天然輕集料混凝土保溫砌塊的應用分析

王宇杰

（中國機械工業建設集團有限公司，北京 100045）

0 引言

在當前的EPS板和XPS板薄抹灰外墻保溫工程當中，比較常見的墻體問題是抹面層裂紋。薄抹灰面層出現空鼓情況，當然也時有出現薄抹灰面層脫落和保溫層脫落情況。有時候一些工程的薄抹灰外保溫工程經過3~5年就需要維修甚至大修工作。所以需要詳細分析外墻外保溫工程當中的經濟性特點。當前如何提升EPS、XPS板薄抹灰外墻外保溫工程防火性能，減少房屋的火災隱患越來越迫切。開發出導熱系數更小的，能讓墻體變得更薄，施工更加簡便，造價適中，壽命幾乎可以和建筑相接近的保溫墻體材料產品，是當前需要努力研究的方向。

1 天然輕集料的性能

天然輕集料資源十分豐富，在我國擁有著火山渣、浮石等天然輕集料，在吉林、黑龍江、山西以及內蒙古和海南等地都有著豐富的資源。僅僅在遼寧省的寬甸地區青椅山到黃椅山等地區初步探測出的天然輕集料就超過了1000萬t。寬甸大川頭也有著豐富的浮石儲量。

4種產地（1#吉林、2#黑龍江、3#山西、4#遼寧）不同的天然輕集料的化學成分，如表1所示，其化學成分中二氧化硅約占45.9%~56.9%，三氧化二鐵占4.1%~13.2%，三氧化二鋁占10.2%~17.2%，氧化鈣占6.4%~12.2%，三氧化硫占0.1%左右，本研究選用4#作為試制產品。

表1 天然輕集料的化學成分 %

選用4#輕集料，其松散密度為231~279 kg/m3，適用于制作輕集料混凝土保溫砌塊。其中3#、4#天然輕集料的物理力學性能如表2所示，4#天然輕集料的放射性內照射指數、外照射指數符合GB 2841—1981《天然輕骨料》要求，適合用于生產建筑材料[1]。

表2 天然輕集料的物理力學性能

2 天然輕集料混凝土保溫砌塊的強度與規格

依照墻體材料的規范化要求，在設計節能建筑時，要求墻體保溫符合標準。同時將其與砌筑施工工法、各種建筑模數緊密結合，選出優良的天然輕集料混凝土，以此設計出天然輕集料混凝土保溫砌塊的強度與規格。依照優選結果與國家在墻體材料方面的要求，將天然輕集料混凝土保溫砌塊的強度設定為（A3.5~A5.0）級別左右，密度等級＜1200 kg/m3。同時依照現代節能公共建筑與居住建筑對外墻的保溫標準，應用與之相匹配的砌筑辦法，充分考慮其靈活運用的概率，進而確定出保溫砌塊的規格[2-3]，如表3所示。

表3 天然輕集料混凝土保溫砌塊的規格

為了研究分析天然輕集料混凝土保溫砌塊內空氣層和同厚度天然輕集料混凝土的保溫作用，選取GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》內的空氣間層熱阻，進一步計算出和空氣間層相同厚度的天然輕集料混凝土熱阻，如表4所示。

在表4中，分析垂直空氣間層熱阻可知，若空氣間層厚度為5~40 mm時，熱阻隨著空氣間層厚度的增加而變大，當在＞40 mm的條件下，熱阻數值變為一個常數[4-5]。當天然輕集料混凝土厚度＞40 mm，相應地其熱阻數值比空氣間層熱阻數值要大，因此用太厚的空氣間層可能降低天然輕集料混凝土砌塊的保溫性。第一組、第二組天然輕集料混凝土的導熱系數分別為0.19、0.16 W/（m·K）。

表4 空氣間層熱阻和天然輕集料混凝土熱阻

從試驗、生產方面分析，天然輕集料混凝土保溫砌塊中形成＜40 mm的多層垂直空氣間層有一定難度。并且天然輕集料混凝土保溫砌塊需要保持其空心率小、壁肋厚度大，如表5所示。

表5 天然輕集料混凝土保溫砌塊空心率與壁肋厚度

此外，主塊A和B的壁肋厚度接近124 mm，和2個端壁厚度+1個灰縫厚度相同，這有利于提升天然輕集料混凝土保溫砌塊整體的強度。而主塊A和B邊壁、端壁厚度≥58 mm，處于過渡地帶的C塊邊壁、端壁厚度≥30 mm，在這種條件下非常便于安裝、固定門和窗框，并且不必在窗口位置墻壁上砌木磚[6]。

3 天然輕集料混凝土保溫砌塊的應用分析

天然輕集料混凝土保溫砌塊能保證砌筑過程中用到的砂漿導熱系數與保溫砌塊導熱系數保持一致，避免砂漿縫變成熱橋。采用普通砂漿砌筑外墻時，在寒冷區域室中一側的砂漿縫在氣溫較低的冬季可能出現積塵、結露熱橋，進一步促使外墻的熱損失增加[7]。故可以將天然輕集料加工提煉成輕細集料，確保其與水泥、適量復合外加劑融為一體，在具體實踐過程中不斷篩選出最佳配方，確保其強度、導熱系數和所用材料的砂漿保持一致。現今該類型的保溫砂漿在國內的試驗建筑中已經得到初步應用。觀察其應用情況發現，操作性能佳。檢驗得到這種混凝土保溫砌筑砂漿抗壓強度為7.5 MPa，和A5.0級別的砌塊抗壓強度相比高40%左右，故需用保溫砂漿砌筑保溫砌塊，保證砌體的整體強度，其保溫砌筑砂漿的干密度達到948 kg/m3，與之相匹配的導熱系數是0.17 W/（m·K），說明該砂漿是輕質保溫性砂漿。凍融試驗使其質量損失率為6%（在4%~7%之間），抗壓強度損失率為16%（在14%~17%之間），說明其具有良好的抗凍性，適合用于外墻砌筑。

在砌筑過程中需要注意以下幾點：（1）合理安排塊體砌筑，對于少數有孔隙的混凝土保溫砌塊注意保持其口部向下。砌筑外墻時需要選用與之相匹配的保溫砌筑砂漿，并確保縫隙飽滿。砌筑先從4大角度實施，設置相應的標尺桿。（2）砌筑優先選用主塊，針對上下皮砌塊需要保持內外層交換位置，前后錯縫，并實施上下壓縫砌筑。在砌筑門窗洞口墻壁時，不需要用木磚類型的專用塊材[8-9]。（3）梁下方最后一皮填皮塊，需要采用保溫砂漿斜砌方式與C型保溫磚材料進行填實。（4）具體在砌筑保溫砌塊外墻時，必須把墻體和梁、柱的連接筋砌入所用砂漿層內，使其和建筑施工標準相配。針對外墻上面混凝土梁柱的外側位置，必須依照設計要求，用厚度為90 mm或者120 mm的天然輕集料混凝土保溫砌塊進行嚴密包砌，確保其可以切斷外墻上方熱橋。（5）在外墻上可選用普通的混凝土實施挑梁，在具體設計過程中向內收縮40 mm。而在砌筑或者抹灰的過程中需用保溫砂漿抹平壓實40 mm寬度的縫隙。

4 結語

長時間以來，建筑物外墻面臨的三大重點質量隱患分別是開裂、空鼓和滲水。傳統的外墻材料大部分都屬于頁巖多孔磚或者是加氣混凝土砌塊。因為存在著毛細情況，如果在砌筑抹灰的過程中澆水不夠飽滿，會導致砌筑墻體吸收水泥砂漿中的水份，無法完全開展水泥水化反應。如果氣體的表面光滑，會導致空鼓現象出現，一旦出現了空鼓問題，水份很容易通過砌體的灰縫直接進入到室內，容易出現外墻滲水情況，維修的難度很大。通過研究發現，天然輕集料混凝土具有多方面的優點，比如：其化學、物理力學性能均佳，并且放射性指數非常低、容重輕、導熱系數較小，適合用于保溫砌塊。將天然輕集料保溫砌塊應用于具體工程項目中，完成外圍護墻主體施工項目，操作簡單，且施工時間短，具有較長的使用期限。其墻體選用天然輕集料保溫砌塊砌筑，屬于無機輕質不燃材料類型，起到良好的防火、隔熱作用。借助于天然輕集料來實現保溫砌塊的生產，可以幫助人造輕集料生產能源的節約，還可以降低成本。同時，又屬于無機多孔材料墻體，本身具備優越的隔聲性、保溫性，把這種功能多的輕質保溫砌塊應用于節能居住建筑外墻，或者節能公共建筑的內外墻、分戶墻等。總之，將天然輕集料保溫砌塊應用于砌筑建筑墻中，一方面，能夠降低建造建筑物的能耗；另一方面，又能確保保溫層和建筑保持相同使用時間，在客觀上也節約了外墻保溫工程日常維護的費用，產生了較好的經濟與環保雙重效益。