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EPS輕骨料混凝土的吸濕性和透氣性研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2008-02-14  來源:華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院  作者:吳秋生,余其俊,韋江雄,鄭莉娟
核心提示:EPS輕骨料混凝土的吸濕性和透氣性研究
摘要:作為外墻保溫材料使用時,EPS輕骨料混凝土應(yīng)當具備較低的吸濕性和較高的透氣性。本文研究了容重、可再分散乳膠粉摻量和硬脂酸鈣憎水劑摻量對EPS輕骨料混凝土吸水率和水蒸氣透過率的影響。結(jié)果表明:降低容重和增加可再分散乳膠粉的摻量均能顯著提高EPS輕骨料混凝土的吸水率和水蒸氣透過率;摻加硬脂酸鈣能夠顯著降低吸水率,當其摻量達到膠凝材料質(zhì)量的4%時,EPS輕骨料混凝土吸水率的降低幅度達到10%,同時能夠保持較高的水蒸氣透過率。

關(guān)鍵詞:吸水性 水蒸氣透過性 EPS輕骨料混凝土 憎水劑

0 引言

  EPS輕骨料混凝土是性能優(yōu)異的保溫隔熱材料,廣泛應(yīng)用于屋面和外墻保溫系統(tǒng),但由于多孔性,吸水率和吸水速率較大,侵入其中的水將顯著降低保溫系統(tǒng)的保溫性能;侵蝕性氣體,如CO2、SO2和SO3,也可通過與水的作用形成酸而導(dǎo)致保溫系統(tǒng)損壞。因此,不管是從節(jié)能還是從耐久性角度來看,吸水性都是越小越好。

  一般認為墻體材料的透氣性越大,室內(nèi)人員的熱舒適感越好。高濕環(huán)境對人體健康和室內(nèi)設(shè)備、家具的使用壽命等都有不利影響。保溫層透氣性不好時,屋面或墻體將產(chǎn)生冷凝水富集,從而給墻體的熱工、結(jié)構(gòu)等性能帶來不利影響[1]。因此,墻體水蒸氣透過率的控制與調(diào)節(jié)對于提高住宅、建筑的居住舒適性和使用壽命等也顯得頗為重要。

  降低容重可以提高保溫層熱阻,摻入乳膠粉可以提高EPS輕骨料混凝土與基層墻體的粘結(jié)力[2],本文則重點探討了容重、乳膠粉摻量和憎水劑摻量對EPS輕骨料混凝土的吸水性和水蒸氣透過性能的影響,并分析了其作用機理。

1 試驗

1.1原材料

 ?。?)EPS顆粒:廢棄EPS板經(jīng)破碎而成,顆粒級配以及對應(yīng)的堆積密度見表1。

 ?。?)水泥: P·O 42.5普通硅酸鹽水泥,廣州珠江水泥廠生產(chǎn),其主要化學(xué)組成見表2。

 ?。?)摻合料:優(yōu)質(zhì)Ⅱ級粉煤灰,其主要化學(xué)組成和顆粒分布分別見表2和表3。

 ?。?)外加劑:C8564甲基羥乙基纖維素醚(簡稱MHEC),市售;FDN-5R型萘系高效減水劑,廣州建筑寶公司生產(chǎn),固含量30%,減水率25%;可再分散乳膠粉,乙烯基共聚物的固體粉末,德國瓦克公司生產(chǎn)。


1. 2試驗方法

1.2.1 EPS輕骨料混凝土的吸水性和透氣性的評價方法

  (1)吸水性:參照JGJ51-2002 /J215-2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》測試EPS輕骨料混凝土的吸水率,吸水率按下式進行計算:

  式中:ω — 飽和吸水率(%);
  m0 — 試件烘至恒重后的平均質(zhì)量(kg);
  mt — 試件經(jīng) t小時吸水后的平均質(zhì)量(kg)

  (2)透氣性:水蒸氣滲透性實驗裝置如圖1所示。養(yǎng)護至28天齡期的尺寸為100×100×100mm的試件用尼龍刷子清刷其上下兩表面,再用清水清洗干凈。測試前,將試件放在65℃烘箱中烘至恒重,然后將其置于鋪有飽水毛巾的網(wǎng)片上(保證水面始終與毛巾接觸),按照預(yù)設(shè)的時間測量試件質(zhì)量,直至相鄰兩次測試質(zhì)量之差小于1%為止。透氣性取三組試件的平均值。


1.2.2 EPS輕骨料混凝土的制備及養(yǎng)護

  攪拌:首先投入EPS顆粒、水泥、粉煤灰、纖維素醚和可再分散乳膠粉攪拌30秒,然后加入占總量80%的水和20%的減水劑再攪拌90s,最后加入剩余的水和減水劑攪拌90s;

  振動成型:將裝有EPS輕骨料混凝土的模具放在振動臺(振動形式:定向垂直簡諧振動;垂直振幅0.5±0.02mm;振動頻率50±3HZ)上振動25s;
養(yǎng)護:在溫度為20+2℃,濕度為95%以上的標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28天。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 容重對EPS輕骨料混凝土的吸水性和透氣性的影響

  EPS輕骨料混凝土的容重越低,相應(yīng)的外墻外保溫體系的熱阻越高[4]。EPS輕骨料混凝土的吸水性和透氣性隨其容重的變化規(guī)律分別如圖2和圖3所示。

  圖2 容重對EPS輕骨料混凝土的吸水性的影響  圖3 容重對EPS輕骨料混凝土的透氣性的影響

  由圖2可知,EPS輕骨料混凝土的容重從750kg/m3降至700 kg/m3時,其吸水率無明顯變化;當容重再進一步降低時,其吸水率顯著增加。導(dǎo)致EPS輕骨料混凝土吸水的原因主要有以下兩個方面:首先,破碎的EPS顆粒表面毛糙,存在大量的微小裂紋,隨著EPS顆粒摻量的增加,攪拌過程中裹入混凝土的微小氣泡不斷增多,使EPS輕骨料混凝土硬化體孔隙率增大,內(nèi)部儲水空間增大,導(dǎo)致吸水率增大;其次,由于EPS顆粒是柔性材料,由于水泥水化硬化過程中發(fā)生收縮,EPS顆??赡鼙凰a(chǎn)物壓迫,導(dǎo)致其體積變小,從而在顆粒和漿體界面造成了大量的微小裂隙[5],為水的進入提供了通道,EPS顆粒摻量越大,這種效果就越明顯。由于水的換熱能力遠高于空氣,因此,在相對濕度較高的地區(qū),采用低容重的EPS輕骨料混凝土作為圍護結(jié)構(gòu)的隔熱層,要對其進行憎水處理,否則保溫層大量吸水后,保溫隔熱性能將明顯降低。

  由圖3可知,EPS輕骨料混凝土的水蒸氣透過能力基本上是隨著混凝土容重的降低而提高,這與EPS輕骨料混凝土吸水性的規(guī)律有相似之處。保溫層透氣性的提高,將極大改善室內(nèi)的熱舒適性。

2.2可再分散乳膠粉對EPS輕骨料混凝土吸水性和透氣性的影響

  采用容重為700kg/m3的EPS輕骨料混凝土,通過改變?nèi)槟z粉的摻加量,考察了乳膠粉對EPS輕骨料混凝土的吸水性和透氣性的影響。

  由圖4可知,隨著乳膠粉摻量的增加,EPS輕骨料混凝土的吸水率顯著提高;乳膠粉摻量達到4%(膠凝材料質(zhì)量百分數(shù),下同)時,EPS輕骨料混凝土48小時的吸水率甚至超過了60%,這將嚴重影響EPS輕骨料混凝土的熱工性能。試驗中發(fā)現(xiàn),摻加乳膠粉后,新拌漿體工作性變好,說明乳膠粉的摻入有減水作用,摻加乳膠粉能夠釋放出絮凝水,使之成為自由水,從而提高了漿體的工作性;另外,隨著乳膠粉的成膜硬化,能夠顯著地提高EPS顆粒與水泥漿體之間的粘結(jié)力[6]。但是,隨著乳膠粉釋放出的自由水增多,EPS輕骨料混凝土硬化后必然產(chǎn)生大量的孔隙[7],大幅提高了EPS輕骨料混凝土的吸圖

4 聚合物乳膠粉摻量對吸水性的影響           圖5 聚合物乳膠粉摻量對透氣性的影響

  輕骨料混凝土的吸水率顯著提高;乳膠粉摻量達到4%(膠凝材料質(zhì)量百分數(shù),下同)時,EPS輕骨料混凝土48小時的吸水率甚至超過了60%,這將嚴重影響EPS輕骨料混凝土的熱工性能。試驗中發(fā)現(xiàn),摻加乳膠粉后,新拌漿體工作性變好,說明乳膠粉的摻入有減水作用,摻加乳膠粉能夠釋放出絮凝水,使之成為自由水,從而提高了漿體的工作性;另外,隨著乳膠粉的成膜硬化,能夠顯著地提高EPS顆粒與水泥漿體之間的粘結(jié)力[6]。但是,隨著乳膠粉釋放出的自由水增多,EPS輕骨料混凝土硬化后必然產(chǎn)生大量的孔隙[7],大幅提高了EPS輕骨料混凝土的吸水性。因此,為了改善新拌漿體的工作性,提高EPS顆粒與水泥漿體之間的粘結(jié)力,同時維持良好的熱工性能,有必要在摻加乳膠粉的同時摻入憎水劑來降低吸水率,制備綜合性能良好的EPS輕骨料混凝土。

  由圖5可知,EPS輕骨料混凝土的水蒸氣透過率隨著可再分散乳膠粉的摻量增加而提高。這是因為隨著乳膠粉摻量增加,混凝土內(nèi)部孔隙連通率提高,混凝土透氣性提高,室內(nèi)居住舒適性變好。
摻加乳膠粉后EPS輕骨料混凝土的孔結(jié)構(gòu)變化情況如圖6所示,隨著乳膠粉摻量的增加(圖a~圖e),硬化水泥漿體中的孔隙不斷增多,顆粒與硬化水泥漿體之間的界面也出現(xiàn)大量的孔隙,孔的連通性提高??紫堵实奶岣吣軌蝻@著增大EPS輕骨料混凝土的吸水率,而連通孔的增多則能夠提高EPS輕骨料混凝土的透氣性[8]。

  顆粒與硬化水泥漿體之間的界面也出現(xiàn)大量的孔隙,孔的連通性提高??紫堵实奶岣吣軌蝻@著增大EPS輕骨料混凝土的吸水率,而連通孔的增多則能夠提高EPS輕骨料混凝土的透氣性[8]。
    圖6 不同聚合物摻量時EPS輕骨料混凝土孔結(jié)構(gòu)細觀結(jié)構(gòu)(放大7倍) (a~e 乳膠粉摻量分別為0%、1%、1.5%、3%、4%)
2.3硬脂酸鈣憎水劑對EPS輕骨料混凝土憎水性的影響

  在容重為700kg/m3、乳膠粉摻量為1.0%的EPS輕骨料混凝土中摻加憎水劑硬脂酸鈣以降低EPS輕骨料混凝土的吸水率。通過改變硬脂酸鈣摻量,分析硬脂酸鈣對EPS輕骨料混凝土的吸水性和透氣性的影響。

  圖7表明,憎水劑摻量為2%(膠凝材料質(zhì)量百分數(shù),下同)時,憎水效果不明顯;憎水劑摻量大于2%以后,EPS輕骨料混凝土的吸水率明顯降低。摻加憎水劑的EPS輕骨料混凝土早期的吸水率增長緩慢,這對于EPS輕骨料混凝土抵抗水的進入、維持良好的熱工性能有利;當憎水劑摻量達到4%時,EPS輕骨料混凝土48小時吸水率相比未摻加憎水劑時減少10%;但是當憎水劑摻量超過4%以后,EPS輕骨料混凝土的吸水率又有所回升,這是因為,硬脂酸鈣摻量較高以后不能完全溶解,而且其分散效果變差[9]。由此可見,憎水劑不宜過摻,最佳摻量為4%。
由圖8可知,摻加硬脂酸鈣以后,EPS輕骨料混凝土的水蒸氣透過率明顯降低。硬脂酸鈣水解出的陰離子與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣生成疏作定向排布,導(dǎo)致毛細孔的表面張力降低,水蒸氣分子難以同孔壁分子吸附,水蒸氣透過能力降低,但是仍能夠維持10%以上的水蒸氣透氣率。


圖7硬脂酸鈣摻量對EPS輕骨料混凝土的吸水性的影響圖8硬脂酸鈣摻量對EPS輕骨料混凝土的透氣性的影響。

3結(jié)論
(1)過率增大,室內(nèi)舒適性變好;但是,在熱阻提高的同時,吸水率的顯著增大又將嚴重損害EPS輕骨料混凝土的耐久性和熱工性能。
(2)隨著乳膠粉摻量的增加,在改善料混凝的工作性、提高粘結(jié)強度的同時,能夠提高透氣性,改善室內(nèi)舒適性;但是當乳膠粉摻量增加至4%時,72h吸水率最高達到了66%,這將對保溫層的熱工性能不利。
 
 
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