珍珠岩胶粉聚苯颗粒砂浆试验与外保温设计★

张鑫月 孙鹏潇 杜丽君 方光秀*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)



珍珠岩胶粉聚苯颗粒砂浆试验与外保温设计★

张鑫月 孙鹏潇 杜丽君 方光秀*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

通过试验，从导热系数与抗压强度两方面，研究了不同珍珠岩取代率对胶粉聚苯颗粒保温砂浆的影响，得出最佳珍珠岩取代率为5%，并介绍了吉林省延吉市采用珍珠岩胶粉聚苯颗粒保温砂浆的外墙外保温做法，以供类似工程借鉴。

聚苯颗粒，珍珠岩，导热系数，抗压强度，外墙外保温

胶粉聚苯颗粒保温砂浆可大量使用废弃聚苯乙烯泡沫作为轻骨料完全取代砂石，并使用一定量的工业废料粉煤灰[1]，环保节能，具有巨大的经济和社会效益。近些年，胶粉聚苯颗粒保温砂浆以其轻质、保温隔热、节能利废、施工简便、成本低廉等优点[2]在外墙外保温系统中应用较广，但其防火阻燃性能较无机保温砂浆差[3]。因此，本文采用珍珠岩部分取代聚苯颗粒作为保温砂浆轻骨料，以P.O42.5普通硅酸盐水泥掺入适量粉煤灰为胶凝材料，再添加胶粉，配制出有机与无机材料混合保温砂浆，主要探究珍珠岩取代率对保温砂浆导热系数、抗压强度的影响，得出最佳珍珠岩取代率，并给出相关回归方程，同时结合吉林省延吉市气候特点，提出采用珍珠岩胶粉聚苯颗粒砂浆的外墙外保温构造的深化设计，供类似工程借鉴。

1 试验设计

1.1 试验材料

由于试验材料有限，本试验选用的材料为：1)冀东水泥磐石有限责任公司生产的盾石牌P.O42.5普通硅酸盐水泥。2)粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，改善砂浆的和易性。3)胶粉：廊坊康特化工生产的KT-03聚苯颗粒保温砂浆专用胶粉。4)聚苯颗粒：原生聚苯颗粒，粒径为3 mm～6 mm。5)珍珠岩：闭孔膨胀珍珠岩颗粒。

1.2 试验方案

1)试验配合比。通过查阅文献，聚苯颗粒的最佳掺量为每千克胶粉料掺7 L聚苯颗粒[4]，在试验中将固定水泥、粉煤灰、胶粉和水的用量，珍珠岩以5%，10%，15%的取代率等体积取代聚苯颗粒。经过试配，本文最终采用的配合比如表1所示。

表1 试验配合比

2)试件制作与养护。按照表1配合比制作A，B，C三组试件，每组2个，尺寸为300 mm×300 mm×30 mm(见图1)。

同时制作A，B，C三组抗压强度标准试块，每组6个，尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，分别标准养护28 d后进行导热系数和抗压强度的测试。每组取各试件导热系数的平均值和抗压强度的平均值。

2 试验结果及分析

2.1 珍珠岩取代率对导热系数的影响

实测各组试件的导热系数如图2所示。所用设备为湘潭市仪器仪表公司的DRH导热仪。导热系数测定范围为0.010 W/(m·K)～2 W/(m·K)。

由图2可知，随着珍珠岩取代率的增加，试件的导热系数先增加后稍有减小，当取代率为5%时，导热系数最小，为0.09 W/(m·K)。这主要是由于膨胀珍珠岩的吸水率高、耐水性差而导致保温砂浆在搅拌中体积收缩变形大，使导热系数随珍珠岩取代率的增加而增大。当取代率为15%时，导热系数稍有下降。但由于本试验材料有限，所配制的保温砂浆没有添加改性剂等材料，故导热系数整体偏大。从图2可看出，导热系数与珍珠岩取代率较符合二次函数关系，可用y=ax2+bx+c进行拟合，其结果如表2所示。其中，y为不同珍珠岩取代率下的导热系数;x为取代率；a，b，c均为回归系数；R2为相关系数。

表2 珍珠岩取代率与导热系数的回归系数

保温砂浆导热系数试验见图3。

2.2 珍珠岩取代率对抗压强度的影响

实测各组试件的抗压强度值如图4所示。

由图4可知，随着珍珠岩取代率的增加，试块的抗压强度呈线性增加。这主要是由于珍珠岩自身的强度大于聚苯颗粒的强度，且珍珠岩的吸水率大于聚苯颗粒，因而在其余材料用量不变的情况下，水胶比减小，故抗压强度增大。从图4看出，抗压强度与珍珠岩取代率符合一次函数关系，可用y=ax+b进行拟合，其结果如表3所示。其中，y为不同珍珠岩取代率下的抗压强度；x为取代率；a，b均为回归系数；R2为相关系数。

表3 珍珠岩取代率与抗压强度的回归系数

abR20.326670.02030.99998

保温砂浆抗压强度试验见图5。

3 外墙外保温墙体设计

节能建筑外墙的保温层能起到减少建筑物外墙能耗损失的作用，但外墙保温层厚度又不能无限制地增大。因此，合理选择保温层厚度尤为重要。本文运用目前最为普遍的计算方法——生命周期价值分析法计算了吉林省延吉市使用珍珠岩胶粉聚苯颗粒砂浆做保温层的最佳厚度。文献[5]指出，生命周期价值分析法最佳保温层厚度的计算公式如下：

δop=[(86 400PWF·Cf·HDD·λ)/(Hc·Ci·η)]1/2-λ·Rwt。

其中，HDD为采暖度日数，根据国家标准[6]和吉林省地方标准[7]，延吉市的HDD=4 687 ℃/d；λ取上文中最小导热系数值0.09；根据文献[5]，其余参数取值为：现值因子PWF=9.979；煤的价格Cf=0.57元/kg，选用吉林辽源原煤；煤的发热量Hc=20.92 kJ/kg；采暖系统总效率η=0.612；单位体积保温材料价格

Ci=1 000元/m3；外墙非保温层热阻Rwt为内、外表面的换热阻Ri=0.115 m2·K/W,R0=0.04 m2·K/W与基层墙体总热阻Rw之和。基层墙体为20 mm厚混合砂浆+200 mm钢筋混凝土，其Rw=0.228[8]。经计算，保温层最佳厚度为127 mm。优化设计后的外墙外保温墙体构造如图6所示。

4 结语

1)随着珍珠岩取代率的增加，保温砂浆的导热系数先增大，后稍有减小，当取代率为5%时，导热系数最小，为0.09。2)随着珍珠岩取代率的增加，保温砂浆的抗压强度呈线性增加，当取代率为15%时，保温砂浆的抗压强度最大，达到0.631 MPa。 3)考虑到保温砂浆的保温效果，确定珍珠岩的最佳取代率为5%。本文配制的混合保温砂浆，它的导热系数虽偏大，但其强度高，且原材料简单、种类少，既经济又适用。4)采用生命周期价值分析法，以吉林省延吉市使用本文配制的保温砂浆为例，对其保温层厚度进行计算，得出最佳厚度为127 mm，同时提出了优化设计后的外墙外保温墙体构造，供类似工程借鉴。

[1] 王祁青.聚苯颗粒保温浆料和建筑保温砂浆的应用问题分析[J].新型建筑材料,2008,35(6):26-28.

[2] 秦洪友，李应权，扈士凯,等.早龄期高性能胶粉聚苯颗粒保温浆料的研制与应用[A].中国建筑节能总工高峰论坛——建筑节能新材料研究与工程应用[C].2008:418-422.

[3] 陶成云.聚苯颗粒与闭孔膨胀珍珠岩颗粒混合保温砂浆研制与应用[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2012.

[4] 蔡宁峰.再生聚苯颗粒保温砂浆的配制与性能研究[D].郑州：华北水利水电学院,2011.

[5] 郭 楠，赵松源，赵嵩颖.长春市既有建筑外墙节能改造保温厚度的研究[J].建筑节能,2010，38(10):65-66.

[6] JGJ 26—2010，严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[7] DB22/T 450—2007，居住节能设计标准(节能65%)[S].

[8] 黄春华，叶勇军.节能建筑外墙保温层厚度的经济性优化[J].建筑热能通风空调,2005,24(6):74-76.

The experiment of perlite powder polystyrene particles mortar and the design of external thermal insulation★

Zhang Xinyue Sun Pengxiao Du Lijun Fang Guangxiu*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

Through the experiment, from the thernal conductivity and compresion strength two aspects, we study the influence of different perlite replace rate on the thermal coefficient of powder polystyrene particles insulation mortar and the compressive strength of it. It is concluded that the best replace rate is 5%. Meanwhile, we designed an exterior insulation’s modus operandi using perlite powder polystyrene particles insulation mortar for Yanji city Jilin province which provides reference for the similar projects.

polystyrene particles， perlite， thermal coefficient， compressive strength， exterior insulation system

1009-6825(2016)28-0109-02

2016-07-27 ★ ：延大大学生暑期学校创新实验项目(项目编号：SQC2016001)；延大科技发展计划校企合作项目(项目编号：602015001)

张鑫月(1995- )，女，在读本科生； 孙鹏潇(1995- )，男，在读本科生； 杜丽君(1997- )，女，在读本科生

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU551.2

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