新型水泥基墻體材料正交試驗(yàn)研究

涂玉波，王珊珊，韋平

（浙江瑞高綠建科技有限公司，浙江 湖州 313100）

新型水泥基墻體材料正交試驗(yàn)研究

涂玉波，王珊珊，韋平

（浙江瑞高綠建科技有限公司，浙江 湖州 313100）

本文通過正交試驗(yàn)，分析了 TY 顆粒摻量、玻化微珠摻量、引氣劑摻量對混凝土的抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律，驗(yàn)證了在混凝土中摻加一定數(shù)量的 TY 輕粗集料顆粒、?；⒅椤⒁龤鈩┡渲菩滦退嗷鶋w材料的可行性。

正交試驗(yàn)；玻化微珠；TY 顆粒；引氣劑；抗壓強(qiáng)度；導(dǎo)熱系數(shù)

0 引言

隨著我國建筑節(jié)能和墻體改革工作的深入開展，以及節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，使得人們更加重視外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損耗問題，特別是占很大份額的墻體結(jié)構(gòu)[1-2]。目前外墻保溫系統(tǒng)，是對整個(gè)建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取保溫隔熱措施，主要的構(gòu)造形式有外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫、外墻夾心保溫三種形式，所用的建筑保溫材料主要以 EPS 板、XPS 板、膠粉EPS 顆粒、酚醛板及發(fā)泡聚氨酯等有機(jī)材料為主，這些保溫系統(tǒng)的做法不僅工藝繁瑣，增加了建筑施工過程，且不利于建筑物的結(jié)構(gòu)受力和安全，又由于選用的保溫材料是有機(jī)材料，耐老化性能差、污染室內(nèi)外環(huán)境，甚至加重建筑物的火災(zāi)隱患[3]。

基于上述原因，本文提出新型水泥基墻體材料，從其原材料、配合比及基本力學(xué)性能、保溫性能開展試驗(yàn)研究工作。

1 新型水泥基墻體材料

新型水泥基墻體材料是由水泥、砂子、?；⒅?、TY輕粗集料顆粒、纖維、專用外加劑及外摻料等材料按一定比例配合，經(jīng)特定的攪拌方式、成型工藝、養(yǎng)護(hù)而得到的混凝土，既具有輕骨料混凝土的物理力學(xué)性能，又具有優(yōu)越的保溫性能（如表1 所示）。新型水泥基墻體材料中應(yīng)用的?；⒅槭且环N玻璃質(zhì)火山熔巖礦砂，經(jīng)膨脹、玻化等工藝制成，表面玻化封閉，呈不規(guī)則球形，內(nèi)部為多孔空腔結(jié)構(gòu)，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，具有質(zhì)輕、隔熱、耐高低溫、抗老化、吸水小等優(yōu)異的性能[4]，因此必將對新型水泥基墻體材料的熱工性能和力學(xué)性能有一定程度的提升。

TY 輕粗集料顆粒是一種無基質(zhì)混合發(fā)泡材料，具有質(zhì)輕、不燃、不吸水、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)，且由于其為多孔材料，表面積大，當(dāng)作為粗骨料加入混凝土中，有利于增強(qiáng)接觸面的粘結(jié)力，這不僅增強(qiáng)了混凝土整體性特征，而且對混凝土的抗裂、抗剝落、抗折強(qiáng)度有一定程度的提高。但由于自身抗壓強(qiáng)度較低，它的摻量大小將會(huì)對新型水泥基墻體材料的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響。

引氣劑是泡沫的主要來源，它的加入能很大程度的改善混凝土的和易性，并在混凝土中產(chǎn)生孔徑小且均勻的封閉氣孔，孔結(jié)構(gòu)的均勻分布不僅可以減輕整體結(jié)構(gòu)的重量，而且可以在某種程度上起到保溫隔聲的效果。

新型水泥基墻體材料不僅以其較低的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到與現(xiàn)有外墻保溫系統(tǒng)相同的保溫隔熱效果，而且能夠大大簡化設(shè)計(jì)和施工工藝，減少保溫工程的能耗，又能滿足表面裝飾的效果。新型水泥基墻體材料的出現(xiàn)符合國家建筑節(jié)能的要求，響應(yīng)了國家綠色建筑節(jié)能的政策指令，亦必將推動(dòng)構(gòu)建新型建筑結(jié)構(gòu)體系的進(jìn)程。為使新型水泥基墻體材料推向市場，本文選用合理的試驗(yàn)方法，對開發(fā)出的新型材料進(jìn)行研究分析，選出最佳的配比方案。

表1 新型水泥基墻體材料技術(shù)性能指標(biāo)

2 試驗(yàn)用原材料

（1）細(xì)骨料：浙江湖州長興產(chǎn)石英砂，實(shí)測表觀密度2650kg/m3，堆積密度為 1600kg/m3，細(xì)度模數(shù)為 2.0。

（2）水泥：安徽某水泥廠生產(chǎn)的 P·O52.5 普通硅酸鹽水泥，比表面積 368m2/kg。

（3）?；⒅椋哼x用河南信陽某公司生產(chǎn)的?；⒅?，粒度為 0～0.5mm，容重 0.20g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù) 0.035～0.045W/(m·K)，漂浮率≥98%，耐火度 1280～1360℃。

（4）TY 輕粗集料顆粒：江蘇某公司生產(chǎn)，容重80～160kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù) 0.028W/(m·K)，燃燒性能 A 級，吸水率為 32g/m2。

（5）摻合料：長興電廠Ⅱ級粉煤灰，密度 2600kg/m3，比表面積 310m2/kg。S95 級礦粉，其密度為 2800kg/cm3，比表面積為 410m2/kg。

（6）減水劑：聚羧酸系高效減水劑，減水率>30%。

（7）引氣劑：JX 自制專用引氣劑，引泡均勻、穩(wěn)定。

（8）纖維：聚乙烯醇纖維，6mm。

（9）水：自來水，pH 值小于 6.5。

C05、C10、C15、C20 四種類型新型水泥基墻體材料的初始理論配比，詳見表2。

表2 四種新型水泥基墻體材料中各材料用量 kg/m3

3 新型水泥基墻體材料的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 選擇因素水平

試驗(yàn)研制的新型水泥基墻體材料，既擁有一般混凝土的特性，又具有優(yōu)越的保溫隔熱性能。而能夠影響其性能的因素有很多。本試驗(yàn)利用正交試驗(yàn)的方法，對選定的多個(gè)因素進(jìn)行研究分析。根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，在 C05、C10、C15、C20 四種類型新型水泥基墻體材料的初始理論配比基礎(chǔ)上，選取?；⒅榈膿搅俊Y 輕粗集料顆粒摻量、引氣劑摻量三個(gè)因素進(jìn)行研究，每個(gè)因素取 3 個(gè)水平（詳見表3）。以新型水泥基墻體材料的 28d 抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)為考核指標(biāo)，分析各因素對抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律及顯著性，從而確定各密度等級混凝土的最佳配合比。

3.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)所選擇的變量因素，確定選取 L9(34) 正交表來試驗(yàn)，如表3 所示，其中 A、B、C 分別代表?；⒅閾搅?、TY輕粗集料顆粒摻量、引氣劑摻量。

表3 L9(34) 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

各配比混凝土的強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)正交分析見表4。

由表4 可知，對于 C05、C10、C15、C20 四種強(qiáng)度等級的混凝土，28d 抗壓強(qiáng)度的因素影響順序均為 TY 顆粒摻量 B＞?；⒅閾搅?A＞引氣劑摻量 C。說明 TY 顆粒的摻量對混凝土28d 抗壓強(qiáng)度的影響顯著；?；⒅閾搅繉炷?28d抗壓強(qiáng)度有一定影響；引氣劑摻量對混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度的影響不大。對于 C05、C10、C15、C20 四種強(qiáng)度等級的混凝土，導(dǎo)熱系數(shù)的因素影響順序均為 TY 顆粒摻量 B＞引氣劑摻量 C＞?；⒅閾搅?A。TY 顆粒摻量對混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響顯著，引氣劑的摻量對混凝土導(dǎo)熱系數(shù)有一定程度的影響，?；⒅閾搅肯鄬τ谄渌麅蓚€(gè)因素來說對導(dǎo)熱系數(shù)的影響不顯著。

TY 顆粒的摻量對混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)均有顯著影響，這是因?yàn)?TY 顆粒的壓縮強(qiáng)度為 1.0～2.5kg/cm2，故隨著 TY 顆粒摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度下降。TY顆粒導(dǎo)熱系數(shù)為 0.028W/(m·K)，?；⒅榈膶?dǎo)熱系數(shù)為0.035～0.045W/(m·K)，隨著 TY 顆粒摻量的增加混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)將變小。

表4 28d 抗壓強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)的極差分析

C05、C10、C15、C20 四種強(qiáng)度等級混凝土的最佳方案可由表3、表4 分析得出；由表3 可直接選出混凝土28d 強(qiáng)度的最佳方案分別為 A2B2C3、A3B2C1、A2B1C2、A2B1C2，由表4 極差分析結(jié)果可知最佳方案分別為A3B2C1、A3B2C1、A2B2C2、A2B2C2；由表3 可直接選出混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的最佳方案分別為 A2B2C3、A2B2C3、A1B3C3、A2B3C1，由表4 極差分析結(jié)果可知最佳方案分別為A1B1C1、A3B1C1、A2B1C1、A3B1C2。

（3）本試驗(yàn)主要針對新型水泥基墻體材料的三種組成材料進(jìn)行了正交分析，后期還需對其他組成材料及外加劑的種類、摻量進(jìn)行研究，并結(jié)合工程實(shí)例對新型水泥基墻體材料的整體性能進(jìn)行分析研究，為其在實(shí)踐中的推廣應(yīng)用提供可靠依據(jù)。

[1] 李百益．建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體保溫節(jié)能技術(shù)的研究[D]．陜西：西安科技大學(xué)，2009．

[2] 李珠．?；⒅楸夭牧系南盗醒芯颗c“城市密洞”式綠色建筑[M]．北京:北京郵屯大學(xué)出版社,2011: 56-75．

[3] 張澤平，李珠，董彥莉．建筑保溫節(jié)能墻體的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]．工程力學(xué)，2007(12): 121-127．

[4] JC/T 1042—2007．膨脹?；⒅閇S]．

［通訊地址］浙江省湖州市長興縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)太湖大道 2255號 浙江瑞高綠建科技有限公司（313100）

Orthogonal experiment research on new type cementious wall materials

Tu Yubo, Wang Shanshan, Wei Ping
(Luoyang Jiayi Mechanical and Electrical Equipment Co., Ltd., Henan Luoyang 471131)

By orthogonal test, this research analyzed the dosage impact of TY particles, vitrified bead and air-entraining agent on the compressive strength of concrete and coefficient of thermal conductivity, to verify the feasibility of adding certain amount of light coarse aggregate particles, vitrified beads, air-entraining agent in concrete, aiming to confect new cementious wall materials.

orthogonal experiment; glazed hollow bead; TY particle; air-entraining agent; compressive strength; thermal conductivity

涂玉波（1975—），男，高級工程師，研究方向：主要從事高性能混凝土研究。