樹(shù)脂和纖維對(duì)陶砂保溫砂漿抗裂性能的影響

劉笑軍

樹(shù)脂和纖維對(duì)陶砂保溫砂漿抗裂性能的影響

劉笑軍

（遼東學(xué)院 城市建設(shè)學(xué)院，遼寧 丹東 118003）

為提高保溫砂漿抗裂性能，保持保溫砂漿在使用過(guò)程的保溫性能,利用正交試驗(yàn)研究樹(shù)脂與水泥比、稀釋劑及固化劑3個(gè)因素對(duì)保溫砂漿性能的影響，在選擇最優(yōu)配比的基礎(chǔ)上，研究聚丙烯纖維和聚氨酯纖維對(duì)保溫砂漿的壓折比影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，樹(shù)脂與水泥比為1∶2、稀釋劑為1.5%和固化劑為0.5%時(shí)，保溫砂漿的壓折比和吸水率都較??；隨著纖維摻量的增加，砂漿壓折比先減小后增加，且當(dāng)聚氨酯纖維摻量為0.4%時(shí)，保溫砂漿抗折性能最好。得出結(jié)論，優(yōu)化配比和纖維用量可降低吸水率，提高保溫砂漿抗裂性能。

陶砂；樹(shù)脂；壓折比；纖維

纖維增強(qiáng)陶砂保溫砂漿是以絕熱性能較好陶砂為骨料、水泥和樹(shù)脂為膠凝材料、及纖維和外加劑等按一定比例配制成的用于構(gòu)筑建筑表面的一種絕熱砂漿。陶砂保溫砂漿因陶砂具有優(yōu)異的性能，如密度低、抗壓強(qiáng)度高、孔隙率高、軟化系數(shù)高、抗凍性能良好等，特別由于其密度小，內(nèi)部多孔、形態(tài)、成分較均一，且具有一定強(qiáng)度和堅(jiān)固性，因而具有質(zhì)輕、耐腐蝕、抗凍、良好的隔熱性能等多功能特點(diǎn)［1］。

近幾年，由于有機(jī)保溫材料引發(fā)的建筑火災(zāi)頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，因此對(duì)于無(wú)機(jī)保溫砂漿的研究越來(lái)越多。相對(duì)于聚苯顆粒保溫砂漿和聚苯板外墻保溫，無(wú)機(jī)保溫砂漿不存在工作性差、易老化、防火性能差、高溫釋放有毒氣體等問(wèn)題[2]。但是無(wú)機(jī)保溫砂漿也有自身的缺點(diǎn)，比如吸水率大、易收縮開(kāi)裂和導(dǎo)熱系數(shù)大等問(wèn)題。目前，陶砂保溫砂漿的研究主要集中在粘結(jié)性、吸水率、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、收縮等方面［1,3-5］，較少涉及陶砂保溫砂漿的抗裂性能研究。創(chuàng)新性的利用具有防水性能的有機(jī)膠凝材料（酚醛樹(shù)脂） 達(dá)到防水效果，不再使用防水劑以及利用無(wú)機(jī)保溫骨料達(dá)到防火性能要求。本文結(jié)合有機(jī)保溫砂漿和無(wú)機(jī)保溫砂漿的優(yōu)缺點(diǎn)，利用正交試驗(yàn)研究酚醛樹(shù)脂和水泥的用量對(duì)陶砂保溫砂漿的性能影響，并通過(guò)添加纖維進(jìn)一步增強(qiáng)保溫砂漿的抗裂性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：42.5R普通硅酸鹽水泥，符合GB 175—2007《硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥》要求；

陶砂：天津市武清區(qū)彤運(yùn)建材銷(xiāo)售中心；

酚醛樹(shù)脂：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑沈陽(yáng)有限公司；

稀釋劑：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑沈陽(yáng)有限公司；

固化劑：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑沈陽(yáng)有限公司；

纖維：聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維和聚氨酯纖維，遼陽(yáng)市巨欣纖維有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)所用到的儀器有恒溫水浴鍋，DGG-9240型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)，YAW-300型全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)，TPs2500s導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀等。

1.3 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)備水浴加熱的燒杯、杯子、玻璃棒，將實(shí)驗(yàn)所需的陶粒砂用清水清洗干凈后，放入烘箱內(nèi)烘干至恒重。將酚醛樹(shù)脂稱(chēng)量好，按照正交試驗(yàn)比例加入稀釋劑、固化劑，用玻璃棒攪拌均勻，形成酚醛樹(shù)脂基液，后加入稱(chēng)量好的水泥和陶粒中，攪拌均勻后裝入40 mm×40 mm×160 mm試模中。最后，將制品在養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28 d，即得到試驗(yàn)測(cè)試試樣。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

酚醛樹(shù)脂是一種含有酚醛基的高分子聚合物，具有較高的力學(xué)強(qiáng)度,耐熱性好,難燃、低毒、低發(fā)煙,可與其他多聚物共混,實(shí)現(xiàn)高性能化而廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域［6］。對(duì)混凝土等各種材料都有很強(qiáng)的粘結(jié)性,但是其脆性大,為了揚(yáng)長(zhǎng)避短,常對(duì)酚醛進(jìn)行改性處理。在樹(shù)脂內(nèi)加入適量的固化劑時(shí),能配制出在常溫下正常固化的樹(shù)脂砂漿,固化后具有可使用的物理力學(xué)性能。根據(jù)使用條件和要求不同,在樹(shù)脂砂漿配制過(guò)程中還可以加入適當(dāng)比例的水泥、砂等填料和增塑劑。這種砂漿具有良好的振動(dòng)和易性、強(qiáng)度高、粘結(jié)力強(qiáng)、耐腐蝕、防水。

2.1 正交試驗(yàn)

影響陶砂保溫砂漿性能的因素很多，如水泥與酚醛樹(shù)脂的比例、稀釋劑的用量、固化劑的用量等都對(duì)砂漿性能有較大影響。為了優(yōu)化試驗(yàn)工藝，設(shè)計(jì)了3因素3水平正交試驗(yàn)表（見(jiàn)表1）。

表1 因素水平表

正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

2.1.1壓折比與各因素的關(guān)系

壓折比（砂漿抗壓強(qiáng)度與砂漿抗折強(qiáng)度的比值）通常用來(lái)衡量砂漿的柔韌性。當(dāng)保溫砂漿的壓折比較大，即抗壓強(qiáng)度高、抗折強(qiáng)度低，就是說(shuō)該保溫砂漿具有脆性，易斷裂。保溫砂漿斷裂后，水分就會(huì)從裂縫侵入到砂漿內(nèi)部，降低保溫砂漿的保溫效果。為保證保溫效果，保溫材料應(yīng)具有一定的抗彎曲斷裂性，應(yīng)盡量減小材料的壓折比。由表2和圖1可知，樹(shù)脂與水泥比值對(duì)保溫砂漿壓折比的影響最顯著，固化劑對(duì)保溫砂漿壓折比的影響較為顯著，稀釋劑對(duì)保溫砂漿壓折比的影響不顯著，且這個(gè)三個(gè)因素對(duì)壓折比的影響趨勢(shì)為：隨著樹(shù)脂與水泥比值減小，壓折比先增大后減??；隨著稀釋劑的增加，壓折比先略微減小后增大；隨著固化劑的增加，壓折比增大，但趨勢(shì)不明顯。由此可知，如果要求壓折比越小越好，因數(shù)的主次為：A，C，B，較優(yōu)的生產(chǎn)條件為：A3，C1，B2。

圖1 各因素對(duì)壓折比的影響

2.1.2 吸水率與各因素的關(guān)系

保溫砂漿吸水后，氣孔被水占據(jù)，而水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大24倍[7]，在材料內(nèi)部的水分子構(gòu)成眾多熱橋，使其導(dǎo)熱系數(shù)大大提高。因此，吸水率的大小決定了保溫砂漿的保溫效果，是主要考慮的因素之一。由表2和圖2可知，樹(shù)脂與水泥比值對(duì)保溫砂漿吸水率的影響最顯著，固化劑對(duì)保溫砂漿吸水率的影響次之，稀釋劑對(duì)保溫砂漿吸水率的影響再次之，且這個(gè)三個(gè)因素對(duì)壓折比的影響趨勢(shì)為：隨著樹(shù)脂與水泥比值減小，吸水率逐漸減??；隨著稀釋劑的增加，吸水率也是逐漸減小，但趨勢(shì)不明顯；隨著固化劑的增加，吸水率先略微增大后減小。由此可知，如果要求吸水率越小越好，因數(shù)的主次為：A，B，C，較優(yōu)的生產(chǎn)條件為：A3，B 3，C 3。

圖2 各因素對(duì)吸水率的影響

2.1.3 基本配合比確定

從樹(shù)脂與水泥比值、稀釋劑和固化劑對(duì)壓折比和吸水率的影響程度可知，兩者的最顯著影響因素都是樹(shù)脂與水泥比值，且其余兩個(gè)因素的影響均較小。結(jié)合保溫材料主要性能和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，選擇的最優(yōu)配合比為：A3，B2，C1，即樹(shù)脂與水泥比值（1∶2），稀釋劑（1.5%），固化劑（0.5%）。

2.2 單因素試驗(yàn)

纖維添加到保溫砂漿中，會(huì)均勻分布在砂漿內(nèi)部，減小了砂漿的收縮應(yīng)力，有效地阻攔了砂漿在硬化初期形成的微小裂紋的繼續(xù)發(fā)展。而裂紋是保溫砂漿易吸水的重要原因之一，纖維的加入就好像在砂漿中摻入數(shù)量巨大的微細(xì)筋，這些纖維抑制砂漿開(kāi)裂的進(jìn)程，減少裂紋的產(chǎn)生，從而能夠有效地提高保溫砂漿防水性，也減少了滲水通道，提高了抗?jié)B性能。因此，在選擇最優(yōu)配比的基礎(chǔ)上，加入纖維，進(jìn)一步提高保溫砂漿的抗裂性能。纖維種類(lèi)繁多，有無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維，本試驗(yàn)選擇聚丙烯纖維（D） 和聚氨酯纖維（E） ,纖維摻量按水泥質(zhì)量百分比計(jì)，見(jiàn)表3。不同纖維對(duì)保溫砂漿物理性能影響見(jiàn)表4。不同種類(lèi)和摻量的纖維對(duì)保溫砂漿壓折比影響見(jiàn)圖3。

表3 纖維的種類(lèi)與用量

表4 纖維對(duì)保溫砂漿物理性能影響

圖3 纖維對(duì)保溫砂漿壓折比影響

由表4和圖3可知，保溫砂漿的壓折比隨著纖維的加入先降低后增加。壓折比的下降是因?yàn)槔w維分布在保溫砂漿中，當(dāng)砂漿出現(xiàn)微裂紋時(shí)，垂直于裂紋的纖維會(huì)起到拉結(jié)作用，阻止保溫砂漿開(kāi)裂；隨著纖維的增加，壓折比變大是因?yàn)楫?dāng)纖維的用量超過(guò)一定的數(shù)量時(shí)，纖維不能均勻分布在砂漿中，故導(dǎo)致壓折比增大。由表4和圖3(a)知，聚丙烯纖維的摻量為0.5%時(shí)砂漿的壓折比最??；由表4和圖3（b） 知，聚氨酯纖維的摻量為0.4%和0.6%時(shí)砂漿的壓折比最小。

3 結(jié)論

（1）從正交試驗(yàn)可知，對(duì)壓折比影響的因素依次為樹(shù)脂：水泥、固化劑和稀釋劑，最優(yōu)配比為樹(shù)脂與水泥1∶2、稀釋劑1.5%和固化劑0.5%。

（2） 隨纖維用量增加，壓折比先減小后增加，且摻聚氨酯纖維的砂漿壓折比優(yōu)于摻聚丙烯纖維的砂漿，聚氨酯的纖維的摻量為0.4%。

［1］溫金保，祝燁然.陶砂與玻化微珠對(duì)保溫砂漿性能的影響 ［J］.新型建筑材料，2014（11）：9-11.

［2］ CHENJP.Experimental study of external insulation mortar base on fly ash floating bead ［J］.Advance Mater Research，2012 （476-478），1643-1646.

［3］曹篤霞，李建全.頁(yè)巖陶砂保溫砂漿的性能研究［J］.干混砂漿，2005（3）：47-49.

［4］葛曷一，王冬至.頁(yè)巖陶砂保溫抹面砂漿正交試驗(yàn)分析［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（3）：66-68.

［5］陳 偉，錢(qián)覺(jué)時(shí).膨脹劑與陶砂對(duì)低水灰比砂漿的減縮作用 ［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2013（4）：505-510.

［6］薛斌，張興林.酚醛樹(shù)脂的現(xiàn)代應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) ［J］.熱固性樹(shù)脂，2007（7）：47-50.

［7］ DEMIRBOGA R，GUL R.The effects of expanded perlite aggregate，silica fume and fly ash on the thermal conductivity of lightweight concrete ［J］.Cement and Concrete Research，2002，33：723-727.

Effect of resin and fiber on crack resistanceof pottery thermal insulation mortar

LIU Xiao-jun
（School of Urban Construction，Eastern Liaoning University，Dandong 118003，China）

Resin and fiber were used improve the performance of crack resistance and thermal insulation of thermal insulation mortar.The effects of resin-cement ratio,diluents and hardener on the performance of thermal insulation mortar were tested by an orthogonal experiment.Based on the optimal proportion of the three factors,theinfluence of polypropylene fiber and polyurethane fiber on theratio of compressive strength to flexural strength of thermal insulation mortar was studied.The results showed that the ratio of compressive strength to flexural strength and water absorption of thermal insulating mortar were smaller when the ratio of resin and cement was 1∶2,the percentage of diluentswas1.5%and percentage of hardener was0.5%.When more fiber was added,the ratio of compressive strength to flexural strength of the mortar was decreased and then increased.When the dosage of polyurethane fiber reached 0.4%,the ratio of compressive strength to flexural strength of the thermal insulation mortar was the best.It is concluded that the water absorption can be reduced and the crack resistance of thermal insulation mortar can be improved by an optimal ratio of some agentsand adding proper amount of fiber.

pottery；resin；ratio of compressive strength to flexural strength；fiber

TQl77.6

A

1673-4939（2017）04-0286-05

10.14168/j.issn.1673-4939.2017.04.12

2016-01-13

劉笑軍（1962—），男，遼寧丹東人，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：節(jié)能建材與新型墻體材料。

（責(zé)任編輯：龍海波）