模數(shù)多孔磚砌塊磚的塊型設(shè)計(jì)

■ 何水清 He Shuiqin

0 前言

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻是提高保溫性能、降低采暖能耗的主要考量，對(duì)墻體砌塊的設(shè)計(jì)及其砌筑時(shí)的工藝已成為保障提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻的關(guān)鍵。我國建筑材料業(yè)的研究機(jī)構(gòu)與廠家通過數(shù)十年的探索已研發(fā)出各種材料類型的新型節(jié)能墻體砌塊，如內(nèi)、外保溫復(fù)合墻體的板材，多孔空心磚，加氣混凝土磚及模數(shù)多孔砌塊磚等塊型。其中，模數(shù)多孔砌塊磚型被列為國家節(jié)能墻體新材料行列，已成為住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要部品。

1 模數(shù)多孔砌塊磚的設(shè)計(jì)

砌塊磚型直接與制磚生產(chǎn)制作與工藝技術(shù)要求有關(guān)，同時(shí)也涉及到建筑體系的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段,，是科學(xué)管理的重要組成部分。而模數(shù)化則是標(biāo)準(zhǔn)化的手段之一，通過模數(shù)化設(shè)計(jì)使產(chǎn)品得到最大化的使用。砌塊磚型的模數(shù)化設(shè)計(jì)不僅涉及到砌塊磚形狀的優(yōu)化，也涉及到建筑材料的熱工、聲學(xué)等物理性能，更涉及到建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料抗震強(qiáng)度及砌筑工藝等。

砌塊磚型模數(shù)化是通過現(xiàn)行模數(shù)制對(duì)砌塊磚長、寬、高尺度進(jìn)行合理的體型設(shè)計(jì)，使砌塊磚型能滿足建筑設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化要求。砌塊磚型適應(yīng)建筑設(shè)計(jì)的多元性要求，采用模數(shù)化的數(shù)列進(jìn)級(jí)變化對(duì)砌塊磚設(shè)計(jì)成尺度上的系列產(chǎn)品，還應(yīng)在不影響強(qiáng)度條件下節(jié)約材料設(shè)計(jì)成多孔形狀的磚型。在建材業(yè)中，模數(shù)多孔砌塊磚常稱為模數(shù)磚。模數(shù)磚具有小而多的豎孔，常用于承重部位，若孔洞率達(dá)到15%以上的稱為模數(shù)多孔磚。

實(shí)踐證明，模數(shù)砌塊的磚型尺度以長∶寬∶高即4∶2∶1最為合理，模數(shù)多孔砌塊磚在建材業(yè)中稱為4M∶2M∶1M。之外，還有較常用的尺度是3M∶2M∶1M，3M∶1M∶1M及2M∶1M∶1M的磚型。

2 模數(shù)多孔砌塊的磚型

模數(shù)多孔砌塊磚有2M、3M、4M等系列產(chǎn)品。在砌筑工藝的要求上，磚的構(gòu)造尺寸加上砌筑灰縫的厚度10mm，則4M∶2M∶1M的模數(shù)磚塊構(gòu)造尺寸即為390mm×190mm×190mm，而半模配塊尺寸為190mm×90mm×40mm。

2.1 主磚

DM1常用于砌筑240mm厚的內(nèi)、外墻，也可以砌筑190mm厚的內(nèi)墻，是一種塊型大而施工效率高的主要砌塊磚。

DM2是常用于多層住宅建筑的磚混結(jié)構(gòu)砌墻，是在模數(shù)多孔砌塊磚中用量最多的磚型。在南方常用以砌筑190mm的內(nèi)、外墻，而在北方用以砌筑內(nèi)墻用途的較多。實(shí)踐證明，對(duì)于小開間住宅建筑采用190mm厚的墻比用240mm厚的墻用磚可節(jié)約20.8%，達(dá)到省工省料且擴(kuò)大室內(nèi)空間的效果。

DM3是砌筑140mm厚的墻，也可以用于砌筑190mm厚的墻。在建設(shè)新農(nóng)村的三層以下住宅建筑較為經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)也可用于多層住宅建筑的分隔和分戶墻。

DM4由于磚塊型體小，一般常用于砌筑90mm分隔墻，也可砌筑190mm、290mm、390mm厚的墻。但不如塊型大的砌塊磚好用，工作效率較低。

2.2 二磚組合

DM2、4可用于砌筑90mm、190mm、290mm、390mm厚的墻。

DM1、4常用于砌筑90mm、240mm、340mm厚的墻。

DM2、3可砌筑140mm、190mm、340mm厚的墻。

DM3、4—可砌筑90mm、140mm、240mm厚的墻。

這四種DM二磚組合的磚型在建筑施工砌筑工藝上有較多的選擇搭配方法，能到達(dá)節(jié)能的效果。

2.3 三磚組合

DM2、3、4可砌筑 90mm、140mm、190mm、240mm、290mm、340mm、390mm厚的墻。

DM1、2、4可砌筑140mm 、190mm、240mm、340mm、390mm厚的墻。

DM1、3、4常用于砌筑 90mm 、140mm、240mm、340mm厚的墻。

其中DM1.3.4砌塊磚型在建筑施工中使用于最多的塊型大的磚塊，既能提高工效也能達(dá)到節(jié)能的效果。

3 模數(shù)多孔砌塊磚的孔形設(shè)計(jì)

模數(shù)多孔磚的孔形常設(shè)計(jì)成圓孔和矩形孔。圓孔磚的受力性能較好，易于生產(chǎn)，多用于內(nèi)墻承重或保溫隔熱要求不高的外墻；矩形孔磚保溫隔熱性能較好，常用于外墻保溫兼承重。根據(jù)《多孔磚墻體建筑構(gòu)造》（96SJ101）和《多孔磚墻體結(jié)構(gòu)構(gòu)造》（96SG612）國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集選用的有190、290等系列的模數(shù)多孔磚。

3.1 190系列模數(shù)多孔磚

190系列模數(shù)多孔磚尺寸有：DM1(190mm×240mm×90mm)、DM2(190mm×190mm×90mm)、DM3(190mm×10mm×90mm)、DM4(190mm×90×90mm)。

3.2 290系列模數(shù)孔磚

290系列模數(shù)多孔磚尺寸有：DM1(290mm×240mm×90mm)、DM2(290mm×190mm×90mm)、DM3(290mm×10mm×90mm)、DM4(290mm×90×90mm)。

3.3 配磚

配磚尺寸有：(190mm×90×40mm)。

按照上述原則選定模數(shù)多孔砌塊磚，還可采用190mm×290mm×90mm、190mm×340mm×90mm等的尺寸，而配磚也可采用140mm×90mm×90mm的尺寸。

4 隔熱保溫設(shè)計(jì)

系列化的模數(shù)多孔砌塊磚型無論生產(chǎn)制造，還是設(shè)計(jì)、施工，都符合我國目前建筑建材業(yè)應(yīng)用。但對(duì)孔型設(shè)計(jì)還得從生產(chǎn)工藝、熱工性能及力學(xué)性等考慮。

按北京地區(qū)節(jié)能30%～50%的要求，外墻要達(dá)到500mm厚實(shí)心磚墻的保溫性能。考慮到我國砌筑施工習(xí)慣，主磚橫、豎都有的砌筑工藝。主磚設(shè)計(jì)為190mm×190mm×90mm的方磚形，孔型為T字型，方磚兩個(gè)方向的導(dǎo)熱系數(shù)相同；配磚設(shè)計(jì)成一字形長條形孔，規(guī)格為190mm×140mm×90mm，該磚是一個(gè)方向砌筑工藝。這樣使190mm厚的磚與140mm厚的磚砌筑成340mm厚的墻體，其熱阻值相當(dāng)500mm厚實(shí)心磚的保溫性能。若240mm厚的磚與140mm厚的磚砌筑組合成390mm厚的墻體，其熱阻值相當(dāng)620mm厚的實(shí)心磚墻保溫性能。由于砌塊磚的體形較大，其中間的大孔對(duì)操作工很容易用手抓孔持磚作業(yè)，如DM1、DM2、DM3形體（表1 ）。

從熱工性能上分析，模數(shù)多孔磚砌塊磚的傳熱機(jī)理過程較復(fù)雜，要考慮坯體導(dǎo)熱、磚孔腔內(nèi)空氣自然對(duì)流傳熱、磚孔壁間輻射換熱等傳熱因素的綜合條件下的作用。因此，模數(shù)多孔磚砌塊磚的熱阻值的數(shù)值計(jì)算有兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）涉及導(dǎo)熱數(shù)值的計(jì)算，空腔的自然對(duì)流及壁表面輻射數(shù)值的計(jì)算；

（2）應(yīng)用導(dǎo)熱、自然對(duì)流、輻射三種傳熱方式耦合的數(shù)值處理方法。

首先采用電模擬方法測出模數(shù)多孔磚的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，而對(duì)墻體熱阻值的測定，是在人工氣室中對(duì)實(shí)物砌體進(jìn)行測定，其保溫效果如表2。

在2005年對(duì)夏季隔熱和冬季保溫進(jìn)行試驗(yàn)：

（1）冬季試驗(yàn)用340mm厚的模數(shù)多孔磚墻體的總傳熱系數(shù)為1.22W/(m2·K),外墻熱阻值相當(dāng)于500mm厚實(shí)心磚墻體的保溫性能。

（2）夏季隔熱試驗(yàn)在室內(nèi)自然通風(fēng)工況下，用340mm厚的模數(shù)多孔砌塊磚（內(nèi)外均未粉刷），外墻的內(nèi)表面最高溫度低于室外計(jì)算溫度最高值（36.3℃）3 ℃,室內(nèi)、外最高溫度的溫差在4.7℃ 。因此，可得出模數(shù)多孔砌塊磚用于外墻體的隔熱效果明顯，單一材料墻體就能夠達(dá)到節(jié)能30%～50%節(jié)能要求。

表1 DM1、DM2、DM3模數(shù)多孔磚性能

表2 模數(shù)多孔磚墻體保溫性能

5 模數(shù)多孔砌塊磚的應(yīng)用

模數(shù)多孔砌塊磚經(jīng)過長期使用已得到較滿意的效果。模數(shù)多孔砌塊磚墻體與常用的空心磚墻體相比，具有較多優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)省原材料，一般情況下可節(jié)約25%～30%。

（2）孔洞率較高，孔洞率可在29.6%～33.8%范圍內(nèi)。

（3）內(nèi)摻廢渣量較大，廢渣的摻量一般大于20%左右，而粉煤灰大于40%。

（4）保溫性能較好，340mm厚的模數(shù)多孔砌塊磚相當(dāng)于500mm厚的實(shí)心磚的墻體保溫性能；390mm厚的模數(shù)多孔磚墻，相當(dāng)于620mm厚的實(shí)心磚清水墻的保溫性能。

（5）強(qiáng)度較高，模數(shù)多孔砌塊磚的強(qiáng)度大于MU10，可用于內(nèi)外墻承重。墻體的整體性和延伸性都很高，提高了抗震性能，能用于多層和高層住宅建筑。

（6）體輕塊大，減輕墻體自重，降低建筑成本費(fèi)用。

（7）系數(shù)化程度高，施工中不用砍磚，提高砌筑效率。

（8）減少砌筑時(shí)的砂漿用量。