水灰比對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{性能的影響試驗(yàn)研究

，

(1.許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院， 河南 許昌 461000;2.華北水利水電大學(xué) 土木與交通學(xué)院，河南 鄭州 450045)

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，建筑能耗量已占全國能耗量的四分之一左右[1]，建造綠色建筑，降低建筑能耗對(duì)實(shí)現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展道路具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.建筑外墻是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中傳熱耗熱量最大的部位，提高外墻的保溫與隔熱性能是目前建筑節(jié)能的有效措施之一.我國最常用的建筑外墻外保溫體系包括有機(jī)保溫體系和無機(jī)保溫體系.前者主要是以聚苯等有機(jī)材料組成，成本低廉，保溫效果較好，但耐火性較差，21世紀(jì)初期及以前是我國北方寒冷地區(qū)最常用的外墻保溫材料.但自2009年央視大樓和2010年上海浦東路教師公寓因外墻有機(jī)保溫系統(tǒng)燃燒產(chǎn)生重大火災(zāi)事故后，公安部出臺(tái)相關(guān)文件規(guī)定：“民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級(jí)的材料”，隨后，以玻化微珠等無機(jī)材料為主的無機(jī)保溫體系脫穎而出，并占據(jù)主要市場(chǎng)[1,2].然而，2018年，鄭州某辦公樓再一次發(fā)生因外墻有機(jī)保溫材料燃燒引起重大火災(zāi).經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，以河南省為主，處于我國夏熱冬冷地區(qū)的建筑外墻外保溫體系仍采用耐火性較差的有機(jī)保溫體系，不利于我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展.

關(guān)于?；⒅橥鈮ν獗厣皾{，國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了一系列研究.毛小紅研究了以?；⒅楸厣皾{作為外墻外保溫材料時(shí)影響其性能的主要因素[3].李珠等通過正交試驗(yàn)開展了?；⒅楸厣皾{的配合比研究[4].本研究通過比較不同水灰比條件下玻化微珠外墻外保溫砂漿干密度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及導(dǎo)熱性能方面的變化，為夏熱冬冷地區(qū)建筑外墻使用無機(jī)保溫體系提供借鑒.

1 試驗(yàn)方案

1.1 材料屬性

試驗(yàn)中?；⒅楸厣皾{是以硅酸鹽水泥為膠凝材料，?；⒅轭w粒為輕骨料，可分散乳膠粉、聚丙烯纖維、羥丙基甲基纖維素醚、發(fā)泡劑為外加劑，按照一定比例配制而成.試驗(yàn)中原材料都產(chǎn)自于河南地區(qū)，其中硅酸鹽水泥為P·O 42.5水泥，其主要物理性能見表1；?；⒅轭w粒的主要物理性能見表2；可分散性乳膠粉為白色粉末，其主要物理性能見表3；聚丙烯纖維作為有機(jī)纖維其抗拉強(qiáng)度500 MPa，斷裂伸長率10%～28%；羥丙基甲基纖維素醚為白色粉末，可保證砂漿的保水性和稠度；發(fā)泡劑發(fā)泡倍數(shù)為20.

表1 水泥的主要物理性能

表2 玻化微珠顆粒的物理性能

表3 可分散性乳膠粉物理性能

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 干密度

干密度的測(cè)定方法參照《膨化?；⒅楸馗魺嵘皾{》(GB/T26000-2010).將在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d的70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試塊放在干燥箱里烘干至恒重，并按公式(1)計(jì)算，取 6 個(gè)試塊測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值為最終干密度值[5].

(1)

式中：ρ0—干密度(kg/m3)；m0—試塊烘干質(zhì)量(g)；V—試塊體積(mm3).

1.2.2 抗壓強(qiáng)度

取干密度測(cè)定后的4個(gè)試塊，參照《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法》(GB/T5486-2008)中抗壓強(qiáng)度測(cè)定方法進(jìn)行試驗(yàn)，并按公式(2)計(jì)算，測(cè)試結(jié)果取4個(gè)試塊抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值[6].

(2)

式中：σ—抗壓強(qiáng)度(MPa)；P1—試塊破壞荷載(N)；S—試塊受荷面積(mm2).

1.2.3 抗折強(qiáng)度

抗折強(qiáng)度的測(cè)定方法依照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行，試塊抗折強(qiáng)度按公式(3)計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果為三個(gè)試塊抗折強(qiáng)度的算術(shù)平均值[7,8].

(3)

式中：Rf—抗折強(qiáng)度(MPa)；Ff—試塊折斷時(shí)施加于棱柱體中部的荷載(N)；L—抗折試驗(yàn)機(jī)支撐圓柱之間的距離(mm)；b—棱柱體正方形截面的邊長(mm).

1.2.4 導(dǎo)熱系數(shù)

將300 mm×300 mm×40 mm試塊按照干密度測(cè)定方法中養(yǎng)護(hù)條件和烘干方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與烘干，采用JTRG-Ⅲ型建筑熱流計(jì)式導(dǎo)熱儀直接對(duì)試件進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量，其單位為W/(m·K).

1.3 配合比確定

根據(jù)已有研究以及保溫砂漿拌制時(shí)的工作性能,確定?；⒅橥鈮ν獗厣皾{中各原材料的基本配合比，確保保溫砂漿具有良好的流動(dòng)性和保水性.通過改變水灰比來研究?；⒅橥鈮ν獗厣皾{的力學(xué)性能變化.不同水灰比的?；⒅橥鈮ν獗厣皾{各材料的質(zhì)量分布見表4.

表4 不同水灰比玻化微珠外墻外保溫砂漿中各原材料的質(zhì)量/g

2 結(jié)果與分析

2.1 水灰比對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{干密度的影響

圖1顯示不同水灰比條件下?；⒅橥鈮ν獗厣皾{干密度的試驗(yàn)值及分布情況.從試驗(yàn)數(shù)值來看，4種水灰比條件下，?；⒅楸厣皾{干密度數(shù)值基本符合Ⅱ型無機(jī)輕集料保溫砂漿干密度性能指標(biāo)，適用于外墻外保溫體系[9].另外，從試驗(yàn)數(shù)值分布來看，隨著水灰比的增大，?；⒅橥鈮ν獗厣皾{干密度隨之下降.這主要是由于水泥含量一定，其凝結(jié)硬化時(shí)消耗的水分基本不變，水灰比越大，?；⒅橥鈮ν獗厣皾{中水分蒸發(fā)的越多，其干密度越小.

2.2 水灰比對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗壓強(qiáng)度的影響

圖2顯示，隨著水灰比的依次增大，?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗壓強(qiáng)度分別為2.12、1.89、1.61和0.82 MPa.與編號(hào)1試驗(yàn)組相比，其它編號(hào)試驗(yàn)組抗壓強(qiáng)度分別降低了10.8%、24.1%和61.3%，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì).試驗(yàn)結(jié)果表明，水灰比的改變對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗壓強(qiáng)度影響較大，主要由于隨著水灰比的增大，?；⒅橥鈮ν獗厣皾{凝結(jié)硬化過程中散失水分越多，孔隙率不斷增大，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低[10].根據(jù)JGJT253-2011技術(shù)規(guī)程規(guī)定，本試驗(yàn)中水灰比為1.4時(shí)，?；⒅楸厣皾{抗壓強(qiáng)度小于1.0 MPa，不宜用于外墻外保溫.

圖1 水灰比對(duì)干密度的影響

圖2 水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

2.3 水灰比對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗折強(qiáng)度的影響

圖3為水灰比與玻化微珠外墻外保溫砂漿抗折強(qiáng)度試驗(yàn)值的變化關(guān)系圖.不同水灰比條件下，抗折強(qiáng)度試驗(yàn)值依次為1.21、0.95、0.7和0.28 MPa，與水灰比為1.1試驗(yàn)組相比，其它水灰比條件下試驗(yàn)組抗折強(qiáng)度分別下降了21.5%、42.1%和76.9%.結(jié)合圖2和圖3，水灰比的變化對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗折強(qiáng)度的影響趨勢(shì)與抗壓強(qiáng)度基本一致，但對(duì)抗折強(qiáng)度的影響更為明顯.兩圖顯示，水灰比的增大會(huì)明顯降低保溫砂漿強(qiáng)度，特別是水灰比為1.4時(shí)，試塊強(qiáng)度下降超過50%，因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)嚴(yán)格控制?；⒅橥鈮ν獗厣皾{的水灰比.

2.4 水灰比對(duì)玻化微珠外墻外保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)的影響

圖4中當(dāng)水灰比分別為1.1、1.2、1.3、1.4時(shí)，?；⒅橥鈮ν獗厣皾{導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.085 7、0.079 4、0.071 2、0.069 3 W/(m·K).根據(jù)文獻(xiàn)[9]中無機(jī)輕集料砂漿導(dǎo)熱系數(shù)性能指標(biāo)規(guī)定，編號(hào)1～4試驗(yàn)組?；⒅楸厣皾{都適用于外墻外保溫體系.圖中顯示，導(dǎo)熱系數(shù)隨水灰比的增大而減小，主要是由于水灰比越大的?；⒅橥鈮ν獗厣皾{在凝結(jié)硬化后的孔隙率越大，而氣體的導(dǎo)熱系數(shù)低于固體的導(dǎo)熱系數(shù)[2].另外，水灰比1.2試驗(yàn)組與1.1試驗(yàn)組相比，導(dǎo)熱系數(shù)下降了7.3%，水灰比1.3試驗(yàn)組與1.2試驗(yàn)組相比，導(dǎo)熱系數(shù)下降了10.3%，而水灰比1.4試驗(yàn)組與1.3試驗(yàn)組相比，導(dǎo)熱系數(shù)下降了2.6%，導(dǎo)熱系數(shù)下降趨勢(shì)明顯減小.表明水灰比一定程度的增大可有效降低?；⒅橥鈮ν獗厣皾{導(dǎo)熱系數(shù)，超出一定范圍，水灰比的改變對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{導(dǎo)熱系數(shù)的影響降低.

圖3 水灰比對(duì)抗折強(qiáng)度的影響

圖4 水灰比對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響

3 結(jié)論

(1)隨著水灰比的增大，玻化微珠外墻外保溫砂漿的干密度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及導(dǎo)熱系數(shù)都隨之下降，受其影響較大.

(2)水灰比的增大，對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度的折減尤其明顯，水灰比1.4試驗(yàn)組與1.1試驗(yàn)組相比，兩個(gè)強(qiáng)度值分別下降61.3%與76.9%.而對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)，水灰比一定程度的增大可有效降低其值，超出一定范圍，水灰比的增大對(duì)?；⒅橥鈮ν獗厣皾{導(dǎo)熱系數(shù)的影響降低.

(3)水灰比為1.4試驗(yàn)組由于強(qiáng)度降低較多，強(qiáng)度不夠，建議不要用于?；⒅橥鈮ν獗厣皾{或通過改變?cè)牧吓浜媳葋硖岣咂鋸?qiáng)度.