摘 要：通過設(shè)計(jì)再生混凝土粉保溫砂漿的正交試驗(yàn)，探究各組成物料的最優(yōu)組合。試驗(yàn)中選取再生混凝土粉、?；⒅椤⑷槟z粉、聚丙烯纖維、羥丙基甲基纖維素5個(gè)因素，每種因素下設(shè)計(jì)4個(gè)水平。按照因素水平表生產(chǎn)再生混凝土粉保溫砂漿，并制作標(biāo)準(zhǔn)試塊。在養(yǎng)護(hù)結(jié)束后取出試塊，使用全自動烘干箱、電子萬能試驗(yàn)機(jī)分別進(jìn)行表觀密度試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在A3B2C3D1E4組合下，再生混凝土粉保溫砂漿的表觀密度最小，保溫隔熱性能最好；在A1B2C1D3E3組合下，再生混凝土粉保溫砂漿的抗壓強(qiáng)度最大。在工程實(shí)踐中，可根據(jù)施工需要靈活確定因素水平組合，從而滿足施工要求、提高工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：再生混凝土粉；保溫砂漿；?；⒅椋徽辉囼?yàn)；表觀密度

中圖分類號：TQ177.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）27-0060-05

Abstract： By designing orthogonal experiments of recycled concrete powder insulation mortar， the optimal combination of each component material is explored. Five factors were selected in the experiment， including recycled concrete powder， vitrified microspheres， latex powder， polypropylene fiber， and hydroxypropyl methyl cellulose. Four levels were designed for each factor. The recycled concrete powder thermal insulation mortar is produced according to the factor level table， and the standard test block is made. After curing， the test piece was taken out， and the apparent density test and compressive strength test were carried out by using automatic drying oven and electronic universal testing machine， respectively. The test data show that under the combination of A3B2C3D1E4， the apparent density of recycled concrete powder thermal insulation mortar is the lowest， and the thermal insulation performance of recycled concrete powder is the best; through the combination of A1B2C1D3E3， the compressive strength of recycled concrete powder thermal insulation mortar is the highest. In engineering practice， the horizontal combination of factors can be flexibly determined according to the needs of construction， so as to meet the construction requirements and improve the quality of the project.

Keywords： recycled concrete powder; thermal insulation mortar; vitrified microbeads; orthogonal experiment; apparent density

為了響應(yīng)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的號召，再生混凝土粉保溫砂漿在現(xiàn)代建筑工程中受到了廣泛應(yīng)用。以廢棄混凝土塊篩選、粉碎、過篩后的粉末代替部分水泥，配合使用?；⒅椤⑴蚧渲閹r、聚丙烯纖維等材料，按照一定比例混合制作成保溫砂漿，既可以降低材料成本，又能實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的再生利用，兼顧了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。在應(yīng)用再生混凝土粉保溫砂漿時(shí)，要結(jié)合抗壓強(qiáng)度、保溫隔熱性能等工程建設(shè)需要，合理確定保溫砂漿各類基礎(chǔ)材料的摻量與比例，確保性能最優(yōu)，在此基礎(chǔ)上制作保溫砂漿并投入使用，才能取得最佳的工程效果。

1 原材料的選擇

配制再生混凝土粉保溫砂漿的原材料有水泥、輕骨料、聚丙烯纖維、改性添加劑，各材料的選擇如下。

水泥，選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，SO3含量2.7%，Cl-含量0.03%，燒失量4.1%，物理性能指標(biāo)見表1。

輕骨料，由?；⒅榕c膨脹珍珠巖復(fù)合而成。?；⒅槭且环N以酸性玻璃礦物質(zhì)為基材，經(jīng)表面?；幚砗笾频玫囊环N多孔、表面玻璃化封閉的保溫材料。由于其內(nèi)部孔隙率低、吸水率小，因此具有良好的保溫性能，將其添加到保溫砂漿中還能進(jìn)一步降低材料成本。本實(shí)驗(yàn)所用?；⒅榈奈锢硇阅芤姳?。

膨脹珍珠巖是一種以礦巖為基材，經(jīng)過高溫處理使其體積膨脹后制得的一種保溫材料，同時(shí)具有良好的防火性能。由于膨脹珍珠巖的孔隙率高、吸水率大，因此在吸水后導(dǎo)熱系數(shù)升高進(jìn)而導(dǎo)致其保溫隔熱變差。將膨脹珍珠巖與?；⒅榻Y(jié)合后能夠彌補(bǔ)這一缺陷，使保溫砂漿的保溫性能最大化。本實(shí)驗(yàn)選用的膨脹珍珠巖堆積密度162 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)0.050 W/（m·K），質(zhì)量含水率1.98%，5 mm篩孔篩余量2.07%。

聚丙烯纖維，是一種以聚丙烯為機(jī)體，經(jīng)過聚合、紡制等工藝處理后得到的合成纖維，具有良好的保溫、耐磨、耐腐蝕和高強(qiáng)度等特性。將聚丙烯纖維作為再生混凝土粉保溫砂漿的原材料，可以利用其三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和易分散不報(bào)團(tuán)的特性，承受砂漿干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，降低干縮裂縫的發(fā)生率。本實(shí)驗(yàn)選用砂漿專用6 mm聚丙烯纖維，性能指標(biāo)見表3。

改性添加劑，配制再生混凝土粉保溫砂漿使用的改性添加劑主要有2類：其一是乳膠粉，作為一種水溶性、可再分散粉末狀物質(zhì)，添加后可以顯著改善保溫砂漿的黏結(jié)性、隔熱性、抗水性，對增強(qiáng)材料的抗折強(qiáng)度也有一定幫助。另外，加入了再生混凝土粉以及輕骨料后，砂漿的和易性變差，這種情況下加入適當(dāng)比例的乳膠粉有助于增強(qiáng)砂漿的內(nèi)聚力與和易性，降低了施工難度。本實(shí)驗(yàn)所用乳膠粉的平均粒徑為80 μm，表觀密度540 g/L，最低成膜溫度0 ℃。其二是羥丙基甲基纖維素（HPMC），將其作為添加劑應(yīng)用到保溫砂漿中，一方面可以顯著提升砂漿保水性能，在養(yǎng)護(hù)階段防止因?yàn)樗挚焖僬舭l(fā)而開裂；另一方面則提升了黏結(jié)性與抗滑移能力，在抹灰時(shí)避免保溫砂漿在重力作用下滑移脫落的情況。本實(shí)驗(yàn)所用的羥丙基甲基纖維素黏度可達(dá)2.0×105 Pa·s，干燥失重3.1%，甲氧基含量25.8%，羥丙氧基含量10.5%。

2 確定基準(zhǔn)配合比

2.1 骨膠比

保溫砂漿中的骨料以玻化微珠、膨脹珍珠巖為主，膠凝材料包括水泥、聚丙烯纖維等。另外，為了使再生混凝土粉保溫砂漿的各項(xiàng)性能滿足普通保溫砂漿的基本要求，還需要摻入少量的保水增稠材料，如乳膠粉等，確保試件能夠順利成型。一般來說，無機(jī)輕集料保溫砂漿的骨料比在1∶0.8～1∶1.5。基于此，本文設(shè)計(jì)了1∶0.8、1∶0.9、1∶1.0、1∶1.1、1∶1.2五種骨膠比，使用不同骨膠比下的再生混凝土粉保溫砂漿制作標(biāo)準(zhǔn)試件，并驗(yàn)證其成型率，結(jié)果見表4。

由表4數(shù)據(jù)可知，當(dāng)骨膠比為1∶0.8和1∶0.9時(shí)，成型率較差；當(dāng)骨膠比在1∶1.0、1∶1.1、1∶1.2時(shí)成型率均能達(dá)到100%。但是對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)骨膠比為1∶1.1和1∶1.2時(shí)，試件的表觀密度過大，保溫性能有所下降，不符合保溫砂漿的使用要求，因此本文正交試驗(yàn)中將骨膠比確定為1∶1。

2.2 再生混凝土粉摻量

廢棄混凝土塊經(jīng)過篩選、粉碎、過篩后得到再生混凝土粉，在制備保溫砂漿時(shí)，可以用再生混凝土粉代替一部分水泥，再生混凝土粉的摻量也會對保溫砂漿的性能產(chǎn)生影響。已知再生混凝土粉的活性要低于水泥，如果摻入的再生混凝土粉過多，使用保溫砂漿制作試塊容易出現(xiàn)成型困難、成型率不高的現(xiàn)象；反之，如果摻入的再生混凝土粉偏少，則起不到降低成本、改善性能的效果[1]。綜上，將再生混凝土粉的摻量確定為10%～40%，并且在正交試驗(yàn)中選取10%、20%、30%、40% 4個(gè)水平，進(jìn)一步探究不同摻量對保溫砂漿性能的影響。

2.3 玻化微珠占骨料比

玻化微珠是一種輕質(zhì)、多孔的無機(jī)玻璃質(zhì)礦物材料，擁有良好的耐火、絕熱、吸引和抗老化等性能，是一種優(yōu)質(zhì)的骨料。將?；⒅閾饺氲奖厣皾{中，將顯著改善保溫砂漿的流動性、抗壓強(qiáng)度以及保溫性能[2]。再生混凝土粉保溫砂漿的骨料由?；⒅楹团蛎浾渲閹r組成，2種材料的粒徑差異明顯，為了使骨料級配良好，需要合理確定玻化微珠在骨料中的占比。在正交試驗(yàn)中設(shè)計(jì)了4個(gè)水平，即?；⒅樵诠橇现械恼急确謩e為40%、60%、80%和100%。通過正交試驗(yàn)確定?；⒅樗急壤螅蛎浾渲閹r的比例也同時(shí)確定。

3 再生混凝土粉保溫砂漿正交試驗(yàn)

3.1 因素水平的確定

再生混凝土粉保溫砂漿的組成材料有7種，分別是再生混凝土粉、玻化微珠、膨脹珍珠巖、乳膠粉、聚丙烯纖維、羥丙基甲基纖維素和水泥。這里選取對保溫砂漿性能影響較為明顯的5種基本材料作為因素，每種因素下設(shè)置4個(gè)水平。以再生混凝土粉為例，設(shè)置了4個(gè)水平的摻量，分別是10%、20%、30%、40%。正交試驗(yàn)因素水平表見表5。

3.2 正交試驗(yàn)表的設(shè)計(jì)

選取L16（45）表組織試驗(yàn)，這里的“16”表示試驗(yàn)次數(shù)，“4”表示水平數(shù)，“5”表示因素個(gè)數(shù)。正交試驗(yàn)表見表6。

3.3 各組材料用量

確定每種組合下再生混凝土粉保溫砂漿各物料的用量，見表7，表中A為再生混凝土粉，B為玻化微珠，C為乳膠粉，D為聚丙烯纖維，E為羥甲基丙基纖維素，F(xiàn)為水泥，G為膨脹珍珠巖。同時(shí)計(jì)算再生混凝土粉、膨脹珍珠巖等7種組成材料的總量，按照總量的1.2倍購買材料，避免試驗(yàn)過程中出現(xiàn)材料不足的情況。

3.4 再生混凝土粉保溫砂漿的制備

購買材料后，按照表7使用精密電子秤稱取相應(yīng)質(zhì)量的基本材料，將其倒入攪拌鍋內(nèi)，本次試驗(yàn)中使用JJ-5型行星式膠砂攪拌機(jī)。在不加水的情況下攪拌1 min，然后將稱量好的水沿著鍋壁緩緩倒入，再繼續(xù)攪拌3 min，得到均勻無顆粒的保溫砂漿。按照GB/T 20473—2021《建筑保溫砂漿》中的相關(guān)規(guī)定制作試塊，使用刷子蘸取適量的脫模劑（機(jī)油），均勻涂刷在標(biāo)準(zhǔn)試模的內(nèi)壁，方便脫模。將制備好的保溫砂漿倒入標(biāo)準(zhǔn)試模中，選用插入式振搗棒，對標(biāo)準(zhǔn)試模內(nèi)的砂漿進(jìn)行充分振搗30次，取出振搗棒后將試模轉(zhuǎn)移到振動臺上，繼續(xù)振動10 s。使用干凈的抹布將標(biāo)準(zhǔn)試模表面濺出的材料擦干凈。在標(biāo)準(zhǔn)試模的上方封蓋一層塑料布，防止水分流失。將標(biāo)準(zhǔn)試模放置于陰涼干燥處靜置48 h后編號、拆模[3]。取出試塊后立即將其轉(zhuǎn)移到恒溫恒濕箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，本試驗(yàn)選用SHBY-40B型恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱。在養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)等間距擺放試塊，相鄰試塊之間的距離不得小于20 mm，將養(yǎng)護(hù)箱的溫度設(shè)定為（20±2）℃，相對濕度設(shè)定為90%～95%，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d。

4 再生混凝土粉保溫砂漿正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 稠度

再生混凝土粉保溫砂漿的稠度會對材料的均勻性與穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響，根據(jù)GB/T 20473—2021《建筑保溫砂漿》 中的相關(guān)規(guī)定，保溫砂漿的稠度應(yīng)在（80±10） mm之間。如果稠度太大，保溫砂漿的和易性、流動性差，會增加施工難度；相反，如果稠度太小，抹灰時(shí)保溫砂漿容易出現(xiàn)流掛、滑移的情況，不利于成型。把配制好的再生混凝土粉保溫砂漿倒入稠度測定儀的專用容器內(nèi)，保證砂漿的頂面略低于容器的上口，然后用小型插入式振搗棒插入容器內(nèi)進(jìn)行振搗，注意避免振搗棒觸碰容器。大約20 s后觀察到砂漿表面平整后停止振搗，拔出振搗棒后將容器轉(zhuǎn)移到稠度測定儀的底座上，居中放置。操作儀器使試錐的尖端剛好接觸砂漿頂面，此時(shí)擰緊螺絲使其固定，再將刻度盤指針調(diào)至“0”刻度，防止測量誤差。松開自動螺絲，讓試錐在重力作用下自然掉落，靜置10 s后將螺絲再次擰緊，讀取并記錄刻度盤上的讀數(shù)。為了消除誤差， 同一次正交實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3遍，取3組數(shù)據(jù)的平均值作為保溫砂漿的稠度值，結(jié)果精確到1 mm。結(jié)果表明，16次正交試驗(yàn)中再生混凝土粉保溫砂漿的稠度值在71～85 mm波動，該結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的范圍70～90 mm，由此可得本實(shí)驗(yàn)中制作的再生混凝土粉保溫砂漿OD5IjX1o544wx53RBAEDtdAUmUREGFs/AcGwczJiOrA=在稠度方面符合要求，可以滿足工程使用需要。

4.2 表觀密度

表觀密度對保溫砂漿的保溫隔熱效果有直接影響，一般來說表觀密度越大，導(dǎo)熱系數(shù)越大，相應(yīng)的保溫效果越差。表觀密度的測試步驟：將養(yǎng)護(hù)28 d的試塊取出后，檢查尺寸是否標(biāo)準(zhǔn)、外觀有無缺陷，如果無問題則將其轉(zhuǎn)移到烘干箱中。本試驗(yàn)中使用DHG-9123C型全自動烘干箱，將溫度設(shè)定為（105±5） ℃，在試塊達(dá)到恒重后即可停止烘干，將其取出晾置到常溫后，計(jì)算其表觀密度[4]。計(jì)算公式為

式中：？籽為試塊的表觀密度，單位為kg/m3；G表示試塊烘干后的質(zhì)量，單位為g；V表示試件的體積，單位為m3。為消除誤差，每種類型下選取3個(gè)試塊，分別測得其表觀密度后求平均值，結(jié)果精確到1 kg/m3。按照上述方法，統(tǒng)計(jì)L16（45）正交試驗(yàn)中16個(gè)試塊的表觀密度，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，16個(gè)試塊中，第1個(gè)試塊的表觀密度最高，為418 kg/m3；第14個(gè)試塊的表觀密度最低，為370 kg/m3。選取第一個(gè)配合比下制作的試塊，探究5種因素的最佳組合。首先計(jì)算5種因素（A、B、C、D、E）在4個(gè)水平（1、2、3、4）下的表觀密度之和，然后再求表觀密度的平均值。以A因素（再生混凝土粉）為例，在1水平下的表觀密度之和為416.94+394.17+400.61= 1 211.72 kg/m3，表觀密度的平均值為403.91 kg/m3。同理，可以分別求得在2水平、3水平、4水平下的表觀密度平均值，依次為389.34、384.60、393.78 kg/m3。已知表觀密度與保溫砂漿的保溫性能成反比，對比可以發(fā)現(xiàn)，A3為因素A的最優(yōu)水平。按照同樣方法，分別求出B、C、D、E 4種因素的最優(yōu)水平，分別為B2、C3、D1、E4。由此可得，A3B2C3D1E4組合（再生混凝土粉摻量30%、玻化微珠占骨料比例60%、乳膠粉摻量3%、聚丙烯纖維摻量0.2%、羥丙基甲基纖維素?fù)搅?.4%）下再生混凝土粉保溫砂漿的保溫性能最佳。

4.3 抗壓強(qiáng)度

將養(yǎng)護(hù)結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊（規(guī)格：70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm）取出后，首先觀察試塊的外觀有無裂縫、缺角等質(zhì)量問題，以及尺寸是否符合要求，確認(rèn)無誤后再將試塊置于SANS300KN型電子萬能試驗(yàn)機(jī)的載物臺上。啟動試驗(yàn)機(jī)，讓上方壓力板勻速向下靠近載物臺，接觸試塊的上表面后開始施加壓力[5]。觀察試塊情況，當(dāng)試塊完全破壞時(shí)立即停止加壓，求出試塊的抗壓強(qiáng)度。計(jì)算公式為

式中：F表示再生混凝土粉保溫砂漿試件的抗壓強(qiáng)度，單位為MPa；N表示試件的破壞荷載，單位為N；A表示試件的承壓面積，單位為mm2。為了消除誤差，每種類型下選擇5個(gè)試塊進(jìn)行試驗(yàn)，分別計(jì)算抗壓強(qiáng)度后取平均值，精確到0.1 MPa。按照上述方法，統(tǒng)計(jì)L16（45）正交試驗(yàn)中16個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，16種配合比下制作的試塊，第1個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度最高，為0.57 MPa；第16個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度最低，為0.31 MPa。選取第一個(gè)配合比下制作的試塊，探究5種因素的最佳組合，處理方式與上文相同。可以得到再生混凝土粉保溫砂漿抗壓強(qiáng)度的最優(yōu)水平組合為A1B2C1D3E3，即再生混凝土粉摻量10%、玻化微珠占骨料比例60%、乳膠粉摻量1%、聚丙烯纖維摻量0.6%、羥丙基甲基纖維素?fù)搅?.3%。

5 結(jié)論

再生混凝土粉保溫砂漿由于具有良好的保溫隔熱性能和耐候耐老化性能，以及符合綠色環(huán)保要求等優(yōu)勢，在現(xiàn)代建筑工程中得到廣泛運(yùn)用。從材料組成上看，除了再生混凝土粉外，還有聚丙烯纖維、膨脹珍珠巖和玻化微珠等材料。這些材料的不同摻配比例，將會對保溫砂漿的性能產(chǎn)生直接影響。因此，在工程實(shí)踐中，需要設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)并制作試件，探究不同組合下的性能參數(shù)，找出最優(yōu)組合，然后批量化制備再生混凝土粉保溫砂漿并投入使用，在滿足工程需要的基礎(chǔ)上，兼顧環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益，在推廣再生混凝土粉保溫砂漿的過程中助力我國建筑行業(yè)的綠色和可持續(xù)發(fā)展。

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