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新型轻质填料Poraver®在干混砂浆中的应用

2009-06-09 17:51:00 保护色:默认白 牵牛紫 苹果绿 沙漠黄 玫瑰红 字体:小字 中字 大字 点击数:0

文章作者:朱海霞  (Poraver公司实验室工程师)

          张琳 (龙湖科技北京实验室主任)

          王光华 (马科姆公司北京代表处首席代表)

    摘要:与膨胀珍珠岩、陶粒等传统轻质填料相比,德国Dennert Poraver 有限公司生产的Poraver®玻璃微珠具有质轻、抗压强度高、吸水率低、粒径分级全面、环保等特点,在瓷砖粘接剂、轻质抹灰、自流平等干混砂浆产品中有良好的应用前景。本文对该产品的性能做了简单的应用介绍,并比较了Poraver®玻璃微珠与膨胀珍珠岩的性能差异。

    关键词:轻质填料;Poraver®玻璃微珠;新型材料

Application of a new lightweight filler Poraver® in drymixed mortar

    AbstractCompared with the traditional light fillers such as expanded perlite and ceramsite, Poraver® glass grains manufactured by Dennert Gmbh have the properties like lightweight, highly pressure resistant, lower water absorption, many available grain sizes, environmental friendly, and so on. It has a good prospect of development and utilization in tile adhesive, plaster, self-levelling mortar and some other kinds of drymixed mortar products. This paper will talk about the applications of Poraver®, and compare the differences between Poraver® and expanded perlite.

    Key words: lightweight filler,Poraver® glass grains,new building material

    1、前言

    现阶段,干混砂浆中常用的几种轻质填料如下:

    膨胀珍珠岩:是用优质酸性火山玻璃质岩石,经破碎、烘干、投入高温焙烧    炉,在1000~1300℃下加热,使其瞬时体积膨胀4~30倍而成的一种轻质绝热保温材料。

    膨胀蛭石:是蛭石矿精选后,经烘干后在900~950℃高温下急剧受热,层间自由水迅速气化,使蛭石的鳞片层间产生大量蒸汽而迫使其沿垂直于解理面的方向产生膨胀而成的一种轻质绝热材料。膨胀蛭石属不耐酸物质,且电绝缘性能不好。

    陶粒:是由黏土、泥质岩石(页岩、板岩等)、工业废料(粉煤灰、煤矸石)等为主要原料,经加工、熔烧而成的颗粒状陶质物。具有浑圆状外形,外壳坚硬且有一层隔水保气的栗红釉层包裹,内部多孔,呈灰黑色蜂窝状。

    聚苯颗粒:是由废聚苯乙烯泡沫粉碎而成的一种轻质填料。质轻但易燃。

    欧美等发达国家在浆体、干混砂浆等领域的研究与应用方面起步较早,技术较为成熟,并且非常重视材料工业的环保问题。其中德国Dennert Poraver 有限公司生产的Poraver®玻璃微珠是一种用100%再生玻璃制造而成的新型环保轻质填料,微珠直径从0.04mm至16mm,在砂浆及其他产品中有着广泛的应用。

    2、不同轻质材料的物理性能对比

    表1是不同轻质材料在导热系数、堆积密度等方面的物理性能对比。

1 Poraver®与其他轻质填料的性能指标对比

性能指标

珍珠岩

蛭石

EPS颗粒

膨胀黏土

Poraver®

导热系数(W/mk

0.06

0.05-0.07

0.035-0.045

0.10-0.22

0.07

可燃性

堆积密度(kg/m3)

39-95

60-160

15-50

280-650

140-530

抗紫外稳定性

颗粒形状

方边的,非常不规则

方边的,非常不规则

球形,尺寸单一

球形颗粒或粉末

球形

抗压性

非常低

非常低

非常高

表面状态

粗糙

粗糙

光滑,易产生静电

粗糙

粗糙

吸水率(Vol.%)

50-70

50-70

1-2

5-15

5-7

    由表1可以看出,就材料本身的导热系数来说,EPS颗粒是最低的,不到    0.05W/mk,其次是珍珠岩、蛭石和Poraver®玻璃微珠。膨胀黏土的导热系数最高,在0.1W/mk以上。

    就可燃性而言,除了EPS颗粒不具有防火性,其他几种轻质材料均为不燃材料。

    堆积密度:EPS颗粒的堆积密度最低,15-50kg/m3,其次为膨胀珍珠岩,堆积密度为39-95 kg/m3;膨胀黏土和Poraver®的堆积密度偏高。

    抗紫外线稳定性:无机材料膨胀珍珠岩、蛭石、膨胀黏土和Poraver®均有抵抗紫外线的能力,而EPS颗粒不具有抗紫外线稳定性。

    颗粒表观:膨胀珍珠岩为不规则颗粒,有棱角且表面粗糙;膨胀蛭石为褐色或金黄色片层状颗粒,表面暗淡粗糙;EPS颗粒为圆润的球形颗粒,表面光滑易产生静电;膨胀黏土为球形颗粒或压碎型颗粒,表面粗糙;Poraver®玻璃微珠是规则的球形颗粒,表面有微孔。

    抗压性:膨胀珍珠岩易碎,抗压性很差;其次是蛭石和EPS颗粒;Poraver®玻璃微珠具有高的抗压性,而膨胀黏土的抗压性是最高的。

    体积吸水率:膨胀珍珠岩的体积吸水率最高,根据致密程度不同,从50%到70%;膨胀蛭石同样体积吸水率在50%到70%之间;膨胀黏土为5%到15%;EPS颗粒和Poraver®玻璃微珠的体积吸水率都较低,分别是1-2%和5-7%。

    综合各方面的物理性能,膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、EPS颗粒及膨胀黏土都有着这样那样的劣势,而Poraver®玻璃微珠在堆积密度低的情况下,仍能提供高的抗压性、低的吸水率和导热系数,抗紫外线稳定性、不燃等性能。

    更由于玻璃微珠的密度低,作为填料,可以降低新拌砂浆的密度从而大幅度提高体积产出率,下面以一个简单的瓷砖胶为例,见表2。

2 Poraver®玻璃微珠的加入对瓷砖粘接剂产出率的影响

Poraver掺量

0%

10%

20%

湿砂浆密度[kg/m3]

1.620

1.280

1.120

体积产出率[l/t]

800

1180

1360

    由表2可以看出,添加10%(wt)Poraver®的湿砂浆的密度是没有添加Poraver®微珠的湿砂浆的79%,体积产出率是其1.475倍,而添加20%(wt)Poraver®的湿砂浆的密度只有空白湿砂浆的69%,相应体积产出率是其1.7倍。体积产出率的增加无疑可以降低砂浆的成本。

    3、Poraver®玻璃微珠与膨胀珍珠岩对比

    目前我国膨胀珍珠岩的年产量已超过400万m3,占我国保温材料年产量的5%左右,是国内使用最为广泛的一类轻质保温材料。据有关部门统计,目前我国膨胀珍珠岩在市场上的应用比例为建筑工程约60%,热管道保温约30%,装饰材料约10%,故主要还是用于建筑节能和设备及管道保温。

    尽管珍珠岩广泛地应用于各个领域,是一个方兴未艾的工业,但由于珍珠岩作为保温材料自身的质量缺陷,使用后容易产生严重的质量通病。使用珍珠岩做的隔音层、保温层、隔热层,普遍出现裂纹、空鼓、强度低等现象,并且整体性能差。

    鉴于膨胀珍珠岩应用的普遍性,和其性能上出现的种种缺陷,我们将可以替代膨胀珍珠岩的新型轻质材料Poraver®玻璃微珠与其进行以下对比。

    3.1 原材料的对比

    膨胀珍珠岩是由珍珠岩经过破碎,预热,瞬时于1200℃烘烧制成。珍珠岩作为天然矿产的一种,虽然在我国十多个省、自治区发现40多个采矿点[1],储量尚属丰富,但属于消耗类不可再生资源。

    Poraver®玻璃微珠原料来源于生活日用玻璃,经回收、筛选、破碎、融化膨胀、喷雾干燥、粒径筛分等工艺过程制成。回收再利用的日用玻璃显然更加环保,取材更加方便。

    3.2 表观状态及物理性能的对比

    膨胀珍珠岩为不规则白色或乳白色颗粒,表面粗糙、开孔、质量吸水率高达300%。正因为其表面多孔,在使用到砌筑砂浆和抹灰材料中搅拌时,水分会带着胶凝材料浸入膨胀珍珠岩的空心结构,填充其空腔,使材料干燥后失去其保温效果[2]

    Poraver®玻璃微珠为白色表面光滑的球形颗粒,由于内部的孔洞为封闭孔洞,吸水率在40%以下。

1 膨胀珍珠岩(左)和Poraver®玻璃微珠(右)表观状态对比(×15

    作为保温材料使用的轻质填料,自身吸水率的高低对材料的导热系数有着很重要的影响。由此可见,Poraver®玻璃微珠即使在吸收一部分水之后,其导热系数也不会像膨胀珍珠岩一样,损失很大。

    另外珍珠岩颗粒粒径分布宽,市售的产品很难做到粒径分级明确,而Poraver®的产品可以通过严格的尺寸筛分,进而得到不同粒径的产品,通过级配可以应用到不同领域。

    3.3内部结构对比

    我们知道膨胀珍珠岩是珍珠岩矿砂经破碎、烘干、投入高温焙烧炉,在1000~1300℃下加热,使其瞬时体积膨胀4~30倍而成的一种轻质多孔保温材料。膨胀珍珠岩不仅表面粗糙,内部空洞也是蜂窝状结构。

    即使是闭孔膨胀珍珠岩,使珍珠岩表面熔融,气孔封闭,内部仍然是保持蜂窝状结构不变的[3]。也就是说一旦整体被破坏,表面的封闭状态即不复存在,仍然有很高的吸水率。

    Poraver®玻璃微珠虽然表面是粗糙的,但是内部的孔洞是密封的,如图2所示。即使颗粒有破碎,仍有封闭的空洞,可以阻止过多水分的渗入,这也是其吸水率较低的原因之一。

2 Poraver®玻璃微珠断面

    3.4与水泥浆料的和易性对比

    由于膨胀珍珠岩与Poraver®玻璃微珠的表面均为粗糙带孔的,所以容易被水泥浆料包裹。有实验表明[3],保温砂浆中膨胀珍珠岩的掺量越多,密度反而增大。这是因为膨胀珍珠岩本身易碎,掺量越多,在搅拌过程中由于挤压就越容易破碎,对保温浆料的性能影响较大。一旦延长搅拌时间,破碎的珍珠岩会释放出本身吸附进去的水分,使浆体离析,破坏湿砂浆体系的原有性能。

    Poraver®玻璃微珠球形颗粒并且强度高,再搅拌过程中不易破碎,可以通过机械搅拌充分的与胶凝材料混合,并且吸附水分不会由于破碎而释放,保证在高的水灰比条件下湿砂浆有良好的施工性。

    3.5 强度对比

    膨胀珍珠岩自身强度低,作为轻质填料加入砂浆后,在机械搅拌过程中极易破碎,珍珠岩的结构被破坏,引起体积缩小,也会导致保温材料的保温效果的损失。此外,由于膨胀珍珠岩颗粒的表面积较大,且吸水率高,使用时需要加入大量的搅拌用水,会使砂浆和抹灰材料在干燥后有不同程度的强度损失,这是膨胀珍珠岩的又一缺点。

    Poraver®玻璃微珠有着很高的抗压强度,搅拌、施工过程不易破碎,即使破碎,由于内部的空腔不是连续的,封闭个体,所以吸水率低,有效的保留保温效果的同时,提供高的耐压强度和粘结强度。

    4、Poraver®玻璃微珠在干混砂浆中的应用

    由于Poraver®玻璃微珠轻质、高强度等性能,通过选用不同规格的玻璃珠,可以改善砂浆的许多性能,如:

    降低湿砂浆的比重,增加砂浆体积产出量,提高施工性能,便于砂浆在途中和施工现场的运输。减少砂浆的热传导,提高吸音能力,降低弹性模量从而提高材料的柔性,等等。下面就对玻璃微珠在干混砂浆产品中的应用做一简单介绍。

    4.1 Poraver®玻璃微珠在瓷砖粘接剂中的应用

    瓷砖粘接剂是粘结瓷砖的水泥基粘结材料,亦称瓷砖胶,是干粉砂浆中最为主要的品种之一。瓷砖胶的薄浆施工工艺要求薄至仅1.5mm的粘结胶层亦可以产生足够的粘结力,能大幅度降低材料使用量[4]

    加入Poraver®玻璃微珠的瓷砖粘接剂,有明显的滚珠效果,从而使现场施工更加快捷简便;

    低密度的玻璃微珠加入到瓷砖粘接剂中,降低湿砂浆的密度,提高体积产出率;

    能有效降低砂浆的弹性模量,从而使砂浆柔性更高;

    由于Poraver®玻璃微珠的表面是粗糙的,如图3所示,与水泥的粘结性好,从而提高砂浆的拉伸粘结强度。

3 1-2mm粒径的Poraver®玻璃微珠照片(×60

    4.2Poraver®玻璃微珠在填缝剂中的应用

    填缝剂是用来填满贴在墙壁或地板上的瓷砖或天然石材之间的接缝材料。它要求提供美观的表面和饰面砖之间的粘结、防渗等。优质的瓷砖填缝剂还能够减小整个墙壁或者底板覆盖材料的内应力,保护瓷砖基层材料免受机械损坏和水渗透进整个建筑所带来的负面影响。

    Poraver®玻璃微珠吸水率低,所以可以减少收缩率和裂纹形成。同时由于内部是封闭孔,所以有一定抗菌性,使用在浴室、游泳池、喷水池等场所,在南方等潮湿的环境中,可以有效的防止瓷砖接缝处滋生细菌、酶化。

    4.2 Poraver®玻璃微珠在抹灰砂浆中的应用

    凡是涂抹在建筑物或建筑物构件表面的,以指定厚度在墙壁和顶棚上施涂一层或者多层砂浆,并且硬化后才获得最终特性的砂浆称为抹灰砂浆。抹灰干粉砂浆的灰浆要求其有良好的和易性,容易抹成均匀平整的薄层,便于施工。还要有较高的粘结力,砂浆层要能与底面粘结牢固,长期使用不致开裂或脱落等性能。一般情况下还应该具有可机械喷射施工的性能。[5]

    Poraver®玻璃微珠圆润的形状可以在砂浆施工过程中起到滚珠效果,使施工过程更加流畅、快捷。0.1~0.3mm的粒径,完全可以用于机械喷射施工。

    我们知道引起墙体产生裂缝的因素很多,若所有应力(墙体收缩产生的应力、砌筑砂浆和抹灰材料产生的应力以及由温差产生的应力等等)聚集起来,再加上砂浆材料过硬的缺陷,可能会引起墙体大裂缝的产生。对轻质砌块而言,其砌筑砂浆和抹灰材料的保温性能优于砌块的保温性能,即所谓的“硬底软面”,意味着在墙面上越往外的抹灰层的强度应当略低于或最多与它所接触的基层强度一致,相对于轻质砌块,合适的砂浆只可能是与其相匹配的轻质砂浆[2]。而加入Poraver®玻璃微珠的轻质砂浆所具有的良好的保温性能避免了所谓的“冷桥”效应,减少了裂缝的产生。

    吸音板的吸音机理是材料内部有大量微小的孔隙,声波沿着这些孔隙可以深入材料内部,与材料发生摩擦作用将声能转化为热能。由于玻璃微珠本身的多孔结构,加入一定级配的微珠制成的抹灰砂浆,具有良好的吸音效果。

    4.3 Poraver®玻璃微珠在砌筑砂浆中的应用

    砌筑砂浆是用于粘结各种砖,如具有低吸水性的红黏土砖、具有强吸水性的灰砂砖和加气轻质混凝土砖,起着构筑砌体、传递载荷的作用,是砌体的重要组成部分[6]。因此与抹灰砂浆不同,砌筑砂浆对强度是有更高的要求的,因此砌筑砂浆在满足具有优异的施工和易性及粘结能力、优异的保水性、干缩率低等要求外,还应具有胶凝后刚中带韧的力学性能。

    Poraver®玻璃微珠作为轻质填料的砌筑砂浆,微珠本身抗压强度高,不仅可以提供隔热保温效果,而且体积产出率高,材料不可燃,提高建筑安全性。

    4.4 Poraver®玻璃微珠在自流平砂浆中的应用

    自流平砂浆是在不平的基底上(例如砂浆层或者将要翻新的表面)使用,提供一个合适的、平整的、光滑的和坚固的铺垫基底,以架设各种地板材料。它应具有快速凝固和干燥的特性,以使地板材料在数小时后就可以在硬化砂浆上施工。也应该能够与各种基底粘合,并且具有低收缩率、高抗压强度和良好的耐磨损性。

    Poraver®玻璃微珠是非常圆滑的球形,作为轻质填料,可以很好的改善砂浆的施工效果,对于自流平来说,滚珠效果使得自流平砂浆拥有更好的流平性,并且玻璃珠自身具有足够的强度。含水量低使得地面在施工后一天即可使用,并且干燥过程中不易收缩开裂。

    4.5 Poraver®玻璃微珠在装饰砂浆中的应用

    装饰砂浆可广泛替代涂料而用做建筑物外墙装饰的替代品,不需光滑的基层,是建筑物立面涂层材料,可以作为最终装饰,无需再进行其他油漆处理[7]。它应具有呼吸性和耐候性,具有无机矿物材料特有的耐久性,能持久保护墙面不受潮湿和气候的影响,通过不同的工具进行施工,其颜色等变化多,能在一定使用厚度下预防裂缝的产生。

    Poraver®玻璃微珠对颜料有很好的浸润性,易上色。因此将其加入装饰砂浆中可以起到很好的装饰效果。

    另外微珠耐候、耐紫外线、抗收缩、防霉防菌等特性,也可以满足装饰砂浆在外墙装饰中的要求。

    5、结论

    综上所述,Poraver®玻璃微珠是一种综合性能优于膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等的新型轻质填料。Poraver干粉砂浆系列的优点有:密度非常低,抗压强度高,优异的保温及隔音性能,耐化学腐蚀以及耐碱性等。Poraver干粉砂浆不易燃,抗风雨侵蚀,能阻止细菌和霉菌的繁殖,并且由于其非定型的玻璃结构,还可以防止矽肺病危害。它还可以改善粘合剂和填料特性,施工性能更优越、产量更高、令许多使用轻质填料的生产企业处理更方便。

    无论是人工处理或者使用各类主要的连续搅拌机或搅拌给料泵,这种砂浆使用起来得心应手,快捷方便。

    目前在欧洲市场,46%的Poraver®玻璃珠用于抹灰砂浆,29%用于瓷砖粘接剂和外墙外保温系统,它不仅在干混砂浆中有着较好的应用,在涂料、混凝土、特种化工、型材、旧建筑翻新等领域也有着广泛的应用。相信Poraver®玻璃微珠在国内的干混砂浆及其他相关领域会有很好的应用前景。

参考文献

[1]管俊芳,陆琦,于吉顺.珍珠岩的加工和综合利用[J].IM&P化工矿物与加工,2003(4):6~9

[2]刘伟华,罗淑湘.新型无机轻质绝热材料——膨胀玻化微珠及其应用[J].中国建材,2007(3):88~89

[3] 杨晓华,陈传飞,杨博等. 玻化微珠与闭孔膨胀珍珠岩的性能比较[J].新型建筑材料,2009(4):42~44

[4]王新民,薛国龙,何俊高. 干粉砂浆百问[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:47~48

[5]王新民,薛国龙,何俊高. 干粉砂浆百问[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:43

[6] 王新民,薛国龙,何俊高. 干粉砂浆百问[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:40

[7] 王新民,薛国龙,何俊高. 干粉砂浆百问[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:66

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