， KANG Sufang， et al. Study on polystyrene particlesvitrified small ball composite fireproofing and thermal insulating mortar[J]. Non Metallic Ore， 2013，36（6）：39-41.（In Chinese）

[15]瞿曉玲， 趙旭光. 組分對?；⒅楸厣皾{干燥收縮的影響[J]. 材料科學與工程學報， 2015，33（2）：283-287.

QU Xiaoling， ZHAO Xuguang. Component effect on drying shrinkage of glazed hollow bead thermal insulation mortar[J]. Journal of Materials Science and Engineering， 2015，33（2）：283-287. （In Chinese）

[16]JCJ/T 70—2009 建筑砂漿基本性能試驗方法[S].北京：中國標準出版社， 2009： 16-17.

JCJ/T 70—2009 Test method for basic performance of building mortar[S]. Beijing： Standards Press of China， 2009：16-17.（In Chinese）

[17]GB/T 17671—1999 水泥膠砂強度檢驗方法[S]. 北京：中國標準出版社，1999： 8-9.

GB/T 17671—1999 Test method for strength of cement mortar[S]. Beijing： Standards Press of China， 1999： 8-9. （In Chinese）

[18]GB/T 5486.3—2001 無機硬質絕熱制品試驗方法： 密度、含水率及吸水率[S]. 北京：中國標準出版社， 2001：13.

GB/T 5486.3—2001 Test methods for inorganic rigid thermal insulation： density， moisture content and water absorption[S]. Beijing： Standards Press of China， 2001：13. （In Chinese）

[19]GB/T 10294—2008 絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關特性測定：防護熱板法[S]. 北京：中國標準出版社， 2009：9.

GB/T 10294—2008 Thermal insulation—determination of steadystate thermal resistance and related properties—guarded hot plate apparatus[S]. Beijing： Standards Press of China， 2009： 9. （In Chinese）

[20]賀智敏， 柳俊哲. 粉煤灰和引氣劑對?；⒅楸厣皾{性能的影響[J]. 工業(yè)建筑， 2010，40（3）：102-106.

HE Zhimin， LIU Junzhe. Influence of fly ash and air entraining agent on performance of thermal insulating mortar blended with vitrified microsphere[J]. Industrial Buildings， 2010，40（3）：102-106. （In Chinese）

[21]陳連發(fā)， 陳悅， 李龍， 等. 高性能輕集料混凝土的力學性能研究[J]. 硅酸鹽通報， 2015， 34（10）： 2822-2828.

CHEN Lianfa， CHEN Yue， LI Long， et al. Mechanical property of high performance lightweight aggregate concrete[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society， 2015，34（10）：2822-2828. （In Chinese）

[22]李珠， 李赟婷. ?；⒅楸厣皾{配合比研究及機理分析[J]. 新型建筑材料， 2011，38 （2） ： 46-48.

LI Zhu， LI Yunting. Experiment on mix proportion of glazed hollow beads insulating mortar and its mechanism analysis[J]. New Building Materials， 2011，38（2）：46-48. （In Chinese）

[23]肖建莊， 宋志文， 張楓. 混凝土導熱系數(shù)試驗與分析[J]. 建筑材料學報， 2010，13（1） ： 17-21.

XIAO Jianzhuang， SONG Zhiwen， ZHANG feng. An experimental study on thermal conductivity of concrete[J] Journal of Building Materials， 2010，13（1）：17-21. （In Chinese）

[24]龔建清， 張嬋韜. 玻化微珠保溫砂漿導熱系數(shù)模型研究[J]. 湖南大學學報：自然科學版， 2014，41（6）：99-105.

GONG Jianqing， ZHANG Chantao. Study of the thermal conductivity model of hollow beads insulating mortar[J]. Journal of Hunan University： Natural Sciences，2014，41（6）：99-105.（In Chinese）

[25]朱明， 王方剛， 張旭龍， 等. 泡沫混凝土孔結構與導熱性能的關系研究[J]. 武漢理工大學學報， 2013，35（3）：20-25.

ZHU Ming， WANG Fanggang， ZHANG Xulong， et al. Research on the relationship between pore structure and thermal conductivity of foamed concrete[J]. Journal of Wuhan University of Technology， 2013，35（3）：20-25. （