EPS保温砂浆性能影响分析.docx

资源描述

EPS保温砂浆性能影响分析.docx

《EPS保温砂浆性能影响分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EPS保温砂浆性能影响分析.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

EPS保温砂浆性能影响分析.docx

EPS保温砂浆性能影响分析

ＥＰＳ保温砂浆性的影响因素分析

EPS保温砂浆是以聚苯乙烯泡沫（EPS）颗粒作为主要轻骨料配制而得，它节能利废，保温隔热性、抗裂性和耐候性优良，施工和易性好，可用于建筑外墙保温。

其组成材料主要为：

水泥、聚苯乙烯泡沫颗粒、高分子粘结剂，另外还有纤维、膨胀珍珠岩及特细砂等。

EPS保温砂浆材料组成复杂，影响性能的因素较多。

本文对一些主要影响因素进行分析，为配制高性能EPS保温砂浆提供参考。

1 原材料和配制方法

1.1 原材料

（1）EPS颗粒：

由可发性聚苯乙烯珠粒发泡而得的3种EPS颗粒，分别记为EPS1、EPS2和EPS3，由废弃聚苯乙烯泡沫经专用破碎机破碎而成的粒度小于5mm的颗粒记为破碎EPS。

这4类EPS颗粒的密度与级配见表1。

表1 EPS颗粒的密度和级配

EPS颗粒类型

密度/（kg/m3）

筛余/%

5.0mm

2.5mm

1.25mm

0.63mm

＜0.63mm

破碎EPS

EPS1

EPS2

EPS3

30.0

33.4

18.5

28.0

1.5

13.8

72.5

10.5

95.0

86.2

10.0

86.5

5.0

8.75

3.0

7.25

（2）525R矿渣水泥，乳液型粘结剂，膨胀珍珠岩，特细砂，粘结剂M、N、L，耐碱玻璃纤维、长尼龙—6纤维、聚丙烯纤维为市售。

1.2 配制方法

将EPS颗粒、粘结剂用适量水拌匀，使粘结剂完全包裹EPS颗粒表面，加入水泥、特细砂或膨胀珍珠岩纤维和剩余水拌合到施工稠度，即得EPS保温砂浆拌合料。

将EPS保温砂浆成型，除特别注明外，自然养护28d，测试其力学性能。

2 结果与分析

2.1 EPS颗粒形貌对保温砂浆性能的影响

发泡EPS颗粒外观呈球形，表面光滑，内部含有大量封闭孔隙；破碎EPS颗粒大部分在相互粘结处分离，呈球形，表面封闭，少部分破碎严重，颗粒呈不规则形状，封闭结构被破坏，表面具有一定开放性孔隙。

采用EPS1和破碎EPS颗粒配制的保温砂浆性能见表2。

表2 EPS1和破碎EPS对保温砂浆性能的影响

EPS类型

W／C

稠度/cm

分层度/cm

吸水率/%

8d强度/MPa

和易性

抗压

抗折

EPS1

破碎EPS

0.62

0.73

7.5

7.7

0.8

0.7

10.8

14.3

2.74

2.48

1.41

1.39

较好

好

由表2可以看出：

（1）当保温砂浆的稠度基本一致时，破碎EPS颗粒配制的保温砂浆W/C大，需水量增加，这是因为破碎EPS颗粒中不规则表面及表面的开放性孔隙增大了比表面积，从而使砂浆的需水量增加；

（2）破碎EPS颗粒配制的保温砂浆和易性、粘聚性优于EPS1，这是由于EPS1颗粒粒径单一，级配不合理，而破碎EPS颗粒的级配较合理，且不规则多面体与水泥浆体间结合更牢固；（3）与EPS1相比，用破碎EPS颗粒配制的保温砂浆吸水率增大，这说明破坏EPS颗粒的封闭孔隙对砂浆的耐水性产生不利影响；（4）用破碎EPS颗粒配制的保温砂浆，抗压强度有所降低，但抗折强度基本不变。

2.2 EPS颗粒粒径与级配对保温砂浆性能的影响

EPS保温砂浆要具有良好的施工和易性，则保温砂浆中要具有足够多的水泥浆体。

EPS颗粒间空隙率和总表面积将决定水泥浆体的需求量，若水泥浆体数量不足，保温砂浆的施工和易性难以保证。

单纯增加水泥浆体的数量，使保温砂浆的成本上升、密度增加，进而影响热工性能，且水泥用量大，使砂浆收缩增大而易导致开裂，所以必须严格控制EPS颗粒空隙率和总表面积。

采用3种EPS颗粒按不同体积比进行混合，考察EPS颗粒粒径和级配对性能的影响（见表3）。

由表3可知：

（1）EPS颗粒粒径增大，保温砂浆的分层度增加，保水性、和易性和抗折强度降低，EPS颗粒的粒径应小于5.0mm，宜采用EPS1；

（2）将EPS1和EPS2按10∶90的体积比进行混合，所配制的保温砂浆的物理力学性能较好，但仍未达到满意的施工和易性。

表明单纯调整EPS颗粒级配，不能得到施工和易性满意的EPS保温砂浆。

表3 EPS颗粒粒径和级配对砂浆性能的影响

EPS颗粒体积比

稠度/cm

分层度/cm

28d抗折强度/MPa

砂浆和易性

EPS1

EPS2

EPS3

100

8.0

100

23.8

100

68.2

7.4

7.6

7.5

7.4

7.6

7.3

7.8

7.7

2.0

2.3

2.8

2.2

1.9

1.7

1.5

2.5

1.63

1.60

1.53

1.64

1.59

1.68

1.69

1.56

差

很差

差

较差

略有好转

较好

较差

2.3 膨胀珍珠岩和特细砂对保温砂浆性能的影响

为了进一步降低EPS颗粒间的空隙率，本文采用粒径为0.16～2.50mm的膨胀珍珠岩和细度模数为0.65的特细砂作细骨料配制保温砂浆。

试验结果如表4所示（表中膨胀珍珠岩和特细砂掺量以水泥的质量百分数计）。

表4 膨胀珍珠岩和特细砂对EPS保温砂浆性能的影响

项目

掺量/%

W/C

稠度/cm

分层度/cm

干密度/（kg/m3）

吸水率/%

软化系数

和易性

膨胀珍珠岩

0.37

0.42

0.49

0.59

7.9

8.2

1.6

1.4

1.1

1.0

686

648

630

580

13.2

13.8

15.0

18.8

0.86

0.83

0.82

0.78

较差

有改善

好

膨胀珍珠岩

0.37

0.42

0.49

0.59

7.9

8.2

1.6

1.4

1.1

1.0

686

648

630

580

13.2

13.8

15.0

18.8

0.86

0.83

0.82

0.78

较差

有改善

好

特

细

砂

0.42

0.48

0.49

0.51

7.8

7.6

7.9

8.0

2.2

0.7

0.9

585

712

795

890

较差

较好

好

由表4可以得出，膨胀珍珠岩掺量增加，砂浆的密度降低，需水量增大，分层度降低，砂浆和易性改善。

尽管由于膨胀珍珠岩掺量增加，导致砂浆吸水率增大，软化系数降低，但膨胀珍珠岩掺量不超过10％时，砂浆耐水性仍较好，膨胀珍珠岩掺量以5%为宜。

在保温砂浆中掺入特细砂后，分层度大幅度降低，和易性显著改善，但砂浆的密度也大幅度提高，这必将影响其热工性能，因此掺加特细砂只适宜配制高密度EPS保温砂浆。

2.4 粘结剂品种和掺量对保温砂浆性能的影响

添加粘结剂是解决EPS颗粒表面与水泥砂浆良好润湿亲合的有效手段，粘结剂品种和掺量将直接影响EPS保温砂浆的施工和易性和力学性能。

选用3种粘结剂对EPS颗粒进行表面改性，其中粘结剂M为自制乳液型粘结剂，粘结剂N为乙烯-醋酸乙烯乳胶粉，粘结剂L为改性聚乙烯醇水溶液粘结剂。

EPS保温砂浆配制的基本配合比为：

水泥400kg，EPS颗粒0.60m3，膨胀珍珠岩20kg，粘结剂的掺量以水泥的质量百分数表示。

粘结剂M、N和L对EPS保温砂浆性能的影响见表5～表7。

表5 粘结剂M对保温砂浆性能的影响

粘结剂M掺量/%

稠度/cm

分层度/cm

28d抗压强度/MPa

28d抗折强度/MPa

28d粘接强度/MPa

抗折/抗压/%

1.6

3.2

4.8

6.4

8.3

8.2

7.9

7.6

7.0

1.8

1.2

0.8

0.5

0.4

3.68

3.44

3.21

3.00

2.82

1.34

1.56

1.77

1.88

1.96

0.121

0.285

0.330

0.360

0.413

36.4

45.3

55.1

62.7

69.5

1.6

3.2

4.8

6.4

8.3

8.2

7.9

7.6

7.0

1.8

1.2

0.8

0.5

0.4

3.68

3.44

3.21

3.00

2.82

1.34

1.56

1.77

1.88

1.96

0.121

0.285

0.330

0.360

0.413

36.4

45.3

55.1

62.7

69.5

注：

水灰比均为0.65。

表6 粘结剂N对保温砂浆性能的影响

粘结剂N掺量/%

稠度/cm

分层度/cm

28d抗压强度/MPa

28d抗折强度/MPa

28d粘接强度/MPa

抗折/抗压/%

0.25

0.50

0.75

1.00

8.5

8.3

8.0

7.5

6.8

1.8

0.8

0.6

0.4

3.48

3.20

3.07

2.89

2.71

1.25

1.48

1.67

1.82

1.88

0.118

0.306

0.387

0.441

0.478

35.9

46.2

54.4

63.0

69.4

注：

水灰比均为0.67。

表7 粘结剂L对保温砂浆性能的影响

粘结剂L掺量/%

稠度/cm

分层度/cm

28d抗压强度/MPa

28d抗折强度/MPa

28d粘接强度/MPa

抗折/抗压/%

3.2

6.4

9.6

8.4

8.3

8.1

7.9

2.0

1.5

1.2

1.1

3.60

3.48

3.29

3.31

1.30

1.43

1.57

1.66

0.120

0.226

0.283

0.350

36.7

41.1

47.7

50.2

注：

水灰比均为0.65。

从表5～表7可以看出，随着粘结剂掺量增加，EPS保温砂浆的稠度减小、粘性增大、分层度降低、粘聚性和保水性明显提高。

这是由于粘结剂为带有极性基团的高分子聚合物，当粘结剂与EPS颗粒拌合时，粘结剂主链中的非极性链段就会与EPS的非极性表面发生物理吸附作用，而聚合物中的极性基团就在EPS颗粒表面向外定向排列，使EPS颗粒由憎水性变为亲水性。

此时加入水泥拌合，EPS颗粒表面吸附的极性基团就与水泥相互作用而紧密结合，从而使EPS保温砂浆的和易性得到显著改善。

这表现在EPS颗粒很容易被水泥浆润湿，两者间的结合力大大提高，EPS颗粒在水泥浆体中均匀分布，而不会出现“上浮”现象，砂浆的分层度降低，保水性提高。

但是粘结剂本身的粘性很大，当掺量过多时，EPS保温砂浆的粘性过大，流动性小，不便于施工，而且砂浆成本过高。

从表5～表7中还可看出：

粘结剂掺量增加，EPS保温砂浆的抗压强度略有降低，抗折强度、抗折/抗压比显著改善，尤其是粘结强度得到大幅度提高，说明EPS保温砂浆的韧性和粘结力得到了大幅度改善。

分析其原因有3方面：

（1）在砂浆的凝结硬化过程中粘结剂会在EPS颗粒与水泥浆体之间的过渡区干燥成膜，使二者的界面结合更密实、更牢固；

（2）有一部分粘结剂分散到水泥浆体中，随着水泥水化的进行，水泥浆体中水分不断消耗，水化产物增多，粘结剂就逐渐聚集在毛细孔中，并在水泥水化物凝胶表面、未水化水泥颗粒表面成紧密堆积，从而改善硬化水泥浆体结构，由于水化和干燥使水分进一步减少，粘结剂便凝聚成膜，形成聚合物网络，这种聚合物网络的弹性模量较水泥硬化体的弹性模量低，使硬化水泥浆体的韧性得到改善；（3）聚合物分子中某些极性基团还可能与水泥水化产物发生化学作用，形成特殊的桥键作用，改善水泥水化产物的物理组织结构，缓解内应力，从而减少水泥浆体中微裂纹的产生。

综合来看，粘结剂M、N和L的适宜掺量分别为4.8%、0.75%和6.4%左右。

比较这3种粘结剂在适宜掺量时的数据可以得到，粘结剂M、N对EPS保温砂浆性能改善效果明显优于粘结剂L，粘结剂N的效果又优于粘结剂M，但粘结剂N价格昂贵，故在以后的试验中采用粘结剂M。

2.5 纤维品种和掺量对保温砂浆性能的影响

为了进一步提高EPS保温砂浆的抗裂性，以防止或尽量减少裂缝的发生，本试验采用3种短切纤维拌合到EPS保温砂浆中，它们分别是19mm长耐碱玻璃纤维，15mm长尼龙—6纤维和19mm长聚丙烯纤维。

其基本配合比为水泥400kg，EPS颗粒0.60m3，膨胀珍珠岩20kg，粘结剂M20kg，水灰比为0.67，纤维掺量按砂浆的体积百分含量计。

3种纤维掺量均为0.05%时，纤维对砂浆断裂时的断裂能E及砂浆破坏时的最大变形δmax的影响见表8。

从纤维在EPS保温砂浆中的分散状况来看，聚丙烯纤维好，尼龙—6一般，玻璃纤维差。

在EPS保温砂浆中掺入相同体积掺量的纤注：

水灰比均为0.65。

从表5～表7可以看出，随着粘结剂掺量增加，EPS保温砂浆的稠度减小、粘性增大、分层度降低、粘聚性和保水性明显提高。

此时加入水泥拌合，EPS颗粒表面吸附的极性基团就与水泥相互作用而紧密结合，从而使EPS保温砂浆的和易性得到显著改善。

但是粘结剂本身的粘性很大，当掺量过多时，EPS保温砂浆的粘性过大，流动性小，不便于施工，而且砂浆成本过高。

从表5～表7中还可看出：

分析其原因有3方面：

（1）在砂浆的凝结硬化过程中粘结剂会在EPS颗粒与水泥浆体之间的过渡区干燥成膜，使二者的界面结合更密实、更牢固；

综合来看，粘结剂M、N和L的适宜掺量分别为4.8%、0.75%和6.4%左右。

2.5 纤维品种和掺量对保温砂浆性能的影响

其基本配合比为水泥400kg，EPS颗粒0.60m3，膨胀珍珠岩20kg，粘结剂M20kg，水灰比为0.67，纤维掺量按砂浆的体积百分含量计。

3种纤维掺量均为0.05%时，纤维对砂浆断裂时的断裂能E及砂浆破坏时的最大变形δmax的影响见表8。

从纤维在EPS保温砂浆中的分散状况来看，聚丙烯纤维好，尼龙—6一般，玻璃纤维差。

在EPS保温砂浆中掺入相同体积掺量的纤维后，砂浆的断裂能和砂浆破坏时的最大变形均得到大幅提高，说明加入纤维后，抗裂性得到了改善，从提高的幅度上看，聚丙烯纤维最好，尼龙—6次之，玻璃纤维较差。

下面选用19mm长的聚丙烯纤维来考察纤维掺量对砂浆性能的影响。

其结果见表9。

表8 3种纤维在相同体积掺量时对砂浆性能的影响

纤维类别

体积掺量/%

断裂能E/（J/m2）

最大变形δmax/mm

分散性

无纤维

聚丙烯

尼龙—6

玻璃纤维

0.05

25.25

44.50

42.50

38.75

0.14

0.26

0.22

0.20

好

一般

差

表9 聚丙烯纤维掺量对砂浆性能的影响

纤维掺量/%

稠度/cm

分层度/cm

断裂能E/（J/m2）

最大变形δmax/mm

0.03

0.05

0.08

0.10

9.0

8.8

8.6

8.5

0.2

0.3

0.4

25.25

36.5

44.5

47.75

50.25

0.149

0.20

0.26

0.28

0.30

从表9可以看出，随纤维掺量增加，EPS保温砂浆的稠度有所下降，分层度增大，纤维对砂浆的施工和易性有不利的影响，而砂浆的断裂能和破坏时的最大变形迅速增加，这说明砂浆的韧性、抗裂性得到了明显的提高。

考虑到纤维掺量过高，EPS保温砂浆的施工和易性差，抗裂性提高有限，纤维掺量以0.05%为宜。

纤维能提高EPS保温砂浆抗裂性的原因是纤维能显著提高砂浆抗塑性收缩的能力，纤维能降低砂浆裂缝尖端的应力集中，防止微裂缝的进一步发展。

2.6 养护制度对保温砂浆性能的影响

在EPS保温砂浆中，水泥水化需要潮湿的环境，而粘结剂M是通过失水凝聚成膜的，需要干燥的环境。

因此EPS保温砂浆的养护制度必须既要保证水泥充分水化，又要保证粘结剂能够干燥凝聚成膜。

为此做了3种养护制度试验：

（1）标准养护；

（2）自然养护；（3）标准养护7d、自然养护21d。

影响结果见表10。

由表10可见，EPS保温砂浆，标准养护7d、自然养护21d得到的强度较好，自然养护稍差，不宜标准养护。

标准养护7d、自然养护21d优于自然养护，是因为前者既可保证水泥水化所需湿度，又能保证粘结剂充分干燥成膜，后者虽可充分保证粘结剂干燥成膜，但水泥水化不充分。

表10 养护制度对EPS保温砂浆力学性能的影响

养护制度

28d抗压强度/MPa

28d抗折强度/MPa

标准养护

自然养护

标养7d、自然养护21d

1.88

2.51

2.61

1.44

1.52

1.64

3应用

我们配制的EPS保温砂浆于2000年6月至8月在重庆北碚天奇小区进行了应用。

该小区是国家“九五”科技攻关项目——夏热冬冷地区新建住宅节能示范工程，建筑面积37416m2。

该工程外墙采用KP1页岩多孔砖（240mm×115mm×90mm）抹20mm厚干密度为500kg/m3的EPS保温砂浆。

工程于2000年9月12日通过了建设部组织的技术鉴定。

工程采用的EPS保温砂浆基本配比为：

525R矿渣水泥270kg、EPS0.675m3、粘结剂M　20kg、膨胀珍珠岩13.5kg、聚丙烯纤维0.5kg、水灰比0.71。

其中EPS的干密度为33.4kg/m3，膨胀珍珠岩密度为90kg/m3。

该保温砂浆的性能指标为：

稠度8.1cm、分层度1.1cm、28d抗折强度1.12MPa、粘结强度0.352MPa、导热系数0.089W/（m·K）、28d干缩2.875mm/m、吸水率14.1%、软化系数0.80、断裂能64.43J/m2、砂浆破坏时最大变形0.36mm。

4 结论

（1）相对于发泡EPS颗粒而言，破碎EPS颗粒配制的保温砂浆需水量大，和易性和粘聚性较好，抗压强度有所降低，抗折强度基本相当。

（2）EPS颗粒粒度应小于5mm，单纯调整EPS颗粒级配难于得到施工和易性满意的保温砂浆。

需掺加膨胀珍珠岩或特细砂等细骨料来调整砂浆空隙率，才能获得施工和易性满足要求的保温砂浆，膨胀珍珠岩适宜掺量为5%，特细砂适宜配制高密度保温砂浆。

（3）高分子粘结剂能明显改善EPS保温砂浆的施工和易性、抗折强度和粘接强度，但抗压强度有所下降。

3种粘结剂中以采用粘结剂M较为适宜，其适宜掺量为4.8%左右。

（4）纤维能大幅提高EPS保温砂浆的抗裂性，尤以聚丙烯纤维为佳。

纤维掺量增加，施工和易性变差，其适宜掺量为0.05%。

（5）EPS保温砂浆养护制度以7d标准养护、再21d自然养护最佳，自然养护次之，不宜标准养护。

展开阅读全文