膨胀珍珠岩基保温砂浆的制备及耐久性研究

摘要：为了提高矿物资源的高值化利用并探索膨胀珍珠岩在建筑节能的应用可行性，本文选取膨胀珍珠岩为矿物载体，癸酸-硬脂酸作为相变材料，采用真空浸渍法制备癸酸-硬脂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料。采用等体积替代法掺入到砂浆中制备膨胀珍珠岩基保温砂浆，对其长期应用下耐久性进行研究。结果表明：当癸酸-硬脂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料掺入量为35%时，膨胀珍珠岩基保温砂浆的抗压强度为6.2MPa，经历100次相变循坏后，质量损失和抗压强度均不超过10%，表明其具有较好的耐久性，在节能建筑中具有较大的应用潜力。

关键词：膨胀珍珠岩；保温砂浆；耐久性；建筑节能

1研究原理与方法

珍珠岩[1]是一种火山岩石，具有轻质、多孔、隔热、吸音等特性，珍珠岩矿砂经预热、瞬时高温焙烧膨胀后其内部的蜂窝状结构、白色颗粒状物质形成膨胀珍珠岩。膨胀珍珠岩具有适宜的孔结构和微观形貌，这决定着可以为相变材料提供更多的吸附点位，可以作为相变材料的良好吸附载体。如图1所示，膨胀珍珠岩的微观形貌孔隙结构为蜂窝状孔隙结构，孔道结构丰富且完整，丰富的孔道结构提供了较高的比表面积，使吸附作用得以高效进行[2]。研究选择具有合适相变温度的癸酸和硬脂酸，利用施罗德方程计算共晶比，采用熔融共混法制备癸酸-硬脂酸二元相变材料，以膨胀珍珠岩为基体，采用真空浸渍法制备了癸酸-硬脂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料，将癸酸-硬脂酸/膨胀珍珠岩等体积替代法掺入砂浆中得到膨胀珍珠岩基保温砂浆，对其进行100次相变循环试验，考察循环前后保温砂浆抗压强度损失和质量变化，对耐久性进行系统研究。

2膨胀珍珠岩基复合相变材料的制备

将癸酸和硬脂酸按比例称量，将其浸入加热至80°C的水中至完全融化，并以1200r/min的转速搅拌30min，超声震动15min，自然冷却到室温，得到癸酸-硬脂酸二元相变材料。然后将一定质量的癸酸-硬脂酸二元相变材料和膨胀珍珠岩在80°C恒温水浴锅均匀混合，直至完全融化，用真空泵抽至真空-0.1MPa，持续30min，最后超声震动5min，自然冷却到室温，最终得到癸酸-硬脂酸/膨胀珍珠岩基复合相变材料[3]。

3膨胀珍珠岩基保温砂浆的制备

“NM”代表未添加膨胀珍珠岩基复合相变材料的普通砂浆，“CSEM”代表膨胀珍珠岩基复合相变材料等体积取代35%细砂所制备的保温砂浆。CSEM采用以下方法：将癸酸-硬脂酸/膨胀珍珠岩、水泥、砂、按照一定比例低速搅拌2min，加入减水剂，低速继续搅拌2min；然后加水，低速和高速分别搅拌2min，直至砂浆混合均匀；接着将砂浆混合物倒入模具中，让其固化24h，然后从模具中取出[4]。养护过程在相对湿度95%，温度为20±2°C的条件下进行，持续28d，测其抗压强度。

4膨胀珍珠岩基保温砂浆耐久性研究

膨胀珍珠岩保温砂浆由于内部添加了癸酸-硬脂酸二元相变材料，通过相变过程吸收、释放热量，可以有效的调节建筑内部的温度。在实际使用中往往会经历多次相变循环过程，所以确保膨胀珍珠岩基保温砂浆的耐久性对实际应用具有重要意义。本文主要探讨了经历100次相变循坏对膨胀珍珠岩基保温砂浆质量、力学性能的影响机制，为进一步优化膨胀珍珠岩基保温砂浆的设计和应用提供有力支持[5]。

本文对普通砂浆和膨胀珍珠岩基保温砂浆做了100次相变循环试验，操作过程如下：通过烘箱恒定至60°C，将砂浆试块放入60°C烘箱中加热2h，取出立即放入-15°C的低温试验箱降温2h，以上步骤完成一次相变循环，重复进行相同的加热和降温过程，直至完成所需的循坏次数。

图2所示，在经历100次相变循环后，NM和CSEM质量逐渐减小，质量损失率分别为1.6%和0.94%，NM的质量损失率远大于CSEM，这是因为NM在相变循环中会受到热胀冷缩的影响，引起材料内部微观结构产生裂纹，引起质量明显损失，掺入CSEM具有一定的稳定性和抗热变形的能力，可以减轻质量损失。抗压强度变化幅度分别为1.41%和6.5%，具有较好的耐久性。

图1 膨胀珍珠岩SEM图

图2 NM和CSEM相变循环前后抗压强度和质量损失分析

5结论

膨胀珍珠岩基保温砂浆具有优异的保温性能和轻质化的优点，在多次相变循环后，能够有效抵抗热变形，抗压强度变化很小，具有相对稳定的耐久性。这使得膨胀珍珠岩基保温砂浆在长期使用中能够保持较为稳定的力学性能，在节能建筑中的应用具有较大的潜力。

参考文献

[1] 张晓光. 膨胀珍珠岩基复合相变储能材料的制备和性能优化研究 [D], 2019.

[2] 许淘淘. 基于膨胀珍珠岩相变建筑调温材料的制备及其传热特性研究 [D], 2019.

[3] 孙艳刚, 王敬维, 李冠杰, et al. 相变储能保温砂浆的制备与性能研究 [J]. 化工新型材料, 2023, 51(S2): 520-524.

[4] Szabó Roland,Dolgos Fanni,Debreczeni Ákos,Mucsi Gábor. Characterization of mechanically activated fly ash-based lightweight geopolymer composite prepared with ultrahigh expanded perlite content[J]. Ceramics International,2022,48(3),4261-4269.

[5] Manuel Cunha Pereira et al. Influence of Exposure to Elevated Temperatures on the Physical and Mechanical Properties of Cementitious Thermal Mortars[J]. Applied Sciences, 2020, 10(6)，2200.

辽宁石油化工大学创新创业训练计划项目，项目编号：D202403182153007019