摘 要：為提高在裝配式建筑中外墻保溫材料的保溫隔熱效果，以水泥、礦粉、膨脹珍珠巖等制備水泥基保溫材料，使用生石灰和水玻璃對保溫材料分別進行改性，并研究保溫材料性能。結(jié)果表明，生石灰和水玻璃均可以改善保溫材料的保溫隔熱性能；水玻璃會導致保溫材料的7、28 d抗壓強度大幅度降低，生石灰則會使保溫材料7 d抗壓強度減小，28 d抗壓強度增大；生石灰對保溫材料的改性效果優(yōu)于水玻璃，當添加10%生石灰時，保溫材料綜合性能較好，7 d、28 d抗壓強度分別為1.32、2.13 MPa，導熱系數(shù)為0.087 W/ （m × K）。

關鍵詞：改性優(yōu)化；保溫材料；生石灰；抗壓強度；導熱系數(shù)

中圖分類號：TQ172.71 + 8 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0086-04

Research on the modification and optimization of newexterior wall insulation materials for prefabricated buildings

ZHANG Weiwei

（Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology，School of Building Management，Xuzhou 221000，Jiangsu China）

Abstract：In order to improve the thermal insulation effect of the external wall insulation materials in the prefabri?cated building，cement-based thermal insulation materials were prepared with cement，mineral powder，expandedperlite，etc.，and the insulation materials were modified by quicklime and water glass，and the properties of the ther?mal insulation materials were studied. The results showed that quicklime and sodium silicate could improve the ther?mal insulation performance of insulation materials. Water glass would greatly reduce the compressive strength of theinsulation material at 7 and 28 days，while quicklime would reduce the compressive strength of the insulation mate?rial at 7 days and increase the compressive strength at 28 days. When 10% quicklime was added，the comprehen?sive performance of the insulation material was better，the compressive strength of 7 d and 28 d was 1.32 MPa，2.13 MPa，and the thermal conductivity was 0.087 W/ （m × K）.

Key words：modification optimization；insulation materials；quicklime；compressive strength；thermal conductivitycoefficient

裝配式建筑作為綠色建筑，不僅可以節(jié)能環(huán)保，還能減少施工作業(yè)量，有效整合資源并提高生產(chǎn)效率 [1-2] 。為促進建筑節(jié)能，許多學者對建筑保溫材料進行研究。如通過常壓干燥法結(jié)合環(huán)氧丙烷促進劑，研制一種Al 2 O 3 氣凝膠建筑保溫材料 [3] ；使用偏高嶺土地聚物和稻殼，研制出一種建筑節(jié)能保溫材料 [4] ；選用空心玻璃微珠和疏水氣凝膠顆粒作為保溫輕骨料，將這些材料與適量納米硅溶膠一起添加到白色硅酸鹽水泥中，研制出氣凝膠水泥基保溫材料 [5] 。由以上學者的研究成果可以看出，關于建筑保溫材料的研究方向較多，性能提升空間較大?；诖?，試驗以水泥、膨脹珍珠巖、礦粉等材料制備水泥基保溫材料，并在此基礎上，以生石灰和水玻璃分別對保溫材料進行改性優(yōu)化，以提高保溫材料綜合性能。

1 試驗部分

1.1 材料與設備

主要材料：膨脹珍珠巖（工業(yè)純，嘉碩建材，粒徑0.1～0.5 mm）；P × O42.5普通硅酸鹽水泥（工業(yè)純，昊耐建材）；礦粉（工業(yè)純，奧凱礦產(chǎn)）；生石灰（工業(yè)純，山東安泉化工）；水玻璃（工業(yè)純，山東顧誠化工）；動物蛋白發(fā)泡劑（工業(yè)純，烏魯木齊維泰新材料）。

主要設備：JS1000 型攪拌機（邦興機械）；RD1020型電子天平（榮達儀器）；HTS-576型干燥箱（世測儀器）；DR-FR6060A型導熱系數(shù)測定儀（紫微恒設備）；KLF-HX-03型烘箱（卡樂菲電熱設備）；WEW-S20型萬能試驗機（中泰設備）。

1.2 試驗方法

1.2.1 保溫材料配比設計

試驗中的水泥基保溫材料中，水泥、礦粉、膨脹珍珠巖的質(zhì)量比為3∶1∶1，水膠比為0.45，泡沫由動物蛋白發(fā)泡劑與水按照1∶20質(zhì)量比制成，泡沫密度控制為30 kg/m 3 ，設計保溫材料的干密度等級為600 kg/m 3[6-8] 。

在此基礎上，分別以生石灰和水玻璃為改性劑，優(yōu)化水泥基保溫材料保溫性能。

1.2.2 保溫材料制備工藝

（1）將一定配比的水泥、礦粉、膨脹珍珠巖添加到攪拌機中，再加入一定量外加劑，攪拌均勻；

（2）繼續(xù)向攪拌機中加入適量泡沫，攪拌均勻后，再摻入適量生石灰或水玻璃，攪拌均勻；

（3）將混合后的漿料倒入標準模具中，刮除試件表面多余的漿料，然后用塑料膜覆蓋，室溫靜置24h后拆模；

（4）將拆模后的試件放入溫度（22±1）℃、濕度大于95%RH的標準養(yǎng)護箱中，繼續(xù)養(yǎng)護到規(guī)定齡期。

1.3 性能測試

1.3.1 干密度測試

將標準養(yǎng)護28 d、規(guī)格為40 mm×40 mm×40 mm試件放入干燥箱中，以恒溫60℃進行烘干，再測試保溫材料試件的質(zhì)量與體積，計算干密度，公式為 [9] ：式中： f 為材料抗壓強度，MPa；A為材料受壓面積，mm 2 ；F為材料最大破壞荷載，N。

1.3.3 導熱系數(shù)測試

將標準養(yǎng)護28 d、規(guī)格為40 mm×40 mm×40 mm試件放入干燥箱中，以恒溫60℃進行烘干。再使用導熱系數(shù)測試儀對保溫材料試件進行測試，分析材料導熱系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生石灰改性影響分析

2.1.1 對干密度的影響

圖1為在600 kg/m 3 干密度等級基礎上，不同生石灰添加量的保溫材料試件實際干密度。

由圖1可知，隨著生石灰添加量的增加，保溫材料試件的實際干密度整體上呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律。未添加生石灰時，空白保溫材料試件的實際干密度為560 kg/m 3 。添加5%生石灰的保溫材料試件的實際干密度為419 kg/m 3 ，相對于空白保溫材料試件有所減小。添加10%、15%、20%生石灰的保溫材料試件的實際干密度均在580 kg/m 3 左右，相對于空白保溫材料試件有所增大。其中，添加10%生石灰的保溫材料試件的實際干密度最大，達到588 kg/m 3 。隨著生石灰的添加，體系堿度增大，材料中出現(xiàn)較多泡沫排液現(xiàn)象。所以，在生石灰一定添加量范圍內(nèi)，保溫材料試件的實際干密度會減小。而當生石灰添加量增多到一定限度時，保溫材料體系中的堿度繼續(xù)增大，使泡沫更加不穩(wěn)定，進而較多的泡沫破損 [11-12] 。所以，試件實際干密度會有所增大。

2.1.2 對抗壓強度的影響

圖2為在600 kg/m 3 干密度等級基礎上，不同生石灰添加量的保溫材料試件在養(yǎng)護7、28d時的抗壓強度。

由圖2可知，當養(yǎng)護時間為7 d時，未添加生石灰的保溫材料空白試件抗壓強度達到1.72 MPa，而添加生石灰的各保溫材料試件抗壓強度均有所下降。其中，添加5%生石灰的保溫材料試件7 d抗壓強度最低，為0.91 MPa。當生石灰添加量為10%時，材料7 d抗壓強度對比5%生石灰添加量時有小幅度提高，為1.32MPa。

而當生石灰添加量高于10%時，材料7 d抗壓強度隨生石灰添加量增加而下降。除此之外，當養(yǎng)護時間為28 d時，未添加生石灰的保溫材料空白試件抗壓強度達到1.97 MPa。添加5%生石灰的保溫材料試件28 d抗壓強度有所下降，為1.75 MPa。添加10%、15%生石灰的保溫材料試件28 d抗壓強度均有所提高，分別是2.13、2.06 MPa。然而，當生石灰添加量繼續(xù)增多到20%時，保溫材料試件的28 d抗壓強度為1.92 MPa，低于空白試件。由于氣孔增大的影響，當生石灰添加量過高時，保溫材料強度會降低 [13] 。綜上，生石灰的添加會導致保溫材料早期強度減小，但可以增大材料后期強度。當生石灰添加量為10%時，保溫材料試件抗壓強度較佳。

2.1.3 對導熱系數(shù)的影響

圖3為在600 kg/m 3 干密度等級基礎上，不同生石灰添加量的保溫材料試件養(yǎng)護28 d時的導熱系數(shù)。

由圖3可知，當保溫材料試件中的生石灰添加量從0%逐級增多到20%時，材料導熱系數(shù)先減后增。對于未添加生石灰的保溫材料空白試件，其導熱系數(shù)較大，為0.142 W/ （m·K）。當生石灰添加量在5%～10%范圍內(nèi)時，保溫材料試件的導熱系數(shù)隨生石灰添加量增多而減小。其中，添加5%生石灰的保溫材料試件導熱系數(shù)減小到0.116 W/ （m·K），比空白試件降低18.31%。添加10%生石灰的保溫材料試件導熱系數(shù)則最小，僅為0.087 W/ （m·K），比空白試件降低38.73%。生石灰添加量超過10%時，保溫材料試件的導熱系數(shù)隨生石灰添加量增多而增大。其中，添加15%生石灰的保溫材料試件導熱系數(shù)為0.106 W/ （m·K），依然低于空白試件。而添加20%生石灰的保溫材料試件導熱系數(shù)則增大到 0.154 W/ （m·K）高于空白試件。綜上，當生石灰添加量為10%時，保溫材料試件的導熱系數(shù)最小，有著較佳的保溫隔熱性能。

2.2 水玻璃改性影響分析

2.2.1 對干密度的影響

圖4為在600 kg/m 3 干密度等級基礎上，不同水玻璃添加量的保溫材料試件實際干密度。

由圖4可知，隨著保溫材料試件中的水玻璃添加量增多，試件的實際干密度先減小，然后迅速增大。對于未添加水玻璃的保溫材料空白試件，實際干密度為560 kg/m 3 。添加5%水玻璃的保溫材料試件實際干密度減小為551 kg/m 3 。而添加10%水玻璃的保溫材料試件實際干密度最小，為408 kg/m 3 。當水玻璃添加量超過10%時，試件的實際干密度隨水玻璃添加量增多而迅速在增大。特別是添加20%水玻璃的保溫材料試件，其實際干密度增大到642 kg/m 3 。然而，當保溫材料體系中添加的水玻璃過多時，會在材料體系中引入較多水，材料中泡沫排液現(xiàn)象增多，出現(xiàn)塌模 [14] 。因此，材料實際干密度出現(xiàn)大幅度增大的變化。

2.2.2 對抗壓強度的影響

圖5為在600 kg/m 3 干密度等級基礎上，不同水玻璃添加量的保溫材料試件的不同養(yǎng)護齡期抗壓強度。

由圖5可知，當保溫材料試件中添加的水玻璃逐漸增多時，不同養(yǎng)護齡期保溫材料抗壓強度均表現(xiàn)為先降后升。當養(yǎng)護齡期為7 d時，對于未添加水玻璃的保溫材料試件，其7 d抗壓強度較大，為1.72 MPa。

而添加水玻璃的保溫材料試件7 d抗壓強度均出現(xiàn)不同程度降低。其中，添加5%水玻璃的保溫材料試件7 d抗壓強度降低到0.75 MPa，比空白試件降低56.40%。而添加10%水玻璃的保溫材料試件7 d抗壓強度則最小，僅為 0.24 MPa，比空 白 試 件 降 低86.05%。當水玻璃添加量在15%及以上時，保溫材料7 d抗壓強度隨水玻璃添加量增多有小幅提高，但遠遠低于空白試件。其中，添加15%、20%水玻璃的保溫材料試件7 d抗壓強度分別為0.43、0.64 MPa，比空白試件分別降低75.00%、62.79%。除此之外，當養(yǎng)護齡期為28 d時，對于未添加水玻璃的保溫材料試件，其28 d抗壓強度較大，為1.97 MPa。而添加水玻璃的保溫材料試件28 d抗壓強度均低于空白試件。

當保溫材料中添加的水玻璃過多時，材料出現(xiàn)塌模，保溫材料試件的實際干密度有所增大 [15] 。因此，保溫材料試件的力學強度出現(xiàn)小幅度提高。但是，整體來看，會導致保溫材料試件的早期、后期抗壓強度均大幅度降低。因此，因結(jié)合保溫材料的實際應用需求，適當添加水玻璃。

2.2.3 對導熱系數(shù)的影響

圖6為在600 kg × m -3 干密度等級基礎上，不同水玻璃添加量的保溫材料試件養(yǎng)護28 d時的導熱系數(shù)。

由圖6可知，隨著保溫材料試件中水玻璃添加量增多，保溫材料試件的導熱系數(shù)呈現(xiàn)先減后增的趨勢。對于未添加水玻璃的保溫材料試件，其導熱系數(shù)較大，為0.142 W/ （m × K）。當水玻璃添加量在5%～10%時，保溫材料試件的導熱系數(shù)隨水玻璃添加量增多而逐漸減小。其中，添加5%水玻璃的保溫材料試件導熱系數(shù)減小到0.118W/ （m × K），比空白試件降低16.90%。而添加10%水玻璃的保溫材料試件導熱系數(shù)則最小，為0.092W/ （m × K），比空白試件降低35.21%。當保溫材料試件中水玻璃添加量超過10%時，材料導熱系數(shù)隨著水玻璃添加量增加而增大。其中，添加15%水玻璃的保溫材料試件導熱系數(shù)為0.105W/ （m × K），依然低于空白試件。而添加20%水玻璃的保溫材料試件導熱系數(shù)則增大到0.148W/ （m × K），略高于空白試件。綜上，適量水玻璃的添加有利于減小保溫材料導熱系數(shù)。當水玻璃添加量為10%時，保溫材料保溫性能較佳。

3 結(jié)語

（1）生石灰的添加會導致保溫材料早期強度減小，但可以增大材料后期強度。當生石灰添加量為10%時，保溫材料試件抗壓強度較佳；

（2）生石灰的添加可以改善保溫材料的保溫隔熱效果，使材料導熱系數(shù)大幅度減??；

（3）隨著水玻璃添加量增加，保溫材料實際干密度先減小后大幅度增大，早期、后期抗壓強度均降低，保溫隔熱性能得到改善；

（4）相比于水玻璃，添加10%生石灰的保溫材料擁有較高的抗壓強度和較小的導熱系數(shù)，力學性能和保溫隔熱性能更加優(yōu)異。

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（責任編輯：平 海）