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聚苯颗粒保温浆料性能影响因素分析
王惠明, 陈晓龙, 陈集阳, 赵波
（苏州市建筑科学研究院有限公司，江苏苏州215004）
由表2 可知，在试验掺量范围内，随着可再分散乳胶粉含量的增加，保温浆料的抗压、抗拉、压剪强度随之增大；保温浆料的导热系数降低，柔韧性和抗开裂性提高。
0 前言
目前，我国应用的建筑保温隔热材料主要有胶粉聚苯颗粒保温材料、泡沫塑料、沉降法岩棉板、膨胀珍珠岩制品、膨胀蛭石制品等，其中聚苯颗粒保温材料是南方建筑节能工程中广泛使用的保温材料之一。它具有施工简单、速度快，经济性能好、性价比高等优点，可做涂料、瓷砖等多种外墙饰面。胶粉聚苯颗粒保温浆料是一种特殊的水泥基建筑砂浆，由预先混合的胶粉料和聚苯颗粒按比例在施工现场拌制而成。胶粉料主要由水泥等无机胶凝材料组成，通过多种有机聚合物材料进行改性。胶粉料和聚苯颗粒作为胶粉聚苯颗粒保温浆料中两大主要成分，对整个系统起着关键性的影响。本文通过胶粉料的组成和市场上应用的再生聚苯颗粒以及原发性聚苯颗粒对胶粉聚苯颗粒保温浆料的性能影响进行了研究分析。
1 胶粉料对聚苯颗粒保温浆料性能影响的分析
1.1 试验材料和方法
水泥：苏州金猫水泥厂生产的P·O42.5 水泥；粉煤灰：苏州望亭发电厂排放的Ⅰ级粉煤灰；熟石灰：浙江建德生产的400 目熟石灰；聚丙烯纤维：宁波大成强力纤维（12～15 mm）；复合添加剂：自配；再生聚苯颗粒：通过对回收的废弃聚苯乙烯泡沫塑料进行粉碎加工制成，其粒径大小不一、表面粗糙、形状不规则，堆积密度为8～15 kg/m3；原发性聚苯颗粒：由生产原料直接通过机器发泡而成，是一种发泡闭孔泡沫颗粒，表面光滑、尺寸稳定、颗粒强度高，密度和大小可根据需求调节。堆积密度一般在10～22 kg/m3。
先将水泥、粉煤灰、熟石灰、聚丙烯纤维预混均匀，试验主要就纤维素醚和淀粉醚、可再分散乳胶粉和复合添加剂对保温浆料性能的影响进行分析。
先将水泥、粉煤灰、熟石灰、聚丙烯纤维预混均匀，试验主要就纤维素醚和淀粉醚、可再分散乳胶粉和复合添加剂对保温浆料性能的影响进行分析。
1.2 纤维素醚和淀粉醚的影响
由于要求导热系数低、干密度小，胶粉聚苯颗粒保温浆料中必须掺入大量的聚苯颗粒轻骨料，而聚苯颗粒轻骨料混合时和易性差、不易被粉料包裹，施工操作困难，这就要求胶粉料体系具有很好的粘聚性和包裹性，要求有良好增稠保水能力的高分子材料和亲聚苯颗粒的高分子聚合物材料，以及有无机胶凝材料和细粉料填充在聚苯颗粒轻骨料之间的空隙。
通过将纤维素醚加入到胶粉聚苯颗粒保温浆料中，可使保温浆料变得黏稠，具有一定的保水性和粘性，使粉料、聚苯颗粒轻骨料包裹形成均匀浆体；淀粉醚的增稠性又能使保温浆料提高稠度和达到一定的抗垂流挂性。纤维素醚与淀粉醚的复配，提高了体系的稳定性和粘聚性，有效地提高保温浆料的工作性和保水性，使保温浆料上墙后水化充分，不会因为水分被墙体吸收而流失太快。
试验固定纤维素醚与淀粉醚的质量比为4∶1，同时固定其它组分与保温浆料的施工稠度，根据调节纤维素醚与淀粉醚的掺量（指在胶粉料中的质量百分比）来观察保温浆料的施工性和性能，试验结果见表1。从表1 可以看出，当纤维素醚与淀粉醚掺量过低时，保温浆料松散、泌水和离析，无法上墙；随着纤维素醚与淀粉醚掺量增加，保温浆料的均匀性和粘聚性越来越好，水灰比也越来越大；保温浆料的抗压强度随着纤维素醚与淀粉醚掺量增加而降低。但是掺量超过1.2%时，保温浆料的粘性过大，施工时容易粘刀，而且保温浆料上墙难以压实。
表1 纤维素醚与淀粉醚掺量对保温浆料性能的影响
1.3 可再分散乳胶粉的影响
由于聚苯颗粒是一种非极性的轻质有机材料，水泥浆体对其不润湿不亲和，两者界面粘结力低，保温浆料的施工和易性差。而可再分散乳胶粉对聚苯颗粒具有亲和力，采用可再分散乳胶粉掺入保温浆料中，可以在无机材料与聚苯颗粒之间起到连接桥梁的作用。同时随着水分的不断减少，聚合物颗粒形成连续的聚合物薄膜，使得水泥结构的刚性体系变得柔韧以适应可能的应力变形。作为有机粘结剂的聚合物膜将水泥、无机材料和聚苯颗粒粘接在一起，构成保温浆料的增强网状结构，增强了保温浆料与基层墙体的粘结能力，提高了体系的可变形性，同时可以避免通孔的形成，阻隔空气的流通，进一步降低体系的导热系数。可再分散乳胶粉掺量对保温浆料性能的影响见表2。
由表2 可知，在试验掺量范围内，随着可再分散乳胶粉含量的增加，保温浆料的抗压、抗拉、压剪强度随之增大；保温浆料的导热系数降低，柔韧性和抗开裂性提高。
1.4 复合添加剂的影响
自配的复合添加剂加入保温浆料中可以使体系引入大量微小且独立的气泡，这些球状气泡的滚动作用和浮托作用可使浆料的和易性和稳定性得到显著改善和提高，降低表面析水和骨料的沉降、抑制分层，使体系成为一个匀质的整体，提高浆料的施工性。引入的气泡可以在体系中形成大量微小且不连通封闭的空隙，而空气的导热系数只有0.026W/ （m·K），比聚苯颗粒的导热系数[约0.036W/ （m·K）]要低得多，这样可以进一步降低体系的导热系数。复合添加剂中含有改善浆料体系触变性和疏水性的物质，可以提高保温浆料的施工性和耐久性。
2 聚苯颗粒对聚苯颗粒保温浆料性能的影响
通过上述试验确定胶粉料的合理配比，试验时将胶粉料加水分散后再加入聚苯颗粒混合成均匀浆体。由于废弃聚苯乙烯泡沫在粉碎过程中会形成一定量的聚苯乙烯泡沫小碎片，所以试验中分别以废弃聚苯乙烯泡沫碎片直接制成的再生聚苯颗粒、过2 mm 筛的再生聚苯颗粒和原发性聚苯颗粒3 种聚苯颗粒对聚苯颗粒保温浆料的性能影响作比较分析。试验时胶粉料与聚苯颗粒的配比为胶粉料1kg，聚苯颗粒分别为5、6、7、8、9 L。聚苯保温浆料稠度控制在80 mm左右。聚苯保温浆料性能的测试按JG 158—2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》和JGJ 144—2004《外墙外保温工程技术规程》进行。
2.1 不同聚苯颗粒对保温砂浆施工性的影响
直接制成的再生聚苯颗粒由于含有一定量的小碎片，颗粒级配较好，在试验确定的体积范围内与胶粉料的粘聚性较好，所得的保温砂浆体系和易性好，而且上墙施工性非常好。过2 mm 筛的再生聚苯颗粒，由于废弃聚苯乙烯泡沫塑料通过机器粉碎后在表面形成棱角，而且聚苯颗粒之间的压缩性比原发性聚苯颗粒好，与胶粉料按比例混合均匀后，保温砂浆体系的和易性比原发性聚苯颗粒保温砂浆好很多。但当聚苯颗粒体积超过8 L 后，和易性变差，施工性不太好，上墙有掉灰现象。掺原发性聚苯颗粒的保温砂浆，当聚苯颗粒体积超过6 L后，由于聚苯颗粒表面光滑，和易性变差，而且颗粒之间难以压缩，造成上墙粉刷时首先接触墙体的大部分是聚苯颗粒，难以附着在墙体上，掉灰现象严重。尤其是当粒径大于3 mm时，即使保温砂浆和易性好，也难以上墙施工。从和易性和施工性看，直接制成的再生聚苯颗粒保温砂浆最好；过2 mm 筛的再生聚苯颗粒只要控制聚苯颗粒体积不要过大，也完全可以满足上墙粉刷要求；原发性聚苯颗粒保温砂浆粉刷性不太好，尤其当聚苯颗粒体积过大、粒径大于3mm的颗粒较多时，粉刷已经非常困难。
2.2 不同聚苯颗粒对保温砂浆表观密度的影响
直接制成的再生聚苯颗粒碎片本身的闭孔特性已经破坏，混合到保温砂浆中会吸收一定水量，增加保温砂浆的用水量。而原发性聚苯颗粒由于表面光滑，本身的闭孔没有破坏，所以用水量少，但聚苯颗粒体积比例过大时，和易性差，难以成型。直接制成的再生聚苯颗粒、过2 mm筛的再生颗粒和原发性聚苯颗粒3 种聚苯颗粒保温砂浆的水灰比和表观密度试验结果见表3。
2.3 不同聚苯颗粒对保温砂浆导热系数的影响
在满足强度安全条件下，追求低导热系数是提高保温砂浆性价比的有效手段，可通过提高聚苯颗粒在保温砂浆中的体积率来降低其导热系数；另一方面又需要胶粉料很好地包覆及填充来保证体系的强度，所以寻找适合的聚苯颗粒体积比例成为研究的重点。再生聚苯颗粒表面粗糙，容易被胶粉料粘结，而原发性聚苯颗粒表面光滑，需要更多的胶粉料包覆。图1 是不同聚苯颗粒对保温砂浆导热系数的影响。由图1 可以看出，原发性聚苯颗粒保温砂浆的导热系数最低，直接制成的再生聚苯颗粒保温砂浆导热系数最高；随着颗粒体积比例增大，聚苯颗粒保温砂浆的导热系数随之降低。直接制成的再生聚苯颗粒由于含有一定量的聚苯乙烯泡沫碎片，需增加用水量，同时使保温砂浆的干表观密度提高，导致保温砂浆的导热系数提高。
2.4 不同聚苯颗粒对保温砂浆强度的影响
保温砂浆有一定的强度是整个保温系统安全性能的重要保障，因为抹面层和饰面层都需附着在保温层上，还需抵抗风压的影响。而且保温砂浆的强度也对抹面层的开裂性有重要影响。聚苯颗粒充当胶粉聚苯颗粒保温材料中的骨料，通过水泥和胶粉等组分复合组成的胶凝材料进行粘结紧密的排列起来。胶凝材料填补在聚苯颗粒的空隙中间，形成三维空间网状结构。所以聚苯颗粒的体积和强度对保温砂浆的抗压强度和抗拉强度有很大的影响。不同聚苯颗粒对保温砂浆的抗压强度及抗拉强度影响的试验结果分别见图2、图3。
由图2 可以看出，在聚苯颗粒体积比例相同的条件下，原发性聚苯颗粒保温砂浆的抗压强度最高，直接制成的再生聚苯颗粒保温砂浆的抗压强度最低。由图3 可以看出，过2 mm 筛后的再生聚苯颗粒保温砂浆抗拉强度最高，这说明保温砂浆的抗拉强度受到胶粉料与颗粒之间粘结力影响较大。原发性聚苯颗粒表面光滑，与胶粉料的粘结力较差。再生聚苯颗粒表面被打糙，容易与胶粉料粘结，但其中的颗粒碎片又降低了体系的强度，影响抗拉性能。另一个影响保温砂浆强度的主要因素是胶粉料填充在聚苯颗粒空隙中，形成了三维空间网状结构，随着颗粒体积比例增加，胶凝材料无法包覆聚苯颗粒，填充在颗粒之间，导致保温砂浆强度降低。这说明不同的聚苯颗粒及其不同体积比例对保温砂浆的强度影响很大，这也说明在粉碎过程中产生的聚苯乙烯泡沫碎片对保温砂浆强度起负面作用。
3 结语
（1）纤维素醚和淀粉醚掺量在0.6%～1.2%时，胶粉聚苯颗粒保温浆料综合性能较好。
（2）由废弃的聚苯乙烯泡沫塑料粉碎直接制成的再生聚苯颗粒与胶粉料拌制而成的聚苯颗粒保温砂浆的和易性、施工性好；而原发性聚苯颗粒由于表面光滑、强度高，颗粒之间难以压缩，保温砂浆和易性差，施工性不好。
（3）由废弃的聚苯乙烯泡沫塑料粉碎直接制成的再生聚苯颗粒，在粉碎过程中产生一定量的碎片，加入到保温砂浆中会增加用水量，降低体系强度，使导热系数提高。
（4）随着聚苯颗粒的体积用量增加，聚苯颗粒保温砂浆的表观密度、强度以及导热系数随之降低，保温效果提高。
