聚合物保温砂浆的性能特点

王智宇1，樊杏飞2，王志平3，林旭添1

（1.浙江大学材料科学与工程学系，浙江杭州310027；2.奉化市教育发展投资有限责任公司，浙江奉化315500；3.宁波荣山新型材料有限公司，浙江宁波315800）

近几年来，夏季“电荒”的主要原因之一在于建筑能耗攀升。有数据显示，每年新增空调耗电量相当于三峡大坝发电总量。建筑节能已迫在眉睫[1]。一般建筑外墙保温材料往往因其强度较差而限制其使用范围，或者为保证其安全，施工工艺复杂而不利于其推广，下面介绍聚合物保温砂浆性能特点。

1 聚合物保温砂浆的组成

聚合物保温砂浆指以表面熔结型膨胀珍珠岩（玻化微珠）为主，辅以改性膨胀珍珠岩为保温骨料、水泥为胶凝材料、粉煤灰为主要填充材料、聚丙烯单丝短纤维为增强抗裂材料以及各种特殊聚合物外加剂制成的建筑外墙保温砂浆材料。

2 聚合物保温砂浆的防水性能

2.1 表面熔结型膨胀珍珠岩防水机理

表面熔结型膨胀珍珠岩是采用垂直电炉以梯级加热生产的一种新型膨胀珍珠岩产品。与普通膨胀珍珠岩结构的多孔特性，容易吸收大量的水分相比该产品是由一定粒径的珍珠岩矿砂在电加热方式下膨胀，膨胀颗粒表面经瞬间高温熔化，克服孔间表面张力而自由闭合，经降温后形成连续玻质化的颗粒表面，而内部保持着完整的多孔空心结构。这种表面闭合结构不吸水。因此，表面熔结型膨胀珍珠岩可减少整体砂浆的吸水量。
2.2 聚丙烯单丝短纤维防水机理

聚合物保温砂浆添加了聚丙烯单丝短纤维，并均匀分布在砂浆内部，使砂浆在硬化初期形成的微裂纹在发展过程中受到阻拦，难以进一步发展。聚丙烯单丝短纤维的加入犹如在砂浆中掺入数量巨大微细筋，这些纤维抑制砂浆开裂的进程，裂纹也是砂浆易吸水的原因之一，减少裂纹就能提高砂浆防水性。
2.3 聚合物防水机理

聚合物保温砂浆添加了ELOTEX 可再分散胶粉，ELOTEX可再分散胶粉在砂浆中干燥后形成不溶于水的连续膜将颗粒粘结在一起，这种连续膜是通过乳液中单一分散颗粒融合成均质体而形成的。聚合物成膜的过程分为三个阶段：第一阶段：在初始乳液中聚合物颗粒以布朗运动的形式自由移动，随着水分的蒸发，颗粒的移动自然受到了越来越多的限制，水与空气的界面张力促使它们排列在一起；第二阶段：颗粒开始相互接触，网络状的水分通过毛细管蒸发，施加于颗粒表面的高毛细张力引起乳胶球体的变形使它们融合在一起，膜大致形成；第三阶段：聚合物分子的扩散形成真正的连续膜。连续膜在砂浆干制品中的存在，可提高砂浆整体防水功能。图1 是添加ELOTEX 可再分散胶粉的聚合物保温砂浆显微照片。

2.4 聚合物保温砂浆防水性能测试

聚合物保温砂浆与普通珍珠岩水泥砂浆吸水量比较：将相同密度的普通珍珠岩水泥砂浆与聚合物保温砂浆分别制成200 mm×200 mm×20 mm 样块，干燥至恒重称量，然后浸入水中1 h，取出后用湿毛巾擦干称量，实验结果见表1。
聚合物保温砂浆与普通珍珠岩水泥砂浆吸水率比较

从表1 可以看出，聚合物保温砂浆防水性能有很大提高。

3 聚合物保温砂浆的抗裂性能

聚合物保温砂浆中添加了聚丙烯单丝短纤维，聚丙烯单丝短纤维均匀分布在砂浆中，使砂浆在硬化初期形成的微裂纹发展受到阻拦，难以进一步发展。聚丙烯单丝短纤维的加入犹如在砂浆中掺入数量巨大的微细筋，这些纤维抑制了砂浆开裂的进程，提高了断裂韧性。

聚合物保温砂浆中添加了聚合物，能提高保温砂浆韧性及抗裂能力。将聚合物保温砂浆与普通珍珠岩水泥砂浆分别制成40 mm×40 mm×1 600 mm 样块，然后在养护箱内养护28d，在实验室放置2 d 后测试，抗折强度分别为1.32、0.56MPa，再将该样块进行抗压实验，抗压强度分别为3.3、3.5MPa，压折比分别为2.5、6.25。评价砂浆抗裂能力的一个重要指标就是压折比，压折比越小抗裂能力越强。从以上数据可以看出聚合物保温砂浆抗裂能力有很大的提高。聚合物保温砂浆从技术上解决了普通珍珠岩水泥砂浆易吸水易开裂的问题，从而开拓了其应用领域。

4 聚合物保温砂浆的性能指标

聚合物保温砂浆性能为：堆积密度不大于450 kg/m3、质量含水率不大于0.8%、干制品密度不大于520 kg/m3、导热系数不大于0.11 W/（m·K）、蓄热系数不小于3.5 W/（m2·K）、抗压强度不小于2.5 MPa、粘结强度不小于0.4 MPa、抗冻性（强度保留率）不小于75%、干燥收缩值不大于3.0 mm/m。聚合物保温砂浆研究思路是在满足夏热冬冷地区保温性能要求前提下，保证有足够的强度，根据JGJ 110《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》中规定的面砖平均拉伸粘结强度应不小于0.4MPa，外墙保温强度薄弱环节在保温层，保证保温层足够的拉伸粘结强度，从而保证了可直接在保温系统粘贴面砖。

5 外墙外保温构造及热工计算

5.1 外墙外保温构造

框架填充KP1 黏土烧结多孔砖外墙外保温的构造为：界面层（界面剂）；保温层（聚合物保温砂浆）；保护层（抗裂防水砂浆）；饰面层（面砖饰面）。

5.2 聚合物保温砂浆热工计算

根据JGJ 134—2001《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》要求，热惰性指标D≥3.0 时，外墙传热系数K≤1.5 W/（m2·K）；热惰性指标D≥2.5 时，外墙传热系数K≤1.0 W/（m2·K）。

聚合物保温砂浆外墙外保温系统中从内到外分别为内混合砂浆20 mm、基层墙体240 mm、界面层、保温层20 mm、抗裂防护层8 mm、饰面层，保温砂浆的修正系数为1.2。

以框架结构填充KP1 黏土多孔砖，其中框架占外墙面积为15%（Sh），KP1 黏土多孔砖为85%（Sz）为例，其热工计算过程如下：

（1）KP1 黏土多孔砖部分传热系数Rz 为：

Rz=Ri+R1+R2+R3+R4+Re