玻化中空微珠防火保温砂浆性能和应用研究

武汉莱克利安科技有限公司     曾国辉

【摘要】：简述了国内建筑节能特别是墙体节能随着建筑业发展而发展的形势，预见了外墙保温市场的发展潜力，对玻化中空微珠防火保温砂浆进行介绍，并从技术角度对该产品性能的影响因素进行了阐述和分析，结合玻化中空微珠防火保温砂浆在典型的冬冷夏热地区——湖北省农业厅住宅楼的应用情况进行跟踪，考察了玻化中空微珠防火保温砂浆优异的综合性能，并预见该保温产品巨大的市场潜力。

Abstract: The domestic situation of the construction energy conservation specially in the wall energy conservation which develops with the architecture industry was discussed, and the market’s potential possibilities of external thermal insulation materials has been anticipated; Dry-mixed thermal insulation composition of hollow glass microspheres are introduced, and the factors which influence the properties of products has been expounded and analyzed; Combining with the application of product in typical region,for example the use in Agriculture Department housing building in Hubei Province,we observe and study the superior properties of the it, and foresee the huge market potential of the product.

【关键词】：玻化中空微珠、玻化中空微珠防火保温砂浆、导热系数、功能性添加剂、工程实例

Key words: hollow glass microspheres, dry-mixed thermal insulation composition of of hollow glass microspheres, thermal conductivity,  function chemical additive, Project example

一、概述

在值中国房地产业发展得如火如荼之际，中国建筑业也进入了鼎盛时期，目前中国每年建成的房屋面积已超过所有发达国家一年建成建筑面积的总和。可惜，到目前为止，新建的95%以上都是大量浪费能源的建筑。这严重地阻碍了国家实施创建节约型可持续性发展社会的步伐，因此，有关专家呼吁，为缓解能源紧张的状况，以低能耗的投入实现经济的可持续性发展，中国必须加快推进建筑节能，而墙体节能在建筑节能中占有非常重要的比重，我国建设部JGJ26－1995民用建筑节能设计标准（采暖建筑部分）要求新设计的采暖居住建筑要在1980～1981年当地通用设计的采暖能耗基础上节能50％，其中建筑围护结构应承担30％，而围护结构的节能优劣主要取决于室外自然气候的好坏和围护结构的隔热保温性能的高低，因此，国内外对建筑节能的研究重点就落到了对外墙保温隔热系统的研究。外墙保温隔热系统不仅显著改善室内环境的热平衡，而且提高人民群众的生活质量和健康水平。随着国家关于外墙保温相关标准规范的建立和实施，以及相关产业政策性的鼓励和导向，市场对外墙保温产品的认知度不断提高，对墙体节能的意识不断增强，建筑节能特别是外墙保温的推广和使用必将如火如荼。为响应国家对墙体节能的号召，我公司集技术研发和市场开拓的双重优势，在吸收国内外先进技术的基础上，根据我国国情，研制开发了适用于我国冬暖夏热、冬冷夏热等地区的外墙保温产品——玻化中空微珠防火保温砂浆，并将其产业化，带来了巨大的经济和社会效益。

玻化中空微珠防火保温砂浆是以玻化中空微珠为轻骨料，预拌在无机胶凝材料和有机添加剂中，形成单组份保温砂浆。与面层抗裂砂浆、界面处理砂浆及辅助材料一起形成集保温隔热、防火抗裂、防水防渗于一体的完整保温体系。玻化中空微珠防火保温砂浆，与传统的聚苯颗粒保温砂浆及膨胀珍珠岩保温砂浆相比，具有强度高、轻质、保温、隔热、吸水率低、粘结强度高、防火、耐候等诸多优点，可直接作为轻质抹灰砂浆施工于各种基面的墙体材料之上，不空鼓、不开裂、节能、环保弥补了用聚苯颗粒和普通膨胀珍珠岩配制保温砂浆的诸多缺陷和不足，克服了膨胀珍珠岩吸水率大、易粉化、浆料收缩率大、后期强度低和开裂，保温性能降低等现象，同时也弥补了聚苯颗粒易燃、防火性能差、高温产生有害气体及和易性差，施工中反弹性大及收缩开裂等缺点。由于以上优点，玻化中空微珠保温砂浆已被广泛应用于，多层及高层建筑的钢混结构，混凝土加气块墙体及各种砖墙结构围护体的内、外墙抹灰防火保温工程。

二、玻化中空微珠防火保温砂浆简介

莱克利安玻化中空微珠防火保温砂浆是集自身原材料的资源优势和自主研发优势为一体，具有自主知识产权，经先进的控制技术生产出来的高新技术产品，本产品中保温核心轻骨料——玻化中空微珠，是优选质地优异且含硅量高、杂质较少、易于玻璃化，成型强度高的鄂矿松脂岩为原材料，是生产玻化中空微珠的优质材料。

2.1玻化中空微珠

由玻璃质火山熔岩矿物材料经过高温膨胀，形成玻璃相，然后冷却制成表面玻化封闭，内部多孔空腔结构，呈不规则球状体的颗粒。其技术性能指标如表1所示

表1：

2.2玻化中空微珠防火保温砂浆

以玻化中空微珠为轻质骨料，预拌在聚合物改性的无机胶凝材料及级配填料中，通过一些功能性添加剂辅助改性精制而成，其性能符合如下表2的性能要求：

表2：

三、影响玻化中空微珠保温防火砂浆的主要因素

玻化中空微珠保温防火砂浆的性能与各项原材料的物化性能有着密切的关系，聚合物及无机胶凝材料的选材、玻化微珠自身的物化性能及掺量、功能性添加剂的用量等等，都影响着玻化中空保温砂浆的保温隔热性能和使用性能。

3.1 玻化中空微珠自身容重对防火保温砂浆导热系数的影响

玻化中空微珠由于杂质较高或者玻化不充分的情况下，未能被充分膨胀玻化成不规则的球状颗粒，在温度和压力的影响下，自身强度不足以抵挡因温度变化产生的压力增长，致使内部空腔塌陷体积损失过大，从而导致玻化中空微珠致密度增加，自身容重偏高。

3.2 玻化中空微珠掺量对保温砂浆的干密度、导热系数的影响

在其他同样的配合比情况下，由同一规格级配的玻化中空微珠制成保温砂浆，考察不同微珠掺量对保温砂浆干密度及导热系数的影响。下图2是玻化中空微珠掺量对保温砂浆的干密度的影响。

由图2、3、4中可以看出，随着保温砂浆中玻化中空微珠掺量的增加，保温砂浆的几项主要性能指标随之发生改变。随着掺量增加，保温砂浆的干密度、导热系数、抗拉强度均呈下降趋势，其中保温砂浆的干密度、导热系数下降呈先快后慢趋势，而抗拉强度下降呈先慢后快趋势，掺量在37％～42％范围内时，保温砂浆综合性能在最佳状态，在此范围之下增加时，强度损失不大的情况下，导热系数却居高不下，在此范围之上增加时，保温砂浆将以损失应有强度为代价而降低导热系数，安全性能不能得到保障。因此，选择一个适合的玻化中空微珠参量范围是一个保证保温砂浆上述重要指标平衡的关键所在。

3.3 功能性添加剂对玻化中空微珠防火保温砂浆的性能影响

对特种干混砂浆物化性能和施工性能而言，功能性添加剂有着非常重要的影响，现以引起剂及淀粉醚为例加以说明。

引气剂的适量加入，由于可以降低表面张力，定向排列在引入砂浆体系中的微小气泡，并使之定向稳定存在不致破裂形成大气泡，从而增加了砂浆的工作性、塑性和内聚性，实验表明，在相同水量的情况下，参加适量引气剂的保温砂浆流动性得到明显的改善，保水性能明显变好，另外，由于引气剂的加入，导致保温砂浆的适当密度降低，改善了砂浆的保温性能。实验表明，引起剂掺量在0.3％～0.5％时，在不影响强度的情况下，砂浆的稠度、分层度等性能达到最佳，图5为引起剂掺量与砂浆稠度的关系；淀粉醚也是干混砂浆一种重要的添加剂，主要是通过对淀粉的多糖链中引入非离子键，使之能够在强碱体系中保持稳定状态和快速溶解，与甲基纤维素醚的配合使用可起到明显的协同作用，因具有较高的屈服值，而明显提高砂浆的抗垂性和抗滑移性。

3.4  无机胶凝材料及纤维的复合作用

无机胶凝材料是提供强度的根本所在，采用纤维配合无机胶凝材料，虽然从长远来看，并不能显著提高保温砂浆的抗压强度，但对于提高保温砂浆的抗折及抗冲击强度却有很大作用，纤维的加入使得在保温砂浆单位体积内大量分布纵横交织纤维，能够吸收或者延缓裂缝的出现，有效的阻止微细裂纹的发展，使得保温砂浆的抗冻性、抗渗性、抗冲击性得到显著提高，然而，纤维的选材极其分散工艺及其重要，武汉莱克利安科技有限公司经过反复实践，通过对市场上不同材质、不同规格的纤维进行横向对比，以经过碱液处理的高弹高模纤维为原材料，针对干混砂浆生产中，纤维易结团成球、分散不均的难题，武汉莱克利安科技有限公司采取针对性措施，对纤维进行预分散处理，并从工艺上很好地解决其分散问题，为成功推广与使用玻化中空微珠保温砂浆铺平了道路。

四、玻化中空微珠防火保温砂浆使用情况

玻化中空微珠防火保温砂浆作为玻化中空微珠保温系统的核心组成部分，以其优异的保温隔热性、安全可靠性、耐久耐候性以及防火抗渗性，在市场的认知度不断提高，加上其综合造价低、适用面广的优点，获得专家及用户的一致好评，为其大面积推广提供了有力的支持。

4.1   工程实例

玻化中空微珠防火保温砂浆自从面世以来，短短的几年时间内，得到了市场的认可以及大面积的推广，工程实例数不胜数，现以湖北省农业厅住宅楼外墙保温为案例说明。

湖北省农业厅住宅楼围护结构属于一个26＋1的框架型，建筑面积27000平米，外保温面积15000平米，墙体材料为200mm厚的加气块砖，节能指标要求达到50%。全部使用莱克利安玻化中空微珠防火保温材料，从工程的角度出发，对保温产品的提供、施工、验收等项目进行了全程跟踪。

4.1.1热工计算

复合保温系数K=1/(0.15+K1+K2+K3)

K1(保温材料)=保温层厚度/保温系数

K2(墙体)=墙体厚度/墙体保温系数

砼:保温系数1.74;砖墙:保温系数0.81;加气砌块;保温系数0.08

K3(内外装修)=内0.0114+外0.0114=0.0228

0.15:墙体面感热阻和共散热热阻系数和

对于框架结构(加气砌块),玻化微珠保温砂浆抹厚3cm

K=1/(0.15+K1+K2+K3)＝1/[0.15＋(0.03/0.06)+(0.20/0.08)+0.0228]＝0.32＜1.5

满足建筑节能50%要求.

4.1.2施工要点

用料做法详见下表3

①用配制好的保温砂浆压抹第一层(厚度不小于10mm),使料浆均匀密实将墙面覆盖,稍待干燥后按设计要求抹至规定厚度,并且大杠搓平,门窗、洞口、垂直度、平整度均达到了规范质量要求后，再在表面进行收平，压实。

②抹灰厚主度大于3cm时,可分二次抹涂,待第一次抹浆硬化后即可进行二次抹浆,抹涂方法与普通砂浆相同.

③待保温砂浆硬化后,在其表面涂刷1-2mm抗裂砂浆同时压入耐碱网格布收平,使其具有很好的防渗抗裂性能,同时增强装饰装修效果.

④首层外保温的阴角,需用专用金属护角或网格布护角处理.其余各层阴角以及门窗洞口角各部用玻纤网格布搭接增强.

⑤色带:设计要求用色带来体现立面效果时,在保温砂浆施工完毕后,弹出色带控制线,用壁纸刀开出设定的凹槽,深度约为10mm,处理时应做工精细,保证色带内表面和侧面的平整和光滑.抗裂砂浆施工时,色带和大面同时进行,色带部位用专用小型工具,做出阴阳角,并保证平整和顺直.

⑥滴水槽:根据设计要求,弹出滴水槽控制线,然后用壁纸刀沿控制线划开设定的凹槽,用抗裂砂浆填满凹槽,并与抗裂砂浆牢固粘结,然后挤出的抗裂砂浆清理掉.滴水槽的位置应处于同一水平面上,距窗口外边缘距离相等.

⑦保温砂浆属于柔性涂层,严禁在其表面进行刚性涂层施工.与其配套使用的涂料必须是弹性涂料和柔性耐水腻子.

4.1.3使用情况

本保温工程从2007年1月上旬进场施工，保温工期约为26天，工期内，武汉市气温波动较大，雨水较多，基本上气温在8℃左右，莱克利安玻化中空微珠保温材料在这种气候条件下，从施工操作性及工程抽验来看，产品物化性能及施工性能仍然保持在良好状态，用户反映较好。这充分说明玻化中空微珠防火保温砂浆对气候的适应性强，施工难度相对较低。

4.2    产品优势

和传统的聚苯颗粒保温砂浆及膨胀珍珠岩保温砂浆或其他保温方式相比,玻化中空微珠保温砂浆具有明显的综合优势。

①单组份包装，克服了双组份保温砂浆在现场混配带来的质量不稳定性问题。现场唯一需要

的是加水（比例由公司提供），大大简化了混配程序、避免了现场二次加工过程对质量带来不稳定的因素。

②玻化中空微珠防火保温砂浆属于新型抹灰式保温材料，与基层的粘结力强，并形成整体，不会形成保温空腔，结构稳定，抗震能力极强，大量的热工计算表明，涂抹3cm的玻化中空微珠即能达到50％的节能指标。

③玻化中空微珠防火保温砂浆和易性好、抗流挂、施工损耗小、施工性能好、施工效率高，大大节约了材料损耗成本。湖北省农业厅住宅楼高26＋1层，每层约500多m2，以平行施工法施工，每层抹灰仅用一天时间。

④对外墙窗户挑檐，女儿墙以及空调板等热，冷桥部位使用玻化微珠保温砂浆比聚苯板等保

温材料易于实现，整体保温效果好，且隔音效果好。

⑤防火、耐候、抗老化、无毒无害、适用范围广、不空鼓、不开裂、既适用于新建建筑墙体的节能，也适用于既有建筑节能改造。

⑥玻化中空微珠防火保温材料既适合做外墙外保温，也适合做外墙内保温。玻化中空微珠防火保温砂浆由于自身的高强粘结性能、简易的施工程序及质量稳定性，使得其产品使用范围广泛，除了墙体的内外保温以外，也可用作苯板保温的防火隔断，或者楼梯间、分户墙的配合防火保温。

⑦综合性能比较，见下表4

表4  几种墙体外保温材料综合情况

五、玻化中空微珠防火保温砂浆发展前景

    作为无机保温材料，玻化中空微珠防火保温砂浆既具有有机保温材料，保温隔热的优势，同时又克服了有机保温材料本身无法克服的缺陷（不防火、高温易产生有毒气体，造成二次环境污染），特别适合于夏热冬冷及夏热冬暖地区外墙外保温用，做内保温的优势也是显而易见。

主要原因有以下几点：

1．  在炎热气候地区的空调季节（空调期）里，是内外的温差相对较小，墙体传热引起的空调

能耗所占比例，远比门窗内部热源（湿源）形成的能耗比例小，热桥的影响也不占主流；

2．  在空调期里，室外气温最低值并不是始终高于室内热舒适温度，室外气温的波动范围内高

频繁地出现热舒适温度，这就决定了在夏热冬冷及夏热冬暖地区的空调方式在本质上还是间歇方式，对于普遍为间歇空调的夏热冬冷及夏热冬暖地区，建筑适应性较好的墙体保温形式也就是内保温方式。

3．