纤维对玻化微珠保温砂浆的性能影响研究

施广鑫，黄海拼，伍浩，康九斯，康光宗

纤维对玻化微珠保温砂浆的性能影响研究

施广鑫，黄海拼，伍浩，康九斯，康光宗

(湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭411201)

在玻化微珠保温砂浆中添加玻璃纤维、聚丙烯纤维，研究纤维掺量、长度和纤维种类等因素对玻化微珠保温砂浆性能的影响．试验结果表明：添加纤维对玻化微珠保温砂浆的力学性有一定改性作用，纤维长度和种类的不同会对砂浆产生不一样的效果，当玻璃纤维长度为6mm时，对玻化微珠保温砂浆的抗拉强度改善效果最好．本文研究结果可为纤维在保温砂浆的应用提供一定的参考．

玻化微珠；砂浆；纤维；力学性能

目前，国内常用的外墙外保温系统主要有EPS/XPS板薄抹灰外墙外保温系统、胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统、聚氨酯硬泡沫外墙外保温系统和玻化微珠外墙外保温系统等[1]．

央视新址大楼、上海胶州楼教师公寓、济南奥体中心等相继发生了与建筑外墙保温材料密切相关的火灾，造成了巨大的生命和财产损失，与此同时也把保温材料的燃烧性能问题摆在了人们的面前．

玻化微珠，是一种酸性玻璃质熔岩矿物质(松脂岩矿砂)，经过特种技术处理和一系列生产工艺加工形成内部多孔、表面玻化封闭，呈球状体细轻颗粒，是一种具有高性能的新型无机轻质保温材料[2]．

玻化微珠保温砂浆有以下优点：①施工工艺简单，与传统抹灰砂浆工艺类似；②强度高，有效地解决了保温砂浆力学性能和保温性能不可兼得的矛盾；③燃烧性能为A级，火灾时不会产生有害气体．随着国家对建筑保温材料的质量要求越来越高，玻化微珠保温砂浆有着良好的发展应用前景．

但是玻化微珠外墙外保温砂浆属于脆性材料，自身存在一些缺点，如抗拉强度低、易开裂等[3]．在砂浆中添加纤维，纤维能起到加强筋作用，纤维乱向分布，相互搭接对混合料形成网络缠绕，能有效克服骨料的滑移，阻碍裂缝的产生，从而能有效地提高砂浆的力学性能．

本文通过在试验中变化玻化微珠保温砂浆中纤维的种类、长度以及添加量的大小，研究各因素对玻化微珠保温砂浆抗压强度、抗折强度和线性收缩率的影响．

1 试验概况

1.1原材料

膨胀玻化微珠：江西安居兄弟新型建材有限公司生产．

水泥：P.O 42.5(旋窑)普通硅酸盐水泥．

可再分散乳胶粉：HW-5116，河南天胜．

纤维素醚(HPMC)：MK-1000005，河南天胜．

玻璃纤维、聚丙烯纤维市售．

1.2试验方法

参照GB/T 20473-2006《建筑保温砂浆》，JG/T283-2010《膨胀玻化微珠轻质砂浆》，JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》等进行试验．

1.3试验配合比

基础配合比：膨胀玻化微珠30%；水泥20.3%；粉煤灰5.06%；纤维素醚0.5%；乳胶粉1%．

为了进行对比试验，本试验中添加的纤维有3种：3 mm玻璃纤维、6 mm玻璃纤维和6 mm聚丙烯纤维，分别制作纤维掺量为0.15%、0.30%、0.45%、0.60%的玻化微珠保温砂浆试块，另外做一组不添加纤维的空白试件S0，试件组编号见表1．

表1 试件组编号

1.4试样制备

先将称量好的水泥、粉煤灰、纤维素醚、乳胶粉以及分散好的纤维混合均匀，制成干粉，然后加入玻化微珠骨料，得到砂浆混合料，最后加入水，按照规定时间搅拌不少于180 s．然后装入40 mm×40 mm×160 mm、70.7 mm×70.7 mm× 70.7 mm的模具，振捣密实，并用塑料薄膜覆盖，放置在空气温度(23±2)℃、相对湿度(50±10)%的标准实验室中，3天后脱模继续养护．

2 试验结果与分析

2.1抗折试验、线性收缩率试验结果分析

根据JG/T283-2010《膨胀玻化微珠轻质砂浆》[4]．用游标卡尺测量每个试样的长度，精确至0.02 mm，线性收缩率按式(1)计算，实验结果为3个试样的算术平均值，保留2位有效数字．

式中X为线性收缩率；0L为试样脱模时长度(mm)；1L为养护后试样长度(mm)．

抗折强度fR以牛顿每平方毫米(MPa)表示，计算公式如式(2)所示．

式中fF为折断时施加在棱柱体中部的荷载(N)；L为支撑圆柱之间的距离(mm)；b为棱柱体正方形截面的边长(mm)．

图1 部分试验照片

试验结果如图2所示，玻化微珠保温砂浆的线性收缩率能很好地满足G/T283-2010《膨胀玻化微珠轻质砂浆》的要求，当3 mm玻璃纤维添加量为0.45%时，线性收缩率最小，仅为空白样本的25.0%，6 mm玻璃纤维添加量为0.60%时，其线性收缩率为空白样本的31.3%，当6 mm聚丙烯添加量为0.30%或0.60%时，线性收缩率为空白样本的43.8%．试验结果显示纤维的添加使得玻化微珠保温砂浆的线性收缩率大幅减小，从而能提高其抗裂能力．

图2 纤维对砂浆线性收缩率的影响

当玻化微珠保温砂浆中添加纤维时，纤维分布玻化微珠保温砂浆中，起到加强筋的作用，从而使其抗折强度能够有较大幅提高，从图3中可以看出，当纤维添加量增大，抗折强度也会增大，但到达一定添加量后，抗折强度会出现下降趋势．

图3 纤维对砂浆抗折强度的影响

对比添加3mm和6mm玻璃纤维的玻化微珠保温砂浆抗折强度曲线，可以看出曲线达到最高点时，其对应的添加量不一样，且添加6mm玻璃纤维时抗折强度增幅最大，而添加量相对较小．在抗折试验过程中添加玻璃纤维的试块属于脆性破坏，而添加聚丙烯纤维的试块在开裂破坏时，破坏截面之间仍被纤维连接着，有一定的延性，如图4所示，图中上方试件为添加聚丙烯纤维试件，图中下方试件为添加玻璃纤维试件．

图4 试件破坏形态

2.2抗压强度试验

砂浆抗压强度按式(3)计算：

式中：s为试件的抗压强度(Mpa)；P为试件破坏时的荷载(N)；S为试件的受压面积(mm2)．

根据图5可以看出，纤维对玻化微珠保温砂浆的抗压强度会产生一定的影响，添加6 mm玻璃纤维时，随着纤维添加量增大，砂浆的抗压强度先增大然后减小，当添加量为0.15%时，相比空白样本，其抗压强度提高24.2%，增幅最大．添加6 mm聚丙烯纤维时，随着添加量的增大，抗压强度同样有着类似的变化规律，当添加量为0.30%时，其抗压强度提高8.2%，从图中的曲线还可以看出相对于聚丙烯纤维，玻璃纤维对抗压强度提高效果更好．

图5 纤维对砂浆抗压强度的影响

如图6所示随着纤维量的增加，玻化微珠保温砂浆的干密度减小，这是由于添加纤维影响了砂浆的密实性，使砂浆内部空隙增多，从而降低其干密度．根据相关资料[5]，保温砂浆的干密度和导热系数有着良好的相关性，干密度越小导热系数越小，所以在玻化微珠保温砂浆中添加纤维不仅可以获得良好的力学性能，还可以进一步提高其热工性能．

图6 纤维对砂浆干密度的影响

3 结论

通过对试验数据、图表和结果的分析得出以下结论．

(1)纤维能够改善玻化微珠保温砂浆的力学性能，在不改变配合比其他材料的情况下，实现轻质高强．

(2)纤维长度对玻化微珠保温砂浆的性能有一定的影响，本试验结果显示玻璃纤维的长度为6 mm时更适合．

(3)玻璃纤维相对于聚丙烯纤维而言，对玻化微珠保温砂浆的力学性能改善效果更好，但是玻璃纤维属于脆性材料，聚丙烯纤维塑性较好．如何发挥玻璃纤维和聚丙烯纤维各自的优点，还有待进一步研究．

参考文献：

[1]吴恩明,陈文松.玻化微珠保温砂浆外墙外保温系统及其关键材料[J].新型建筑材料,2008,35(9):71-72.

[2]黄振利.外保温技术理论与应用[M].中国建筑工业出版社, 2011.

[3]江飞飞,彭家惠.玻化微珠保温砂浆断裂韧性研究[J].墙材革新与建筑节能,2010(3):52-54.

[4]JG/T283-2010,膨胀玻化微珠轻质砂浆[S].

[5]曾亮.玻化微珠保温砂浆的性能优化与研究,[D].江西:南昌大学,2008.

(责任编校：陈智全)

Study on the Influence of Fiber on the Performance of Vitrified Microsphere Thermal Insulation Mortar

SHI Guang-xin,HUANG Hai-pin,WU-Hao,KANG Jiu-si,KANG Guang-zong
(School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201,China)

This paper is supposed to study on the influence of such elements as mixing amount of fiber, length and types of fiber upon the performance of vitrified microsphere thermal insulation mortar after adding fiberglass andpolypropylene fiber.According to the experimental results,we can make conclusions as follow:Firstly,adding fiber to vitrified microsphere thermal insulation mortar is of a certain modifying effect on its mechanical property.Secondly,effects upon mortar vary with the lengths and types of fiber.When the fiberglass keeps 6mm long,the improvement of mortar’s tensile strength turns out to be the best.Thus these results will provide a certain assistance for practical application in engineering.

vitrified microsphere;mortar;fiber;mechanical property

TU111.4

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2015.01.009

1672–7304(2015)01–0034–04

2015-02-22

施广鑫(1991-)，男，汉族，湖南澧县人，硕士，主要从事建筑节能技术研究．