復合保溫砌塊墻體材料制備及性能研究

王 亮

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復合保溫砌塊墻體材料制備及性能研究

王 亮

（陜西省行政學院, 陜西 西安 710068）

作為一種集承重與保溫于一體的墻體材料，復合保溫砌塊在建筑工程中的應用量逐漸增加，為了滿足建筑節能要求，我國當前的墻體保溫材料多以有機高分子材料為主，但其日益凸顯的防火與環保劣勢不斷縮小著自身的市場份額。以優化復合保溫砌塊性能為目的，將無機保溫材料泡沫混凝土填充至混凝土空心砌塊中，進行高性能復合保溫砌塊的制備與性能研究，以提供理論基礎于建筑工程中墻體保溫材料的設計，提高工程質量。

泡沫混凝土；混凝土空心砌塊；復合保溫砌塊

作為建筑維護結構的主體，墻體的保溫性能對建筑節能有著重要的影響。1866年，美國哈契遜獲得首個空心砌塊專利，自此，混凝土空心砌塊得到全球的廣泛應用。西方國家目前在混凝土空心砌塊的保溫性能方面取得了顯著的研究進展，如美國、加拿大、波蘭、芬蘭相繼研制并推出TB式、IMSI式、U型咬合式、三明治式復合保溫砌塊等[1]。我國經濟的迅猛發展與人民生活水平的不斷攀升日益增加了人們的空調采暖要求，建筑能耗亦由此持續上升[2]。為了緩解能源壓力，推動經濟與環境實現可持續發展，真正以對節能設計標準的嚴格實施為前提適應建筑節能的重要要求，我國部分企業陸續從國外引進先進經驗，進行復合保溫砌塊生產線與復合保溫砌塊塊型的積極研發，所生產的產品已在框架結構、多層混凝土小型空心砌塊、配筋小型空心砌塊等建筑類市場得到較多的應用。圖1為當前國內外常見的幾種復合保溫砌塊塊型。

復合保溫即將保溫層夾于墻體中間，通常，砌于保溫材料兩側的混凝土砌塊或磚砌塊共同構成主墻體部分，巖棉板、聚苯板、玻璃面板或袋裝膨脹珍珠巖等為保溫材料[3]。針對現有復合保溫砌塊大多存在的保溫隔熱性能、耐火性能與耐候性能較差、使用壽命較短等問題，文章進行泡沫混凝土保溫材料與現有混凝土砌塊的復合研究，實現對現有復合保溫砌塊墻體材料的改造與再制備，提高其保溫隔熱、耐火、耐候等多種性能。

圖1 復合保溫砌塊常見塊型

1 實驗部分

1.1 原材料

我國建筑墻體的保溫材料種類豐富，以有機與無機兩種保溫材料最為流行。有機保溫材料雖然質輕、導熱系數小且吸水率不高，但易開裂、耐久性較差且易燃，燃燒之時伴隨毒氣體的生成；相較于有機保溫材料，無機材料在防火、阻燃、安全性等方面的優勢較為突出。近年來，有機保溫材料事故的頻發減少了其在市場中的份額，而基于安全性高這一勝出因素，無機保溫材料的市場份額越來越大。文章將無機填充型復合保溫砌塊作為具有保溫、承重、阻燃等多種功能的新型墻體材料進行材料制備與性能的研究。出于對泡沫混凝土內部封閉式空洞很多，導熱系數較之普通混凝土低很多[4]這一因素的考慮，制備環節采用泡沫混凝土作為保溫芯材。

制備工作用到多種材料：拌合水、水泥、泡沫劑、高效減水劑、粗細骨料等[5]，表1所示為原材料選型與用途。

表1 配置泡沫混凝土與混凝土空心砌塊的原材料選型與用途

1.2 主要儀器設備（表2）

表2 實驗儀器設備

1.3 制備方法

復合保溫砌塊墻體材料的制備需要兩個大工序。第一，制備泡沫混凝土（圖2）。（1）按照特定比例（1:20或1:30）加水對泡沫劑進行稀釋，將稀釋后的溶液置于高剪切實驗室中的乳化機制泡機中，調整設備轉速到7 000 r/min，在發泡過程中對發泡情況進行密切觀察，保證所制泡沫的均勻性與穩定性。（2）根據泡沫混凝土性能的不同，將適量鋁酸鹽水泥摻入普通硅酸鹽水泥中，確定水泥、泡沫劑與相應外加劑的含量比，制成水泥漿。（3）將泡沫倒入攪拌機中，為了保證泡沫可以和水泥漿均勻混合，需在攪拌1 min后進行人工翻倒，然后繼續攪拌，循環此過程大約3至5 min即可。第二，制備復合保溫砌塊。在15至25 ℃的室溫環境下，人工將第一步制成的泡沫混凝土澆注到成型模具空心砌塊的空腔中，維持此環境對其進行覆膜與自然養護處理至成型。

圖2 泡沫混凝土制備流程

2 性能測試

2.1 干密度測試

參照《蒸壓加氣混凝土性能實驗方法》，將制備成功的試件放到室溫標準的養護室中，對其進行標準化養護，達到規定養護齡期后，從養護箱中取出，置于電熱鼓風干燥箱中，在設定溫度下分別對其進行烘干處理（60 ℃與80 ℃各烘干24 h，之后在105 ℃下烘干）。烘干過程中需要每隔4 h對砌塊進行一次稱重，若稱重滿足條件“前后兩次稱重的重量差不大于試件質量的0.5%”則停止烘干，計算試件干密度。

2.2 吸水率測試

將從養護箱中取出的試件放到電熱鼓風干燥箱中，同樣在設定溫度下分別對其進行烘干處理，處理同干密度測試，當試件重量不再變化之時，將其置于溫度為15至25 ℃的水槽中，加水浸泡25 h后取出，用濕抹布擦去表面水分，計算吸水率。上述步驟同樣參照《蒸壓加氣混凝土性能實驗方法》。

吸水率計算公式如下：

上式為質量吸水率，即材料在吸水飽和時內部洗水后的質量占材料干燥質量的百分率。

式中：—材料的干燥質量；

1—材料吸水后的飽和質量。

2.3 導熱系數測試

采用上述烘干方法將試件烘干至恒重后取出，在室外對其進行冷卻處理，當試件達到室溫后，利用導熱系數測定儀測定其導熱系數。具體地，利用衡量器切割打磨試件，使其表面變得光滑，然后通過JTRG型建筑熱流計式導熱儀測定光滑試件表面，探頭與試件成夾層結構，為了降低接觸熱阻，試件光滑表面與探頭應越緊越好。測試過程中需對探頭電阻隨時間變化的規律進行記錄，軟件會自動計算試件的導熱系數。

2.4 力學性能測試

該測試無需對試件進行烘干處理，在達到規定養護齡期之后便可從養護箱中取出試件，用于表示力學性能的系數主要包括抗折強度與抗壓強度[6]等。其中，抗折強度可通過KZJ-500電動抗折式實驗機直接觀察得到，在觀察之前，需擦拭試件表面，保證試件上無水分殘留，同時，還要清除夾具圓柱表面的雜物。將試件放到測試設備的支撐輯上，用刮刀刮平其成型面后側向放置，使試件的棱邊垂直于支撐輯，各支撐輯同加荷輥的距離應相等。夾具的調整杠桿在放入試件之前必須平衡，放入試件后，啟動電機，使絲杠發生旋轉，油鉈會緩慢移動開始加載工作，在加載到一定程度后，試件會發生斷裂，這時可通過主尺數據直觀得到抗折強度。

在進行抗壓強度測試時，利用WDW-YAM-300型壓力實驗機，對經過抗折強度測試發生斷折的試件進行抗壓強度測試。平整放置試件于抗壓夾具（材質主要為硬鋼）中，試件的成型面應與受壓面垂直，然后，將放置試件的抗壓夾具放到實驗機的上臺板與下臺板中間，試件需緊排在下臺板的夾具測量擋板上，中心與下臺板的球軸中心相對應。啟動設備進行加載至試件破壞，記錄其破壞荷載，計算抗壓強度。公式如下：

式中：—抗壓強度；

—破壞載荷；

—承壓面積。

2.5 復合保溫砌塊熱工性能測試

采用復合保溫砌塊與對應形狀的混凝土空心砌塊，以一般砌法將其砌筑于試件架內，內抹混合砂漿，外抹水泥砂漿，利用黃油在干燥砌塊的冷（外）面與熱（內）面分別放置溫度與熱流傳感器，然后利用雙面膠將線纜固定于墻體之上。讓傳感器與JTNT-C傳熱系數檢測儀相連進行數據采集，之后合緊冷熱箱與試件架，啟動設備，調節兩箱數據，以此控制測試溫度，記錄所得數據。此次測試中砌塊墻體試件的人工性能通過熱箱法來監測，利用熱流傳感器進行平均熱流量的測量，然后用溫度傳感器測其冷熱表面均溫，計算內外表面溫差，溫差與平均熱流量之比即墻體材料的平均熱阻值，由此計算墻體的平均傳熱系數。

3 結果與討論

以探索性分析為基礎，對圖3所示泡沫混凝土+混凝土空心砌塊的復合保溫砌塊進行實驗，確定其基本性能與標準的相符性，判斷是否可投入或擴大市場份額。

圖3 泡沫混凝土+混凝土空心砌塊的復合保溫砌塊

該復合保溫砌塊中混凝土空心砌塊的厚度為190 mm，泡沫混凝土的厚度不固定，可以靈活改變。砌塊主要應用于承重結構外墻中，可同190 mm砌塊的內墻同時砌筑，這并不會對砌體水平配筋與灌芯柱混凝土等產生影響，在配筋砌體高層建筑中亦有應用。取泡沫混凝土有效厚度40 mm，檢測其性能與復合保溫砌塊性能如表3所示。

表3 泡沫混凝土與復合保溫砌塊的基本性能

根據表3中泡沫混凝土的基本性能，與《泡沫混凝土砌塊》JC/T1062標準進行對照，該泡沫混凝土的性能與強度A0.5、密度等級B03的要求相符。復合保溫砌塊的基本性能亦相符于《混凝土小型空心砌塊》GB8239標準中的相關要求，在今后進行復合保溫砌塊中小型混凝土空心砌塊的設計之時，可以參考《混凝土小型空心砌塊建筑技術規程》JCJ/T14-2004，與當地相關混凝土砌塊的《圖集》相結合。

4 結束語

文章系統分析了內注泡沫混凝土的復合保溫砌塊墻體材料，舉例就泡沫混凝土與復合保溫砌塊的基本性能做了測試，得出以下結論。

（1）泡沫混凝土復合保溫砌塊具有隔熱性與耐火性等優勢，使用壽命較長。水泥與相關外加劑是泡沫混凝土的原材料，與混凝土砌塊、砂漿等的制備材料基本相同，因此，利用泡沫混凝土制備的復合保溫砌塊墻體保溫層與結構層有相同壽命。

（2）泡沫混凝土厚度為40 mm的復合保溫砌塊與我國大多數地區“冬冷夏熱”建筑節能50%的要求相符，故砌塊的應用范圍具有廣泛性，在填充外墻與稱重外墻中均可使用。

（3）相對而言，泡沫混凝土的生產設備投資較小，在很多砌塊企業的承受范圍內，今后復合保溫砌塊的推廣規模會進一步擴大。

［1］ 金立虎.復合保溫砌塊塊型設計、生產設備、生產工藝及施工技術研究[J].墻體革新與建筑節能，2009（2）：41-46.

［2］ 劉見陽，李坤曉.公共建筑節能設計在實際工程中的應用[J].當代化工，2013（5）：698-699.

［3］ 趙學明.談復合保溫砌塊的發展現狀[J].山西建筑，2012（3）：209-210.

［4］ 孫氰萍.泡沫混凝土與混凝土復合保溫空心砌塊的研制[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2008（6）：1-2.

［5］ 范麗龍.基于高性能泡沫混凝土的符合自保溫砌塊的實驗研究[D].浙江工業大學，2012.

［6］ 和圓圓.綠色混凝土復合自保溫砌塊的研制[D].山東建筑大學，2016.

Research on Preparation and Performance of Composite Thermal-insulating Block Wall Materials

(Shaanxi Academy of Governance, Shaanxi Xi’an 710068, China)

As a kind of wall material with the functions of bearing and heat preservation, more and more composite thermal-insulating blocks are needed. In order to meet the need of building energy efficiency, a lot of organic polymer wall insulation materials are used, but their weakness of fireproofing and environmental protection has decreased its market shares. In this paper, in order to optimize the performance of composite thermal-insulating block, preparation and performance of composite thermal-insulating block wall materials were studied, which could provide a theoretical basis on the design of wall materials and enhancing the quality of constructional engineering.

Cellular concrete,Concrete hollow block,Composite thermal-insulating block

TU522.3

A

1671-0460（2017）08-1597-03

2017-06-06

王亮（1985-），男，陜西西安人，助理工程師，2008年畢業于西安工業大學土木工程專業，研究方向：從事市政工程基礎設施，城市內澇的綜合解決技術工作。E-mail：wangliang3456@126.com。