EPS保温砂浆性能影响分析

ＥＰＳ保温砂浆性的影响因素分析EPS保温砂浆是以聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒作为主要轻骨料配制而得，它节能利废，保温隔热性、抗裂性和耐候性优良，施工和易性好，可用于建筑外墙保温。

其组成材料主要为：水泥、聚苯乙烯泡沫颗粒、高分子粘结剂，另外还有纤维、膨胀珍珠岩及特细砂等。

EPS保温砂浆材料组成复杂，影响性能的因素较多。

本文对一些主要影响因素进行分析，为配制高性能EPS保温砂浆提供参考。

1 原材料和配制方法1.1 原材料(1)EPS颗粒：由可发性聚苯乙烯珠粒发泡而得的3种EPS颗粒，分别记为EPS1、EPS2和EPS3 ，由废弃聚苯乙烯泡沫经专用破碎机破碎而成的粒度小于5 mm的颗粒记为破碎EPS。

这4类EPS颗粒的密度与级配见表1。

表1 EPS颗粒的密度和级配(2)525R矿渣水泥，乳液型粘结剂，膨胀珍珠岩，特细砂，粘结剂M、N、L，耐碱玻璃纤维、长尼龙—6纤维、聚丙烯纤维为市售。

1.2 配制方法将EPS颗粒、粘结剂用适量水拌匀，使粘结剂完全包裹EPS颗粒表面，加入水泥、特细砂或膨胀珍珠岩纤维和剩余水拌合到施工稠度，即得EPS保温砂浆拌合料。

将EPS保温砂浆成型，除特别注明外，自然养护28 d，测试其力学性能。

2 结果与分析2.1 EPS颗粒形貌对保温砂浆性能的影响发泡EPS颗粒外观呈球形，表面光滑，内部含有大量封闭孔隙；破碎EPS颗粒大部分在相互粘结处分离，呈球形，表面封闭，少部分破碎严重，颗粒呈不规则形状，封闭结构被破坏，表面具有一定开放性孔隙。

采用EPS1和破碎EPS颗粒配制的保温砂浆性能见表2 。

表2 EPS1和破碎EPS对保温砂浆性能的影响由表2可以看出：(1)当保温砂浆的稠度基本一致时，破碎EPS颗粒配制的保温砂浆W/C大，需水量增加，这是因为破碎EPS颗粒中不规则表面及表面的开放性孔隙增大了比表面积，从而使砂浆的需水量增加；(2)破碎EPS颗粒配制的保温砂浆和易性、粘聚性优于EPS1，这是由于 EPS1颗粒粒径单一，级配不合理，而破碎EPS颗粒的级配较合理，且不规则多面体与水泥浆体间结合更牢固；(3)与EPS1相比，用破碎EPS颗粒配制的保温砂浆吸水率增大，这说明破坏 EPS颗粒的封闭孔隙对砂浆的耐水性产生不利影响；(4)用破碎EPS颗粒配制的保温砂浆，抗压强度有所降低，但抗折强度基本不变。

2.2 EPS颗粒粒径与级配对保温砂浆性能的影响EPS保温砂浆要具有良好的施工和易性，则保温砂浆中要具有足够多的水泥浆体。

EPS颗粒间空隙率和总表面积将决定水泥浆体的需求量，若水泥浆体数量不足，保温砂浆的施工和易性难以保证。

单纯增加水泥浆体的数量，使保温砂浆的成本上升、密度增加，进而影响热工性能，且水泥用量大，使砂浆收缩增大而易导致开裂，所以必须严格控制EPS颗粒空隙率和总表面积。

采用3种EPS颗粒按不同体积比进行混合，考察EPS颗粒粒径和级配对性能的影响(见表3)。

由表3可知：(1)EPS颗粒粒径增大，保温砂浆的分层度增加，保水性、和易性和抗折强度降低，EPS颗粒的粒径应小于5.0 mm，宜采用EPS1；(2)将EPS1和EPS2按10∶90的体积比进行混 合，所配制的保温砂浆的物理力学性能较好，但仍未达到满意的施工和易性。

表明单纯调整 EPS 颗粒级配，不能得到施工和易性满意的EPS 保温砂浆。

表3 EPS 颗粒粒径和级配对砂浆性能的影响2.3 膨胀珍珠岩和特细砂对保温砂浆性能的影响为了进一步降低EPS 颗粒间的空隙率，本文采用粒径为0.16～2.50 mm 的膨胀珍珠岩和细度模数为0.65的特细砂作细骨料配制保温砂浆。

试验结果如表4所示（表中膨胀珍珠岩和特细 砂掺量以水泥的质量百分数计）。

表4 膨胀珍珠岩和特细砂对EPS 保温砂浆性能的影响由表4可以得出，膨胀珍珠岩掺量增加，砂浆的密度降低，需水量增大，分层度降低，砂浆和易性改善。

尽管由于膨胀珍珠岩掺量增加，导致砂浆吸水率增大，软化系数降低，但膨胀珍珠岩掺量不超过10％时，砂浆耐水性仍较好，膨胀珍珠岩掺量以5%为宜。

在保温砂浆中掺入特细砂后，分层度大幅度降低，和易性显著改善，但砂浆的密度也大幅度提高，这必将影响其热工性能，因此掺加特细砂只适宜配制高密度EPS保温砂浆。

2.4 粘结剂品种和掺量对保温砂浆性能的影响添加粘结剂是解决EPS颗粒表面与水泥砂浆良好润湿亲合的有效手段，粘结剂品种和掺量将直接影响EPS保温砂浆的施工和易性和力学性能。

选用3种粘结剂对EPS颗粒进行表面改性，其中粘结剂M为自制乳液型粘结剂，粘结剂N为乙烯-醋酸乙烯乳胶粉，粘结剂L为改性聚乙烯醇水溶液粘结剂。

EPS保温砂浆配制的基本配合比为：水泥40 0 kg ，EPS颗粒0.60 m 3，膨胀珍珠岩20 kg，粘结剂的掺量以水泥的质量百分数表示。

粘结剂M 、N和L对EPS保温砂浆性能的影响见表5～表7。

表5 粘结剂M对保温砂浆性能的影响注：水灰比均为0.65。

表6 粘结剂N对保温砂浆性能的影响注：水灰比均为0.67。

表7 粘结剂L对保温砂浆性能的影响注：水灰比均为0.65。

从表5～表7可以看出，随着粘结剂掺量增加，EPS保温砂浆的稠度减小、粘性增大、分层度降低、粘聚性和保水性明显提高。

这是由于粘结剂为带有极性基团的高分子聚合物，当粘结剂与EPS颗粒拌合时，粘结剂主链中的非极性链段就会与EPS的非极性表面发生物理吸附作用，而聚合物中的极性基团就在EPS颗粒表面向外定向排列，使EPS颗粒由憎水性变为亲水性。

此时加入水泥拌合，EPS颗粒表面吸附的极性基团就与水泥相互作用而紧密结合，从而使EPS保温砂浆的和易性得到显著改善。

这表现在EPS颗粒很容易被水泥浆润湿，两者间的结合力大大提高，EPS颗粒在水泥浆体中均匀分布，而不会出现“上浮”现象，砂浆的分层度降低，保水性提高。

但是粘结剂本身的粘性很大，当掺量过多时，EPS保温砂浆的粘性过大，流动性小，不便于施工，而且砂浆成本过高。

从表5～表7中还可看出：粘结剂掺量增加，EPS保温砂浆的抗压强度略有降低，抗折强度、抗折/抗压比显著改善，尤其是粘结强度得到大幅度提高，说明EPS保温砂浆的韧性和粘结力得到了大幅度改善。

分析其原因有3方面：(1)在砂浆的凝结硬化过程中粘结剂会在EPS颗粒与水泥浆体之间的过渡区干燥成膜，使二者的界面结合更密实、更牢固；(2)有一部分粘结剂分散到水泥浆体中，随着水泥水化的进行，水泥浆体中水分不断消耗，水化产物增多，粘结剂就逐渐聚集在毛细孔中，并在水泥水化物凝胶表面、未水化水泥颗粒表面成紧密堆积，从而改善硬化水泥浆体结构，由于水化和干燥使水分进一步减少，粘结剂便凝聚成膜，形成聚合物网络，这种聚合物网络的弹性模量较水泥硬化体的弹性模量低，使硬化水泥浆体的韧性得到改善；(3)聚合物分子中某些极性基团还可能与水泥水化产物发生化学作用，形成特殊的桥键作用，改善水泥水化产物的物理组织结构，缓解内应力，从而减少水泥浆体中微裂纹的产生。

综合来看，粘结剂M、N和L的适宜掺量分别为4.8%、0.75%和6.4%左右。

比较这3种粘结剂在适宜掺量时的数据可以得到，粘结剂M、N对EPS保温砂浆性能改善效果明显优于粘结剂L，粘结剂N的效果又优于粘结剂M，但粘结剂N价格昂贵，故在以后的试验中采用粘结剂M。

2.5 纤维品种和掺量对保温砂浆性能的影响为了进一步提高EPS保温砂浆的抗裂性，以防止或尽量减少裂缝的发生，本试验采用3种短切纤维拌合到EPS保温砂浆中，它们分别是19 mm长耐碱玻璃纤维，15 mm长尼龙—6纤维和 19 mm长聚丙烯纤维。

其基本配合比为水泥400 kg，EPS颗粒0.60 m 3，膨胀珍珠岩20 kg，粘结剂M 20 kg， 水灰比为0.67，纤维掺量按砂浆的体积百分含量计。

3种纤维掺量均为0.05%时，纤维对砂浆断裂时的断裂能E及砂浆破坏时的最大变形δmax的影响见表8。

从纤维在EPS保温砂浆中的分散状况来看，聚丙烯纤维好，尼龙—6一般，玻璃纤维差。

在EPS保温砂浆中掺入相同体积掺量的纤注：水灰比均为0.65。

从表5～表7可以看出，随着粘结剂掺量增加，EPS保温砂浆的稠度减小、粘性增大、分层度降低、粘聚性和保水性明显提高。

这是由于粘结剂为带有极性基团的高分子聚合物，当粘结剂与EPS颗粒拌合时，粘结剂主链中的非极性链段就会与EPS的非极性表面发生物理吸附作用，而聚合物中的极性基团就在EPS颗粒表面向外定向排列，使EPS颗粒由憎水性变为亲水性。

此时加入水泥拌合，EPS颗粒表面吸附的极性基团就与水泥相互作用而紧密结合，从而使EPS保温砂浆的和易性得到显著改善。

这表现在EPS 颗粒很容易被水泥浆润湿，两者间的结合力大大提高，EPS颗粒在水泥浆体中均匀分布，而不会出现“上浮”现象，砂浆的分层度降低，保水性提高。

但是粘结剂本身的粘性很大，当掺量过多时，EPS保温砂浆的粘性过大，流动性小，不便于施工，而且砂浆成本过高。

从表5～表7中还可看出：粘结剂掺量增加，EPS保温砂浆的抗压强度略有降低，抗折强度、抗折/抗压比显著改善，尤其是粘结强度得到大幅度提高，说明EPS保温砂浆的韧性和粘结力得到了大幅度改善。

分析其原因有3方面：(1)在砂浆的凝结硬化过程中粘结剂会在EPS颗粒与水泥浆体之间的过渡区干燥成膜，使二者的界面结合更密实、更牢固；(2)有一部分粘结剂分散到水泥浆体中，随着水泥水化的进行，水泥浆体中水分不断消耗，水化产物增多，粘结剂就逐渐聚集在毛细孔中，并在水泥水化物凝胶表面、未水化水泥颗粒表面成紧密堆积，从而改善硬化水泥浆体结构，由于水化和干燥使水分进一步减少，粘结剂便凝聚成膜，形成聚合物网络，这种聚合物网络的弹性模量较水泥硬化体的弹性模量低，使硬化水泥浆体的韧性得到改善；(3)聚合物分子中某些极性基团还可能与水泥水化产物发生化学作用，形成特殊的桥键作用，改善水泥水化产物的物理组织结构，缓解内应力，从而减少水泥浆体中微裂纹的产生。

综合来看，粘结剂M、N和L的适宜掺量分别为4.8%、0.75%和6.4%左右。

比较这3种粘结剂在适宜掺量时的数据可以得到，粘结剂M、N对EPS保温砂浆性能改善效果明显优于粘结剂L，粘结剂N的效果又优于粘结剂M，但粘结剂N价格昂贵，故在以后的试验中采用粘结剂M。

2.5 纤维品种和掺量对保温砂浆性能的影响为了进一步提高EPS保温砂浆的抗裂性，以防止或尽量减少裂缝的发生，本试验采用3种短切纤维拌合到EPS保温砂浆中，它们分别是19 mm长耐碱玻璃纤维，15 mm长尼龙—6纤维和 19 mm长聚丙烯纤维。

其基本配合比为水泥400 kg，EPS颗粒0.60 m 3，膨胀珍珠岩20 kg，粘结剂M 20 kg， 水灰比为0.67，纤维掺量按砂浆的体积百分含量计。