摻粉煤灰類輕質自保溫墻板的制備研究

摘 要：本研究設計了一種以摻粉煤灰的陶粒混凝土作為內、外葉墻材料，保溫層采用聚苯板的高效節能型輕質自保溫復合墻板，并對其制備方案與保溫性能做了進一步研究。在保證陶粒混凝土強度和抗滲性的前提下，得到了強度為LC30的陶粒混凝土的最優粉煤灰摻量和各組分配合比。以LC30的摻粉煤灰陶粒混凝土和聚苯板澆筑出保溫墻板，并通過傳熱系數的理論計算和熱工性能試驗得到內、外葉墻、保溫層的最優尺寸以保證墻板達到最佳的保溫性能。通過試驗研究與理論計算證明了其保溫性能好，抗滲性能優越，然而強度并不遜于常規混凝土。

關鍵詞：粉煤灰 陶粒混凝土 配合比 熱工性能

0、引言

保溫墻板是在首先滿足房間圍護功能要求的前提下，對墻板進行熱工性能的改善，使其滿足建筑節能的各項要求。目前所研究的墻板保溫體系，即外保溫體系、自保溫體系、內保溫體系，由于保溫材料研究的時間比較短，很多保溫技術都不是很成熟，主要是以eps、xps、聚氨酯這些摻合料為主的有機復合保溫材料。雖然這些材料的保溫效果能夠達到規范指標要求，但是不采取有效的構造措施很難滿足防火和耐久性的要求，且存在有毒氣體的問題。外墻自保溫體系與其他保溫體系的區別在于，在保證墻體能承受一定的荷載墻體本身還具有保溫性能的前提下，保溫材料置于體系內部，具有很高的防火等級。

本研究提出了以聚苯板為內保溫層[7]，摻粉煤灰的陶粒混凝土板為外葉墻的JW型輕質復合自保溫墻板，結構形式如圖1。

1、實驗材料與配合比設計

實驗材料選用合適材料特性的水泥、陶粒、粉煤灰、砂、水。參照《輕集料混凝土技術規程》JGJ51-2002，采用松散體積法，確定陶粒混凝土基本配比，并通過正交試驗分析，最終確定出LC30陶粒混凝土水膠比為0.61，砂率為30%，進而得出制備試塊所需水泥、砂、陶粒、水的質量，然后按照粉煤灰代替水泥的量為水泥總量的0、10%、20%、30%的4種工況制備四組LC30陶粒混凝土。

2、配合比的優化選擇

2.1 陶粒混凝土強度分析（圖2）

2.2 陶粒混凝土滲透性分析

目前，對普通混凝土的抗滲性研究，我們知道粉煤灰能降低混凝土中氯離子的滲透系數，但是，促使普通混凝土的水滲透性和空氣滲透性提高不少。其主要原因是粉煤灰拌合時與骨料接觸，水化作用前，粉煤灰能降低水泥漿和骨料的黏結，顆粒表面吸附得水膜使過渡區更加多孔。對標準養護28天的四組配合比陶粒混凝土試塊進行滲透深度的測試發現，陶粒混凝土中加入粉煤灰提高了陶粒混凝土的抗滲性（圖3）。

通過上述對不同粉煤灰摻量的陶粒混凝土標準試塊，進行抗壓強度、滲透性的測試結果分析發現：①當粉煤灰代替水泥摻入量為20%時，陶粒混凝土試塊后期強度增加明顯，標準養護齡期為28天時，基本趕上普通陶粒混凝土強度；②不同粉煤灰摻量的陶粒混凝土的抗滲性變化走向與其抗壓強度的走向大致相同，粉煤灰替代水泥摻量20%時，粉煤灰充分填充到水泥漿里面，有效提高了陶粒混凝土試塊的抗滲性。

3、熱工性能分析

3.1 成型及養護

本試驗需要制得的自保溫墻體厚度為150mm，保溫墻體構件尺寸為1000毫米×1000毫米。根據本研究試驗步驟，制出如表1所示尺寸的自保溫板。

根據前期陶粒混凝土的研究結果，按照粉煤灰摻量為20%的配合比，稱量制作試件所需要的摻合料。待試件成型后進行自然養護，三天后進行拆模，然后堅持定期灑水，促進試塊水化反應的進行。

3.2傳熱系數理論計算

本研究主要以《民用建筑熱工設計規范》GB50176-93為研究依據，驗證本研究所提出的新型輕質自保溫復合墻板，復合國家對建筑物65%的節能標準的要求。

本研究墻板應用于夏熱冬冷地區，屬于三層圍護結構，使用《民用建筑熱工設計規范》GB50176-93得出傳熱系數的計算方法，并參考相關研究成果。計算可知PW型試件不滿足保溫節能要求，可以淘汰掉。經過綜合分析， JW-3、JW-4、JW-5型墻板作為我們下一步的研究對象，其傳熱系數分別為1.06 W/m2K，0.74 W/m2K，0.57 W/m2K。

3.3熱工性能試驗

通過熱工性能試驗發現：墻體的保溫性能隨聚苯板厚度的增加并非線性的。當聚苯板厚度從30mm增大至50mm時，保溫層內外溫差增加了4.190C，保溫效果明顯提升；而當聚苯板厚度從50mm增大至70mm時，保溫層內外溫差僅僅增加了0.240C，保溫效果并沒有多大差異。因此，在考慮材料協同保溫方面的能力和保溫穩定性的優勢，優先選擇JW-4型保溫墻板。

4、結論

（1）以粉煤灰部分取代水泥配制陶粒混凝土。以工業廢渣粉煤灰取代20%的水泥，減少水泥的消耗，從水泥生產的源頭即可降低能耗、減少污染。保溫墻板葉墻材料選用陶粒混凝土使得墻板質量較常規墻板質量更輕，并引入粉煤灰以提高陶粒混凝土的抗滲性，同時又提高了墻板的保溫性能。

（2）通過理論計算得出JW型和PW型保溫墻板的傳熱系數，二者進行對比分析，理論證明了JW型自保溫墻板的保溫性能和耐久性的優越性。

（3）通過熱工性能檢測試驗，研究分析在墻板兩側不同的穩態溫度下各板層的溫度分布與保溫夾心層厚度的關系，確定了一定墻板厚度下所使用保溫夾心層的最佳尺寸。

參考文獻

[1]程時煙.玻化微珠保溫砂漿在福建屋面保溫工程的應用探討[J].城市建筑，2012（17）：734-735.

[2]曲秀莉.陶粒聚苯復合外墻保溫TJM板施工技術研究[J].北京建筑工程學院學報，2001（35）.

[3]中華人民共和國建設部.輕骨料混凝土技術規程（JGJ51-2002）[S].北京：中國建筑工業出版社.

[4]中華人民共和國建設部. 民用建筑熱工設計規范（GB50176-93）[S].北京，中國建筑工業出版社.

[5]曲秀莉.陶粒聚苯復合外墻保溫TJM板施工技術研究[J].北京建筑工程學院學報，2001（35）.

作者簡介：黃津麒（1996.02），男，河南開封人，河南大學土木建筑學院2014級本科生，土木工程專業475000。