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外墻外保溫系統是實現建筑物圍護結構的重要舉措，具有防止建筑熱橋、避免墻面冬季結露、保護主體結構、不影響使用面積、可對舊房進行改造以及美化建筑物的外觀等優點。保溫砂漿外墻外保溫系統的構造如圖1所示。該系統保溫效果的好壞直接取決于保溫砂漿性能的好壞，而保溫砂漿性能則取決于其組成和生產工藝。因此，保溫砂漿的組成研究和生產工藝研究是研究保溫砂漿的根本出發點。 干混保溫砂漿一般是由水泥、礦物外加劑、輕骨料和砂、化學外加劑等固體材料組成，經工廠準確配料和均勻混合而制成的砂漿半成品，不含拌和水。拌和水是在使用前在施工現場攪拌時加入。
④ ⑤ 圖1保溫砂漿保溫體系外墻外保溫系統基本構造 工作性能、表觀密度、含氣量和導熱系數是保溫砂漿的幾項重要性能指標。工作性能是保溫砂漿最基本的性能之一，它的好差直接決定著保溫砂漿的使用效果；導熱系數是保溫砂漿的重要性能之一，它直接決定著保溫砂漿的實用價值。導熱系數與表觀密度、含氣量與工作性之間存在確定的關系，當保溫砂漿其中某一性能發生變化時，其它幾項性能都有規律地隨之變化。在一定范圍內，保溫砂漿工作性隨著含氣量增大而改善；保溫砂漿表觀密度與含氣量及導熱系數具有較好的相關性，保溫砂漿表觀密度增大，則含氣量減小，而導熱系數增大。因此了解了保溫砂漿三種表觀密度之間的關系，就可以通過新拌砂漿表觀密度大致推斷出保溫砂漿的硬化砂漿表觀密度及硬化砂漿干表觀密度數值范圍，進而判斷出保溫砂漿含氣量及導熱系數，從而可大致分析估計出保溫砂漿的工作性能及熱工性能，得到保溫砂漿實用性與否，為進一步研究保溫砂漿的其他性能提供參考和依據。保溫砂漿上述性能之間的關系如圖2~圖7所示。
圖2新拌保溫砂漿表觀密度—含氣量之間的關系 圖3保溫砂漿工作性—含氣量之間的關系
圖4保溫砂漿表觀密度之間的關系 圖5保溫砂漿導熱系數—含氣量之間的關系
圖6保溫砂漿導熱系數隨濕表觀密度的變化 圖7保溫砂漿導熱系數隨硬化表觀密度的變化 雖然由保溫砂漿上述一種性能可以推斷出其他幾種性能大致情況，但決定保溫砂漿各種物理力學性能的還是其組成成分。在保溫砂漿中，無機膠凝材料遇水反應，生成CSH凝膠等水化產物，起到膠結骨料的作用，但水泥用量過多或過少，則保溫砂漿容重會過大或骨料不能被充分包裹，影響其工作性和其他性能，因此，應通過實驗研究，確定水泥等無機膠凝材料用量。隨著水泥用量增加，EPS保溫砂漿工作性呈現出先逐漸改善而后又有所下降的趨勢。當水泥用量較小時，水泥漿體相對較少，不能充分潤濕包裹輕骨料，因此使得砂漿輕骨料與漿體之間結合不緊密，出現骨料與漿體分離現象，保溫砂漿工作性相對較差。當水泥用量適當時，骨料易被水泥漿體充分潤濕包裹，砂漿工作性較好。但當水泥用量過大時，雖然骨料與漿體之間粘結得到改善，但水泥用量過多增加了保溫砂漿漿體表觀密度，使砂漿在施工過程中易產生下滑現象。保溫砂漿中水泥用量增多，一方面可以使其漿體自身強度得到提高，另一方面可以使砂漿內部與基材粘結的漿體量增加，潤濕包裹EPS顆粒的水泥漿體增多，漿體與顆粒之間粘結逐漸緊密，保溫砂漿密實度逐漸提高，提高了保溫砂漿與基材之間粘結力，從而改善保溫砂漿力學性能。隨著水泥摻量增大，保溫砂漿含氣量顯著降低，表觀密度、抗壓強度和抗折強度逐漸增大，壓剪、拉伸粘結強度以及軟化系數等性能也均逐漸增加。 保溫砂漿中膠凝材料起到膠結作用，而各種化學外加劑則起到改善保溫砂漿性能的作用�；瘜W外加劑中選擇了纖維素醚、引氣劑、乳膠粉以及淀粉醚等四種高分子聚合物。其中，纖維素醚是一種水溶性高分子材料，分離子型和非離子型兩類。離子型纖維素醚有羧甲基纖維素鈉等。非離子型纖維素醚有羥乙基纖維素醚、羥丙基甲基纖維素醚、甲基纖維素醚等。纖維素產品的結構是由纖維素聚合物骨架形成的，它含有一個基本重復失水葡萄糖結構的天然碳水化合物。纖維素醚主要物理性能有醚化度和粘度。醚化度亦稱取代度，它是指在纖維素脫水葡萄糖基因上取代的基團數，可以用接于環上羥基的重量百分比來表示。如果每個基團上的三個有效位置都被取代，則醚化度為3；如果每個環上平均一個被取代，則醚化度為1。纖維素醚粘度是指在 纖維素醚在水泥砂漿中具有良好的增稠作用，可以提高保溫砂漿密實度，降低由于干燥失水而留在砂漿中的孔隙，減少水分向砂漿內部遷移的通道，降低了砂漿浸水后通過孔隙向內部遷移的水量，減少了由于水分遷入而形成的連通孔隙，因此降低了水入浸對砂漿結構的破壞；并改善保溫砂漿粘聚性及保溫砂漿與基體之間的粘結力；另一方面纖維素醚具有一定的引氣作用，可以向砂漿內引入大量彼此獨立的微氣泡，砂漿硬化后，在砂漿內部形成彼此獨立的封閉孔隙，阻斷毛細孔，阻斷了水分遷入的通道，但其摻量過大則會造成砂漿中微小氣泡間相連變成大氣泡而從漿體中溢出。纖維素醚還具有良好的保水性，可以使得足夠的水分保持在水泥漿體內部，從而促進了水泥的水化變硬并完全發展其強度。 正是因為纖維素醚具有這些作用，纖維素醚及其摻量對EPS保溫砂漿各項物理力學性能都有較大影響。隨著纖維素醚摻量增加，保溫砂漿工作性逐漸改善，且纖維素醚有利于提高保溫砂漿的抗壓、抗折強度及壓剪、拉伸粘結強度，有利于減小保溫砂漿的干燥收縮率。但纖維素醚卻也降低了保溫砂漿含氣量，增加了硬化砂漿干表觀密度，導致保溫砂漿導熱系數隨之增加，從而對保溫砂漿熱工性能產生了不利影響。因此，纖維素醚摻量應通過實驗研究分析，結合具體情況，而控制在一定的適當范圍內。 引氣劑，屬于陰離子型表面活化劑，是一種能向水泥漿體內引入大量氣泡的化學外加劑。其原理在于在水—氣界面上，憎水基向空氣一面定向吸附，在水泥—水界面上，水泥或其水化顆粒與親水基相吸附，憎水基背離水泥及其水化顆粒，形成憎水吸附層，并力圖靠近空氣表面，這種顆粒向空氣表面靠近和引氣劑分子在空氣—水界面上的吸附作用，將顯著降低水的表面張力，使砂漿在拌合過程中產生大量微細氣泡，這些氣泡具有帶相同電荷的定向吸附層，因此可以相互排斥并能夠均勻分布；另一方面，許多陰離子引氣劑在含鈣量高的水泥水溶液中會產生鈣鹽沉淀，并吸附于氣泡膜上，能有效防止氣泡破滅，引入細小均勻的氣泡能在一定時間內穩定存在。引氣劑主要作用首先是引入氣泡，其次是分散與潤濕作用。 引氣劑加入到水泥漿體中，向砂漿中引入了大量微小而獨立的氣泡，增加了砂漿漿體體積；這些氣泡在砂漿中起到潤滑作用，減小了保溫砂漿內部骨料之間以及骨料與漿體之間的摩擦力，顯著增加了砂漿流動性；也提高了砂漿孔隙率，因而降低了砂漿漿體與基體之間的接觸面積，影響了砂漿漿體與基體之間的粘結。尤其當引氣劑摻量較大時，砂漿漿體不僅孔隙率大幅度增加，砂漿內部分微氣泡還會相互連接轉變成大氣泡，導致砂漿干燥固化后內部出現出現很多較大的孔隙。當引氣劑過量，甚至在砂漿表面出現可見氣泡，更加不利于砂漿漿體與基體的粘結以及其他性能。 正是引氣劑具有良好的引氣作用，能顯著改善保溫砂漿工作性，使砂漿流動度增大，易于上墻施工；并大幅度提高保溫砂漿含氣量，降低保溫砂漿表觀密度，使得保溫砂漿導熱系數隨之減小，熱工性能得到顯著提高。但由于引氣劑的引氣作用，引氣劑也降低了保溫砂漿的抗壓強度、抗折強度、壓剪拉伸強度以及拉伸粘結強度，增大了保溫砂漿的干燥收縮率。因此考慮引氣劑摻量時，應在保證保溫砂漿物理力學性能滿足要求的前提下，盡可能提高引氣劑摻量，以減小硬化砂漿干表觀密度，提高保溫砂漿的熱工性能。 可再分散性乳膠粉是一種聚合物乳液經過噴霧干燥后得到的改性粉末，它具有良好的可再分散性，并且其化學性能與初始乳液完全相同。當混合料與水拌和后，乳膠粉遇水變成乳液。在砂漿凝結硬化過程中，乳液再一次脫水，聚合物顆粒在砂漿中形成聚合物結構，與聚合物乳液的作用過程相似，對砂漿起到改性作用。 乳膠粉摻加到保溫砂漿中，乳膠粉對聚苯乙烯顆粒具有表面改性作用，使其表面由憎水性變為親水性，使顆粒逐漸易被漿體潤濕包裹，改善了EPS顆粒與水泥漿體之間粘結性，使其可以均勻分布于水泥漿體中。而且乳膠粉遇水后，其顆粒自行分散，對空氣具有一定誘導效應，賦予了砂漿可壓縮性。乳膠粉也可以在聚苯乙烯顆粒表面形成聚合物膜，膜的部分表面上氣孔被漿體填充，降低了應力集中，當外力作用時會產生松弛而阻止砂漿破壞。另外，砂漿中的水泥水化后形成剛性骨架，而聚合物膜可以提高剛性骨架的彈性和韌性，從而改善了保溫砂漿性能。乳膠粉也可在聚苯乙烯顆粒與水泥漿體間界面區干燥成膜，聚合物膜的網絡結構使二者結合更密實，粘結更牢固，改善聚苯乙烯顆粒與水泥漿體之間的粘結力。因此，乳膠粉在保溫砂漿中具有改性作用，主要是其能在水泥砂漿內部硬化成膜，起到網絡搭接作用，以及可以對聚苯乙烯顆粒表面起到一定改性作用，提高聚苯乙烯顆粒與水泥漿體粘聚力。 由于乳膠粉上述作用，其能對保溫砂漿性能起到一定改善作用，具體體現在乳膠粉的加入，顯著改善了保溫砂漿施工和易性，顆粒被漿體充分包裹，顆粒與漿體緊密粘結，上墻涂抹后漿體均勻一致，不出現顆粒與漿體分離的現象。且其成膜網絡結構，明顯提高了保溫砂漿的抗壓強度、抗折強度以及粘結強度，降低干燥收縮率。但是乳膠粉摻量的增加會降低保溫砂漿含氣量，提高硬化砂漿干表觀密度，導致保溫砂漿導熱系數增加，對保溫砂漿熱工性能產生不良影響。乳膠粉在保溫砂漿中起著重要作用，是保溫砂漿配制中不可缺少的組成部分，但是由于乳膠粉會對砂漿熱工性能產生不良影響，因此其摻量也不宜太大。 淀粉醚是淀粉葡萄糖分子上的羥基與化學試劑反應而生成的。淀粉醚能夠在水泥基體的強堿體系中保持良好的穩定性。淀粉醚具有以下優良性能：非常好的快速增稠能力，中等粘度，有一定的保水性；用量小，極低的摻量即能達到很高的效果；可以提高材料自身的抗下垂能力；有很好的潤滑性，能改善材料的工作性能。淀粉醚摻加到水泥砂漿中，主要起到提高水泥砂漿抗垂掛性和工作性的目的，并且其對水泥砂漿其他物理力學性能影響很小。 保溫砂漿中骨料包括聚苯乙烯顆粒和砂兩種骨料。聚苯乙烯顆粒在其中起到骨架和保溫作用，其顆粒堆積密度、顆粒大小、顆粒級配、用量等顯著影響著保溫砂漿性能。聚苯乙烯顆粒堆積密度較大，則聚苯乙烯顆粒粒徑較小，顆粒比表面積大，水泥漿體與聚苯乙烯顆粒之間接觸面積也大，潤濕包裹EPS顆粒表面所需要的水泥漿體較多，易于出現聚苯乙烯顆粒包裹不充分，顆粒與漿體分離的現象。聚苯乙烯顆粒堆積密度較小，則聚苯乙烯顆粒粒徑大，顆粒比表面積小，潤濕包裹EPS顆粒表面所需要的水泥漿體較少，且顆粒間空隙較大，多余的漿體就會集中在顆粒間的空隙中，導致砂漿上墻涂抹時，集中在顆粒之間的漿料被擠出攤開，使墻面上出現漿料多，顆粒少的不均勻現象。聚苯乙烯顆粒彈性性質決定了骨料能夠抑制收縮的程度，聚苯乙烯顆粒堆積密度增大，則骨料彈性模量有所增加，因此可以提高保溫砂漿抵抗收縮變形能力。且EPS顆粒粒徑的減小，使得單位體積砂漿內所需用的聚苯乙烯顆粒數量增加，由于聚苯乙烯顆粒在砂漿中起著骨架支撐作用，因此骨料自身彈性模量增加以及單位體積漿體中輕骨料數量增加均可使得骨料的骨架支撐作用增強。隨著聚苯乙烯顆粒堆積密度逐漸增加，保溫砂漿含氣量減小，表觀密度增大，而抗壓強度、抗折強度、粘結強度、軟化系數等力學性能則逐漸增大，保溫砂漿干燥收縮率和熱工性能則逐漸有所降低。因此，為確保保溫砂漿的各項性能均達到要求，聚苯乙烯顆粒的堆積密度應控制在合理的范圍內。 不同顆粒粒度、表面形狀等的聚苯乙烯顆粒也對保溫砂漿性能影響不同。通過電子顯微鏡得到了三種不同聚苯乙烯顆粒保溫砂漿的斷面形貌，第一種是粒徑不同的球形聚苯乙烯顆粒；第二種是通過機械破碎廢棄物后得到的聚苯乙烯顆粒；第三種是使用單一粒徑且尺寸較小的球形聚苯乙烯顆粒，如圖8所示。由圖8(a)~(c)可以看出，粒徑不同的聚苯乙烯顆粒砂漿表面具有規則的蜂窩狀的空腔，這些空腔被一些很薄的膜分隔開。機械破碎的聚苯乙烯顆粒具有不規則的表面形貌，直徑最小為
圖8不同聚苯乙烯顆粒保溫砂漿斷面形貌
圖9則是不同聚苯乙烯顆粒保溫砂漿經過破壞后，聚苯乙烯顆粒與漿體之間的電子顯微圖像。當砂漿被破壞后，混合粒徑的聚苯乙烯顆粒保溫砂漿中只是粒子之間開裂，但并沒有從膠凝材料中分離開來，包裹在粒子表面的膠凝材料與所有的結合點都保持了緊密的結合，如圖9(a)所示，顯微結構的左邊是聚苯乙烯顆粒，右邊是水泥漿體。砂漿破壞后，聚苯乙烯顆粒與水泥漿體之間仍然保持了很好的膠結狀態，漿體之間的孔和聚苯乙烯顆粒之間是不交聯的，在大多數地方，把漿體與聚苯乙烯顆粒分隔開的薄膜厚度不超過10μm。而圖9(b)為單一粒徑且尺寸較小的球形聚苯乙烯顆粒保溫砂漿被破壞后的界面形貌�？梢钥闯銎茐狞c出現在聚苯乙烯顆粒與漿體的粘結處，這種現象是由砂漿的特殊結構決定的。這些粒子的表面沒有裂縫可以讓水泥漿體滲透進入，在破壞處，可以看到粒子被拉拔出來，在界面留下殼狀的漿體。圖9(c)則是由機械破碎聚苯乙烯顆粒制成的砂漿被破壞后的表面形貌圖，聚苯乙烯顆粒破裂開后，與漿體之間的結合仍然是非常緊密。通過以上微觀分析也表明，聚苯乙烯顆粒輕骨料的形狀、顆粒級配不同，顯著影響著保溫砂漿的性能。
圖9聚苯乙烯顆粒與漿體的界面形貌 砂是保溫砂漿中的另一種骨料，砂在保溫砂漿中主要起到一定的潤滑作用，可以減小骨料與漿體之間的摩擦力，提高砂漿漿體的流動性，使得保溫砂漿易于涂抹上墻。也可以起到一定的骨架支撐作用，由于砂的彈性模量比聚苯乙烯顆粒的彈性模量大得多，因此砂可以增強砂漿的骨架支撐能力，提高砂漿抵抗外力的能力；另一方面是因為砂與聚苯乙烯顆粒的粒徑有一定差距，所以砂可以起到改善骨料級配的作用，在砂漿攪拌過程中，砂填充到聚苯乙烯顆粒之間的空隙或聚苯乙烯顆粒與水泥漿體之間的縫隙中，提高砂漿密實度。但是由于砂表觀密度比聚苯乙烯顆粒的大很多，砂摻量增加將會顯著提高保溫砂漿的表觀密度，對砂漿的抗垂掛性產生不利影響，從而對保溫砂漿工作性產生不利影響。砂摻加到保溫砂漿中，可以使得保溫砂漿含氣量減小，表觀密度增大，提高保溫砂漿抗壓強度、抗折強度、壓剪拉伸強度以及拉伸粘結強度，降低保溫砂漿干燥收縮率。但是砂摻量過大會降低保溫砂漿含氣量，提高硬化砂漿干表觀密度，對保溫砂漿的保溫性能造成不利影響。因此在確定砂摻量時，應在滿足保溫砂漿熱工性能要求前提下適當提高砂的摻量。 礦物摻合料也是水泥砂漿一種重要的組分，其具有微集料作用，在砂漿內起到一定的填充作用，提高砂漿漿體的密實度，改善保溫砂漿的抗下垂性。一定摻量范圍內，礦物摻合料的摻加，可以使得保溫砂漿工作性有所改善，并對保溫砂漿的其他物理力學性能無不利影響。但應嚴格控制其摻量。
保溫砂漿的強度與保溫性能是對立的，抗滲和透氣也是對立的，因此關鍵是必須尋找出性能兼顧的材料和配方。工作性的好壞也是直接決定著保溫砂漿能否使用的性能。此外，輕骨科砂漿的拌和也是一個難題，這是因為輕骨料極易在砂漿中上浮，難以確保保溫砂漿混合拌和均勻，必須對拌和工藝進行改革創新。 通過實驗研究，從水泥品種的選用、聚苯乙稀顆粒不同容重的加入量及與水泥、礦物外加劑、各種化學外加劑混合以及保溫砂漿應用技術、和易性、粘結性和保水性等施工性能進行了一系列的實驗室和實際墻面施工試驗研究。最終獲得了保溫砂漿的適宜組成成分以及配合比范圍。并通過混合攪拌工藝研究，確定了保溫砂漿的合理混合攪拌工藝過程。 預混聚苯乙烯顆粒保溫砂漿的最佳混合生產工藝如下： （1）按給定的保溫砂漿配合比稱量好所需的各種原材料。先將稱量好的水泥部分倒入混合設備中，然后將稱量好的化學外加劑及摻合料倒入混合設備中，開動儀器混合攪拌，混合5分鐘后將剩余部分水泥倒入混合設備，繼續混合攪拌，得到均勻一致的粉料（肉眼觀測不到白色粉體）�；旌蠒r間一般需要8-10分鐘，具體可根據實際攪拌情況調整混合攪拌時間。 （2）將稱量好的所需的聚苯乙烯顆粒倒入混合設備中，與粉料一起混合攪拌，混合攪拌到聚苯乙烯顆粒表面完全被粉料包裹即可。一般攪拌3～5分鐘即可，具體可根據實際攪拌情況調整混合攪拌時間。 （3）混合攪拌好后，在攪拌機不同部位（頂部、中部、底部、左部、右部、腹側等）取樣進行質量控制檢驗，不同部位取得的樣品外觀均勻一致，松散容重差別在±2%范圍內時，則認為保溫材料已混合攪拌均勻，可以庫存或包裝。 （4）保溫材料混合攪拌均勻后，用包裝機裝袋包裝或放入料倉存放，應注意防潮、防火。 預混保溫砂漿生產要點控制包括以下幾點： l 原材料準備：生產所需各種原材料的質量、牌號、規格等應準確無誤。 l 原材料稱量：應利用經過計量認證的計算機稱量控制系統對原材料用量進行嚴格控制。稱量誤差應控制在如下規定的范圍內：水泥：±1% ；骨料：±1% ；摻和料：±1% ；化學外加劑：±0.5%。 l 原材料混合投料順序：一半質量的水泥→摻合料/化學外加劑→剩下一半質量的水泥→輕骨料/砂。具體混合攪拌時間視生產量而定。 保溫砂漿施工拌和過程中，如果保溫砂漿為工廠預混和好的產品，則按照產品說明書加水攪拌即可；如果保溫砂漿需現場攪拌拌和，則其合理拌和工藝過程為：先根據砂漿配合比，確定各種組分用量；將稱量好的干粉料按照預混保溫砂漿攪拌工藝倒入砂漿攪拌機內，混合攪拌3-5分鐘；然后攪拌過程中緩緩加入稱量好的自來水，攪拌3-5分鐘；之后再徐徐加入稱量好的聚苯乙烯顆粒，繼續攪拌5-10分鐘，得到混合均勻的保溫砂漿。在整個攪拌拌和過程中，各階段的攪拌時間可根據拌和料量的多少進行調整，但應確保干粉料混合均勻一致、無色差，加水后的漿體稠度均勻、不離析。最后得到的保溫砂漿柔軟、有松軟奶油般的手感，涂抹在墻面上，與墻體粘結好，無下墜和滑移現象，易于施工。 實驗和工程實踐表明，攪拌好的預混保溫砂漿，質量穩定、均一，滿足要求；拌和好的保溫砂漿漿體呈現出“柔軟”之奶油手感，其工作施工性能良好，用抹刀扔在墻上，與墻體粘結好，無下墜和滑移現象，具有良好的工作性。施工后，保溫砂漿面外觀均一，無開裂現象，無裂縫產生。根據生產、施工和檢驗結果，保溫預混（干）砂漿的攪拌、施工工藝過程簡單易行、實用，保溫預混（干）砂漿的產品性能以及其形成的外墻外保溫系統達到設計的要求，具體測試結果見表1所示。與傳統砂漿相比，保溫砂漿不僅有良好的保溫效果，而且和易性、粘結性和保水性均比傳統保溫砂漿好。對施工者來說，除了配料快以外，還具有施工快和質量保證諸多優點。取得了預期的成果。 表1保溫材料檢測性能及技術指標
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