肖力光 李根壯 蔣大偉

(吉林建筑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,長春 130118)

0 引言

近年來,我國非常重視建筑節(jié)能材料與技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用.有機(jī)保溫板材雖然具有較好的保溫性能,但是防火性能差,高溫條件下不僅阻燃效果差,易燃燒,產(chǎn)生有害氣體,危害人體健康,而且有機(jī)板材與墻體的結(jié)合性差,施工時(shí)需要涂粘結(jié)劑、釘固等一系列工序,工藝復(fù)雜,最致命的是有機(jī)板材耐老化性能差,保溫壽命短,因此有機(jī)板材的使用受到限制[1-3].利用傳統(tǒng)砌筑砂漿砌筑無機(jī)保溫墻體砌塊時(shí),由于容重大與保溫砌塊配合使用時(shí)容易產(chǎn)生“熱橋”,墻體的砌筑縫熱量損耗大,保溫性能差.保溫砌筑砂漿具有容重小、防火等級(jí)高、阻燃性好、保溫性能優(yōu)良的特點(diǎn),而且保溫砌筑砂漿與無機(jī)保溫砌塊相容性好,兩者配合使用,共同構(gòu)成自保溫墻體,可以實(shí)現(xiàn)保溫與建筑同壽命,是一種新型建筑節(jié)能材料,GB50411《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定:使用保溫砌塊砌筑的墻體所用的砌筑砂漿必須具有保溫功能[4].當(dāng)前,保溫砌筑砂漿的研制及其性能的提高已成為我國建筑節(jié)能領(lǐng)域中新的研究熱點(diǎn).

1 保溫砌筑砂漿

為解決傳統(tǒng)砌筑砂漿與輕質(zhì)保溫砌塊相容性差的問題,早期研究學(xué)者提出輕質(zhì)保溫砌塊砌筑用的砂漿應(yīng)具有與之相匹配的導(dǎo)熱系數(shù),之后不斷有學(xué)者進(jìn)行深入研究,豐富發(fā)展了這一理念,并最終明確了保溫砌筑砂漿的定義:既能滿足砌體砌筑砂漿的強(qiáng)度等級(jí)要求,又不影響墻體整體的傳熱系數(shù)的一類具有保溫功能的砌筑砂漿統(tǒng)稱為保溫砌筑砂漿.保溫砌筑砂漿主要由保溫骨料、膠凝材料、外加劑3大組分共同組成.

1.1 保溫骨料

保溫骨料通常選用自身導(dǎo)熱系數(shù)較低的輕骨料,常見的保溫輕骨料有膨脹珍珠巖、珍珠巖陶砂、玻化微珠、聚苯乙烯泡沫顆粒、水淬高爐礦渣、爐渣等,有些學(xué)者利用加氣混凝土再生輕骨料配制出了保溫性能優(yōu)異的保溫砌筑砂漿.在保溫砌筑砂漿中,輕骨料主要起到骨架作用和保溫隔熱作用[5].

1.2 膠凝材料

保溫砌筑砂漿中的膠凝材料包括無機(jī)膠凝材料和有機(jī)膠凝材料兩種.無機(jī)膠凝材料主要為水泥,是保溫砌筑砂漿強(qiáng)度的主要來源；有機(jī)膠凝材料主要為聚合物乳液,能夠改善保溫砌筑砂漿的各項(xiàng)性能.隨著研究的持續(xù)進(jìn)行,不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)以粉煤灰、爐底渣等活性摻合料取代部分水泥可以降低保溫砌筑砂漿的導(dǎo)熱系數(shù),同時(shí)提高其力學(xué)強(qiáng)度.

1.3 外加劑

當(dāng)只采用保溫骨料和膠凝材料配制保溫砌筑砂漿時(shí),其工作性能和力學(xué)性能往往不太理想,所以在配制保溫砌筑砂漿的過程中，通常會(huì)加入一些外加劑來改善保溫砌筑砂漿的各項(xiàng)性能.外加劑分礦物外加劑和化學(xué)外加劑兩大類,其中化學(xué)外加劑摻量小,作用大,品種多樣,應(yīng)用廣泛,包括減水劑、憎水劑、引氣劑、穩(wěn)泡劑、增稠劑、調(diào)凝劑等[6].

2 保溫砌筑砂漿研究現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

歐美發(fā)達(dá)國家在早些年就已經(jīng)逐步限制有機(jī)保溫板材的使用,轉(zhuǎn)向無機(jī)保溫材料方向的研究與應(yīng)用,尤其在功能性輕質(zhì)無機(jī)保溫復(fù)合砂漿方面的研究力度較大.目前,已經(jīng)形成了較為成熟的技術(shù)與應(yīng)用體系.功能性輕質(zhì)無機(jī)保溫復(fù)合砂漿的各項(xiàng)性能較有機(jī)保溫板材和傳統(tǒng)砂漿明顯提高,如防火等級(jí)高、保溫性及耐久性好、施工工藝簡單等.功能性的輕質(zhì)無機(jī)保溫復(fù)合砂漿可以滿足不同使用條件的要求,如超輕質(zhì)全憎水硅酸鈣保溫砂漿克服了有機(jī)保溫板材只能應(yīng)用于規(guī)則墻體的不足,完全滿足不規(guī)則外墻外保溫體系的使用條件.1965年德國Rhodius公司獲得了“保溫砂漿”發(fā)明專利授權(quán).1977年德國Baustoffwerke Muehlacker AG獲得了一項(xiàng)關(guān)于具有很高隔熱能力的承重砌體墻和具有保溫功能的特種砌筑砂漿的A1類專利授權(quán).1991年德國頒布實(shí)施了DIN18550《由礦物膠凝材料和聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)顆粒復(fù)合而成的保溫漿料系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn),詳細(xì)界定了不同保溫材料的保溫性能等級(jí).2000年歐洲技術(shù)認(rèn)定組織頒布了《有飾面層的復(fù)合外墻外保溫系統(tǒng)歐洲技術(shù)認(rèn)證指南》,對(duì)外保溫系統(tǒng)的技術(shù)性能、試驗(yàn)方法以及技術(shù)認(rèn)定要求做了全面規(guī)定.美國也是采用外墻保溫系統(tǒng)進(jìn)行建筑節(jié)能最早的國家之一,其在該方面的標(biāo)準(zhǔn)制訂也比較完備,相繼制定并頒布了《外保溫與裝飾系統(tǒng)抗快速變形沖擊標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》、《耐堿玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)外保溫與裝飾系統(tǒng)》、《系統(tǒng)涂層下落法磨損測試耐磨性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》等一系列外墻保溫領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn).而且美國國家能源局、標(biāo)準(zhǔn)局等相關(guān)部門提出每五年需要對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一次修訂.1996年科威特學(xué)者Hayfaa A. Al-Mudhaf論述了使用蒸壓加氣混凝土砌塊砌筑墻體時(shí)應(yīng)用保溫砌筑砂漿的必要性[7-11].

我國雖然在保溫砌筑砂漿研究領(lǐng)域起步較晚,但在無數(shù)科研人員的不懈努力下已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步.1997年葛勇,張寶生等人利用膨脹珍珠巖做骨料研制出的保溫砌筑砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)已能降低至0.204W/(m·K),但強(qiáng)度等級(jí)只能達(dá)到M2.5[12].2002年吉林建筑大學(xué)肖力光教授帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)利用頁巖陶砂做骨料研制出的保溫砌筑砂漿可在抗壓強(qiáng)度達(dá)到11.7MPa的情況下,導(dǎo)熱系數(shù)近為0.273W/(m·K),改變砂漿容重,抗壓強(qiáng)度為3.2MPa時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)為0.130W/(m·K).2008年張長森教授以EPS為細(xì)骨料研制出了導(dǎo)熱系數(shù)為0.123W/(m·K),強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到M5要求的保溫砌筑砂漿[13].2009年王洪鎮(zhèn)教授的科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了水粹?；郀t礦渣代砂制備保溫砌筑砂漿的研究,配制的保溫砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到M5時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)為0.166W/(m·K),強(qiáng)度等級(jí)為M7.5時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)為0.180W/(m·K).2010年肖力光教授以珍珠巖超細(xì)陶砂為主要骨料研制的北方寒冷地區(qū)蒸壓加氣混凝土砌塊專用保溫砌筑砂漿已能在滿足強(qiáng)度等級(jí)M10的條件下將導(dǎo)熱系數(shù)降低至0.133W/(m·K).2013年宿茹等人利用建筑垃圾制備保溫型砌筑砂漿,并試驗(yàn)證明了此類砂漿具有優(yōu)良的保溫性能.隨著我國建筑墻體保溫系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,保溫砌筑砂漿的應(yīng)用也越來越多,我國近年來也制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).2004年,我國建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心結(jié)合我國國情,依據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)《由礦物膠凝材料和聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)顆粒復(fù)合而成的保溫漿料系統(tǒng)》和其它相關(guān)歐美標(biāo)準(zhǔn)起草了我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG158-2004《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》,后來被JG/T 158-2013《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)材料》取代[14].此外,我國還相繼出臺(tái)了一系列國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):JGJ 144-2004 外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程、GB/T 20473-2006建筑保溫砂漿、JCJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、JC/T 890-2017《蒸壓加氣混凝土墻體專用砂漿》,持續(xù)引領(lǐng)和促進(jìn)我國保溫砂漿領(lǐng)域的發(fā)展.

2.2 存在的問題

保溫砌筑砂漿具有諸多優(yōu)點(diǎn),在目前積極推廣的墻體保溫體系中具有重要的地位,可以有效避免“熱橋”“結(jié)霜”等問題的發(fā)生,對(duì)于提高建筑物的整體節(jié)能保溫性意義重大.但是保溫砌筑砂漿的發(fā)展中仍然存在許多不足之處,主要有:

(1) 現(xiàn)有保溫骨料如陶粒、膨脹珍珠巖、?；⒅榈刃枰邷?zé)瞥尚?生產(chǎn)能耗大.

(2) 現(xiàn)有保溫骨料品位浮動(dòng)大,容重、級(jí)配、顆粒形狀及吸水率等不穩(wěn)定,影響保溫砌筑砂漿的性能.尤其是膨脹珍珠巖等經(jīng)人工膨化制備的輕集料,吸水率普遍較高,且強(qiáng)度低,在砂漿制備過程中容易破損,導(dǎo)致最終成型的砂漿強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度,保溫性能也降低.

(3) 保溫砌筑砂漿性能測試標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范,某些性能的測試仍在使用傳統(tǒng)砌筑砂漿的測試標(biāo)準(zhǔn),測試結(jié)果不準(zhǔn)確.

3 火山渣干混保溫砌筑砂漿的提出

火山渣是火山爆發(fā)巖漿噴出后,富含氣體的熔漿碎片噴到空中冷凝,所含氣體膨脹逃逸,留下氣孔,形成的爐渣狀多孔巖石,具有孔隙率高、導(dǎo)熱系數(shù)小、輕質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)良特性,是優(yōu)質(zhì)的天然保溫輕骨料.吉林省是我國火山渣儲(chǔ)量最大的地區(qū),如果利用火山渣制備無機(jī)保溫砌塊和保溫砌筑砂漿,不但可以取代陶粒、膨脹珍珠巖等高能耗人造輕骨料,緩解砂石供應(yīng)的壓力,而且對(duì)于促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推進(jìn)建筑節(jié)能具有積極作用.

火山渣干混保溫砌筑砂漿有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì):

(1) 施工簡便、質(zhì)量穩(wěn)定. 火山渣保溫砌筑砂漿的施工方式與傳統(tǒng)砌筑砂漿相同,無需復(fù)雜的工藝,質(zhì)量穩(wěn)定可靠,制備的產(chǎn)品力學(xué)性能好,保溫性能佳.

(2) 環(huán)保. 首先,從原料來源上看,生產(chǎn)火山渣無需人工膨脹、高溫成型,生產(chǎn)能耗低;其次,從成品上看,火山渣保溫砌筑砂漿的主要組分都是無機(jī)材料,無論是生產(chǎn)過程還是施工過程都不產(chǎn)生化學(xué)污染物,特別是遭到破壞后也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染.

(3) 防火阻燃性好. 火山渣保溫砌筑砂漿與無機(jī)保溫砌塊構(gòu)成的自保溫墻體能夠達(dá)到建筑A級(jí)防火要求,實(shí)現(xiàn)了建筑保溫、隔熱、防火于一體,這類自保溫墻體在高溫環(huán)境下不會(huì)被破壞,更不會(huì)釋放有害氣體,可廣泛用于密集型住宅、公共建筑、大型公共場所、易燃易爆場所等對(duì)防火要求嚴(yán)格的場所.

(4) 耐久性好. 傳統(tǒng)保溫材料耐久性差,保溫壽命低,隨時(shí)間的延長保溫性能逐漸喪失,火山渣保溫砌筑砂漿與無機(jī)保溫砌塊配合組成的自保溫墻體,保溫性能佳,耐久性能好,可以達(dá)到建筑節(jié)能65%的目標(biāo),同時(shí)實(shí)現(xiàn)保溫與建筑同壽命.

4 結(jié)語

保溫砌筑砂漿作為一種新型墻體保溫材料,雖較其他保溫材料起步晚,但其性能優(yōu)良,應(yīng)用前景廣闊.火山渣是一種性能優(yōu)良的天然輕骨料,生產(chǎn)能耗低,火山渣保溫砌筑砂漿與無機(jī)保溫砌塊配合組成的自保溫墻體保溫性能和耐久性能都非常好,具有其他保溫材料無可比擬的優(yōu)勢(shì),今后政府應(yīng)大力支持低能耗高性能節(jié)能材料的發(fā)展應(yīng)用.同時(shí)，針對(duì)當(dāng)前保溫砌筑砂漿性能測試標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范的問題,國家應(yīng)加緊出臺(tái)關(guān)于保溫砌筑砂漿性能測試的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,以便進(jìn)一步深化保溫砌筑砂漿的研究.