燒結粉煤灰、煤矸石多孔磚在內保溫體系的應用

董河毅

（山西省萬家寨引黃工程管理局，山西 太原 030012）

燒結粉煤灰、煤矸石多孔磚在內保溫體系的應用

董河毅

（山西省萬家寨引黃工程管理局，山西 太原 030012）

燒結粉煤灰、煤矸石多孔磚是一種新型的節能墻體，論文從多孔磚的力學性能、結構靜力、地震反應分析、熱工性能試驗及二維傳熱等方面進行了分析，介紹了燒結粉煤灰、煤矸石多孔磚保溫的優缺點，指出了其應用前景。

墻體保溫；燒結；粉煤灰多孔磚；煤矸石多孔磚

一、墻體保溫的意義

在中國，建筑能耗連同墻體材料生產能耗已超過全國能源消耗總量的1/4，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上。在400億平方米的城鄉既有建筑中，高能耗建筑占95%以上。目前我國單位建筑面積能耗是氣候相近的發達國家的3～5倍，而中國資源占有量不到世界平均水平的1/5，人均資源占有量則更少。而發達國家則通過持續不斷的努力，使新建建筑采暖能耗已經降低至1973年石油危機前的1/5～1/3。隨著我國經濟建設的快速發展，以及人們生活水平的提高，建筑室內熱環境舒適度的要求逐漸增加，建筑能耗還要增加，建筑能耗占總能耗的比重還會加大。如果放任高能耗建筑繼續大力興建，能源供應難以為繼，勢必影響發展國民經濟戰略目標的實現。

1986年，建設部頒布《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-86），要求在原有基礎上節能30%。1995年建設部又提出新的要求，在1986年的基礎上再節能30%。2005年國家又將部分重點地區的建筑節能標準在1995年的基礎上再節省30%。要實現這一目標，就需要在墻體技術系統、供暖技術系統、新材料、施工工藝和住宅體系等方面尋求突破。

二、常見的保溫形式

（一）單一墻體

1.實心黏土磚墻體

我國現有建筑墻體用實心土磚的生產企業約有12萬個，占地500多萬畝，每年燒磚近7000億塊，取土14億m3，相當于毀田120萬畝；同時，實心黏土磚保溫性能差，每年采暖能耗12多億噸煤。由此計算，每年僅墻體材料的生產能耗和北方地區采暖能耗合計就約占全國能源消費總量的15%以上，僅燒磚一項每年就排放CO217億噸。如果實心黏土磚產量繼續增長，不僅增加墻體材料的生產能耗，而且將導致新建建筑的采暖能耗和空調能耗大幅度增加，將嚴重加劇能源供需矛盾。實心黏土磚同國外同體積墻體材料相比，其生產能耗平均為發達國家的2倍以上，外墻外保溫隔熱性能相差4~5倍，空調和采暖的很大一部分負荷是由墻體造成的，寶貴的能源白白浪費了。然而，由于諸多因素影響，全國以黏土磚和非節能建筑為主的格局尚未得到根本改變，毀田燒磚、破壞耕地的現象屢禁不止，特別是近年來城鄉建設的快速發展，對建材產品的需求量急劇增加，一些地區實心黏土磚生產呈增長態勢?？梢?，取土制磚不僅毀壞耕田、浪費能源，而且嚴重制約著我國國民經濟的可持續發展。

2.空心磚和空心砌塊墻體

據統計，目前我國在170個城市實行了禁止生產和使用實心黏土磚的政策。隨著墻改工作的推進，有些城市將黏土空心磚也列為禁止生產的產品。在土地資源緊張的大城市及其周邊地區和人均耕地較少的東部沿海發達地區，應限制黏土制品（包括空心黏土磚）的生產和使用；但在我國的中西部和北方地區，有很多的土丘、土山，黏土資源十分豐富，從實際情況出發，可在一定范圍內繼續生產燒結多孔磚和空心磚；在我國的西南地區，有豐富的頁巖資源，可大力發展燒結的頁巖空心磚；在黃河沿岸地區，可充分利用淤泥生產空心磚；在南方河湖較多的地區，可利用河泥、湖泥發展空心磚制品。特別是在一些工業發達地區，可以利用工業廢料研發生產空心磚和空心砌塊制品，在生產保溫產品的同時，又利用了工業廢料，減輕環境污染。擁有豐富黏土陶粒、頁巖陶粒等堆積密度為300～500kg/m3輕集料的地區，可利用這些輕集料生產制作保溫砌塊，用于建筑墻體保溫，尤其適用于嚴寒地區高層框架結構的填充墻。

3.加氣混凝土墻體

與傳統黏土磚墻體材料相比較，加氣混凝土的計算導熱系數約為黏土磚砌體的30%。因此，加氣混凝土是一種保溫性能好、節能效果顯著的墻體材料。利用加氣混凝土的這一的優勢，將其用于框架填充墻及低層建筑承重墻，可取得較好的保溫效果。當建筑節能要求較高時，可采用在墻體內側涂抹保溫砂漿，或在砌塊孔洞內填充一些導熱系數低的保溫材料，在外表面涂刷保溫涂料等手段來提高保溫效果。采用粉煤灰為原料的加氣混凝土，具有利廢、節能和價廉等優點。

（二）復合墻體

作為承重用的單一材料墻體，往往難以同時滿足較高的絕熱（保溫、隔熱）要求，因而在滿足建筑保溫節能要求的前提下，復合墻體已經成為建筑墻體的主流。復合墻體一般采用磚砌體或鋼筋混凝土作承重墻，并與絕熱材料復合；采用鋼或鋼筋混凝土框架結構時，用薄壁材料夾以絕熱材料作墻體。

1.外保溫復合墻體

（1）外保溫復合墻體及其優點

外保溫復合墻體的做法是將絕熱材料復合在承重墻外側。外保溫復合墻體與內保溫復合墻體相比，具有以下優點：

①保護主體結構，延長建筑物使用壽命。由于外保溫墻體的保溫層置于建筑物圍護結構外側，減小了因溫度變化導致結構變形產生的應力，減輕了空氣中有害氣體和紫外線對圍護結構的侵蝕，避免了雨、雪以及凍融、干濕循環對主體結構造成的破壞。

②基本消除了熱橋的影響。外保溫復合墻體既可以防止熱橋部位產生結露，又可以消除熱橋造成的熱損失，節約了能源。

③墻體潮濕情況基本得到改善。一般情況下，內保溫復合墻體須設置隔氣層，而采用外保溫時，由于蒸汽滲透性高的主體結構材料位于保溫層的內側，因此只要保溫材料選材適當，在墻體內部一般不會發生冷凝現象，故無需設置隔氣層。同時，采取外保溫措施后，結構層整個墻身的溫度有所提高，可進一步改善墻體的保溫性能。

④有利于室溫保持恒定。由于外保溫復合墻體蓄熱能力較大的結構層在墻體內側，當室內受到不穩定熱作用時，墻體結構層能夠吸收或釋放熱量。

⑤便于既有建筑物的節能改造。與內保溫復合墻體相比，采用外保溫復合墻體方式對既有建筑物進行節能改造時，最大的優點是無需用戶臨時搬遷，基本不影響用戶的室內活動和正常生活。

⑥避免了裝修對保溫層的破壞。

⑦增加了建筑物的使用面積。由于外保溫技術所用保溫材料置于墻體的外側，其保溫、隔熱效果優于內保溫，故可使主體結構墻體減薄，從而增加了建筑物的使用面積。

2.內保溫復合墻體

內保溫復合墻體的做法是將絕熱材料復合在承重墻內側，簡便易行，目前應用較為廣泛。在滿足建筑物承重要求的前提下，墻體可適當減薄。絕熱材料往往強度較低，需設覆面層防護。有些在保溫層內設隔氣層，則有保溫及隔氣之效。目前較為常用的內保溫技術有：增強石膏復合聚苯保溫板、聚合物砂漿復合聚苯保溫板以及增強水泥復合聚苯保溫板、內墻貼聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯顆粒保溫料漿加抗裂砂漿壓入網格布的做法。

增強粉刷石膏聚苯板外墻內保溫墻體是最常見的一種內保溫復合墻體。這種墻體以阻燃型泡沫聚苯板為保溫材料，這種板材貨源充足、導熱系數低，具有一定強度，尺寸靈活，切割方便，密度可依設計要求，一般以大于18 kg/m3為宜。施工時，以粘結石膏作為粘結劑，抹灰材料采用石膏粉與外加劑相混合配制的粉狀袋裝粉刷石膏，加適量水即可施工；干燥固化快，不會出現空鼓開裂。這種內保溫復合墻體的表面微孔結構可改善呼吸透氣效果，并具有良好的防火性能。當采用被覆中堿玻纖網格時，可提高墻體的整體強度、剛度和表面抗裂性及保溫層的抗沖擊性能。內保溫復合墻體的保溫結構一般為干作業施工，可加快施工進度，提高生產效率。

三、燒結多孔磚內保溫體系的推出

由于燒結多孔磚砌體本身有很好的保溫效果；而且磚本身也是一種很好的裝飾材料，清水墻或對墻體稍微進行一定的處理，都會有很好的裝飾效果，同進各種保溫砂漿的出現使得保溫更容易進行。對它進行內保溫，能一定程度上克服內保溫的缺點，更好地發揮內保溫的優點。為了達到很好的經濟性，使其更好地在經濟正在發展的城鄉進行推廣。在對燒結多孔磚進行了一定的熱工試驗基礎上，推出燒結多孔磚內保溫體系。

本體系可以克服傳統內保溫的以下缺點：

（1）保溫砂漿的使用可以很好地對窗邊冷橋進行克服；

（2）對構造柱圈梁等處的冷橋能起到很大的減弱作用。

1.燒結多孔磚的力學性能

通過對粉煤灰和煤矸石燒結多孔磚本身的性質進行跟蹤檢測，與規范要求進行對比，進一步對其砌體結構進行基本力學試驗：砌體抗壓、抗剪，得到其抗壓強度、抗剪強度并對其破壞過程進行分析對比，對其彈性模量、變形曲線、波松比等進行了分析。分析研究表明，粉煤灰、煤矸石燒結多孔磚本身性質很好地滿足國家規范的要求；其砌體的基本力學性能從變形到破壞與黏土磚的基本上一致，滿足要求；得到的抗壓、抗剪強度都比規范公式計算的要大；并得到合理的彈性模量、波松比。

2.燒結多孔磚結構靜力及地震反應分析

用ansys分析軟件建立粉煤灰、煤矸石燒結多孔磚砌體五層試驗樓，對其靜力荷載下的受力與變形進行分析，進一步運用模態分析、譜分析對其進行抗震能力分析。

通過其靜力模擬，可知燒結粉煤灰、煤矸石多孔磚砌體結構在對稱荷載作用下，結構變形、應力呈正對稱性，其變形及受力情況符合理論分析結果，受力變形規律同普通磚砌體相同，墻體整體上處于受壓狀態，充分發揮了燒結粉煤灰、煤矸石多孔磚砌體優越的抗壓性能等。

通過模態分析，得到合理的自振周期、頻率，在一般的砌體結構變化范圍之內，進一步通過譜分析得知結構剪力、變形都很小，結構的地震反應總是以低階振型反應為主，結構的變形主要以剪切變形為主，有很好的抗震能力，此結構可以在地震區域很好地進行推廣。

3.燒結多孔磚熱工性能試驗及有限元非線性

通過實驗，運用WRCD穩態熱傳遞性質測定裝置對370mm厚的燒結多孔磚墻體內保溫的傳熱系數進行了測定，通過試驗得到單層砌體的K值，進而推出其值，且與規范以往規定一致；得到加保溫層的砌體K值，通過與規范公式計算相比較，得知根據規范計算所得結果比實際測試結果要保守得多。多孔磚結構由于本身多孔的結構特點，內部空氣的流動對結構的保溫性能起著很大的作用，并不能簡單地按照規范公式進行計算，而是隨著保溫層的厚度產生非線性的特點。

4.燒結多孔磚二維傳熱計算

運用ansys軟件對砌體墻的保溫效果進行了分析。推出燒結多孔磚砌體內保溫結構體系，解決了內保溫本身的缺點：節點保溫、窗邊保溫。通過與外保溫進行對比，找到比較合理的保溫形式，并對窗邊保溫與否進行了分析、對比，得出了窗邊保溫的必要性。

［1］馬翠芬.自保溫節能承重多孔磚的研究與應用［J］.山東建筑大學學報，2009，（1）.

［2］何勁波.保溫混凝土多孔磚節能建筑體系［J］.磚瓦世界，2010，（7）.

［3］關雅賢.外墻外保溫混凝土多孔磚砌體的應用［J］.21世紀建筑材料，2009，（4）.

TU

A

1673-0046（2010）11-0161-02