孟　瑋，陳　蓓，吳麗雅

膨脹珍珠巖-聚合物復(fù)合保溫砂漿配合比正交試驗(yàn)研究

孟瑋1，陳蓓1，吳麗雅2

（1.南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇泰州225300；2.泰州市同一建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，江蘇泰州225300）

為了得到綜合性能良好的復(fù)合保溫砂漿，通過正交試驗(yàn)方法，選擇水用量、水泥摻量、膨脹珍珠巖摻量、粉煤灰摻量、聚丙烯纖維摻量、可分散乳膠粉摻量和引氣劑摻量等7個(gè)影響因素對(duì)保溫砂漿的干密度、壓折比、抗壓強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行了研究，分析各因素對(duì)復(fù)合保溫砂漿相應(yīng)指標(biāo)的影響顯著性程度，結(jié)合因素間的交互分析及驗(yàn)證試驗(yàn)得到了最優(yōu)配合比。

膨脹珍珠巖；復(fù)合保溫砂漿；正交試驗(yàn)；最優(yōu)配合比

0　引言

膨脹珍珠巖是由酸性火山玻璃質(zhì)熔巖（珍珠巖）在高溫下焙燒而成的內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu)的白色顆粒狀材料［1］，原料來源廣泛，價(jià)格便宜，廣泛用于保溫隔熱領(lǐng)域。由膨脹珍珠巖制得的保溫砂漿，具有價(jià)格低廉且施工速度較快的優(yōu)點(diǎn)，但存在抗裂性差、吸水后保溫效果降低等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用具有一定局限性［2］，國內(nèi)外展開了許多的研究來改善其性能［3-10］。本文從提高膨脹珍珠巖保溫砂漿的綜合性能出發(fā)，在保溫砂漿中添加了抗裂劑，研究復(fù)合保溫砂漿主要的物理及力學(xué)性能指標(biāo)。

1　試驗(yàn)

1.1原材料

水泥：江蘇泰州揚(yáng)灣產(chǎn)海螺牌42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；膨脹珍珠巖：江蘇常州某保溫材料廠生產(chǎn)的閉孔膨脹珍珠巖，主要化學(xué)成分見表1。粉煤灰：江蘇省姜堰市電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰；聚丙烯纖維：長度為9 mm；外加劑：上海影佳化工有限公司生產(chǎn)的YJ607型柔性可分散乳膠粉，杭州妙能生物科技有限公司生產(chǎn)的JZS-01型混凝土引氣劑；水：自來水。

表1　膨脹珍珠巖的主要化學(xué)成分%

1.2主要試驗(yàn)設(shè)備

砂漿攪拌機(jī)；DY－208型全自動(dòng)水泥強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)；WDW－200微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)；SK－DR300A+平板導(dǎo)熱儀。

1.3試驗(yàn)指標(biāo)及砂漿制備

復(fù)合保溫砂漿抗折強(qiáng)度依據(jù)GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行測試；抗壓強(qiáng)度依據(jù)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》、GB/T 20473—2006《建筑保溫砂漿》及GB 8813—88《硬質(zhì)泡沫塑料壓縮試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試；導(dǎo)熱系數(shù)依據(jù)GB 10294—88《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護(hù)熱板法》進(jìn)行測試；干表觀密度依據(jù)GB/T 5486.2—2001《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比，分別制備40 mm×40 mm×160 mm、70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm、300 mm×300 mm×30 mm的砂漿試樣，養(yǎng)護(hù)至28 d后測試其壓折比、抗壓強(qiáng)度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)等指標(biāo)。

1.4試驗(yàn)因素確定

采用正交設(shè)計(jì)理論，選擇水用量、水泥摻量、膨脹珍珠巖摻量、粉煤灰摻量、聚丙烯纖維摻量、可分散乳膠粉摻量和引氣劑摻量等7個(gè)影響因素來分析對(duì)保溫砂漿基本性能的顯著性影響程度，各因素及水平見表2，正交表選擇L18（37）。

表2　正交試驗(yàn)因素水平

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3，極差分析見表4。

表3　正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表4　極差分析

由表4分析可得：

（1）對(duì)干密度的影響因素主次順序?yàn)椋篊→A→D→E→F→B→G，即膨脹珍珠巖的摻量為影響干密度的主要因素；其余依次為水用量、纖維摻量、可分散乳膠摻量和水泥摻量，其中水泥含量越低，保溫砂漿的干密度就越大；引氣劑摻量對(duì)膨脹珍珠巖保溫砂漿干密度的影響較小。通過同因素不同水平之間的豎向比較，得出膨脹珍珠巖保溫砂漿干密度的優(yōu)化方案為：C3A3D1E3F3B3G3。

（2）對(duì)壓折比的影響因素主次順序?yàn)椋篋→B→G→F→A→E→C，即粉煤灰摻量為影響壓折比的主要因素；其次為水泥摻量；引氣劑摻量的增加使得壓折比增大，抗裂性能降低；可分散乳膠粉摻量、水用量、纖維摻量和膨脹珍珠巖摻量對(duì)膨脹珍珠巖保溫砂漿的壓折比影響較小。通過同因素不同水平之間的豎向比較，得出膨脹珍珠巖保溫砂漿壓折比的優(yōu)化方案為：D1B1G1F2A3E1C1。

（3）對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響因素主次順序?yàn)椋篊→A→E→F→G→D→B，即膨脹珍珠巖摻量為影響抗壓強(qiáng)度的主要因素；纖維與可分散乳膠粉摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度也有影響；水用量與引氣劑摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響趨勢(shì)相同，隨著用量的增加，抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；粉煤灰與水泥用量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響較小。通過同因素不同水平之間的豎向比較，得出膨脹珍珠巖保溫砂漿抗壓強(qiáng)度的優(yōu)化方案為：C1A1E1F1G1D3B2。

（4）對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素主次順序?yàn)椋篊→A→D→E→B→F→G，即膨脹珍珠巖摻量為影響導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素；其次為水用量；粉煤灰與水泥的影響程度較弱，隨著粉煤灰與水泥摻量的增大，保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)呈上升趨勢(shì)，保溫性能下降；可分散乳膠粉與引氣劑摻量對(duì)保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)的影響較小。通過同因素不同水平之間的豎向比較，得出膨脹珍珠巖保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)化方案為：C3A2D1E3B1F3G1。

2.2交互作用分析

正交試驗(yàn)中，材料之間往往存在著相互之間的作用，這種作用可能比單個(gè)材料摻量對(duì)試驗(yàn)的影響程度還要大，本文考慮因素B與E，即水泥摻量與粉煤灰摻量2個(gè)因素之間的交互作用，如表5所示。

由表5可見，B1E3所得的保溫砂漿干密度最小，為412.6 kg/m3，考慮材料間交互作用，干密度的優(yōu)化方案應(yīng)選定為：C3A3D1E3F3B1G3；B1E3所得的保溫砂漿壓折比最小，為2.07，考慮材料間交互作用，保溫砂漿壓折比的優(yōu)化方案應(yīng)選定為：D1B1G1F2A3E3C1；B1E1所得的保溫砂漿抗壓強(qiáng)度最高，為2.71 MPa，考慮材料間交互作用，抗壓強(qiáng)度的優(yōu)化方案應(yīng)選定為：C1A1E1F1G1D3B1；B1E3所得的保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)最小，為0.0825 W/（m·K），考慮材料間交互作用，導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)化方案為：C3A2D1E3B1F3G1。

2.3最優(yōu)配合比

對(duì)上述4組優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。

表5　因素B、E交互作用分析

表6　優(yōu)方案驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，Y2為最優(yōu)配比，即D1B1G1F2A3E3C1方案，具體配合比為：水用量2117 g，水泥摻量1064 g，膨脹珍珠巖摻量532 g，粉煤灰摻量319 g，纖維摻量5.9 g，可分散乳膠粉摻量4.5 g，引氣劑摻量1.1 g。按最優(yōu)配比制備的復(fù)合保溫砂漿的性能符合江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DGJ 32/J22—2006《水泥基復(fù)合保溫砂漿建筑保溫系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3　結(jié)論

（1）通過多因素正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到復(fù)合保溫砂漿干密度的主要影響因素依次為膨脹珍珠巖摻量、水用量、粉煤灰摻量；壓折比的主要影響因素為粉煤灰摻量與水泥摻量；抗壓強(qiáng)度的主要影響因素依次為膨脹珍珠巖摻量、水用量、可分散乳膠粉摻量、纖維摻量；導(dǎo)熱系數(shù)的主要影響因素依次為膨脹珍珠巖摻量、水用量、粉煤灰摻量、水泥摻量。

（2）各原材料的最優(yōu)配比為：水用量2117 g，水泥摻量1064 g，膨脹珍珠巖摻量532 g，粉煤灰摻量319 g，纖維摻量5.9 g，可分散乳膠粉摻量4.5 g，引氣劑摻量1.1 g。按最優(yōu)配比制備的復(fù)合保溫砂漿的干密度439.1 kg/m3，壓折比2.11，抗壓強(qiáng)度2.53 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)0.0841 W/（m·K），符合DGJ 32/J22—2006標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］馮新華，王世香，鄒法俊.膨脹珍珠巖保溫材料制備中存在問題分析［J］.混凝土與水泥制品，2014（8）：71-72.

［2］李胡勇，楊艷.無機(jī)保溫砂漿研究進(jìn)展［J］.混凝土與水泥制品，2015（2）：69-72.

［3］Amel Aattache，Abdelkader Mahi，Rabah Soltani，et al.Experimental study on thermo-mechanical properties of Polymer Modified Mortar［J］.Materials and Design，2013，52：459-469.

［4］Derek Kramar，Vivek Bindiganavil.Impact response of lightweight mortars containing expanded perlite［J］.Cement&Concrete Composites，2013，37：205-214.

［5］趙麗杰，李崇智.影響聚合物砂漿抗裂性的因素分析［J］.蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，39（3）：124-127.

［6］徐長偉，張陽，孟琦涵.纖維及苯粒對(duì)珍珠巖保溫砂漿物理力學(xué)性能影響的研究［J］.混凝土，2014（5）：1-5.

［7］江朝華，趙輝，陳達(dá)，等.玄武巖纖維及聚丙烯纖維對(duì)水泥砂漿性能影響的對(duì)比分析［J］.硅酸鹽通報(bào)，2007，26（6）：1086-1087.

［8］王智宇，李陸寶，施衛(wèi)平等.膨脹珍珠巖的聚合物改性技術(shù)與聚合物保溫砂漿［J］.新型建筑材料，2008（10）：40-43.

［9］趙帥，李國忠，王英姿.聚丙烯纖維和聚合物乳液對(duì)水泥砂漿性能影響［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2008，11（4）：392-396.

［10］丁向群，張冷慶，魯中舉，等.膨脹珍珠巖保溫材料的制備與性能［J］.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，30（1）：120-125.

Orthogonal test of expanded perlite-polymer composite insulation mortar

MENG Wei1，CHEN Bei1，WU Liya2
（1.Taizhou Institute of Sci.&Tech.NUST.，Taizhou 225300，Jiangsu，China；2.Taizhou Tongyi Construction Engineering Quality Test Co.Ltd.，Taizhou 225300，Jiangsu，China）

In order to get perfect comprehensive properties of composite insulation mortar，anti-cracking agent was added to the expanded perlite insulation mortar.Through orthogonal experiment method，the influencing factors of water consumption，dosage of cement，expanded perlite，dosage of fly ash，polypropylene fiber dosage，dosage and air-entraining agent dosage of latex on dry density，compressive and flexural strength，compressive strength and thermal conductivity coefficient index of thermal insulation mortar are studied.After analyzing the influence significance level of various factors on the composite insulation mortar corresponding index，combined with factor interaction analysis and validation test，the optimal mixture ratio is obtained.

expanded perlite，composite insulation mortar，orthogonal experiment，optimum mixture ratio

TU55+1.3

A

1001-702X（2015）12-0021-03

2015-06-28；

2015-08-12

孟瑋，女，1980年生，江蘇連云港人，講師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新型建筑材料研究。