绝热散料吸水性测试方法研究.pdf

低碳环保与节能减排70节能 ENERGY CONSERVATIONNO.10 2023绝热散料吸水性测试方法研究李建伟1，2 潘文杰1 张璐1 单雪强1 刘俊霞2 张茂亮1，2*（1.河南建筑材料研究设计院有限责任公司，河南 郑州 450052；2.中原工学院，河南 郑州 450000）摘要：设计一种吸水性测试方法及配套装置，并对膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、玻化微珠、轻质陶粒及憎水改性膨胀珍珠岩等绝热散料进行吸水性测试，提出一些吸水性试验具体操作要点及建议。结果表明：绝热散料的粒径与其吸水率成反比；28 d吸水率比5 min吸水率的测试结果偏差及变异系数更小，结果更稳定；5 min吸水率可以快速定性检测绝热散料是否经过憎水处理，28 d吸水率可以用来表征绝热散料的长期吸水性。关键词：绝热散料；吸水性；测试方法中图分类号：TU55 文献标志码：A 文章编号：1004-7948（2023）10-0070-03 doi：10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.020Research on water absorption test method of thermal insulation bulk materialLI Jian-wei PAN Wen-jie ZHANG Lu SHAN Xue-qiang LIU Jun-xia ZHANG Mao-liangAbstract：A water absorption test method and supporting equipment were designed.The water absorption test was conducted on thermal insulation bulk materials such as expanded perlite,expanded vermiculite,vitrified microbeads,lightweight ceramic particles,and hydrophobic modified expanded perlite.Specific operational guidelines and recommendations for the water absorption test were provided.The results demonstrate that the particle size of thermal insulation bulk materials is inversely proportional to their water absorption rate.The deviation and coefficient of variation of water absorption at 28 days were smaller than that at 5 minutes,indicating more stable results.The water absorption rate at 5 minutes can quickly and qualitatively detect whether the insulation bulk material has undergone hydrophobic treatment,while the water absorption rate at 28 days can be used to characterize the long-term water absorption of the insulation bulk material.Key words:thermal insulation bulk material;water absorption;test method引言随着我国建筑节能政策的不断推进和绝热材料技术水平的不断提升，建筑领域对膨胀珍珠岩、玻化微珠、膨胀蛭石、轻质陶粒等绝热散料的需求日益增加1-4。目前，国内绝热散料及其制品的需求量仍有一定的上升空间，尤其是砂浆轻集料、设备绝热填料、保温隔热制品、助滤剂等方向，而吸水率会直接影响绝热散料的保温性能及其在各领域内的应用情况5-7。不同实验室参照不同测试方法会造成同一产品得到不同测试结果的问题，使绝热散料产业链上下游无法就其吸水性测定结果达成统一，影响沟通合作。因此，行业内迫切需要统一绝热散料吸水性测试方法，从而规范行业内对绝热散料吸水性的表征。文中参照Standard specification for vermiculite loose fill thermal insulation（ASTM 51619）及 Thermal insulation products for buildingsIn-situ thermal insulation formed from expanded perlite(EP)productsPart 1:Specification for bonded and loose-fill products before installation（BS EN 1431612004）等标准8-9中规定的吸水性测试方法设计试验方案并进行验证试验。1试验设计1.1试验原料与设备试样A：市售膨胀珍珠岩，粒径0.154.75 mm，堆积密度 130 kg/m3；试样 B：市售膨胀蛭石，粒径 0.152.36 mm，堆积密度150 kg/m3；试样C：市售玻化微珠，粒径 0.151.18 mm，粒径堆积密度 110 kg/m3；试样 D：市售轻质陶粒，粒径4.751.18 cm，堆积密度325 kg/m3；试样E：采用有机硅防水剂处理过的改性膨胀珍珠岩；试样F：采用气相二氧化硅及有机硅防水剂处理过的改性膨作者简介：李建伟（1987），男，硕士，高级工程师，研究方向为建筑材料研究及标准化。通信作者：张茂亮（1982），男，硕士，正高级工程师，研究方向为建筑材料及固体废弃物资源化综合利用。基金项目：河南省科学院基本科研项目（项目编号：220609108）；河南省建设科技计划项目（项目编号：2021-K-2134、HNJS-2022-K27）收稿日期：2023-07-11引用本文：李建伟，潘文杰，张璐，等.绝热散料吸水性测试方法研究 J.节能，2023，42（10）：70-72.低碳环保与节能减排71NO.10 2023节能 ENERGY CONSERVATION胀珍珠岩。电子天平（JCS-61001C 型）购自珠恒电子有限公司；电热鼓风干燥箱（GZX-9246MBE型）购自上海迅博医疗生物仪器股份有限公司。吸水性测试装置：自制，内径50 mm、长度300 mm的刚性塑料管，底部固定0.15 mm（100目）的筛网。1.2试验方法使用100目的筛网筛分试样，取筛上试样摊铺于金属托盘上，置于电热鼓风干燥箱，缓慢升温至105 烘干至恒定质量，移至干燥器中冷却至室温。称取刚性塑料管的质量，将烘干后的试样垂直装入刚性塑料管，使其高度略低于管顶部并适当压实，称取装有试样的刚性塑料管质量。将装有试样的刚性塑料管筛网面朝下，放入浸水托盘中并保持垂直，浸水深度50 mm。称取玻璃皿（直径75 mm）的质量。试样分别吸水一定时间(1 min、3 min、5 min、10 min、30 min、60 min、12 h、24 h、2 d、7 d、14 d、28 d)，将刚性塑料管缓慢地提离水面后立即用玻璃皿接住底部，使所有排出的水均滴入玻璃皿，称取玻璃皿及吸水后刚性塑料管的质量。试样的吸水率Z为：Z=m3-m2-m1m1-m0100%(1)式中：m3玻璃皿、刚性塑料管和吸水后试样的总质量，g；m2玻璃皿的质量，g；m1刚性塑料管和吸水前试样的总质量，g；m0刚性塑料管的质量，g。绝热散料吸水试验部分过程如图1所示。2结果与讨论2.1试验结果绝热散料吸水率测试结果如表1所示。由表1可知，绝热散料前5 min吸水速率较快，试样C玻化微珠吸水速率最快，试样A膨胀珍珠岩与试样B膨胀蛭石吸水速率接近，试样E和试样F两组憎水改性膨胀珍珠岩吸水速率接近，试样 D 陶粒吸水速率最慢；560 min内吸水率增长变缓；24 h内吸水率保持持续增长态势，整体吸水速率稳定；24 h后整体吸水速率逐渐变缓直至28 d，其中试样B膨胀蛭石14 d吸水率已达最大值。28 d后绝热散料基本达到吸水饱和状态。对比A、B、C、D这4组试样的吸水过程，绝热散料的粒径对其吸水性影响较大，绝热散料的粒径与其吸水率成反比，即粒径越大吸水率越小，粒径越小吸水率越大。试样C玻化微珠的粒径最小，其吸水率最大、吸水速率最快；试样D轻质陶粒的粒径最大，其吸水率最小、吸水速率最慢。对比A、E、F这3组试样的吸水率，对膨胀珍珠岩进行憎水处理可以显著改善其亲水特性，通过气相二氧化硅及有机硅防水剂处理过的改性膨胀珍珠岩，其28 d吸水率可降低89.4%。为了与其他相关标准协调，并参考上述试验结果，可以采用28 d吸水率表征绝热散料的长期吸水性；为了快速检测绝热散料的吸水性，判断绝热散料是否做过表面憎水处理，可以采用5 min吸水率表征绝热散料的短期吸水性。2.2试验方法验证采用相同测试方法及设备对上述6组试样分别进行10次5 min、28 d吸水率测试，结果如表2和表3所示。图1绝热散料吸水试验部分过程表1绝热散料吸水率测试结果/%试样编号ABCDEF1 min79.6106.4163.27.012.89.73 min85.9116.4284.87.113.311.25 min106.4152.1326.17.113.311.210 min113.6164.5356.87.313.411.330 min125.7178.6407.18.016.013.860 min132.1190.4427.28.520.616.612 h180.4259.4497.812.525.324.924 h214.4299.3536.316.427.227.12 d251.4348.2580.918.329.928.57 d314.5416.8625.923.936.634.714 d346.5417.1639.628.839.636.428 d353.4417.1640.129.940.437.2表2绝热散料5 min吸水率测试结果/%试样编号ABCDEF1113.2155.1307.17.113.211.32106.4152.1316.17.213.111.23112.5153.8319.57.312.711.24108.6155.7311.27.513.510.85107.5161.7328.57.212.911.56110.2165.7327.47.613.312.27106.8161.2330.87.313.211.88112.3157.3327.57.013.110.99105.7155.7324.87.512.811.410108.4158.1336.57.113.211.6平均值109.16157.64322.947.2813.1011.39低碳环保与节能减排72节能 ENERGY CONSERVATIONNO.10 2023利用表2和表3中的测试结果计算其相对偏差、标准偏差和变异系数，如表4所示。AF试样5 min吸水率10次测试结果的相对偏差绝对值均小于8%，变异系数在1.8%3.6%的范围内；28 d吸水率10次测试结果的相对偏差绝对值均小于 5%，变异系数在 1.3%2.8%的范围内。28 d吸水率测试结果较5 min吸水率测试结果的相对偏差和变异系数更小，结果更稳定。因此，该测试方法整体稳定，重复性较好。分析验证的整体情况，在试验过程中，绝热散料吸水性测试方法设备简单、操作便捷、执行得当，该测定方法合理，具有可行性。2.3操作要点及建议该方法适用于测定粒径为0.154.75 mm的绝热散料吸水性；试验过程中，为了保证刚性塑料管处于垂直状态，可以采用固定架及卡扣固定刚性塑料管；试样装入刚性塑料管后应适当压实，但不得破坏绝热散料自身的结构；浸水时，刚性塑料管网面不宜直接接触浸水托盘底部；浸水一定时间后，将刚性塑料管提离水面时应缓慢操作，并在离开水面前停顿12 s；为了得到更准确的测试结果，建议进行23次吸水性试验并取测试结果的平均值。3结语本研究设计了一种吸水性测试方法及配套装置，并对该测试方法进行了验证及分析，得出以下结论：通过测试膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、玻化微珠、轻质陶粒及憎水改性膨胀珍珠岩等绝热散料间隔不同时间的吸水性，发现绝热散料粒径越大其吸水率越小，粒径越小其吸水率越大；憎水处理可以极大地降低膨胀珍珠岩的吸水性，通过内部填充及表面憎水处理复合改性的膨胀珍珠岩的28 d吸水率降低89.4%；通过测试5 min吸水率可以快速定性检测绝热散料是否进行表面憎水处理，28 d吸水率可以定量检测绝热散料的长期吸水性。通过对绝热散料进行多次5 min、28 d吸水率测试，发现28 d吸水率测试结果的相对偏差和变异系数比5 min吸水率更小，结果更稳定。为了使测试结果更准确，提出了控制散料粒径、装置垂直固定、试样适当压实、网面不接触底盘、离开水面前停顿等操作要点，并建议多次测量取平均值。参考文献1 白德忠，冯辉霞，刘剑普，等.膨胀珍珠岩的改性方法及应用研究进展J.化工新型材料，2018，46（3）：257-260.2 刘猛，封金鹏，符林总，等.蛭石功能化应用研究新进展 J.矿产综合利用，2021（1）：14-22.3 熊磊.玻化微珠保温砂浆在建筑中的应用研究 D.江西：南昌大学，2018.4 方海星.铜尾矿轻质陶粒及陶粒泡沫混凝土研究 D.江西：南昌大学，2021.5 李满峰.LNG船液货舱用憎水型膨胀珍珠岩的测试及性能分析 D.上海：上海交通大学，2017.6 陈远东，张海龙，包森布尔，等.水菱镁石-蛭石质防火隔板制备及防火性能研究 J.非金属矿，2023，46（1）：6-10.7 王剑，刘仕琪，程铠，等.磷石膏自流平保温砂浆试验研究及工程应用J.新型建筑材料，2023，50（3）：95-99.8 ASTM 51619，Standard specification for vermiculite loose fill thermal insulation S.9 BS EN 1431612004，Thermal insulation products for buildingsIn-situ thermal insulation formed from expanded perlite（EP）productsPart 1：Specification for bonded and loose-fill products before installation S.表3绝热散料28 d吸水率测试结果/%试样ABCDEF1356.2400.3651.129.940.437.22358.2416.9667.228.139.336.83351.6399.8647.528.538.937.54361.2425.2650.330.241.236.25357.4408.6672.527.840.537.26365.3411.2673.528.639.536.57352.8403.6653.729.740.137.48357.6415.2685.229.138.636.89362.3407.8647.629.539.236.710350.8402.7657.828.440.237.7平均值357.34409.13660.6428.9839.7937.00表4绝热散料5 min、28 d吸水率测试结果分析/%试样编号ABCDEF5 min相对偏差-3.2+3.7-3.5+5.1-4.9+4.2-3.8+4.4-3.1+3.1-5.2+7.1标准偏差2.734.139.240.200.240.41变异系数2.52.62.92.71.83.628 d相对偏差-1.8+2.2-2.3+3.9-2.0+3.7-4.1+4.2-3.0+3.5-2.2+1.9标准偏差4.738.1613.120.820.820.48变异系数1.32.02.02.82.11.3