張國永，岑如軍，董澤，李杰

（浙江省建筑科學設計研究院有限公司，浙江杭州 310012）

0 引言

隨著建筑節(jié)能要求的提高，樓地面節(jié)能保溫引起各方關注。在夏熱冬冷地區(qū)，各地的節(jié)能設計標準均要求居住建筑分戶樓板傳熱系數(shù)不超過2.0 W/（m·K），而120 mm厚的鋼筋混凝土分戶樓板的傳熱系數(shù)約為3.5 W/（m·K），為了滿足節(jié)能要求，必須進行保溫處理[1]。目前最常用的樓地面保溫措施是在樓板上設置保溫層加剛性防護層[1-2]，其中保溫層為10～30 mm厚的各類保溫板材或無機輕集料保溫砂漿[3]，剛性防護層一般是40～50 mm厚的內(nèi)置鋼筋網(wǎng)片C20細石混凝土。工程實踐發(fā)現(xiàn)，這種構(gòu)造做法空鼓、開裂問題較為普遍[4]，而且構(gòu)造總厚度達50～80 mm，影響建筑室內(nèi)凈高。

本研究擬采用陶砂、膨脹?；⒅椤⒖招奈⒅?種輕質(zhì)集料配制三元輕集料地面砂漿，兼顧力學性能和熱工性能。將其用作樓地面保溫層兼防護層材料，可直接鋪設于樓板結(jié)構(gòu)層上，構(gòu)造簡單，施工便捷。三元輕集料地面砂漿的28 d抗壓強度等級應達到M15，符合GB 50037—2013《建筑地面設計規(guī)范》對地面砂漿強度等級要求，導熱系數(shù)宜小于0.23 W/（m·K），控制應用厚度不超過50 mm。針對上述目標開展了系列試驗研究。

1 試 驗

1.1 原材料

水泥：海螺牌P·O52.5水泥；輕集料：采用陶砂、膨脹?；⒅楹涂招奈⒅榻M成的三元輕集料，技術(shù)性能見表1；纖維：單絲聚丙烯纖維，長度12 mm，市售，符合GB/T 21120—2018《水泥混凝土和砂漿用合成纖維的要求》；復合添加劑：減水、增稠復合型添加劑，公司自制。

表1 輕集料的技術(shù)性能

1.2 試驗配合比

為確定空心微珠的最佳摻量，采用空心微珠為單一輕集料配制輕質(zhì)砂漿，空心微珠摻量（按占水泥質(zhì)量計）分別為0、5%、10%、15%、20%，空心微珠砂漿配合比見表2。固定空心微珠摻量為15%，保持陶砂與膨脹玻化微珠的堆積體積總和為1.2 m3不變，采用文獻[5]所述的基于干密度配合比設計方法，設計了9組三元輕集料地面砂漿，配合比見表3，分別研究水泥用量以及體積砂率VPe（膨脹?；⒅槎逊e體積與陶砂和膨脹?；⒅槎逊e體積之和的比值）對三元輕集料地面砂漿性能的影響。

表2 空心微珠砂漿配合比

表3 三元輕集料地面砂漿配合比

1.3 試驗方法

根據(jù)配合比準確稱量水泥、輕集料、纖維、添加劑等，在行星式攪拌機中混合均勻，邊攪拌邊加入拌合用水，攪拌2 min，暫停2 min清理攪拌機內(nèi)壁和攪拌葉上的砂漿，繼續(xù)攪拌1 min，控制砂漿稠度為（90±5）mm。

砂漿抗壓強度、吸水率和收縮率按JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行測試，其中計算抗壓強度時換算系數(shù)取1.0；砂漿干密度按GB/T 26000—2010《膨脹?；⒅楸馗魺嵘皾{》進行測試；砂漿導熱系數(shù)按GB/T 10294—2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關特性的測定防護熱板法》進行測試；微觀分析采用場發(fā)射掃描電鏡觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 空心微珠砂漿的性能（見表4）

表4 空心微珠砂漿的性能測試結(jié)果

由表4可知：

（1）隨著空心微珠摻量的增加，砂漿的抗壓強度、干密度均降低?？招奈⒅閾搅繛?～10%時，砂漿的28 d抗壓強度下降幅度較大；空心微珠摻量為10%～15%時，砂漿的28 d抗壓強度下降幅度相對平緩。導熱系數(shù)與空心微珠摻量大致成線性關系，隨其摻量的增加而不斷減小。

（2）當空心微珠摻量為15%時，砂漿的28 d抗壓強度較空白組KZ0降低了34.9%，但仍保持較高水平（56 MPa）；導熱系數(shù)降至0.43 W/（m·K），較空白組KZ0降低了31.7%。綜合考慮性能和材料成本，后續(xù)選擇空心微珠摻量為15%進行三元輕集料地面砂漿試驗。

圖1為空心微珠摻量為15%的砂漿養(yǎng)護28 d后的硬化體在場發(fā)射掃描電鏡下的微觀照片。

圖1 空心微珠砂漿28 d硬化體的SEM照片

由圖1可見，空心微珠均勻分散在水泥石中，空心微珠表面平滑，未參與水化反應。這與上述宏觀物理性能相吻合，在水泥石中引入空心微珠，相當于在水泥石引入規(guī)則的球形孔隙，必然導致力學性能下降，但有利于提高水泥石的熱工性能。

2.2 三元輕集料地面砂漿的性能

2.2.1 水泥用量對砂漿性能的影響

筆者前期開展了大量三元輕集料地面砂漿的探索試驗，通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)，砂漿的28 d抗壓強度與其干密度存在顯著線性關系，如圖2所示。參照JGJ/T 98—2010《砌筑砂漿配合比設計規(guī)程》，強度等級M15砂漿的試配強度取18.0 MPa，根據(jù)圖2線性規(guī)律，三元輕集料地面砂漿配合比的設計干密度取1000～1100 kg/m3。固定陶砂和膨脹玻化微珠總體積用量為1.2 m3，水泥用量由390 kg/m3逐步增加到470 kg/m3，設計了PB1～PB5試驗組，三元輕集料地面砂漿性能測試結(jié)果見表5。

圖2 砂漿抗壓強度隨干密度變化規(guī)律

表5 三元輕集料砂漿的性能測試結(jié)果

對比表5中PB1～PB5組可知，水泥用量由390 kg/m3逐步增加到470 kg/m3，所配制的砂漿干密度為977～1086 kg/m3，與設計值接近，且砂漿的28 d抗壓強度與干密度也基本滿足圖2的線性關系。砂漿抗壓強度隨水泥用量增加而逐步提高，這是由于本文所用輕集料的筒壓強度均較低，砂漿的力學性能主要由膠凝材料提供[5]。當水泥用量為450、470 kg/m3時，砂漿28 d抗壓強度都超過試配強度要求，分別達到19.4、20.1 MPa。砂漿的導熱系數(shù)也隨水泥用量的增加而逐漸增大，水泥用量為450 kg/m3時，導熱系數(shù)為0.24 W/（m·K），略超過目標值。

2.2.2 體積砂率對砂漿性能影響

在PB4試驗基礎上，減少陶砂用量，增加膨脹玻化微珠用量，且保持兩者堆積體積之和為1.2 m3不變，設計了PB6～PB9試驗組。在PB4和PB6～PB9這5組試樣中，體積砂率VPe值分別為0.49、0.53、0.57、0.60、0.63。對比表5中這5組試樣可以發(fā)現(xiàn)，隨著VPe值的增大，砂漿的抗壓強度呈下降趨勢，這說明在水泥用量不變的情況下，砂漿的力學性能與各種輕集料的用量有關，陶砂用量減少，膨脹?；⒅樵黾?，砂漿的抗壓強度降低。隨著VPe值的增大，砂漿的導熱系數(shù)呈階梯狀下降趨勢。當VPe值為0.53時（PB6組），即三元輕集料地面砂漿配合比（kg/m3）為：m（水泥）∶m（空心微珠）∶m（陶砂）∶m（膨脹?；⒅椋胢（纖維）∶m（復合添加劑）∶m（水）=450∶67.5∶281∶88∶3.0∶1.13∶308，制備的砂漿28 d抗壓強度達到18.6 MPa，導熱系數(shù)降至0.22 W/（m·K），符合本文預設目標值要求。

2.2.3 三元輕集料地面砂漿的其它性能

PB6三元輕集料地面砂漿的吸水率隨時間變化如圖3所示，干燥收縮如圖4所示。

圖3 PB6三元輕集料地面砂漿的吸水率曲線

由圖3可見，三元輕集料地面砂漿試件浸水24 h后吸水率基本到達穩(wěn)定，浸水48 h的平均吸水率為12.4%。同時測試了PB6組試件絕干狀態(tài)和浸水48 h后的抗壓強度，分別為18.1、19.7 MPa，浸水后砂漿的抗壓強度反而提高，其機理有待進一步研究。

圖4 PB6三元輕集料地面砂漿的收縮率

由圖4可見，三元輕集料地面砂漿試件前期（28 d以內(nèi)）收縮發(fā)展較快，28 d收縮率為0.103%，之后收縮發(fā)展緩慢，絕干狀態(tài)時的收縮率為0.131%，收縮率較小，在工程中應用時，可降低因干燥收縮引起的開裂風險。

3 結(jié)論

（1）空心微珠摻量為15%時，空心微珠砂漿的導熱系數(shù)為0.43 W/（m·K），比未摻空心微珠的空白砂漿降低31.7%，空心微珠可有效降低膠凝材料導熱系數(shù)。

（2）三元輕集料地面砂漿的抗壓強度和導熱系數(shù)均隨水泥用量增加而逐步提高，當水泥用量為450 kg/m3時，砂漿的28 d抗壓強度為19.4 MPa，導熱系數(shù)為0.24 W/（m·K）。

（3）優(yōu)化的三元輕集料地面砂漿配合比（kg/m3）為：m（水泥）∶m（空心微珠）∶m（陶砂）∶m（膨脹玻化微珠）∶m（纖維）∶m（復合添加劑）∶m（水）=450∶67.5∶281∶88∶3.0∶1.13∶308，此時體積砂率為0.53，制備的三元輕集料地面砂漿性能滿足預設目標要求，28 d抗壓強度為18.6 MPa，導熱系數(shù)為0.22 W/（m·K），48 h吸水率為12.4%，28 d收縮率為0.103%。