膨脹珍珠巖-聚合物復合保溫砂漿配合比正交試驗研究

孟　瑋，陳　蓓，吳麗雅

膨脹珍珠巖-聚合物復合保溫砂漿配合比正交試驗研究

孟瑋1，陳蓓1，吳麗雅2

（1.南京理工大學泰州科技學院，江蘇泰州225300；2.泰州市同一建設工程質(zhì)量檢測有限公司，江蘇泰州225300）

為了得到綜合性能良好的復合保溫砂漿，通過正交試驗方法，選擇水用量、水泥摻量、膨脹珍珠巖摻量、粉煤灰摻量、聚丙烯纖維摻量、可分散乳膠粉摻量和引氣劑摻量等7個影響因素對保溫砂漿的干密度、壓折比、抗壓強度及導熱系數(shù)等指標進行了研究，分析各因素對復合保溫砂漿相應指標的影響顯著性程度，結(jié)合因素間的交互分析及驗證試驗得到了最優(yōu)配合比。

膨脹珍珠巖；復合保溫砂漿；正交試驗；最優(yōu)配合比

0　引言

膨脹珍珠巖是由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖（珍珠巖）在高溫下焙燒而成的內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu)的白色顆粒狀材料［1］，原料來源廣泛，價格便宜，廣泛用于保溫隔熱領域。由膨脹珍珠巖制得的保溫砂漿，具有價格低廉且施工速度較快的優(yōu)點，但存在抗裂性差、吸水后保溫效果降低等缺點，使其應用具有一定局限性［2］，國內(nèi)外展開了許多的研究來改善其性能［3-10］。本文從提高膨脹珍珠巖保溫砂漿的綜合性能出發(fā)，在保溫砂漿中添加了抗裂劑，研究復合保溫砂漿主要的物理及力學性能指標。

1　試驗

1.1原材料

水泥：江蘇泰州揚灣產(chǎn)海螺牌42.5級普通硅酸鹽水泥；膨脹珍珠巖：江蘇常州某保溫材料廠生產(chǎn)的閉孔膨脹珍珠巖，主要化學成分見表1。粉煤灰：江蘇省姜堰市電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰；聚丙烯纖維：長度為9 mm；外加劑：上海影佳化工有限公司生產(chǎn)的YJ607型柔性可分散乳膠粉，杭州妙能生物科技有限公司生產(chǎn)的JZS-01型混凝土引氣劑；水：自來水。

表1　膨脹珍珠巖的主要化學成分%

1.2主要試驗設備

砂漿攪拌機；DY－208型全自動水泥強度試驗機；WDW－200微機控制電子萬能試驗機；SK－DR300A+平板導熱儀。

1.3試驗指標及砂漿制備

復合保溫砂漿抗折強度依據(jù)GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測試；抗壓強度依據(jù)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》、GB/T 20473—2006《建筑保溫砂漿》及GB 8813—88《硬質(zhì)泡沫塑料壓縮試驗方法》進行測試；導熱系數(shù)依據(jù)GB 10294—88《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護熱板法》進行測試；干表觀密度依據(jù)GB/T 5486.2—2001《無機硬質(zhì)絕熱制品試驗方法》進行測試。按照試驗設計配合比，分別制備40 mm×40 mm×160 mm、70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm、300 mm×300 mm×30 mm的砂漿試樣，養(yǎng)護至28 d后測試其壓折比、抗壓強度、干密度、導熱系數(shù)等指標。

1.4試驗因素確定

采用正交設計理論，選擇水用量、水泥摻量、膨脹珍珠巖摻量、粉煤灰摻量、聚丙烯纖維摻量、可分散乳膠粉摻量和引氣劑摻量等7個影響因素來分析對保溫砂漿基本性能的顯著性影響程度，各因素及水平見表2，正交表選擇L18（37）。

表2　正交試驗因素水平

2　試驗結(jié)果及分析

2.1試驗結(jié)果

正交試驗設計及結(jié)果見表3，極差分析見表4。

表3　正交試驗設計及結(jié)果

表4　極差分析

由表4分析可得：

（1）對干密度的影響因素主次順序為：C→A→D→E→F→B→G，即膨脹珍珠巖的摻量為影響干密度的主要因素；其余依次為水用量、纖維摻量、可分散乳膠摻量和水泥摻量，其中水泥含量越低，保溫砂漿的干密度就越大；引氣劑摻量對膨脹珍珠巖保溫砂漿干密度的影響較小。通過同因素不同水平之間的豎向比較，得出膨脹珍珠巖保溫砂漿干密度的優(yōu)化方案為：C3A3D1E3F3B3G3。

（2）對壓折比的影響因素主次順序為：D→B→G→F→A→E→C，即粉煤灰摻量為影響壓折比的主要因素；其次為水泥摻量；引氣劑摻量的增加使得壓折比增大，抗裂性能降低；可分散乳膠粉摻量、水用量、纖維摻量和膨脹珍珠巖摻量對膨脹珍珠巖保溫砂漿的壓折比影響較小。通過同因素不同水平之間的豎向比較，得出膨脹珍珠巖保溫砂漿壓折比的優(yōu)化方案為：D1B1G1F2A3E1C1。

（3）對抗壓強度的影響因素主次順序為：C→A→E→F→G→D→B，即膨脹珍珠巖摻量為影響抗壓強度的主要因素；纖維與可分散乳膠粉摻量對抗壓強度也有影響；水用量與引氣劑摻量對抗壓強度的影響趨勢相同，隨著用量的增加，抗壓強度呈下降趨勢；粉煤灰與水泥用量對抗壓強度的影響較小。通過同因素不同水平之間的豎向比較，得出膨脹珍珠巖保溫砂漿抗壓強度的優(yōu)化方案為：C1A1E1F1G1D3B2。

（4）對導熱系數(shù)的影響因素主次順序為：C→A→D→E→B→F→G，即膨脹珍珠巖摻量為影響導熱系數(shù)的主要因素；其次為水用量；粉煤灰與水泥的影響程度較弱，隨著粉煤灰與水泥摻量的增大，保溫砂漿的導熱系數(shù)呈上升趨勢，保溫性能下降；可分散乳膠粉與引氣劑摻量對保溫砂漿導熱系數(shù)的影響較小。通過同因素不同水平之間的豎向比較，得出膨脹珍珠巖保溫砂漿導熱系數(shù)的優(yōu)化方案為：C3A2D1E3B1F3G1。

2.2交互作用分析

正交試驗中，材料之間往往存在著相互之間的作用，這種作用可能比單個材料摻量對試驗的影響程度還要大，本文考慮因素B與E，即水泥摻量與粉煤灰摻量2個因素之間的交互作用，如表5所示。

由表5可見，B1E3所得的保溫砂漿干密度最小，為412.6 kg/m3，考慮材料間交互作用，干密度的優(yōu)化方案應選定為：C3A3D1E3F3B1G3；B1E3所得的保溫砂漿壓折比最小，為2.07，考慮材料間交互作用，保溫砂漿壓折比的優(yōu)化方案應選定為：D1B1G1F2A3E3C1；B1E1所得的保溫砂漿抗壓強度最高，為2.71 MPa，考慮材料間交互作用，抗壓強度的優(yōu)化方案應選定為：C1A1E1F1G1D3B1；B1E3所得的保溫砂漿導熱系數(shù)最小，為0.0825 W/（m·K），考慮材料間交互作用，導熱系數(shù)的優(yōu)化方案為：C3A2D1E3B1F3G1。

2.3最優(yōu)配合比

對上述4組優(yōu)化方案進行驗證試驗，結(jié)果如表6所示。

表5　因素B、E交互作用分析

表6　優(yōu)方案驗證試驗結(jié)果

由表6可知，Y2為最優(yōu)配比，即D1B1G1F2A3E3C1方案，具體配合比為：水用量2117 g，水泥摻量1064 g，膨脹珍珠巖摻量532 g，粉煤灰摻量319 g，纖維摻量5.9 g，可分散乳膠粉摻量4.5 g，引氣劑摻量1.1 g。按最優(yōu)配比制備的復合保溫砂漿的性能符合江蘇省工程建設標準DGJ 32/J22—2006《水泥基復合保溫砂漿建筑保溫系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》標準要求。

3　結(jié)論

（1）通過多因素正交試驗設計，得到復合保溫砂漿干密度的主要影響因素依次為膨脹珍珠巖摻量、水用量、粉煤灰摻量；壓折比的主要影響因素為粉煤灰摻量與水泥摻量；抗壓強度的主要影響因素依次為膨脹珍珠巖摻量、水用量、可分散乳膠粉摻量、纖維摻量；導熱系數(shù)的主要影響因素依次為膨脹珍珠巖摻量、水用量、粉煤灰摻量、水泥摻量。

（2）各原材料的最優(yōu)配比為：水用量2117 g，水泥摻量1064 g，膨脹珍珠巖摻量532 g，粉煤灰摻量319 g，纖維摻量5.9 g，可分散乳膠粉摻量4.5 g，引氣劑摻量1.1 g。按最優(yōu)配比制備的復合保溫砂漿的干密度439.1 kg/m3，壓折比2.11，抗壓強度2.53 MPa，導熱系數(shù)0.0841 W/（m·K），符合DGJ 32/J22—2006標準要求。

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Orthogonal test of expanded perlite-polymer composite insulation mortar

MENG Wei1，CHEN Bei1，WU Liya2
（1.Taizhou Institute of Sci.&Tech.NUST.，Taizhou 225300，Jiangsu，China；2.Taizhou Tongyi Construction Engineering Quality Test Co.Ltd.，Taizhou 225300，Jiangsu，China）

In order to get perfect comprehensive properties of composite insulation mortar，anti-cracking agent was added to the expanded perlite insulation mortar.Through orthogonal experiment method，the influencing factors of water consumption，dosage of cement，expanded perlite，dosage of fly ash，polypropylene fiber dosage，dosage and air-entraining agent dosage of latex on dry density，compressive and flexural strength，compressive strength and thermal conductivity coefficient index of thermal insulation mortar are studied.After analyzing the influence significance level of various factors on the composite insulation mortar corresponding index，combined with factor interaction analysis and validation test，the optimal mixture ratio is obtained.

expanded perlite，composite insulation mortar，orthogonal experiment，optimum mixture ratio

TU55+1.3

A

1001-702X（2015）12-0021-03

2015-06-28；

2015-08-12

孟瑋，女，1980年生，江蘇連云港人，講師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設計及新型建筑材料研究。