关键词：吸水性 水蒸气透过性 EPS轻骨料混凝土 憎水剂
0 引言
EPS轻骨料混凝土是性能优异的保温隔热材料，广泛应用于屋面和外墙保温系统，但由于多孔性，吸水率和吸水速率较大，侵入其中的水将显著降低保温系统的保温性能；侵蚀性气体，如CO2、SO2和SO3，也可通过与水的作用形成酸而导致保温系统损坏。因此，不管是从节能还是从耐久性角度来看，吸水性都是越小越好。
一般认为墙体材料的透气性越大，室内人员的热舒适感越好。高湿环境对人体健康和室内设备、家具的使用寿命等都有不利影响。保温层透气性不好时，屋面或墙体将产生冷凝水富集，从而给墙体的热工、结构等性能带来不利影响［1］。因此，墙体水蒸气透过率的控制与调节对于提高住宅、建筑的居住舒适性和使用寿命等也显得颇为重要。
降低容重可以提高保温层热阻，掺入乳胶粉可以提高EPS轻骨料混凝土与基层墙体的粘结力［2］，本文则重点探讨了容重、乳胶粉掺量和憎水剂掺量对EPS轻骨料混凝土的吸水性和水蒸气透过性能的影响，并分析了其作用机理。
1 试验
1.1原材料
（1）EPS颗粒：废弃EPS板经破碎而成，颗粒级配以及对应的堆积密度见表1。
（2）水泥： P·O 42.5普通硅酸盐水泥，广州珠江水泥厂生产，其主要化学组成见表2。
（3）掺合料：优质Ⅱ级粉煤灰，其主要化学组成和颗粒分布分别见表2和表3。
（4）外加剂：C8564甲基羟乙基纤维素醚（简称MHEC），市售；FDN-5R型萘系高效减水剂，广州建筑宝公司生产，固含量30％，减水率25％；可再分散乳胶粉，乙烯基共聚物的固体粉末，德国瓦克公司生产。
1. 2试验方法
1.2.1 EPS轻骨料混凝土的吸水性和透气性的评价方法
（1）吸水性：参照JGJ51-2002 /J215-2002《轻骨料混凝土技术规程》测试EPS轻骨料混凝土的吸水率，吸水率按下式进行计算：
式中：ω — 饱和吸水率（％）；
m0 — 试件烘至恒重后的平均质量（kg）；
mt — 试件经 t小时吸水后的平均质量（kg）
（2）透气性：水蒸气渗透性实验装置如图1所示。养护至28天龄期的尺寸为100×100×100mm的试件用尼龙刷子清刷其上下两表面，再用清水清洗干净。测试前，将试件放在65℃烘箱中烘至恒重，然后将其置于铺有饱水毛巾的网片上（保证水面始终与毛巾接触），按照预设的时间测量试件质量，直至相邻两次测试质量之差小于1％为止。透气性取三组试件的平均值。
1.2.2 EPS轻骨料混凝土的制备及养护
搅拌：首先投入EPS颗粒、水泥、粉煤灰、纤维素醚和可再分散乳胶粉搅拌30秒，然后加入占总量80％的水和20％的减水剂再搅拌90s，最后加入剩余的水和减水剂搅拌90s；
振动成型：将装有EPS轻骨料混凝土的模具放在振动台（振动形式：定向垂直简谐振动；垂直振幅0.5±0.02mm；振动频率50±3HZ）上振动25s；
养护：在温度为20+2℃，湿度为95％以上的标准养护室养护28天。
2 试验结果与讨论
2.1 容重对EPS轻骨料混凝土的吸水性和透气性的影响
EPS轻骨料混凝土的容重越低，相应的外墙外保温体系的热阻越高［4］。EPS轻骨料混凝土的吸水性和透气性随其容重的变化规律分别如图2和图3所示。
图2 容重对EPS轻骨料混凝土的吸水性的影响 图3 容重对EPS轻骨料混凝土的透气性的影响
由图2可知，EPS轻骨料混凝土的容重从750kg/m3降至700 kg/m3时，其吸水率无明显变化；当容重再进一步降低时，其吸水率显著增加。导致EPS轻骨料混凝土吸水的原因主要有以下两个方面：首先，破碎的EPS颗粒表面毛糙，存在大量的微小裂纹，随着EPS颗粒掺量的增加，搅拌过程中裹入混凝土的微小气泡不断增多，使EPS轻骨料混凝土硬化体孔隙率增大，内部储水空间增大，导致吸水率增大；其次，由于EPS颗粒是柔性材料，由于水泥水化硬化过程中发生收缩，EPS颗粒可能被水化产物压迫，导致其体积变小，从而在颗粒和浆体界面造成了大量的微小裂隙［5］，为水的进入提供了通道，EPS颗粒掺量越大，这种效果就越明显。由于水的换热能力远高于空气，因此，在相对湿度较高的地区，采用低容重的EPS轻骨料混凝土作为围护结构的隔热层，要对其进行憎水处理，否则保温层大量吸水后，保温隔热性能将明显降低。
由图3可知，EPS轻骨料混凝土的水蒸气透过能力基本上是随着混凝土容重的降低而提高，这与EPS轻骨料混凝土吸水性的规律有相似之处。保温层透气性的提高，将极大改善室内的热舒适性。
2.2可再分散乳胶粉对EPS轻骨料混凝土吸水性和透气性的影响
采用容重为700kg/m3的EPS轻骨料混凝土，通过改变乳胶粉的掺加量，考察了乳胶粉对EPS轻骨料混凝土的吸水性和透气性的影响。
由图4可知，随着乳胶粉掺量的增加，EPS轻骨料混凝土的吸水率显著提高；乳胶粉掺量达到4％（胶凝材料质量百分数，下同）时，EPS轻骨料混凝土48小时的吸水率甚至超过了60％，这将严重影响EPS轻骨料混凝土的热工性能。试验中发现，掺加乳胶粉后，新拌浆体工作性变好，说明乳胶粉的掺入有减水作用，掺加乳胶粉能够释放出絮凝水，使之成为自由水，从而提高了浆体的工作性；另外，随着乳胶粉的成膜硬化，能够显著地提高EPS颗粒与水泥浆体之间的粘结力［6］。但是，随着乳胶粉释放出的自由水增多，EPS轻骨料混凝土硬化后必然产生大量的孔隙［7］，大幅提高了EPS轻骨料混凝土的吸图
4 聚合物乳胶粉掺量对吸水性的影响 图5 聚合物乳胶粉掺量对透气性的影响
轻骨料混凝土的吸水率显著提高；乳胶粉掺量达到4％（胶凝材料质量百分数，下同）时，EPS轻骨料混凝土48小时的吸水率甚至超过了60％，这将严重影响EPS轻骨料混凝土的热工性能。试验中发现，掺加乳胶粉后，新拌浆体工作性变好，说明乳胶粉的掺入有减水作用，掺加乳胶粉能够释放出絮凝水，使之成为自由水，从而提高了浆体的工作性；另外，随着乳胶粉的成膜硬化，能够显著地提高EPS颗粒与水泥浆体之间的粘结力［6］。但是，随着乳胶粉释放出的自由水增多，EPS轻骨料混凝土硬化后必然产生大量的孔隙［7］，大幅提高了EPS轻骨料混凝土的吸水性。因此，为了改善新拌浆体的工作性，提高EPS颗粒与水泥浆体之间的粘结力，同时维持良好的热工性能，有必要在掺加乳胶粉的同时掺入憎水剂来降低吸水率，制备综合性能良好的EPS轻骨料混凝土。
由图5可知，EPS轻骨料混凝土的水蒸气透过率随着可再分散乳胶粉的掺量增加而提高。这是因为随着乳胶粉掺量增加，混凝土内部孔隙连通率提高，混凝土透气性提高，室内居住舒适性变好。
掺加乳胶粉后EPS轻骨料混凝土的孔结构变化情况如图6所示，随着乳胶粉掺量的增加（图a~图e），硬化水泥浆体中的孔隙不断增多，颗粒与硬化水泥浆体之间的界面也出现大量的孔隙，孔的连通性提高。孔隙率的提高能够显著增大EPS轻骨料混凝土的吸水率，而连通孔的增多则能够提高EPS轻骨料混凝土的透气性［8］。
颗粒与硬化水泥浆体之间的界面也出现大量的孔隙，孔的连通性提高。孔隙率的提高能够显著增大EPS轻骨料混凝土的吸水率，而连通孔的增多则能够提高EPS轻骨料混凝土的透气性［8］。
图6 不同聚合物掺量时EPS轻骨料混凝土孔结构细观结构（放大7倍） （a～e 乳胶粉掺量分别为0％、1％、1.5％、3％、4％）
2.3硬脂酸钙憎水剂对EPS轻骨料混凝土憎水性的影响
在容重为700kg/m3、乳胶粉掺量为1.0％的EPS轻骨料混凝土中掺加憎水剂硬脂酸钙以降低EPS轻骨料混凝土的吸水率。通过改变硬脂酸钙掺量，分析硬脂酸钙对EPS轻骨料混凝土的吸水性和透气性的影响。
图7表明，憎水剂掺量为2%（胶凝材料质量百分数,下同）时，憎水效果不明显；憎水剂掺量大于2％以后，EPS轻骨料混凝土的吸水率明显降低。掺加憎水剂的EPS轻骨料混凝土早期的吸水率增长缓慢，这对于EPS轻骨料混凝土抵抗水的进入、维持良好的热工性能有利；当憎水剂掺量达到4％时，EPS轻骨料混凝土48小时吸水率相比未掺加憎水剂时减少10％；但是当憎水剂掺量超过4％以后，EPS轻骨料混凝土的吸水率又有所回升，这是因为，硬脂酸钙掺量较高以后不能完全溶解，而且其分散效果变差［9］。由此可见，憎水剂不宜过掺，最佳掺量为4%。
由图8可知，掺加硬脂酸钙以后，EPS轻骨料混凝土的水蒸气透过率明显降低。硬脂酸钙水解出的阴离子与水泥水化产物氢氧化钙生成疏作定向排布，导致毛细孔的表面张力降低，水蒸气分子难以同孔壁分子吸附，水蒸气透过能力降低，但是仍能够维持10％以上的水蒸气透气率。
图7硬脂酸钙掺量对EPS轻骨料混凝土的吸水性的影响图8硬脂酸钙掺量对EPS轻骨料混凝土的透气性的影响。
3结论
（1）过率增大，室内舒适性变好；但是，在热阻提高的同时，吸水率的显著增大又将严重损害EPS轻骨料混凝土的耐久性和热工性能。
（2）随着乳胶粉掺量的增加，在改善料混凝的工作性、提高粘结强度的同时，能够提高透气性，改善室内舒适性；但是当乳胶粉掺量增加至4％时，72h吸水率最高达到了66％，这将对保温层的热工性能不利。
