1、 70 建筑工程 Architectural Engineering1 引言绿色建筑评价标准（2016修订版）对绿色建筑围护结构节能性能的评价提出了相比国际标准高20%的要求1。目前，提高建筑围护结构节能性能主要有选用保温墙体结构、涂刷保温砂浆这两种方式2。其中后者凭借施工简单的优势，得到了广泛应用。硅气凝胶是一种密度、导热率极低与透射率高的纳米多孔材料，是硅酸盐水泥的重要保温骨料3。应用硅气凝胶作为保温骨料，取代玻化微珠，制备新型保温砂浆，以提升保温砂浆的保温性能，已经成为研究热点。本文将探讨不同级配、掺量保温骨料对保温砂浆保温性能的影响作用，以期明确保温骨料级配、掺量对保温砂浆保温性能的影
2、响规律。2 实验设计2.1 配合比设计本文配合比设计使用体积法。首先，控制复合保温骨料的总量（占保温砂浆总体积60%）不变，硅气凝胶保温骨料分别以0%、20%、30%、35%、40%、45%的体积掺量取代玻化微珠并经搅拌、成型、养护等步骤制备出40mm40mm160mm的不同保温骨料级配的新型保温砂浆试件，其中粉煤灰、水泥、聚丙烯纤维、乳胶粉、甲基纤维素醚分别保持69.61g、348.06g、1.25g、8.35g、2.51g不变，减水剂、用水量根据不同级配进行适度调整，如表1所示。表1 不同级配保温骨料配合比试件123456硅气凝胶占比0%20%30%35%40%45%硅气凝胶0mL92.2
3、mL138.2mL161.3mL184.3mL207.4mL玻化微珠 460.8mL368.6mL322.6mL299.5mL276.5mL253.4mL表2 不同掺量保温砂浆配合比试件1234567保温骨料掺量0%30%40%50%60%70%80%玻化微珠0mL149.8mL199.7mL249.6mL299.5mL349.4mL399.4mL硅气凝胶0mL80.6mL107.5mL134.4mL161.3mL188.2mL215.0mL粉煤灰174.04g121.82g104.42g87.02g69.61g52.21g34.81g水泥870.18g609.12g522.11g435.09
4、g348.07g261.05g174.04g乳胶粉20.88g14.62g12.53g10.44g8.35g6.27g4.18g减水剂31.33g25.58g21.93g18.27g14.62g16.92g10.44g甲基纤维素醚6.27g4.39g3.76g3.13g2.5g1.88g1.25g聚丙烯纤维3.13g2.19g1.88g1.57g1.25g0.94g0.63g实际用水量417.69g292.38g250.61g208.84g167.07g125.30g125.31g硅气凝胶玻化微珠复合保温砂浆保温性能优化研究袁泉（苏州市建设工程质量检测中心有限公司，江苏 苏州 2 1 5 0
5、0 0）摘 要：为了提升现代建筑的节能性能，保温砂浆作为保温隔热材料得到了越来越广泛的应用，其中保温骨料是影响保温砂浆保温性能的核心。本文探讨了不同级配、掺量保温骨料对保温砂浆保温性能的影响作用。研究结果表明，保温骨料级配为3 5%硅气凝胶与6 5%玻化微珠、掺量为7 0%时，保温砂浆试件的保温性能达到最优。关键词：保温骨料；保温砂浆；级配；掺量；保温性能 71 现代物业Modern Property Management另外，固定35%硅气凝胶、65%玻化微珠保温骨料级配不变，并保持保温砂浆配方中其他添加剂、外加剂掺量不变，分别取硅气凝胶玻化微珠保温复合骨料的体积掺量为保温砂浆的0%、30%
6、、40%、50%、60%、70%、80%制备40mm40mm160mm的新型保温砂浆。表2是不同保温骨料掺量新型保温砂浆的配合比。2.2 干密度、保温性能测试及微观形貌表征方法保温砂浆的保温性能取决于保温砂浆的导热系数。本文依据绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法（GB/T 10294-2008)、使用瞬态热线法测试不同硅气凝胶玻化微珠保温骨料级配复合保温砂浆试件的导热系数4。保温砂浆的保温性能也受到干密度的影响。保温砂浆的干密度依据建筑砂浆基本性能实验方法（JGJ 70-2009)进行测试5。保温砂浆的保温性能也取决于其微观形貌特性。鉴于SEM“所见即所得”特征，本文将使用SEM扫描电
7、镜对不同硅气凝胶玻化微珠保温骨料级配复合保温砂浆试件的微观形貌进行扫描分析6。3 实验结果及分析3.1 保温骨料级配对保温砂浆保温性能的影响图2是不同硅气凝胶、玻化微珠保温骨料级配保温砂浆试件导热系数的测定结果。测定结果显示，不同级配试件的导热系数随着硅气凝胶占比的提高呈现出先降低后升高的变化趋势，在硅气凝胶级配为35%时其导热系数从最初的0.086W/(mK）下降到最低值0.045W/(mK)。而且当硅气凝胶占比为30%-35%时，保温砂浆试件保温系数的下降幅度最大。这意味着当硅气凝胶保温材料占保温材料体积总量为35%时，可以很好的改善保温砂浆的保温性能。这是因为硅气凝胶保温材料中遍布小于5
8、0nm的极微小纳米孔洞，使得保温砂浆试块的气孔尺寸不仅达到纳米量级，而且小于空气平均分子自由程，使得气孔中的空气分子无法通过相互碰撞传递能量，大幅度降低导热系数。当硅气凝胶级级配增加到45%时，将突破大小颗粒互相填充的临界状态，导致保温砂浆试件孔洞拓展发育，从而增强局部热对流，导致导热系数上升。为了进一步剖析试件导热系数的变化原因，本文也对级配分别为35%、45%的硅气凝胶玻化微珠复合保温砂浆试块微观形貌进行了SEM电镜扫描分析，如图3所示。结果显示，由于硅气凝胶的粒径范围比玻化微珠高，使得玻化微珠可以填充硅气凝胶粗颗粒的空隙，硅气凝胶细粉末则可以填充玻化微珠颗粒间的空隙，使得试块内部形成了致
9、密且细小的孔洞与合理颗粒级配，从而显著改善导热系数。特别是35%级配，此时试块的复合颗粒级配、互相填充达到最优，使得导热系数降到最小值。而当硅气凝胶保温骨料的级配为45%时，试块内部孔洞普遍较大且变得相对稀疏，导致导热系数上升、保温性能降低。图2 不同级配试件导热系数测定结果图3 35%与45%硅气凝胶保温骨料级配保温砂浆试件微观结构SEM扫描结果3.2 保温骨料掺量对保温砂浆保温性能的影响图4与图5分别是不同掺量试件两个保温性能技术指标变化规律图。结果显示，随着掺量的变化，试块保温性能的两个技术指标变化趋势几乎一致，验证了“干密度与导热系数密切相关”。图4 掺量对干密度的影响 72 建筑工程
10、 Architectural Engineering图5 掺量对导热系数的影响深入剖析掺量对干密度的影响，从图4可以看出，随着保温骨料掺量的增加，试件的干密度总体呈现下降趋势，掺量在80%时下降到最低值227.55kg/m3。在30%-40%掺量时，干密度出现了“略微提高了2.2kg/m3”的“反常现象”。究其原因，这是因为掺量为30%时，砂浆体系中水泥浆料的比重依然较高，硅气凝胶与玻化微珠保温骨料被水泥浆料完全包裹与保护，不易被搅拌损坏，使得砂浆干密度较低。随着掺量的提高，水泥浆料减少，在搅拌中骨料逐渐碎化、粉化并有效填充砂浆内部孔洞，进而提升干密度。但若进一步提升掺量，由于硅气凝胶密度很小
11、，可以完全抵消保温骨料破碎带来的密度升高，使得干密度随着掺量的提高而急剧下降。深入剖析掺量对导热系数的影响，从图5可以看出，随着保温骨料掺量的增加，试件导热系数总体呈现下降趋势。掺量在0-30%范围时，其导热系数下降速度最快，这有效表明了通过掺入保温骨料对保温砂浆保温性能提升的重要意义。掺量在30%-80%范围时，导热系数变化较为平稳。其中掺量为30%时，导热系数较高，这是因为此时砂浆体系水泥浆量比重相比其他掺量砂浆体系较高，导热系数远高于保温骨料的水泥水化产物对整个砂浆体系的保温性能起主导作用，导致保温性能较弱。掺量在30%-70%范围时，随着掺量的增加，水泥浆量逐步减少，从而导致整个保温砂
12、浆体系导热系数逐渐下降到0.039W/(mK)。掺量在70%-80%范围时，砂浆体系导热系数出现小幅度回升现象。为了探究这一“反常”现象的原因，本文对掺量为80%的保温砂浆试件微观形貌进行了SEM扫描分析，如图6所示。结果显示，此时砂浆体系出现保温骨料多但水泥浆料少、水泥浆料无法对所有保温骨料进行包裹与填充的“供不应求”现象，导致砂浆内部构造疏松、部分孔洞过大，从而增强热对流、导热系数反弹。图6 80%保温骨料掺量复合保温砂浆试件微观形貌SEM扫描图4 结论本文从保温砂浆体系角度出发，对不同保温骨料级配、掺量对保温砂浆保温性能的影响进行了实验探究。研究结果表明，保温骨料级配为35%硅气凝胶与6
13、5%玻化微珠、掺量为70%时，保温砂浆试件的保温性能达到最优，且保温砂浆试块的干密度、导热系数都可以满足规范中性建筑保温砂浆的技术要求，实现良好的保温性能。参考文献：1GB/T 50378-2016.绿色建筑评价标准S.北京：中国建筑工业出版社,2016.2蔡前进.公共建筑节能优化设计与相关新技术综合应用研究D.武汉：湖北工业大学,2017.3罗琼瑶,甘子琼.二氧化硅气凝胶保温材料研究进展J.今日消防,2021,6(12):14-16.4GB/T 10294-2008.绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法S.北京：中国建筑工业出版社,2008.5JGJ 70-2009.建筑砂浆基本性能实验方法S.北京：中国建筑工业出版社,2009.6陈超,樊海丽,蔡志威,张传杰.扫描电子显微镜在缓释微球制剂表征中的应用进展J.分析测试技术与仪器,2022,28(02):132-138.
