本文對研發(fā)出的隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿進行燃燒性能（A1級）、煙氣毒性、導(dǎo)熱系數(shù)等各項性能測試，同時根據(jù)傳統(tǒng)墻體保溫系統(tǒng)的施工工藝進行構(gòu)造設(shè)計和耐候性、抗風壓值、抗沖擊性等各項系統(tǒng)性能測試，各項性能測試符合要求。
關(guān)鍵詞：節(jié)能保溫；抗裂；玻化微珠；A級防火
隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿的研究技術(shù)路線是在傳統(tǒng)保溫砂漿的基礎(chǔ)上進行研發(fā)改性，通過“原材料選用”和“配比優(yōu)化”，再結(jié)合進行“性能測試”的技術(shù)路線，得到導(dǎo)熱系數(shù)低，憎水率、強度和韌性高同時具有A1級防火標準的玻化微珠保溫砂漿。
使用玻化微珠保溫砂漿材料構(gòu)成建筑保溫節(jié)能系統(tǒng)，克服了普通膨脹珍珠巖(不經(jīng)表面玻化的膨脹珍珠巖)砂漿吸水性大、易粉化、在料漿攪拌中體積收縮率大、易造成建筑工程產(chǎn)品后期保溫性能降低和空鼓開裂等難題，同時，玻化微珠保溫砂漿自身具有抗老化、防火性強、無毒、強度高、黏結(jié)性能好等特點，而且施工工藝簡單，可操作性強，比無機保溫材料中的普通膨脹珍珠巖保溫砂漿也有明顯的優(yōu)越性，可以肯定地說，隨著我國建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，玻化微珠保溫砂漿在建筑保溫節(jié)能工程中的應(yīng)用范圍益廣泛。
隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿是以玻化微珠顆粒為細骨料，水泥或粉煤灰等為膠凝材料，并加入各種外加劑加水拌合而成的具有良好保溫效果的砂漿，主要用于外墻外保溫系統(tǒng)的多層砂漿復(fù)合系統(tǒng)中。
1)玻化微珠原料選擇
玻化微珠是一種酸性玻璃質(zhì)溶巖礦物質(zhì)(松脂巖礦砂)，經(jīng)過特種技術(shù)處理和生產(chǎn)工藝加工形成內(nèi)部多孔、表面玻化封閉，呈球狀體細徑顆粒，是一種具有高性能的新型無機輕質(zhì)絕熱材料。由于表面玻化形成一定的顆粒強度，物理化學(xué)性能十分穩(wěn)定，耐老化、耐候性強，具有優(yōu)異的絕熱、防火、吸音性能，在建材行業(yè)中，用玻化微珠作為輕質(zhì)骨料，可提高砂漿的流動性和自抗強度，減少材性收縮率，提高產(chǎn)品綜合性能，降低綜合生產(chǎn)成本。在輕質(zhì)干混砂漿（保溫型、砌筑型、抹面型）應(yīng)用中，用玻化微珠替代傳統(tǒng)的普通膨脹珍珠巖和聚苯顆粒作干混保溫砂漿輕質(zhì)骨料，提高完善了保溫砂漿的綜合性能和施工性能。
隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿選用中等粒徑的玻化微珠（粒度在104-123μm的大于85%）為骨料，平均密度為80Kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)0.036-0.045W/（m·K），其原料玻化微珠的耐火度1200℃。
玻化微珠材料按不同粒徑，分為大粒徑：123-840μm，中等粒徑：104-123μm和小粒徑：74-104μm，并對應(yīng)不同密度和導(dǎo)熱系數(shù)，一般來講，玻化微珠粒徑越大，密度越小，導(dǎo)熱系數(shù)越低，抗壓和抗折強度越小，反之亦然，為得到玻化微珠密度與力學(xué)性能的關(guān)系，我們進行了對比實驗：
（1）試樣制備
試驗中選用了具有代表性的小粒徑、中粒徑和大粒徑三種不同粒徑的玻化微珠散料為骨料，對應(yīng)的密度分別為30Kg/m3、80Kg/m3、150Kg/m3。將一定配比的膠凝材料、玻化微珠以及其他外加劑先預(yù)拌后，再加入水繼續(xù)攪拌，直至漿料均勻并且無結(jié)團現(xiàn)象為止。用固定混合料重量法（或體積法）和固定試樣的厚度來預(yù)設(shè)玻化微珠保溫砂漿制品試樣的密度。試樣的規(guī)格為160mm*40mm*40mm。
（2）性能測試
① 抗折強度
試驗在WD-5型萬能材料試驗機 進行，采用“三點法”對試樣加載。跨距為100mm，加載速度為1mm/min。抗折強度取平均值。
② 抗壓強度
為保證試驗結(jié)果的可靠性，加壓時試件的高度保持40mm，受壓面積為40mm*40mm。試驗結(jié)果取平均值。
（3）試驗結(jié)果和分析
密度是影響隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿制品力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。玻化微珠建筑保溫材料的密度與其抗壓強度和抗折強度的關(guān)系分別見圖1與圖2。
圖1、三種不同粒徑（密度）玻化微珠與其制品抗壓強度的關(guān)系
□—密度為150Kg/m3的大粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗壓強度
△—密度為80Kg/m3的中粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗壓強度
◇—密度為30Kg/m3的小粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗壓強度
圖2、三種不同粒徑（密度）玻化微珠與其制品抗折強度的關(guān)系
□—密度為150Kg/m3的大粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗折強度
△—密度為80Kg/m3的中粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗折強度
◇—密度為30Kg/m3的小粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗折強度
經(jīng)線性回歸分析表明，密度與強度（包括抗壓與抗折）呈線性關(guān)系，即隨密度的增大，抗壓、抗折強度線性上升。玻化微珠密度不同的三組試樣均表現(xiàn)出相同的趨勢。分別比較圖1與圖2上的三條曲線，發(fā)現(xiàn)在玻化微珠制品試樣密度相同的情況下，玻化微珠的密度直接影響到試樣強度的絕對值。玻化微珠的密度為80Kg/m3的試樣的強度均明顯高于由密度為30Kg/m3和150Kg/m3的玻化微珠制作的試樣強度。綜合研究發(fā)現(xiàn)，在固定試樣密度的前提下，玻化微珠的密度只有在合適的范圍內(nèi)，才能保證復(fù)合材料的密度與強度和保溫性能的統(tǒng)一。圖3為試樣的抗壓強度與抗折強度比值與密度的關(guān)系。
圖3、三種不同粒徑（密度）玻化微珠與其制品抗壓/抗折的關(guān)系
□—密度為150Kg/m3的大粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗壓抗折比
△—密度為80Kg/m3的中粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗壓抗折比
◇—密度為30Kg/m3的小粒徑玻化微珠在其不同密度制品下的抗壓抗折比
與普通混凝土相比，顯然該材料的抗壓/抗折強度值范圍較小，且玻化微珠的密度直接影響此比值的大小及樣品密度增加時此比值增大的速率。如玻化微珠密度為30Kg/m3、80Kg/m3和150Kg/m3時三種玻化微珠復(fù)合材料的比值在1.2-2.6之間；隨樣品密度的增加，抗壓強度/抗折強度值增大。但玻化微珠密度為30Kg/m3和150Kg/m3的樣品，壓折比增大的幅度要小。
經(jīng)過大量實驗驗證，以中粒徑的玻化微珠散料作為保溫砂漿的骨料，可以使玻化微珠保溫砂漿制品的各項性能得到較好發(fā)揮。
2)纖維素醚選用及特點
在保溫砂漿中，纖維素醚的添加量是很低的，但是能顯著改善砂漿的性能，是影響砂漿施工性能的一種主要的添加劑。因為在市場上甲基纖維素醚較為常用，且產(chǎn)品性能較為穩(wěn)定，所以本課題采用的是非離子型的甲基纖維素醚(MC)。
保水性是甲基纖維素醚的一個重要指標，也是國內(nèi)很多保溫砂漿廠家所關(guān)注的性能。影響砂漿保水效果因素包括甲基纖維素醚的添加量、甲基纖維素醚的粘度、顆粒的細度及使用環(huán)境的溫度等等。在一般情況下，保溫砂漿保水性隨著MC添加量的提高而提高；隨著MC的黏度的增加而增加；細度小的MC比粗的保水性能好，MC的保水性還隨著使用溫度的上升而降低。為得到纖維素醚的最佳摻量配比，做如下實驗：
（1）保溫制品試件的制作
利用玻化微珠質(zhì)輕、環(huán)保和廉價的特點，加入膠粘材料和其它功能助劑，先將各粉料混合均勻后，加水攪拌均勻，一次性注入到模具中。并且根據(jù)檢測性能的不同分別注入不同的模具中，按照保溫砂漿的檢測標準進行試樣的相關(guān)制作。
（2）試驗結(jié)果分析
保溫砂漿保水性差，容易分層離析，由于保溫墻體的吸水率高，砂漿涂抹在保溫墻體表面上會發(fā)生嚴重失水，不但影響到砂漿的正常硬化，而且會影響砂漿與墻面的粘結(jié)程度，導(dǎo)致墻面開裂，脫落。因此在砂漿中摻加纖維素醚，作為一種保水劑，它可以增加新拌砂漿的稠度，防止砂漿分層離析，并獲得良好的可塑性。它還能保住砂漿中的自由水，使水泥充分水化，強度提高。甲基纖維素醚摻量0～0.2%進行試驗，試驗時砂漿稠度控制在6cm～8cm,試驗結(jié)果如表1所示：
表1不同纖維素醚摻量對保溫砂漿性能的影響
圖4纖維素醚摻量對保溫砂漿干表觀密度的影響
圖5纖維素醚摻量對保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)的影響
圖6纖維素醚摻量對保溫砂漿抗壓強的影響
由表1和圖4、圖5、圖6可以看出：
①甲基纖維素醚摻量對砂漿干表觀密度、導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強度有小幅度減小。這是因為甲基纖維素醚具有一定的引氣作用，在砂漿內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，使砂漿干表觀密度減小。熱傳遞過程的加長，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)降低。由于有少量氣泡的存在，砂漿內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力集中，使得抗壓強度降低。
②甲基纖維素醚摻量對保溫砂漿施工性能影響較大。由于甲基纖維素醚具有保水、發(fā)泡、及增稠的作用。在砂漿中摻入0.1%甲基纖維素醚，可改善砂漿的保水性，防止砂漿起砂、起粉，使得砂漿的抗流掛性能變強，在砂漿上墻時，不易掉落。但是甲基纖維素醚摻量超過0.1%時，會使砂漿變得過稠，施工性能降低。
③經(jīng)過大量實驗驗證，甲基纖維素醚的摻量在0.1%時施工性最好，并且其它性能也是最佳。
3)憎水劑對制品吸水性、吸濕性的影響
隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿采用與玻化微珠相容性較好，且憎水效果良好的無毒害、環(huán)保型無機類憎水劑。玻化微珠的吸水率較高，吸水后導(dǎo)熱系數(shù)會增大，保溫效果隨之下降，因此，需對材料進行改性，使其具備防水功能。通過添加無機類憎水劑能夠大大降低玻化微珠的吸水率，可在玻化微珠表面形成堅固的防水層，在保證不影響玻化微珠各項性能的同時，起到良好的防水效果。
表2無機類憎水劑典型物理性質(zhì)
對于隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿，嚴重阻礙其優(yōu)秀使用性能的主要原因在于玻化微珠本身的強吸水能力。因此降低吸水能力，對于提高玻化微珠保溫制品的綜合性能尤為重要。通過試驗對比可知不同比例的憎水劑對玻化微珠制品吸水率的吸濕率的影響，試驗結(jié)果證明采用的玻化微珠保溫砂漿在一定量憎水劑的作用下，玻化微珠制品的吸水率和吸濕率有進一步明顯的下降，見表3和圖7。
表3不同憎水劑加入量對玻化微珠制品吸濕率影響
圖7不同憎水劑摻量對玻化微珠制品吸水率影響
由上圖可以看出，加入一定量的憎水劑后，玻化微珠制品的飽和吸水率從120%降到8%左右，起到了明顯的降低效果。由表3也可以看出，加入憎水劑后，制品的72h吸濕能力減少了約30%。玻化微珠為親水性開口微孔結(jié)構(gòu)體，為了降低吸水能力，本試驗從兩方面進行處理：一方面，采用無機膠黏劑與玻化微珠充分混合，并且膠凝材料包裹住玻化微珠顆粒，改變其開孔性，形成封閉的顆粒孔結(jié)構(gòu)，降低吸水能力；另一方面，通過加入憎水劑，使玻化微珠顆粒表面由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǖ脑魉裕魉畡┖湍z結(jié)材料共同作用，阻塞顆粒大間隙，隔斷連通結(jié)構(gòu)，保持制品的整體緊密封閉結(jié)構(gòu)，降低吸水能力。通過以上圖表分析，本實驗認為，憎水劑的摻量為8%時，即可滿足需求。
1)首先對玻化微珠這一原材料中不同粒徑和密度的骨料制品進行研究，分析其對制品強度的影響，進而選用最有利保證制品強度較高要求的中骨料玻化微珠作為保溫砂漿的原材料。
2)在原材料玻化微珠和膠凝材料選用范圍確定的情況下，為提升隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿的保水性和強度，添加纖維素醚，并進行配比優(yōu)化實驗，并分析得出當纖維素醚摻量為0.2%（占膠凝材料）時效果最好。
3)為提升隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿的憎水性，向保溫砂漿中加入憎水劑，并進行配比優(yōu)化實驗，分析得出憎水劑的最佳比例為8%，也就是占膠凝材料的8%時各方面性能最佳。
按以上試驗所得到的配比進行隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿的生產(chǎn)，并對研發(fā)出的隔熱抗裂無機玻化微珠保溫砂漿進行燃燒性能（A1級）、煙氣毒性、導(dǎo)熱系數(shù)等各項性能測試，同時根據(jù)傳統(tǒng)墻體保溫系統(tǒng)的施工工藝進行構(gòu)造設(shè)計和耐候性、抗風壓值、抗沖擊性等各項系統(tǒng)性能測試，各項性能測試合格后進行工程實例應(yīng)用，同時編制和完善企業(yè)標準和技術(shù)規(guī)程等相關(guān)資料。
[1] GB 50176-2003 《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》
[2] JGJ 134-2001 《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》
[3] DB 32/478-2001 《江蘇省民用建筑熱環(huán)境與節(jié)能設(shè)計標準》
[4] GB 8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》
[5] JGJ 253-2011《無機輕集料保溫砂漿系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》
[6] 張明良.玻化微珠保溫砂漿配方的優(yōu)化.瓦克化學(xué)，2006（10）
[7] 楊航飛，胡水江，徐軍，徐利軍.玻化微珠保溫砂漿性能探索.福建建材，2011（3）