一种新型憎水保温砂浆的最佳配比及性能研究

近年来，随着建筑节能工作的不断发展，外墙外保温系统得到了广泛的应用，膨胀珍珠岩、玻化微珠、粉煤灰等都可作为隔热保温材料填充物，但由于它们自身具有强烈的吸水性，使得目前用在外墙外保温系统中的隔热保温层出现了起鼓、霉变、开裂等问题[1]。因此，要讨论外墙外保温系统，就必然涉及水，要达到好的保温效果，外墙外保温系统就必须拒水[2]。本文针对这种情况，研制出了一种价格低廉、整体防水、强度高、使用方便的新型墙体保温隔热材料。

1 试验部分

1.1 材料

水泥：42.5 级普通硅酸盐水泥；EPS 颗粒：粒径小于5mm；聚乙烯醇：工业纯，山西三维股份有限公司；聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳胶粉：工业纯，国民淀粉化学有限公司；憎水剂：自制无机改性材料。

1.2 测试方法

（1）力学性能测试

抗压、抗折强度参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》进行测试。

（2）导热系数测试

参照GB/T 10295—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性测定热流计法》进行测试，试样尺寸200 mm×200 mm×40mm，养护方法和条件与抗压强度试样完全相同。

（3）其它测试方法均参照JG 158—2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》进行。

1.3 憎水保温砂浆的制备

首先将所加的有机粘结剂用水溶解，待溶解完全后加入憎水剂和纤维，搅拌均匀，然后加水泥和水，最后加聚苯颗粒，拌和均匀，即为保温浆料。
 

2 结果与讨论

2.1 粘结剂对EPS 保温砂浆性能的影响

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，粘结剂品种和掺量直接影响EPS 保温砂浆的施工和易性和力学性能。本试验选用了聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳胶粉和聚乙烯醇2 种粘结剂进行研究。EPS 保温砂浆的基本配合比为：水泥300 g，EPS 颗粒30 g，憎水剂200 g，纤维2 g，粘结剂掺量以水泥的质量百分数表示。2 种粘结剂掺量对EPS 保温砂浆性能的影响分别见图1 和图2。

从图1 和图2 可以看出，EPS 保温砂浆的抗折强度随着粘结剂掺量的增加而增大；而抗压强度在粘结剂掺量不高的情况下，随粘结剂掺量增加而增大，当粘结剂的掺量超过某一值后，抗压强度随之变小。由于在拌和保温砂浆时，用聚乙烯-醋酸乙烯的干胶粉在水中比较难拌和，而用聚乙烯醇乳液时，和易性好，拌和时间短，且价格较便宜，故选择聚乙烯醇作为粘结剂。当聚乙烯醇掺量较大时，砂浆黏度大，施工性差。考虑到施工和易性、抗压强度和成本，本文选择聚乙烯醇掺量为4.5%。

2.2 憎水剂对吸水率的影响

由于保温材料的吸水性对其保温性能有很大的影响，所以保温材料对防水性就有一定的要求, 应尽可能的提高材料的防水性，如添加憎水性防水剂，这类防水剂以有机硅防水剂为代表，但有机硅价格较高。本试验在保温材料中添加了一种自制的粒径小、憎水性能好，价格便宜（约500 元/t）的无机改性材料，EPS 保温砂浆配制的基本配合比为：水泥300 g，EPS颗粒30 g，纤维2 g，聚乙烯醇13.5 g，不同掺量的憎水剂。憎水剂掺量对保温砂浆吸水率的影响见图3。

从图3 可以看出，保温砂浆的吸水率随憎水剂掺量的增加而减小，当吸水率减小到某一值后，憎水剂掺量的增加对吸水率的影响很小。这是由于水泥水化后留有很多孔隙，并由于保温砂浆所用的聚苯颗粒一般是对废弃聚苯乙烯进行粉碎后的颗粒，粒径一般小于5 mm，与水泥的级配差，也留有很多孔隙，而憎水剂的粒径大小为500～600 目，可以填充这些空隙和毛细管通道，提高了材料的密实度，从而减少了材料的吸水率；由于憎水剂是用偶联剂和表面活性剂等进行表面改性后的无机矿物，将其加入到保温浆料中后，使保温浆料的表面能减小，由亲水性变为憎水性，从而提高材料的防水性。但是憎水剂的掺入对砂浆的强度具有负面影响（见图4）。

从图4 可以看出，当憎水剂掺量超过300 g 后，保温砂浆的抗折强度剧减，这是由于随着憎水剂掺量的增加，保温砂浆的胶凝材料水泥和粘结剂相对减小而不足，保温砂浆的粘结强度减小，相应的抗折强度也减小，所以，憎水剂的适宜掺量为300 g，占固体材料总质量的46%。

2.3 保温砂浆导热系数与干密度的关系（见图5）

从图5 可以看出，保温砂浆的导热系数随着材料干密度的变大而增大，但如果EPS 保温砂浆的干密度过小，则其孔隙率过大，会因体系中胶凝材料的相对不足，使内部孔隙相互连通，从而导致保温砂浆导热系数增大，且抗压、抗折强度降低。因此，本试验根据JG 158—2004 中对保温材料导热系数的要求λ≤0.06 W/（m·K），将保温砂浆的干密度控制在250kg/m3 以下。

2.4 保温砂浆导热系数与材料吸水量的关系（见图6）

从图6 可以看出，EPS 保温砂浆的导热系数随材料吸水量的增大而显著增加。材料未吸水前的导热系数为0.048 W/（m·K）；当材料吸水17 g 后，导热系数增到了0.059 W/（m·K）；当材料吸水72 g 后，导热系数剧增到了0.089 W/（m·K），是材料干燥时导热系数的1.8 倍。由此可见，如果材料的防水性能不好，材料吸湿后，将大大影响保温材料的导热系数，甚至失去保温效果。

2.5 材料性能测试

通过以上的研究，保温砂浆的最佳配方为：水泥300 g，聚苯颗粒30 g，聚乙烯醇13.5 g，憎水剂300 g，水350 g，纤维2g。该憎水性保温砂浆与普通保温砂浆憎水效果的对比见图7，憎水性保温砂浆性能的测试结果见表1。

从表1 可以看出，本文研制的保温砂浆各项指标均能符合JG 158—2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》的要求，而且还具有憎水性好，抗压强度高、粘结性强等特点。

 

3 结语

（1）粘结剂能显著改善保温砂浆的施工和易性和粘结强度，从施工和抗压强度考虑，选择聚乙烯醇作为保温砂浆的有机粘结剂，适宜掺量为水泥质量的4.5%。

（2）保温砂浆的导热系数随着吸水量的增加而迅速变大，如果保温材料的防水性能不好，将影响保温材料的导热系数，甚至失去其保温效果。憎水剂的掺入使保温砂浆由亲水性变为了憎水性，大大降低了保温砂浆的导热系数，憎水剂的最佳掺量为固体材料总质量的46%。
（3）根据JG 158—2004 标准对保温材料导热系数的要求，保温材料的干密度控制在250 kg/m3 以下。