新型水泥基复合墙体材料的研究和应用

注：引气剂掺量按占胶凝材料质量计。
Ｉ．４试件制备及性能测试方法
注：本表引自ＧＢ ５０１８９－－２０１５《公共建筑节能设计标准》。
首先将外加剂放入８０％ｆ拘用水量中搅拌２ ｍｉｎ，制成Ａ 溶液，再将水泥、掺合料、玻珠及Ａ溶液加入强制搅拌机中搅 拌５ ｍｉｎ，最后加入粗细骨料后再搅拌３ ｍｉｎ。搅拌好的试样分 别成型抗压试件（１５０
质量的Ｏ．３％，防水剂掺量为胶凝材料质量的０．１％。选择砂用
量、玻化微珠用量、保温防火粗骨料体积掺量以及引气剂掺量 为４个影响因素，每个因素取３个水平。具体正交试验的因素 水平见表３。
・５８・
２．２各因素对墙体材料力学性能的影响 由表５极差分析结果可知，各因素对墙体材料的２８ ｄ抗
新型建筑材料
２０１７．１
表６相同密度等级（８００ ｋｇ／ｍ３）保温材料的导热系数对比
响顺序为：Ｃ＞Ｂ＞Ｄ＞Ａ，试件整体的吸水率均小于８％。这是因 为闭孔的玻化微珠吸水率较低，而保温防火颗粒是不吸水材 料，引入的微气孔也是封闭的空隙相互之问独立，另外，加入 石蜡乳液防水剂起到憎水防水作用，所以材料的吸水率非常 小。但是随着引气剂的掺量增大，材料吸水率也会有小幅度的 提高，这对材料防水性能是不利的。当引气剂掺量在０．１０％ 时，材料在外围护构件中使用不会因为吸水的问题而影响其 它功能。 ２．５最佳试验方案的选择 综合分析评价可以得出最佳试验方案为Ａ１８２Ｃ２Ｄ２，即 砂用量１２０ ｋｇ／ｍ３，玻化微珠用量９５ ｋｇ／ｍ３、保温防火粗骨料体 积掺量３０％、引气剂掺量０．１０％，按此配比可以制备密度为
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Ｙｕｂｏ“２，ＷＥｌ只，砰，ＷＡ ＮＧ
Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ
Ｓｈａｎｓｈａｎ２
Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｒｕｉｇａｏ
Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１００１９０，Ｃｈｉｎａ：
２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ
Ｇｒｅｅｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｘｉｎ ３１３０００，Ｃｈｉｎａ）
万方数据
涂玉波，等：新型水泥基复合墙体材料的研究和应用
表５正交试验极差分析
压强度影响顺序为：Ｃ＞Ａ＞Ｂ＞Ｄ；２８ ｄ抗折强度影响顺序为：Ｃ＞ Ｂ＞Ｄ＞Ａ。由此可见，墙体材料的力学性能主要受到保温防火 粗骨料掺量的影响。随着保温防火粗骨料体积掺量的增大，墙 体材料折压比先增后减，当保温防火粗骨料体积掺量在３０％ 时折压比最大，材料柔性最好。 掺入保温防火粗骨料使材料的砂浆相变少，而材料强度 主要由砂浆相提供，表面粗糙且韧性较好使抗压试件破坏时 仍具有一定的承载能力，也不会崩裂，而是随着施压的继续试 件逐渐被压扁，因此材料具有较强的抗开裂性能；当试件断面 受到竖向荷载时，试件上表面受到挤压应力，下表面则表现为 拉应力，最后应力集中于保温防火粗骨料表面，当荷载越来越 大时，保温防火粗骨料在上表面释放受浆料挤压而产生的扩 张力，下表面的保温防火粗骨料则由于其韧性以及表面与浆 料的紧密结合，首先抵消一部分由于荷载产生的拉应力，所以 掺入保温防火粗骨料使其具有较强的抗折强度，但是栩料抗 折强度主要决定于砂浆相的体积，当保温防火粗骨料体积掺 量达到４０％时，材料砂浆相变少，材料的抗折强度下降。 ２．３各因素对材料导热系数的影响 由表５极差分析结果可知，各因素对墙体材料的导热系 数影响顺序为：Ｃ＞Ｄ＞Ｂ＞Ａ，保温防火粗骨料、引气剂和玻化微 珠的掺量对材料导热系数的影响显著，砂掺量对材料导热系 数的影响不大。保温防火粗骨料体积掺量和引气剂掺量增大， 可以降低材料的导热系数，有利于提高材料的保温性能。这是 由于封闭的微气孔的引入使得材料内部形成较多独立的蜂窝 状的微小空间，这些空间可以起到隔热和储能的效果。另外， 分布均匀的保温防火粗骨料的引入也能降低材料的导热系 数，而且该材料比相同密度的混凝土材料具有更好的保温效 果（见表６）。
ｍｍｘｌ５０ ｍｍｘ５５０ ｍｍｘｌ５０ ｍｍｘｌ５０
根据表１提供的数据，假定墙体厚度为２００ ｍｍ，针对寒 冷地区的甲类公共建筑，墙体传热系数≤０．５ Ｗ／（ｍ２・Ｋ），计算 出墙体热阻Ｉ＞２．０ ｍ２・Ｋ／Ｗ，则墙体材料的导热系数≤０．１０８ Ｗ／（ｍ・Ｋ），材料的导热系数主要受材料的种类，密度和含水 率的影响，根据相关经验和资料并综合墙体对强度和结构安 全性的要求，将混凝土材料密度设定为在８００ ｋｇ／ｍ３，并对关 键技术指标进行设定如表２所示。
关键词：保温防火粗骨料；吸水率；引气剂；力学性能；热工性能 中图分类号：ＴＵ５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—７０２Ｘ（２０１７）０１—００５７—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐＨｃａｆｉｏｎ ｏｆ ｎｅｗ ｃｅｍｅｎｔ－ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗａｌｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ＴＵ
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
ａｓ ａｓ
ｃｅｍｅｎｔ—
ｃｏａｒｓｅ
ａｄｍｉｘｔｕｒｅ，ｓａｎｄ
ｃｏａｒｓｅ
ａｎｄ ｃｅｌｌｕｌａｒ
ｏｎ
ｇｌａｓｓ ｂｅａｄｓ
ａｓ
ｆｉｎｅ
ｏｎ
ａｇｇｒｅｇａｔｅ，ａｎｄ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ
ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ
２试验结果与分析
２．１正交试验结果 根据试验因素和水平因素，考虑因素交互作用的影响，结 合试验规模，采用Ｌ９（３４）正交表进行试验。正交试验方案及结 果见表４，极差分析见表５。
表４正交试验方案及性能测试结果
１５９６－－２００５佣于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准要求；矿粉：
￥９５级，符合ＧＢ／Ｔ
１８０４６－－２０００佣于水泥和混凝土的粒化高
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ
ｔｈａｔ
ｂｙ
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ｍａｔｅｒｉａｌ
ｗｉｔｈ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ａｎｄ ｇｏｏｄ
ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｂｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．
ｃｏａｒｓｅ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ
ａｇｇｒｅｇａｔｅ，ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ
ａｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅｗ ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗａｌｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ８００ ｋｇ／ｍ３ ｉｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｅｍｅｎｔ
ｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｆｌｙ ａｓｈ ａｎｄ ｓｌａｇ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ
全国中文核心期刊
杆癯建巍柑料
中国科技核心期刊
涂玉波“２，韦平２，王珊珊ｚ
（１．中国科学院过程工程研究所，北京１００１９０；２．浙江瑞高绿建科技有限公司，浙江长兴３１３０００）
摘要：以水泥为胶凝材料，粉煤灰和矿粉作为掺和料，中砂和闭孔玻化微珠作为细骨料，无机质保温防火粗骨料作为保温防火
粗骨料制备密度为８００ ｋｇ／ｍ３的新型水泥基复合墙体材料，基ｒ强度、吸水率和热工性能要求，采用正交法试验选择最优配合比，探 讨了保温防火粗骨料、引气剂掺量、玻化微珠和中砂掺量对材料的物理性能和保温性能的影响规律，结果表明，通过优化可研制出 既具有优异的物理性能又具有良好保温隔热性能的复合墙体材料。
收稿日期：２０１６—０７—０６：修订日期：２０１６—０８—３０ 作者简介：涂玉波，男，１９７５年生，江西余干人，高级工程师，博士，主 要研究方向：主要从事高性能混凝土。通讯作者：韦平，地址：浙江省 湖州市长兴县太湖大道２２５５号浙江瑞高绿建科技有限公司研发中
心，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｅａｐｙｅ＿２１００＠１６３．ｃｏｍ。
表２材料的技术指标
ｍｍ）、抗折试件（１５０
ｍｍ）、吸水率试件（１００ ｍｍｘｌ００ ｍｍｘｌ００ ｍｍ）
ｍｍｘ３０ ｍｍ）。
和导热系数试件（３００ ｍｍｘ３００
抗压强度和抗折强度根据ＧＢ／Ｔ ５００８１－－２００２《普通混凝 土力学性能试验方法标准》进行测试。吸水率根据ＪＧＪ ５１—
２００２艋骨料混凝土技术规程》进行测试。导热系数根据ＧＢｆｆ
１０２９４－－２００８《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定》进行测 试。综合测试结果及设定的技术指标确定最优配合比。另外选 择最优配合比制备外墙板，测试其力学性能、传热系数、耐候
根据表２的技术要求进行原材料的选择和配合比的设
计。
性和抗冲击性能。
１．２原材料 水泥：海螺牌Ｐ・０４２．５水泥；粉煤灰：Ⅱ级，符合ＧＢ／Ｔ
构原有的功能，比如保温、防水和防火功能由于分离产生的裂 缝而失效，更严重者将会使外饰面层脱落造成重大事故。这就 给建筑设计造成极大困难，不仅使得建筑构造复杂，节点数量 增加，还造成工程成本的增加。另外，采用该结构的构件通常 在生产工艺上比较复杂繁琐，作业效率也较低，很大程度上与 建筑工业化节能增效的目的相背离［２１。 为了从根本上解决这些问题，本文针对寒冷地区公共建 筑的非承重外围护结构闭，从材料选择，适当引入一定量封闭 的微小细孔，掺入保温防火粗骨料，通过正交试验法制备出满 足寒冷地区节能要求的新型水泥基复合墙体材料，该材料生 产工艺和普通混凝土没有多大差异，只需要１台强制搅拌机 即可，一次性浇筑成型，是集保温、防火、隔声、防水、抗震等功 能于一体的新型轻质非承重外围护材料。该材料成型后不仅 集成了三层夹芯构件的所有功能特性，而且生产过程中没有 技术上的间歇时间，使得作业效率有极大提升。
ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ
ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ
ａｇｇｒｅｇａｔｅ．Ｂａｓｅｄ
ｔｏ
ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｍｉｘ，ａｎｄ
ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，
ｃｏａｒｓｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ｕｓｅｄ
ｓｅｌｅｃｔ
ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ
ｃｏｎｔｅｎｔ
ｏｎ
ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｂｏｔｈ
１试验
１．１技术要求 表１为外墙围护结构的传热系数限值。
Ｎ ＥＷ ＢＵＩ ＬＤｌＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬ５
・５７・
万方数据
涂玉波，等：新型水泥基复合墙体材料的研究和应用
表３正交试验因素水平
表１
外墙围护结构的传热系数限值ｗ／（ｍ２・Ｋ）
甲类公共建筑 乙类
所属地区
体形系数≤０．３０ ０．３０＜体形系数≤Ｏ．５０公共建筑
ａｇｅｎｔ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｈｅｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
０引言
近年来，随着装配式建筑的发展以及国家对建筑节能的 要求，建筑外围护结构材料呈现出百花齐放的竞争趋势。因为 普通钢筋混凝土结构自重过大，保温性能较差，而传统轻集料 混凝土和泡沫混凝土由于其孔隙率较高，导致材料的吸水率 较大，强度较低，所以在应用过程中常出现开裂的现象［１】，因此 这些材料一般只能作为内隔墙或是三明治夹芯外墙结构里的 内芯保温材料。目前ＰＣ外墙大都采用三明治结构，当保温内 芯采用无机类保温材料时，这种三层夹芯墙板不仅结构本身 自重过大，三层结构之间的连接还因为材料的温湿收缩应力 和弹性模量不一而容易出现分离，而保温内芯采用有机类保 温材料时，防火性能达不到要求。这些问题将导致墙体失去结
炉矿渣粉》标准要求；细骨料：级配良好、质地坚硬的石英砂， 实测表观密度２．７０ ｇ／ｃｍ３，堆积密度为１．６５加ｍ３，细度模数为 ２．７；玻化微珠：闭孔、颗粒均匀洁净，粒径０．５～１．５ ｍｍ，导热系 数０．０２８～０．０４５ Ｗ／（ｍ・Ｋ），吸水率２０％～４０％；保温防火粗骨 料：硅酸钙无机质发泡板破碎后的颗粒，粒径４～１０ ｍｍ，堆积 密度５０，１００ ｋｇ／ｍ３，防火等级为Ａ级；外加剂：由聚羧酸高效 减水剂、自制引气剂和石蜡乳液防水剂组成。 １．３正交试验 为了保证材料的强度并考虑材料的含水率，胶凝材料用 量占材料总量的５６％，其中水泥用量３５８．４ ｋｇ／ｍ３，粉煤灰和矿 粉均为４４．８ ｋｇ／ｍ，，水胶比０．３５，粉体减水剂掺量为胶凝材料
ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ
ａｇｇｒｅｇａｔｅ，ａｉｒ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｈｅｒｍａｌ
ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ
ｃｏｎｔｅｎｔ，ｇｌａｓｓ ｂｅａｄｓ ａｎｄ ｓａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈＯＷ
ｃａｎ
ｔｈｅ
ｐｈｙｓｉｃａｌ
ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｈｙｓｉｃａｌ