肖力光 李根壯 蔣大偉

(吉林建筑大學 材料科學與工程學院,長春 130118)

0 引言

近年來,我國非常重視建筑節(jié)能材料與技術的研發(fā)和應用.有機保溫板材雖然具有較好的保溫性能,但是防火性能差,高溫條件下不僅阻燃效果差,易燃燒,產生有害氣體,危害人體健康,而且有機板材與墻體的結合性差,施工時需要涂粘結劑、釘固等一系列工序,工藝復雜,最致命的是有機板材耐老化性能差,保溫壽命短,因此有機板材的使用受到限制[1-3].利用傳統(tǒng)砌筑砂漿砌筑無機保溫墻體砌塊時,由于容重大與保溫砌塊配合使用時容易產生“熱橋”,墻體的砌筑縫熱量損耗大,保溫性能差.保溫砌筑砂漿具有容重小、防火等級高、阻燃性好、保溫性能優(yōu)良的特點,而且保溫砌筑砂漿與無機保溫砌塊相容性好,兩者配合使用,共同構成自保溫墻體,可以實現(xiàn)保溫與建筑同壽命,是一種新型建筑節(jié)能材料,GB50411《建筑節(jié)能工程施工質量驗收規(guī)范》中規(guī)定:使用保溫砌塊砌筑的墻體所用的砌筑砂漿必須具有保溫功能[4].當前,保溫砌筑砂漿的研制及其性能的提高已成為我國建筑節(jié)能領域中新的研究熱點.

1 保溫砌筑砂漿

為解決傳統(tǒng)砌筑砂漿與輕質保溫砌塊相容性差的問題,早期研究學者提出輕質保溫砌塊砌筑用的砂漿應具有與之相匹配的導熱系數(shù),之后不斷有學者進行深入研究,豐富發(fā)展了這一理念,并最終明確了保溫砌筑砂漿的定義:既能滿足砌體砌筑砂漿的強度等級要求,又不影響墻體整體的傳熱系數(shù)的一類具有保溫功能的砌筑砂漿統(tǒng)稱為保溫砌筑砂漿.保溫砌筑砂漿主要由保溫骨料、膠凝材料、外加劑3大組分共同組成.

1.1 保溫骨料

保溫骨料通常選用自身導熱系數(shù)較低的輕骨料,常見的保溫輕骨料有膨脹珍珠巖、珍珠巖陶砂、?；⒅?、聚苯乙烯泡沫顆粒、水淬高爐礦渣、爐渣等,有些學者利用加氣混凝土再生輕骨料配制出了保溫性能優(yōu)異的保溫砌筑砂漿.在保溫砌筑砂漿中,輕骨料主要起到骨架作用和保溫隔熱作用[5].

1.2 膠凝材料

保溫砌筑砂漿中的膠凝材料包括無機膠凝材料和有機膠凝材料兩種.無機膠凝材料主要為水泥,是保溫砌筑砂漿強度的主要來源；有機膠凝材料主要為聚合物乳液,能夠改善保溫砌筑砂漿的各項性能.隨著研究的持續(xù)進行,不少學者發(fā)現(xiàn)以粉煤灰、爐底渣等活性摻合料取代部分水泥可以降低保溫砌筑砂漿的導熱系數(shù),同時提高其力學強度.

1.3 外加劑

當只采用保溫骨料和膠凝材料配制保溫砌筑砂漿時,其工作性能和力學性能往往不太理想,所以在配制保溫砌筑砂漿的過程中，通常會加入一些外加劑來改善保溫砌筑砂漿的各項性能.外加劑分礦物外加劑和化學外加劑兩大類,其中化學外加劑摻量小,作用大,品種多樣,應用廣泛,包括減水劑、憎水劑、引氣劑、穩(wěn)泡劑、增稠劑、調凝劑等[6].

2 保溫砌筑砂漿研究現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 國內外研究現(xiàn)狀

歐美發(fā)達國家在早些年就已經逐步限制有機保溫板材的使用,轉向無機保溫材料方向的研究與應用,尤其在功能性輕質無機保溫復合砂漿方面的研究力度較大.目前,已經形成了較為成熟的技術與應用體系.功能性輕質無機保溫復合砂漿的各項性能較有機保溫板材和傳統(tǒng)砂漿明顯提高,如防火等級高、保溫性及耐久性好、施工工藝簡單等.功能性的輕質無機保溫復合砂漿可以滿足不同使用條件的要求,如超輕質全憎水硅酸鈣保溫砂漿克服了有機保溫板材只能應用于規(guī)則墻體的不足,完全滿足不規(guī)則外墻外保溫體系的使用條件.1965年德國Rhodius公司獲得了“保溫砂漿”發(fā)明專利授權.1977年德國Baustoffwerke Muehlacker AG獲得了一項關于具有很高隔熱能力的承重砌體墻和具有保溫功能的特種砌筑砂漿的A1類專利授權.1991年德國頒布實施了DIN18550《由礦物膠凝材料和聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)顆粒復合而成的保溫漿料系統(tǒng)》標準,詳細界定了不同保溫材料的保溫性能等級.2000年歐洲技術認定組織頒布了《有飾面層的復合外墻外保溫系統(tǒng)歐洲技術認證指南》,對外保溫系統(tǒng)的技術性能、試驗方法以及技術認定要求做了全面規(guī)定.美國也是采用外墻保溫系統(tǒng)進行建筑節(jié)能最早的國家之一,其在該方面的標準制訂也比較完備,相繼制定并頒布了《外保溫與裝飾系統(tǒng)抗快速變形沖擊標準試驗方法》、《耐堿玻璃纖維增強網(wǎng)外保溫與裝飾系統(tǒng)》、《系統(tǒng)涂層下落法磨損測試耐磨性的標準試驗方法》等一系列外墻保溫領域的標準.而且美國國家能源局、標準局等相關部門提出每五年需要對現(xiàn)有標準進行一次修訂.1996年科威特學者Hayfaa A. Al-Mudhaf論述了使用蒸壓加氣混凝土砌塊砌筑墻體時應用保溫砌筑砂漿的必要性[7-11].

我國雖然在保溫砌筑砂漿研究領域起步較晚,但在無數(shù)科研人員的不懈努力下已經取得了較大的進步.1997年葛勇,張寶生等人利用膨脹珍珠巖做骨料研制出的保溫砌筑砂漿的導熱系數(shù)已能降低至0.204W/(m·K),但強度等級只能達到M2.5[12].2002年吉林建筑大學肖力光教授帶領其科研團隊利用頁巖陶砂做骨料研制出的保溫砌筑砂漿可在抗壓強度達到11.7MPa的情況下,導熱系數(shù)近為0.273W/(m·K),改變砂漿容重,抗壓強度為3.2MPa時,導熱系數(shù)為0.130W/(m·K).2008年張長森教授以EPS為細骨料研制出了導熱系數(shù)為0.123W/(m·K),強度等級達到M5要求的保溫砌筑砂漿[13].2009年王洪鎮(zhèn)教授的科研團隊進行了水粹?；郀t礦渣代砂制備保溫砌筑砂漿的研究,配制的保溫砌筑砂漿強度等級達到M5時,導熱系數(shù)為0.166W/(m·K),強度等級為M7.5時,導熱系數(shù)為0.180W/(m·K).2010年肖力光教授以珍珠巖超細陶砂為主要骨料研制的北方寒冷地區(qū)蒸壓加氣混凝土砌塊專用保溫砌筑砂漿已能在滿足強度等級M10的條件下將導熱系數(shù)降低至0.133W/(m·K).2013年宿茹等人利用建筑垃圾制備保溫型砌筑砂漿,并試驗證明了此類砂漿具有優(yōu)良的保溫性能.隨著我國建筑墻體保溫系統(tǒng)的廣泛應用,保溫砌筑砂漿的應用也越來越多,我國近年來也制定了相關的技術標準.2004年,我國建設部科技發(fā)展促進中心結合我國國情,依據(jù)德國標準《由礦物膠凝材料和聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)顆粒復合而成的保溫漿料系統(tǒng)》和其它相關歐美標準起草了我國行業(yè)標準JG158-2004《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》,后來被JG/T 158-2013《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)材料》取代[14].此外,我國還相繼出臺了一系列國家標準和行業(yè)標準:JGJ 144-2004 外墻外保溫工程技術規(guī)程、GB/T 20473-2006建筑保溫砂漿、JCJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》、JC/T 890-2017《蒸壓加氣混凝土墻體專用砂漿》,持續(xù)引領和促進我國保溫砂漿領域的發(fā)展.

2.2 存在的問題

保溫砌筑砂漿具有諸多優(yōu)點,在目前積極推廣的墻體保溫體系中具有重要的地位,可以有效避免“熱橋”“結霜”等問題的發(fā)生,對于提高建筑物的整體節(jié)能保溫性意義重大.但是保溫砌筑砂漿的發(fā)展中仍然存在許多不足之處,主要有:

(1) 現(xiàn)有保溫骨料如陶粒、膨脹珍珠巖、?；⒅榈刃枰邷責瞥尚?生產能耗大.

(2) 現(xiàn)有保溫骨料品位浮動大,容重、級配、顆粒形狀及吸水率等不穩(wěn)定,影響保溫砌筑砂漿的性能.尤其是膨脹珍珠巖等經人工膨化制備的輕集料,吸水率普遍較高,且強度低,在砂漿制備過程中容易破損,導致最終成型的砂漿強度低于設計強度,保溫性能也降低.

(3) 保溫砌筑砂漿性能測試標準不規(guī)范,某些性能的測試仍在使用傳統(tǒng)砌筑砂漿的測試標準,測試結果不準確.

3 火山渣干混保溫砌筑砂漿的提出

火山渣是火山爆發(fā)巖漿噴出后,富含氣體的熔漿碎片噴到空中冷凝,所含氣體膨脹逃逸,留下氣孔,形成的爐渣狀多孔巖石,具有孔隙率高、導熱系數(shù)小、輕質高強等優(yōu)良特性,是優(yōu)質的天然保溫輕骨料.吉林省是我國火山渣儲量最大的地區(qū),如果利用火山渣制備無機保溫砌塊和保溫砌筑砂漿,不但可以取代陶粒、膨脹珍珠巖等高能耗人造輕骨料,緩解砂石供應的壓力,而且對于促進地區(qū)經濟發(fā)展、推進建筑節(jié)能具有積極作用.

火山渣干混保溫砌筑砂漿有如下技術優(yōu)勢:

(1) 施工簡便、質量穩(wěn)定. 火山渣保溫砌筑砂漿的施工方式與傳統(tǒng)砌筑砂漿相同,無需復雜的工藝,質量穩(wěn)定可靠,制備的產品力學性能好,保溫性能佳.

(2) 環(huán)保. 首先,從原料來源上看,生產火山渣無需人工膨脹、高溫成型,生產能耗低;其次,從成品上看,火山渣保溫砌筑砂漿的主要組分都是無機材料,無論是生產過程還是施工過程都不產生化學污染物,特別是遭到破壞后也不會對環(huán)境造成污染.

(3) 防火阻燃性好. 火山渣保溫砌筑砂漿與無機保溫砌塊構成的自保溫墻體能夠達到建筑A級防火要求,實現(xiàn)了建筑保溫、隔熱、防火于一體,這類自保溫墻體在高溫環(huán)境下不會被破壞,更不會釋放有害氣體,可廣泛用于密集型住宅、公共建筑、大型公共場所、易燃易爆場所等對防火要求嚴格的場所.

(4) 耐久性好. 傳統(tǒng)保溫材料耐久性差,保溫壽命低,隨時間的延長保溫性能逐漸喪失,火山渣保溫砌筑砂漿與無機保溫砌塊配合組成的自保溫墻體,保溫性能佳,耐久性能好,可以達到建筑節(jié)能65%的目標,同時實現(xiàn)保溫與建筑同壽命.

4 結語

保溫砌筑砂漿作為一種新型墻體保溫材料,雖較其他保溫材料起步晚,但其性能優(yōu)良,應用前景廣闊.火山渣是一種性能優(yōu)良的天然輕骨料,生產能耗低,火山渣保溫砌筑砂漿與無機保溫砌塊配合組成的自保溫墻體保溫性能和耐久性能都非常好,具有其他保溫材料無可比擬的優(yōu)勢,今后政府應大力支持低能耗高性能節(jié)能材料的發(fā)展應用.同時，針對當前保溫砌筑砂漿性能測試標準不規(guī)范的問題,國家應加緊出臺關于保溫砌筑砂漿性能測試的標準規(guī)范,以便進一步深化保溫砌筑砂漿的研究.