树脂和纤维对陶砂保温砂浆抗裂性能的影响

刘笑军

树脂和纤维对陶砂保温砂浆抗裂性能的影响

刘笑军

（辽东学院 城市建设学院，辽宁 丹东 118003）

为提高保温砂浆抗裂性能，保持保温砂浆在使用过程的保温性能,利用正交试验研究树脂与水泥比、稀释剂及固化剂3个因素对保温砂浆性能的影响，在选择最优配比的基础上，研究聚丙烯纤维和聚氨酯纤维对保温砂浆的压折比影响。试验结果表明，树脂与水泥比为1∶2、稀释剂为1.5%和固化剂为0.5%时，保温砂浆的压折比和吸水率都较小；随着纤维掺量的增加，砂浆压折比先减小后增加，且当聚氨酯纤维掺量为0.4%时，保温砂浆抗折性能最好。得出结论，优化配比和纤维用量可降低吸水率，提高保温砂浆抗裂性能。

陶砂；树脂；压折比；纤维

纤维增强陶砂保温砂浆是以绝热性能较好陶砂为骨料、水泥和树脂为胶凝材料、及纤维和外加剂等按一定比例配制成的用于构筑建筑表面的一种绝热砂浆。陶砂保温砂浆因陶砂具有优异的性能，如密度低、抗压强度高、孔隙率高、软化系数高、抗冻性能良好等，特别由于其密度小，内部多孔、形态、成分较均一，且具有一定强度和坚固性，因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、良好的隔热性能等多功能特点［1］。

近几年，由于有机保温材料引发的建筑火灾频繁发生，严重威胁人们的生命和财产安全，因此对于无机保温砂浆的研究越来越多。相对于聚苯颗粒保温砂浆和聚苯板外墙保温，无机保温砂浆不存在工作性差、易老化、防火性能差、高温释放有毒气体等问题[2]。但是无机保温砂浆也有自身的缺点，比如吸水率大、易收缩开裂和导热系数大等问题。目前，陶砂保温砂浆的研究主要集中在粘结性、吸水率、抗压强度、导热系数、收缩等方面［1,3-5］，较少涉及陶砂保温砂浆的抗裂性能研究。创新性的利用具有防水性能的有机胶凝材料（酚醛树脂） 达到防水效果，不再使用防水剂以及利用无机保温骨料达到防火性能要求。本文结合有机保温砂浆和无机保温砂浆的优缺点，利用正交试验研究酚醛树脂和水泥的用量对陶砂保温砂浆的性能影响，并通过添加纤维进一步增强保温砂浆的抗裂性能。

1 实验

1.1 原材料

水泥：42.5R普通硅酸盐水泥，符合GB 175—2007《硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥》要求；

陶砂：天津市武清区彤运建材销售中心；

酚醛树脂：国药集团化学试剂沈阳有限公司；

稀释剂：国药集团化学试剂沈阳有限公司；

固化剂：国药集团化学试剂沈阳有限公司；

纤维：聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚氨酯纤维，辽阳市巨欣纤维有限公司。

1.2 试验仪器

本试验所用到的仪器有恒温水浴锅，DGG-9240型电热恒温鼓风干燥机，YAW-300型全自动压力试验机，TPs2500s导热系数测定仪等。

1.3 试验方法

准备水浴加热的烧杯、杯子、玻璃棒，将实验所需的陶粒砂用清水清洗干净后，放入烘箱内烘干至恒重。将酚醛树脂称量好，按照正交试验比例加入稀释剂、固化剂，用玻璃棒搅拌均匀，形成酚醛树脂基液，后加入称量好的水泥和陶粒中，搅拌均匀后装入40 mm×40 mm×160 mm试模中。最后，将制品在养护室中养护28 d，即得到试验测试试样。

2 试验结果与讨论

酚醛树脂是一种含有酚醛基的高分子聚合物，具有较高的力学强度,耐热性好,难燃、低毒、低发烟,可与其他多聚物共混,实现高性能化而广泛应用于各个领域［6］。对混凝土等各种材料都有很强的粘结性,但是其脆性大,为了扬长避短,常对酚醛进行改性处理。在树脂内加入适量的固化剂时,能配制出在常温下正常固化的树脂砂浆,固化后具有可使用的物理力学性能。根据使用条件和要求不同,在树脂砂浆配制过程中还可以加入适当比例的水泥、砂等填料和增塑剂。这种砂浆具有良好的振动和易性、强度高、粘结力强、耐腐蚀、防水。

2.1 正交试验

影响陶砂保温砂浆性能的因素很多，如水泥与酚醛树脂的比例、稀释剂的用量、固化剂的用量等都对砂浆性能有较大影响。为了优化试验工艺，设计了3因素3水平正交试验表（见表1）。

表1 因素水平表

正交试验结果及极差分析见表2。

表2 正交试验结果及极差分析

2.1.1压折比与各因素的关系

压折比（砂浆抗压强度与砂浆抗折强度的比值）通常用来衡量砂浆的柔韧性。当保温砂浆的压折比较大，即抗压强度高、抗折强度低，就是说该保温砂浆具有脆性，易断裂。保温砂浆断裂后，水分就会从裂缝侵入到砂浆内部，降低保温砂浆的保温效果。为保证保温效果，保温材料应具有一定的抗弯曲断裂性，应尽量减小材料的压折比。由表2和图1可知，树脂与水泥比值对保温砂浆压折比的影响最显著，固化剂对保温砂浆压折比的影响较为显著，稀释剂对保温砂浆压折比的影响不显著，且这个三个因素对压折比的影响趋势为：随着树脂与水泥比值减小，压折比先增大后减小；随着稀释剂的增加，压折比先略微减小后增大；随着固化剂的增加，压折比增大，但趋势不明显。由此可知，如果要求压折比越小越好，因数的主次为：A，C，B，较优的生产条件为：A3，C1，B2。

图1 各因素对压折比的影响

2.1.2 吸水率与各因素的关系

保温砂浆吸水后，气孔被水占据，而水的导热系数比空气大24倍[7]，在材料内部的水分子构成众多热桥，使其导热系数大大提高。因此，吸水率的大小决定了保温砂浆的保温效果，是主要考虑的因素之一。由表2和图2可知，树脂与水泥比值对保温砂浆吸水率的影响最显著，固化剂对保温砂浆吸水率的影响次之，稀释剂对保温砂浆吸水率的影响再次之，且这个三个因素对压折比的影响趋势为：随着树脂与水泥比值减小，吸水率逐渐减小；随着稀释剂的增加，吸水率也是逐渐减小，但趋势不明显；随着固化剂的增加，吸水率先略微增大后减小。由此可知，如果要求吸水率越小越好，因数的主次为：A，B，C，较优的生产条件为：A3，B 3，C 3。

图2 各因素对吸水率的影响

2.1.3 基本配合比确定

从树脂与水泥比值、稀释剂和固化剂对压折比和吸水率的影响程度可知，两者的最显著影响因素都是树脂与水泥比值，且其余两个因素的影响均较小。结合保温材料主要性能和环境保护问题，选择的最优配合比为：A3，B2，C1，即树脂与水泥比值（1∶2），稀释剂（1.5%），固化剂（0.5%）。

2.2 单因素试验

纤维添加到保温砂浆中，会均匀分布在砂浆内部，减小了砂浆的收缩应力，有效地阻拦了砂浆在硬化初期形成的微小裂纹的继续发展。而裂纹是保温砂浆易吸水的重要原因之一，纤维的加入就好像在砂浆中掺入数量巨大的微细筋，这些纤维抑制砂浆开裂的进程，减少裂纹的产生，从而能够有效地提高保温砂浆防水性，也减少了渗水通道，提高了抗渗性能。因此，在选择最优配比的基础上，加入纤维，进一步提高保温砂浆的抗裂性能。纤维种类繁多，有无机纤维和有机纤维，本试验选择聚丙烯纤维（D） 和聚氨酯纤维（E） ,纤维掺量按水泥质量百分比计，见表3。不同纤维对保温砂浆物理性能影响见表4。不同种类和掺量的纤维对保温砂浆压折比影响见图3。

表3 纤维的种类与用量

表4 纤维对保温砂浆物理性能影响

图3 纤维对保温砂浆压折比影响

由表4和图3可知，保温砂浆的压折比随着纤维的加入先降低后增加。压折比的下降是因为纤维分布在保温砂浆中，当砂浆出现微裂纹时，垂直于裂纹的纤维会起到拉结作用，阻止保温砂浆开裂；随着纤维的增加，压折比变大是因为当纤维的用量超过一定的数量时，纤维不能均匀分布在砂浆中，故导致压折比增大。由表4和图3(a)知，聚丙烯纤维的掺量为0.5%时砂浆的压折比最小；由表4和图3（b） 知，聚氨酯纤维的掺量为0.4%和0.6%时砂浆的压折比最小。

3 结论

（1）从正交试验可知，对压折比影响的因素依次为树脂：水泥、固化剂和稀释剂，最优配比为树脂与水泥1∶2、稀释剂1.5%和固化剂0.5%。

（2） 随纤维用量增加，压折比先减小后增加，且掺聚氨酯纤维的砂浆压折比优于掺聚丙烯纤维的砂浆，聚氨酯的纤维的掺量为0.4%。

［1］温金保，祝烨然.陶砂与玻化微珠对保温砂浆性能的影响 ［J］.新型建筑材料，2014（11）：9-11.

［2］ CHENJP.Experimental study of external insulation mortar base on fly ash floating bead ［J］.Advance Mater Research，2012 （476-478），1643-1646.

［3］曹笃霞，李建全.页岩陶砂保温砂浆的性能研究［J］.干混砂浆，2005（3）：47-49.

［4］葛曷一，王冬至.页岩陶砂保温抹面砂浆正交试验分析［J］.济南大学学报，2002（3）：66-68.

［5］陈 伟，钱觉时.膨胀剂与陶砂对低水灰比砂浆的减缩作用 ［J］.硅酸盐学报，2013（4）：505-510.

［6］薛斌，张兴林.酚醛树脂的现代应用及发展趋势 ［J］.热固性树脂，2007（7）：47-50.

［7］ DEMIRBOGA R，GUL R.The effects of expanded perlite aggregate，silica fume and fly ash on the thermal conductivity of lightweight concrete ［J］.Cement and Concrete Research，2002，33：723-727.

Effect of resin and fiber on crack resistanceof pottery thermal insulation mortar

LIU Xiao-jun
（School of Urban Construction，Eastern Liaoning University，Dandong 118003，China）

Resin and fiber were used improve the performance of crack resistance and thermal insulation of thermal insulation mortar.The effects of resin-cement ratio,diluents and hardener on the performance of thermal insulation mortar were tested by an orthogonal experiment.Based on the optimal proportion of the three factors,theinfluence of polypropylene fiber and polyurethane fiber on theratio of compressive strength to flexural strength of thermal insulation mortar was studied.The results showed that the ratio of compressive strength to flexural strength and water absorption of thermal insulating mortar were smaller when the ratio of resin and cement was 1∶2,the percentage of diluentswas1.5%and percentage of hardener was0.5%.When more fiber was added,the ratio of compressive strength to flexural strength of the mortar was decreased and then increased.When the dosage of polyurethane fiber reached 0.4%,the ratio of compressive strength to flexural strength of the thermal insulation mortar was the best.It is concluded that the water absorption can be reduced and the crack resistance of thermal insulation mortar can be improved by an optimal ratio of some agentsand adding proper amount of fiber.

pottery；resin；ratio of compressive strength to flexural strength；fiber

TQl77.6

A

1673-4939（2017）04-0286-05

10.14168/j.issn.1673-4939.2017.04.12

2016-01-13

刘笑军（1962—），男，辽宁丹东人，实验师，研究方向：节能建材与新型墙体材料。

（责任编辑：龙海波）