有關高性能復合保溫材料在異型屋面工程中的應用

摘要：高性能復合保溫材料在異型屋面工程中的應用

關鍵詞：保溫材料；屋面

在建筑上對材料保溫性能越來越重視的今天，節能環保已經成為工程上一個重要的概念。在我研究的很多大型建筑中，高性能的復合保溫材料都得到了廣泛的應用，其產生的經濟效益及環保功效體現出了此種材料的遠大發展前景。現今在環保的觀念越來越受到世界范圍的重視的背景下，高性能的保溫材料的應用一定會愈加廣泛。

保溫材料在異型屋面的運用上，經我研究多方面的資料后認為上海錦秋加州花園在這方面是比較有代表性的一個。其最大的建筑特點是引入美國加州小別墅建筑理念，采用外形充滿浪漫情調的異形屋面形式(圓拱型屋面)。但這給屋面保溫層的施工帶來了諸多麻煩，對保溫材料的熱工性能、耐久性以及經濟性提出了更高的要求。

屋面保溫采用的方案是：10cm厚普通混凝土+2cm厚砂漿十5cm厚珍珠巖保溫板+2.5cm厚砂漿。該方案存在的缺陷是： (1)保溫材料耐久性不好，(2)施工程序復雜，施工速度慢，(3)保溫材料熱絕緣系數較小，達不到對屋面保溫材料熱工性能的規定，(4)珍珠巖板保溫工程經濟性不良。此外，該工程在保溫層上釘2層彩色防水瓦防滲，要求保溫層具有良好的可釘性。但該方案中砂漿層性脆，可釘性達不到要求。為此，建設單位要求對保溫方案進行改進，克服上述缺陷。

高性能復合屋面保溫材料的試驗研制。《屋面工程技術規范》(GB 50207-94)將目前普遍使用的屋面保溫層分為松散材料保溫層、板狀材料保溫層和整體保溫層。總結上述各種保溫材料在上海各類建筑工程中的實際應用效果，我們發現：由于與之相應的施工工藝的局限性以及這些材料固有的缺陷，使上述各種保溫材料往往達不到《屋面工程技術規范》提出的技術要求：“屋面保溫材料應具有吸水率低、表觀密度和導熱系數較小，并有一定強度。”綜合目前國外屋面保溫材料的發展動向以及高分子保溫材料和混凝土技術的新成果，發現采取“高分子保溫材料板十高性能陶粒混凝土”技術路線可實現規范對屋面保溫材料的各項技術要求，而且可加快施工進度，并取得良好的經濟效益。

一、試驗用原材料及其性能

(1)高分子保溫材料板：根據異形屋面特點、尺寸以及屋面工程對保溫層熱絕緣系數的要求在上海某化工廠定制。這種材料密度為20kg／m3，導熱系數0.04l W／(m．K)，其吸水率為3％，耐水性良好，并具有一定的塑性和強度。

(2)陶粒：常州產粘土陶粒。其筒壓強度為4.3MPa，堆積密度為525kg／m3，顆粒表觀密度為890kg／m3，空隙率為41％，吸水率為8.2％。

(3)細骨料(A料)：為提高經濟性，并貫徹執行上海市政府關于綜合利用工業廢料的有關政策，選用一種工業廢渣代替陶砂。這種廢渣除顆粒級配不理想外，其它性能均滿足《輕集料混凝土技術規程》(JGJ 51-90)對輕細集料的要求。

(4)水泥：上海水泥廠產425#礦渣硅酸鹽水泥。

(5)摻合料(B料)：一種微細工業廢料粉。適量摻入可改善陶粒混凝土施工性能和耐久性，尤其可提高混凝土拌和物的稠度。

(6)冷拔鋼絲：直徑為4mm的冷拔鋼絲。

(7)特種纖維(C料)：適量摻入可顯著提高陶粒混凝土的抗拉強度，防止在結構突變部位產生裂縫。

(8)高效減水劑(D料)：一種引氣型高效萘系減水劑。

二、高性能復合保溫材料的研制

1. 高性能復合保溫層的組成方案

參照相關規定，再根據建設單位提出的要求以及其選用的材料的性能，相關機構提出的高性能復合保溫材料組成方案為：5cm厚高分子材料保溫板+3.5cm厚高性能陶粒混凝土，其中高性能陶粒混凝土的配制是關鍵。

2. 高性能陶粒混凝土的配制

(1)工程對陶粒混凝土的技術性要求。28d抗壓強度達到CLl5等級，干密度不大于1250kg／m3，陶粒混凝土屋面不能開裂，異型屋面陶粒混凝土施工不使用模板。

(2)高性能陶粒混凝上的配制。錦秋加州花園采用“圓拱型”屋面型式，這種屋面型式坡度大，結構上有突變部位，上澆薄層陶粒混凝土，并使之達到上述要求，對配合比設計提出了新的要求。按照《輕集料混凝土技術規程》(JG51-90)設計的陶粒混凝土無法實現上述目標，為此他們利用現代高性能混凝土和纖維混凝土技術的有關成果進行優化設計和反復試配，配制了2組代號分別為ES-2和ES-3的高性能陶粒混凝土，滿足工程要求。

三、樣板工程試驗研究

為了對設計的施工方案和研制的高性能復合屋面的保溫材料進行檢驗和評估，進行了樣板工程的試驗研究。樣板工程的結構尺寸和形狀與實際房型一模一樣，澆筑樣板工程的屋面結構層并養護至規定齡期后，在結構層上面進行保溫層的試驗研究。試驗研究內容共分3部分：

(1)對施工方案的可操作性、工作效率以及對工程質量的影響等因素進行綜合分析，并對其加以改進和完善。

(2)按現場施工條件完成屋面保溫層的施工，并測定其有關性能。

(3)從技術性和經濟性兩方面對新老屋面的保溫方案進行對比研究。

1.施工方案的確定

根據實際施工操作順序，其設計了施工方案，通過對現場施工遇到的問題進行研究，并考慮施工工藝對保溫材料性能的影響，對方案進行了補充和完善，最終采用方案是：一是用特殊材料和特殊工藝高效快速固定保溫板，保溫板錯縫布置，可防裂并加快澆筑陶粒混凝土速度；二是在保溫板上綁扎冷拔鋼絲，并使冷拔鋼絲從保溫板上墊起3cm，固定冷拔鋼絲網，使之與保溫板形成一個整體，可改善施工質量。

2.新老屋面保溫方案對比研究

他們制定的新屋面保溫方案為：10cm厚普通混凝土(第1層)+5cm厚高分子材料保溫板(第2層)+3.5cm厚高性能陶粒混凝土(第3層)。新老保溫方案的耐久性優劣已為實踐和研究所證實，因此本文主要對這2個保溫方案的熱工性能和經濟性進行對比研究。

本項目采用新保溫方案，使上海錦秋加州花園二期屋面保溫工程取得了良好的技術經濟效果。配制滿足工程需要的陶粒混凝土是新保溫方案實施的關鍵，為此，必須借鑒高性能混凝土的有關成果和結論。