新型建筑材料脫硫石膏砌塊砌體性能研究

蔣瓊

摘 要： 隨著建筑節能環保意識的不斷增強，本文研究了脫硫石膏砌體為改進墻體材料，可提高墻體保溫隔熱性能和不燃性性能。

關鍵詞： 新型；建筑材料；脫硫石膏

利用工業廢棄物脫硫石膏生產脫硫石膏砌塊，是“禁實限黏”新型墻體材料的未來發展趨勢，國家設立的墻體材料改革基金和各地政府出臺的墻體材料改革工作條例對新型墻體材料的推廣起了巨大的作用。國家主管部門發揮導向作用，出臺有關鼓勵高強節能墻體材料的優惠政策，并撥出適量的科研費用解決一些關鍵技術、材料和設備等問題，并將其發展應用納入國家的技術發展政策。中國是一個工業大國，如何充分利用好工業廢棄物脫硫石膏，任重而道遠。

1.新型脫硫石膏砌塊保溫隔熱性能研究

建筑墻體的熱物理性能反應了本身保溫隔熱性能的好壞，無論在國外還是在國內，墻體的熱物理性能作為主要的性能指標，建筑墻體的保溫性能也是墻體的綠色節能主要指標之一。因此，研究新型脫硫石膏砌塊墻體就必須研究墻體的保溫隔熱性能。墻體作為建筑空間的維護結構及空間的隔斷結構，其保溫隔熱性能的好壞直接影響建筑物的良好使用。在研究墻體的保溫隔熱性能時，經常用導熱系數來衡量。導熱系數是指單位時間內垂直于傳熱方向的單位面積1m，厚度1m，內外表面溫度相差1℃時，通過傳導方式所傳遞的熱量。導熱系數越大，單位體積的導熱量就越多，材料的保溫隔熱性能越差；導熱系數越小，材料的保溫隔熱性能越好。依靠墻體材料自身較高的熱惰性和熱阻來達到保溫隔熱以及節能的要求。

1.1新型脫硫石膏砌塊熱阻值計算

脫硫石膏砌塊作為新型墻體材料，使用在建筑的內隔墻中，材料的保溫性能直接影響后期使用中建筑空間的保溫性能。下面就新型脫硫石膏砌塊的保溫隔熱性能，分析研究砌塊本身的熱阻值，以及脫硫石膏砌塊墻體的熱阻值和導熱系數。根據《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134-2010）建筑圍護結構節能要求，50%建筑外墻的導熱系數小于等于1.5W/（m2·K），熱阻應大于等于0.67（m2·K）/W。

圍護結構的傳熱阻是墻體處于自然環境中，圍護結構和兩側空氣邊界共同阻抗熱量傳遞的能力。根據建筑節能規范：墻體內表面換熱阻Ri=0.11（m2·K）/W；外表面換熱阻Re=0.04（m2·K）/W。空氣層的熱阻值在4cm 之前是隨空氣間層厚度的增加而增長，超過4cm，空氣層熱阻基本不發生變化。所以，砌塊間孔洞的空氣熱阻為0.18（m2·K）/W。脫硫石膏砌塊作為新型墻體材料，要滿足建筑節能的要求，通過砌塊中孔洞的設置可以增加砌塊的導熱性能，砌塊中加入塑料泡沫顆粒，能夠達到綠色節能的效果。現就脫硫石膏空心砌塊的熱阻值按照《民用建筑熱工設計規范》（GB50176-1993）規定的方法進行計算：脫硫石膏空心砌塊的主規格尺寸為500mm×300mm× 200mm。

1.2新型脫硫石膏砌塊墻體熱工性能研究

本文中為了和其他墻體材料的熱工性能進行比較，砌筑 240 厚的墻，在20厚水泥砂漿外粉刷和20 厚的混合砂漿內粉刷情況下，分析脫硫石膏砌塊墻體的傳熱值。混合砂漿的導熱系數為0.87W/（m·K） ， 水泥砂漿的導熱系數為0.93W/（m·K）。熱阻表示的是維護結構墻體和兩側空氣邊界層共同阻抗熱量傳遞的能力，等于在熱傳遞的過程中熱流從墻體的一側傳遞到另一側所受到的阻力之和。

作為居民建筑中的墻體，其傳熱阻值越大，導熱系數越小，墻體的保溫隔熱性能越好。新型脫硫石膏砌塊墻體的傳熱組值為 1.00 （m2·k /W），導熱系數為1.00W /（m2·k）。通過與其他砌塊熱阻值的比較，新型脫硫石膏砌塊墻體的保溫隔熱性能滿足標準的要求，且其保溫性能比標準要求要好很多。

2.新型脫硫石膏砌塊燃燒性能試驗

2.1建筑材料不燃性試驗

該試驗儀器的安放及操作步驟等均嚴格按照GB/T5464-2010《建筑材料不燃性試驗方法》來實施。試驗步驟如下：按照標準的規定使加熱爐溫度平衡；試驗前確保整臺裝置處于良好的工作狀態；將按照規定制備的試樣放入試樣架；再將試樣（隨機抽取不同生產批次的砌塊）放入爐內規定位置，并立即啟動計時器；記錄熱電偶等溫度變化；進行30 分鐘試驗；記錄相關數據變化以及殘留物等；最后按照規定共測試五組試樣。根據試驗情況以及記錄下的數據，進行如下分析：

（1）溫升

按照熱電偶溫升公式ΔT = Tm-Tf （ Tm 爐內最高溫度，整個試驗期間最高溫度的離散值； Tf 爐內最終溫度，試驗過程最后1 分鐘的溫度平均值），五組試樣的平均值 Tm =787.4℃， T =779.7℃，則最終溫升為7.7℃。根據標準要求，溫升ΔT ≦30℃，顯然這點符合要求。

（2）質量損失率

按照GB/T5464-2010《建筑材料不燃性試驗方法》中的7.5.1 規定測量的各組試樣的質量損失，以試樣初始的質量的百分數表示。經過天平量出試樣剩下部分的質量，求出五組試樣的質量損失部分，再除以初始質量，最終計算出Δm 為8%，遠遠小于標準要求的50%。故質量損失率符合要求。

（3）火焰

根據GB/T5464-2010《建筑材料不燃性試驗方法》中7.5.2 的規定，記錄連續火焰的持續時間。連續火焰是指試件表面的火焰燃燒時間持續5s 或者超過5s，對于持續火焰的記錄要精確到秒[103]。對于該新型脫硫石膏砌塊試樣的持續燃燒時間為tf = 0，及無持續燃燒。

通過上述三個重要數據以及整個試驗的過程及觀察，可知該新型脫硫石膏砌塊為不燃性材料。

2.2新型脫硫石膏砌塊熱值的測定

所謂熱值指的是單位質量的材料燃燒所產生的熱量。而總熱值指的是單位質量的材料完全燃燒，并當其燃燒產物中的水（包括材料中所含水分生成的水蒸氣和材料組成中所含的氫燃燒時生成的水蒸氣）均凝結為液態時放出的熱量，被定義為該材料的總燃燒熱值，用PCS 表示。

具體實驗步驟如下：

1）檢查兩個電極和點火絲，確保其接觸良好，在氧彈中倒入10ml 的蒸餾水，用來吸收試驗過程中產生的酸性氣體；

2）擰緊氧彈密封蓋，連接氧彈和氧氣瓶閥門，小心開啟氧氣瓶，給氧彈充氧至壓力達到3.0Mpa～3.5Mpa；

3）將氧彈放入量熱儀內筒；

4）在量熱儀內筒中注入一定量的蒸餾水，使其能夠淹沒氧彈，并對其進行稱重；

5）檢查并確保氧彈沒有泄露；

6）將量熱儀內筒放入外筒；

7）從量熱儀中取出氧彈，放置10min 后緩慢泄壓，打開氧彈。如氧彈中無煤煙狀沉淀物且坩堝上午殘留碳，便可確定試樣發生了完全燃燒；

8）若采用坩堝法進行試驗，試樣不能完全燃燒，則采用“香煙法重新進行試驗。

2.3 建筑材料或制品單體燃燒試驗

（1）單體燃燒試驗裝置

單體燃燒試驗相對來說是燃燒性能試驗中最為復雜的部分，無論是從試驗裝置、試驗步驟還是試驗結果的分析與處理，相對而言都是需要做好許多相關工作的。其中試驗裝置主要為SBI 裝置，包括燃燒室、試驗設備（小推車、燃燒器、集氣罩、收集器和導管）、排煙系統和常規測量裝置。

脫硫石膏砌塊的燃燒試驗是在燃燒實驗室中進行，該實驗室的外圍墻由標準磚砌筑而成墻厚為240mm，室內高度為2.4m，室內地面為3.0m×3.0m 平面，在墻體的一側留有一個1.5m×2.5m 的洞口，該洞口是裝有燃燒砌塊的小推車進出實驗室的通道。在燃燒試驗過程中，小推車固定在一個U 型卡槽處，燃燒試件的表面與試驗室墻體之間要保持一定的距離。

（2）單體燃燒試驗原理

由兩個成直角的垂直翼組成的試樣暴露于直角底部的主燃燒器產生的火焰中，火焰由丙烷氣體燃燒產生，丙烷氣體通過砂盒燃燒器并產生（30.7±2.0）kw 的熱輸出。試樣的燃燒性能通過20min 的試驗過程來進行評估。主要性能參數包括：熱釋放、產煙量、火焰橫向傳播和燃燒滴落物及顆粒物。

在點燃主燃燒器前，應利用離試樣較遠的輔燃燒器對燃燒器自身的熱輸出和產煙量進行短時間的測量[108]。一些參數測量可自動進行，另一些則可通過目測法得出。排煙管道配有用以測量溫度。光衰減、O2 和CO2 的摩爾分數以及管道中引起壓力差的氣流的傳感器，這些數值是自動記錄的并用以計算體積流速、熱釋放速率和產煙率。對火焰的橫向傳播和燃燒滴落物及顆粒物可采用目測法進行測量。

參考文獻

[1]GB 8624-2012， 建筑材料及制品燃燒性能分級[S]. 北京：中國標準出版社，2012.

[2]楊玉發，李興華，趙建華. 紙面石膏板-石膏砌塊復合墻體隔聲性能研究與試驗[J]. 墻材革新與建筑節能，2007，10：21-23+3.