適用于裝配式建筑墻板用的無機保溫材料的開發研究

張同鈺 史國慶

摘 要：發展綠色經濟已經成為當今世界的一個主流趨勢，在綠色理念的驅動下，裝配式建筑逐漸成為建筑領域關注的焦點。目前，裝配式建筑在我國經濟發達的地區取得了很好的效果，但是在很多方面任然存在不足，如與其配套的墻板保溫效果較差，達不到建筑節能的要求。因此，為了改善裝配式建筑墻板的缺陷，本文進行了適用于裝配式建筑墻板用的無機保溫材料的開發和研究，對于裝配式建筑的發展具有現實意義。

關鍵詞：裝配式建筑墻板;無機保溫材料

中圖分類號：TU551 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0058-03

Research and Development of Inorganic Thermal Insulation Materials for Prefabricated Building Wallboard

Zhang Tongyu，Shi Guoqing

（Xianyang Vocational Technical College， Xianyang? 712000，China）

Abstract：The development of a green economy has become a mainstream trend in the world today. Driven by the green concept， prefabricated buildings have gradually become the focus of attention in the construction field. At present， prefabricated buildings have achieved good results in my countrys economically developed areas， but there are still deficiencies in many aspects. For example， the heat insulation effect of the matching wall panels is poor， and the requirements for building energy efficiency cannot be met. Therefore， in view of this shortcoming of prefabricated building wallboard， this paper develops and researches inorganic thermal insulation materials suiTab for prefabricated building wallboard， which has practical significance for the development of prefabricated building.

Key words：prefabricated building wall panels; inorganic insulation materials

0 引言

裝配式建筑是指將傳統建筑領域中一些現場作業的工作轉移到工廠中進行，在工廠內進行建筑構件和配件等的制作加工，加工完成后再將其運送到建筑施工現場，通過相應的方式將各種構件和配件連接起來裝配安裝成的建筑[1]。目前，我國裝配式建筑主要有預制混凝土式、鋼結構式、木結構式三種類型的裝配建筑。相比于傳統建筑，裝配式建筑的優點是建造速度快、施工過程中受氣候條件影響較小、制造過程無污染環保性較好、節省勞動力、建筑質量較好[2]。但是與其配套的墻板由于自重較大、保溫效果較差等缺陷導致其難以滿足建筑節能的需求，因此，研究開發適用于裝配式建筑墻板用的具有良好的保溫效果、耐火性、環保性等無機保溫材料，成為裝配式建筑領域的熱點問題。

1 建筑保溫材料的發展現狀

建筑的采暖和保溫問題直接關系到建筑的能耗，降低建筑的能耗關鍵在于建筑的保溫隔熱，尤其是建筑外墻的保溫問題，在裝配式建筑領域中一直是人們關注的焦點問題。

1.1 國外的發展現狀

德國和瑞典對于建筑外墻保溫材料的研究和應用起步較早，具有70多年的歷史，因此在保溫材料方面的研究較為成熟。歐美等發達國家對于建筑保溫材料的研究也較早，并取得了良好的效果，他們擁有較為純熟的工藝技術和較為嚴格的行業標準。他們較早使用聚乙烯板和擠塑聚苯板作為建筑保溫材料，但是這兩種保溫材料具有較強的易燃性，發生火災等事故后難以控制，存在很大的安全隱患，因此，這兩種保溫材料的使用范圍受到了限制。為了避免事故的發生，發達國家對于不同的建筑嚴格限制了其應用保溫材料的等級。經過幾十年的發展，發達國家對于保溫材料進行了大量的實驗研究，對于建筑用保溫材料的性能、使用范圍以及使用要求等都有明確的要求和限制條件。歐美市場主要的保溫材料為不燃和難燃材料，例如巖棉、聚氨酯、硅膠玻璃等。通過對保溫材料的不斷試驗研究，發達國家已經有了較為全面的保溫系統，值得我國借鑒學習。

1.2 國內的發展現狀

相對于德國和瑞典，我國在保溫材料等方面的研究起步較晚，與其相配套的設施、制度等都不夠完善。在保溫材料研究初期，研究和應用的重點為有機保溫材料，因為其具有良好的保溫效果，但是由于其極容易引發較大的火災事故，且在難以滿足建筑節能需求，因此，有機保溫材料的應用不利于建筑行業長遠的發展。因為有機保溫材料難以克服的缺點，無機保溫材料逐漸代替了有機保溫材料在建筑領域的應用。目前國內主要應用的無機保溫材料有泡沫混凝土、無機保溫砂漿、巖棉制品、泡沫玻璃、泡沫陶瓷等五種類別。但是無機保溫材料相對于有機保溫材料來說，在容重和導熱系數方面性能較差，但耐高溫又是其最大的優勢[4]，為此，為了不斷的對無機保溫材料進行優化和完善，我國對其進行了大量的投入，通過大力研究對其缺點進行優化設計，并取得了一定的研究效果。

2 裝配式建筑墻體用無機保溫材料的實驗方案

裝配式建筑墻體一般使用的無機保溫材料為輕型保溫材料，為了達到較好的保溫效果，其內部會存在較多的封閉孔隙，這種不緊密的內部結構導致其強度降低。同樣，如果改善材料內部結構的密實度從而提高其強度，則隨之而來的是材料的質重和導熱性能會升高，因此目前的無機保溫材料很難完美的契合建筑領域的各種需求。為了制備質輕、保溫效果好，同時強度又較高的無機保溫材料，本節進行了實驗研究。

2.1 無機保溫材料試件的制作過程

本實驗中對骨料的攪拌采用強制式攪拌機，然后其成型采用振動臺振動，制備工藝流程如圖1所示。

將無機保溫材料的各種原料按比例攪拌均勻，裝入強制式攪拌機的試模，在振動臺上振動60s，覆蓋薄膜，48h之后拆模，并立即將其置于溫度為20℃±1℃，相對濕度為95%±3%的標準養護室中養護。

2.2 實驗原料與配合比設計

本次實驗中所用原料有，普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、膨脹珍珠巖、陶粒、礦物纖維、萘系減水劑、水。其中，以陶粒作為粗骨料，膨脹珍珠巖作為細骨料，采用松散體積法進行無機保溫材料的配合比設計。配合比的設計原則為控制水灰比、砂率、單位用水量等，類似于普通混凝土的設計。

本實驗所配制的無機保溫材料的適配強度為?cu，k=10，根據公式：

計算適配強度，其中，?cu，o為適配強度，?cu，k為立方體抗壓強度標準值，σ為強度標準差，當強度等級小于?cu，k=20時，σ為4.0。根據相關技術標準對砂率范圍、水泥用量、凈用水量、粗細骨料的用量進行計算，粗細骨料的用量計算公式為：

其中，Vs、Va、Vt分別單位體積內細骨料、粗骨料、粗細骨料的松散體積，ms、ma分別為單位體積內細骨料、粗骨料的用量，SP為砂率，ρs、ρa分別為細骨料、粗骨料的堆積密度。附加用水量的計算公式為：

此公式適用于粗骨料不預濕，砂為輕砂的情況，其中wa、ws為粗骨料、細骨料1h的吸水率。本文中膨脹珍珠巖的堆積密度為95kg/m3，1h的吸水率為47%，裹漿處理后陶粒的堆積密度為600kg/m3，1h吸水率為8.375%，經計算研究，可確定無機保溫材料混凝土的配合比。

2.3 無機保溫材料最佳摻量設計

根據上述方法計算的配合比可能在現場施工配制時出現意外情況，因此需要對無機保溫材料的配合比進行適配，確保各種原料的最佳摻量，由于裝配式外墻所用的無機保溫材料是輕質骨料，容易受到多個因素的影響，例如骨料摻入比例、水泥摻量、水膠比等，因此，將這些因素作為研究對象，綜合研究其對無機保溫材料的保溫效果、強度、質量等因素。本實驗中以硅酸鹽水泥和粉煤灰為凝膠材料，總量為300kg/m3，控制減水劑的摻量為凝膠材料總量的0.8%，粉煤灰的摻量、砂率、水膠比等配比如表1所示。

通過對無機保溫材料的表觀強度、抗壓強度、導熱系數等性能進行測試，確定當砂率為50%、粉煤灰摻量為20%、水膠比為0.45時，無機保溫材料的抗壓強度、導熱系數和表觀密度等性能處于最佳狀態。

3 結果與討論

本實驗以陶粒作為粗骨料，膨脹珍珠巖作為細骨料，水泥、粉煤灰為膠凝材料制備了適用于裝配式建筑墻板用的無機保溫材料，設計并計算了無機保溫材料混凝土的配合比。但是考慮到現場施工時各種環境條件等難以預測和控制，因此在進行現場無機保溫材料的制備時還需要綜合考慮到現場施工的各種狀況，不同原料用量的不同會使制備的無機保溫材料的性能也不盡相同，因此本實驗通過調整各個因素的摻量來對其配合比進行適配，以保障裝配式建筑墻板用的無機保溫材料的施工簡單方便。為了確定各因素的最佳摻量設計，本研究中對不同原料摻量的無機保溫材料的表觀強度、抗壓強度、導熱系數等性能進行測試，通過對這些性能的比較以及綜合考量，確定了制備無機保溫材料的各種原料的最佳摻量。最終得出結論，當砂率為50%、粉煤灰摻量為20%、水膠比為0.45時，制備的無機保溫材料的抗壓強度、保溫性能等處于最優狀態。

由于時間和實驗條件的限制，本實驗研究過程中，對于無機保溫材料最佳摻量設計研究中并未對材料的抗凍性、隔音效果等性能進行測試。然而，這些性能是裝配式建筑在施工建設時必須要考慮的因素，因此在進行實際施工時還需要綜合考慮其他的各種因素以及性能，選擇合適的配合比設計以及摻量。

4 結語

綠色建筑理念的發展催動了裝配式建筑的發展，同時也促使人們更關注建筑的能耗問題，即建筑的保溫性能。裝配式建筑的發展符合綠色建筑的發展需求，但是其保溫問題一直是人們重點關注并急需解決的關鍵問題。有機保溫材料的保溫效果較好，但是容易燃燒，近幾年來，因為保溫材料的易燃性問題導致很多特大火災和墻體的坍塌事故經常發生，造成經濟損失的同時，給人們的人身安全帶來嚴重威脅。更多的學者將關注點放在無機保溫材料的開發研究中，文中開發和研究了適用于裝配式建筑墻板用的無機保溫材料，對于其在裝配式建筑領域的制備、應用和研究具有實際指導意義。

參考文獻

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