龔建清 孫凱強(qiáng)
摘 要:研究了當(dāng)水膠比分別為1.2, 1.3, 1.4和 1.5時(shí),玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)等性能指標(biāo).通過壓汞試驗(yàn)和SEM掃描電鏡分析,從微觀角度進(jìn)一步揭示了?;⒅楸厣皾{的性能指標(biāo)隨水膠比變化的原因.試驗(yàn)結(jié)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(shì);當(dāng)水膠比一定時(shí),?;⒅楸厣皾{的干燥收縮早期增長(zhǎng)速率較快,后期增長(zhǎng)速率較慢;當(dāng)水膠比分別為1.3, 1.4和1.5時(shí),?;⒅楸厣皾{的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)與水膠比為1.2時(shí)相比均有了較為明顯的變化,抗壓強(qiáng)度分別下降了13.1%,40.0%和73.8%;抗折強(qiáng)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(dǎo)熱系數(shù)也分別下降了4.6%,11.3%和21.4%.?;⒅楸厣皾{的各項(xiàng)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(yàn)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(nèi)部孔隙增多.
關(guān)鍵詞:?;⒅楸厣皾{;水膠比;干燥收縮;抗壓強(qiáng)度;抗折強(qiáng)度
中圖分類號(hào):TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
目前,我國(guó)建筑能耗在社會(huì)總能耗中占很大的比重,因此建筑節(jié)能對(duì)于我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是至關(guān)重要的.而建筑節(jié)能的關(guān)鍵在于提高建筑圍護(hù)墻體的隔熱和保溫性能,以減少室內(nèi)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(xiàng)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(jī)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(wú)機(jī)保溫材料為主的保溫體系[4-5].有機(jī)保溫材料的保溫性能很好,但是其耐久性不好,與建筑結(jié)構(gòu)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(jī)保溫材料燃燒,導(dǎo)致火災(zāi)事故,給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大的損失,讓人們對(duì)有機(jī)保溫材料的使用更加謹(jǐn)慎,逐漸開始用無(wú)機(jī)保溫材料替代有機(jī)保溫材料[6-7].
玻化微珠保溫砂漿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(diǎn),開始受到人們的重視[8-9].?;⒅楸厣皾{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(guó)內(nèi)外已有學(xué)者對(duì)?;⒅楸厣皾{進(jìn)行了一系列的研究.Derek等[12]通過試驗(yàn)研究了以膨脹玻化微珠為輕質(zhì)骨料的輕質(zhì)砂漿的力學(xué)性能.方明暉等[13]對(duì)?;⒅楸厣皾{的熱工性能和力學(xué)性能進(jìn)行了研究.周福忠等[14]對(duì)聚苯顆粒-玻化微珠復(fù)合保溫砂漿的防火性能進(jìn)行了研究.目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)?;⒅楸厣皾{的研究主要集中在改變各種外加劑的摻量,來(lái)研究其物理、力學(xué)、熱工及防火性能的變化.而水膠比對(duì)玻化微珠保溫砂漿性能的影響,卻鮮有人研究.由于?;⒅楸厣皾{的各項(xiàng)基本性能隨著水膠比的不同有著很大的差異,因此本文對(duì)不同水膠比下?;⒅楸厣皾{的各項(xiàng)基本性能作進(jìn)一步研究.
1 實(shí) 驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
硅酸鹽水泥為湖南韶峰水泥集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的“韶峰牌”P.O.42.5水泥,水泥的化學(xué)成分見表1;?;⒅橛珊幽闲抨?yáng)華南無(wú)機(jī)保溫建材廠生產(chǎn),堆積密度為90~110 kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.037 W/(m·K),體積吸水率為39.5%;有機(jī)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(zhǎng)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(duì)?;⒅楸厣皾{干燥收縮、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、干密度、導(dǎo)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(chǔ)上,對(duì)玻化微珠保溫砂漿收縮進(jìn)行了研究[15].陳曉莉在水膠比為1.3的基礎(chǔ)上通過正交試驗(yàn),研究了玻化微珠保溫砂漿的性能[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(jìn)行試驗(yàn).
1.3 測(cè)試方法
1.3.1 干燥收縮
玻化微珠保溫砂漿的干燥收縮測(cè)試參照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》.每個(gè)配合比成型3個(gè)40 mm×40 mm×160 mm的試件.首先準(zhǔn)備好40 mm×40 mm×160 mm兩端帶孔的三聯(lián)試模,安裝收縮測(cè)頭.然后將拌合好的砂漿澆入試模中,放置到振動(dòng)臺(tái)上,振動(dòng)1 min,成型后,立刻將試件帶模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)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(duì)濕度為(60±5)%的恒溫恒濕室中,并在4 h后測(cè)量試塊的初始長(zhǎng)度.于7 d,14 d,21 d,28 d,56 d,90 d后測(cè)量試塊的變形讀數(shù).?;⒅楸厣皾{的干縮率按式(1)計(jì)算[16],收縮試驗(yàn)用SP175型比長(zhǎng)儀.
2 結(jié)果和討論
2.1 水膠比對(duì)?;⒅楸厣皾{干燥收縮的影響
圖1表示不同水膠比對(duì)?;⒅楸厣皾{干燥收縮的影響.當(dāng)水膠比為1.2時(shí),?;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(zhǎng)得比較快,隨著時(shí)間的推移,增長(zhǎng)得越來(lái)越慢,到了第90 d,干燥收縮增長(zhǎng)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(nèi)部的毛細(xì)孔水、吸附水及層間水含量較多、水分蒸發(fā)較快所導(dǎo)致.隨著齡期的增長(zhǎng),基體內(nèi)水分逐漸變少,水分蒸發(fā)變慢而導(dǎo)致基體收縮變平緩.當(dāng)水膠比分別為
當(dāng)?;⒅楸厣皾{的水膠比為1.2, 1.3, 1.4和1.5時(shí),其抗壓強(qiáng)度分別為2.14 MPa,1.86 MPa,1.37 MPa和0.56 MPa;抗折強(qiáng)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(qiáng)度分別降低了13.1%,40.0%和73.8%;抗折強(qiáng)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(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì).這是因?yàn)殡S著水膠比的增大,在玻化微珠保溫砂漿的凝結(jié)硬化過程中,水分的散失增多,從而在其內(nèi)部留下的孔隙也變多,故而導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均降低[20-21].當(dāng)?;⒅楸厣皾{的水膠比達(dá)到1.5時(shí),其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)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(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì).這是由于水膠比的增加,使玻化微珠保溫砂漿在凝結(jié)硬化后,其內(nèi)部的孔隙大量增加.而氣體的導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì).
2.5 水膠比對(duì)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?yàn)樗z比增大時(shí),?;⒅楸厣皾{內(nèi)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(dǎo)致孔隙率隨水膠比增大而增大.所以水膠比變大時(shí),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(huì)相應(yīng)增大,故保溫砂漿的強(qiáng)度會(huì)下降;熱量在固體材料中的傳遞是通過原子的熱振動(dòng)實(shí)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(shí)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(jié)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(lái)回切換,這樣就大大降低了其熱傳導(dǎo)速率,因此其導(dǎo)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?yàn)楦稍锸湛s,抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)都與?;⒅楸厣皾{內(nèi)部密實(shí)度有直接的關(guān)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(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、干密度以及導(dǎo)熱系數(shù)均減小.
3 結(jié) 論
1) 隨著水膠比的增大,?;⒅楸厣皾{的干燥收縮呈現(xiàn)增大的趨勢(shì).且當(dāng)水膠比一定時(shí),其干燥收縮早期增長(zhǎng)速率較快,后期增長(zhǎng)速率較慢.
2) 隨著水膠比的增大,?;⒅楸厣皾{的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì).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(qiáng)度分別下降了13.1%,40.0%和73.8%;抗折強(qiáng)度分別下降了18.8%,35.7%和77.7%.
3) 隨著水膠比的增大,?;⒅楸厣皾{的干密度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì).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(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)減小的趨勢(shì).另外3組與水膠比為1.2的組相比,其導(dǎo)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,?;⒅楸厣皾{內(nèi)部的孔隙率逐漸增加.
6) 本文從不同水膠比出發(fā),對(duì)?;⒅楸厣皾{的性能進(jìn)行研究.結(jié)果表明,水膠比對(duì)?;⒅楸厣皾{的性能影響較大.因此在配制?;⒅楸厣皾{時(shí),應(yīng)根據(jù)想要得到的性能指標(biāo),選擇合適的水膠比.
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