一種保溫復合外墻板的制備與性能研究

方 潤 吳 昊 胡焱飛 胡永琪 董康杰 陳一凡 李琮琦

(揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225127)

可持續性發展趨勢是近年來全球發展的重要趨勢，而能耗問題對可持續性發展影響重大，在現有建筑體系內，建筑能耗在很大程度上取決于墻體的熱損失，而墻體熱工性能為影響墻體熱損失主要因素。本文研究基于現有預制輕質外墻板存在的熱工性能不良、不易一體化制備等問題，提出一種暗肋夾心式復合輕質保溫墻板，墻板內外葉為內置鋼筋網片輕骨料混凝土，保溫層為聚苯顆粒混凝土。內外葉及芯層材料便于實現墻板一體化制備，保溫材料作為芯層設在墻板內外葉之間。

本文提出一種復合保溫外墻板，墻板內外葉為內置鋼筋網片輕骨料混凝土，保溫層為聚苯顆粒混凝土。內外葉及芯層材料便于實現墻板一體化制備；保溫材料作為芯層設在墻板內外葉之間，能夠有效降低環境因素對保溫層影響，以保證芯層材料保溫有效性及耐久性，減少熱損失。

本文圍繞該種新型墻板制備、材料選擇以及材料力學性能開展研究，借助試驗分別測試輕骨料混凝土、聚苯顆粒混凝土的力學性能，最終得出輕骨料混凝土與聚苯顆粒混凝土最佳配合比。

1 墻板制備用原材料

1.1 內外葉材料選擇

陶粒采用粒徑為8mm～10mm的黏土陶粒；水泥為普通硅酸鹽水泥，安定性合格；粉煤灰為一級粉煤灰；砂為中砂河砂；礦渣為S95級；聚丙烯纖維長度為19mm；減水劑為粉劑。

1.2 保溫層材料選擇

聚苯乙烯泡沫采用白色粒徑為3mm～5mm的保溫顆粒。其他膠凝材料、纖維、外加劑與輕骨料混凝土中材料相同。

2 復合墻板用材料制備技術

2.1 輕骨料混凝土制備

輕骨料混凝土其主要控制參數為密度、抗壓強度、坍落度，以保證混凝土的輕質、承載力及良好工作性要求。參照《輕骨料混凝土技術規程》[1]，制備出強度等級為LC30，密度等級為1 800kg/m3，坍落度為80mm～100mm的輕骨料混凝土。

在試驗前將陶粒混凝土進行預濕，陶粒混凝土浸泡24h后，在試驗前1h撈出晾干表面水分，保證陶粒內部吸水飽和，同時表面無多余水分。

試驗步驟，具體如下。

試驗前，將所需材料進行稱重。

(1)稱裝完畢后，將陶粒與砂先倒入攪拌機中，再倒入水泥等膠凝材料，打開攪拌機，攪拌1min。

(2)將減水劑等溶液加入到水中，然后緩慢加入到攪拌機中，攪拌時間為3min。

(3)輕骨料混凝土在充分攪拌后，打開閥門將混凝土倒出，然后拿出塌落度桶進行塌落度試驗，之后從制備完成的輕骨料混凝土中留作一部分進行表觀密度檢測試驗，其余部分裝入模具中以備后續試驗。

(4)將輕骨料混凝土試塊放入標養室中，進行標養，養護一天后拆模，拆模后將其中一批試塊放入標養室，另外一批放入快速養護箱，以備后續試驗。

2.2 聚苯顆粒混凝土制備

聚苯顆粒混凝土制備參考JGT158-2013《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統材料》[2]，對規范中試驗方法進行改良，以得到滿足條件的混凝土。

試驗步驟，具體如下。

(1)試驗前，將所需材料進行稱重。

(2)材料稱裝完畢后，將水泥與聚苯顆粒緩慢倒入攪拌鍋中，為了將其充分均勻混合在一起，干拌1min～2min。

(3)隨后加入其他材料后啟動混凝土攪拌機，將水和減水劑等原料混合溶液，邊攪拌邊倒入鍋內，與原料充分混合攪勻，攪拌1min～2min。

(4)聚苯顆粒混凝土在充分攪拌后，打開閥門將混凝土倒出，裝入不同功能模具，并進行力學性能和物理性能測試。

(5)進行聚苯顆粒混凝土的養護，將裝好的聚苯顆粒混凝土鋼制模具放入養護室內靜置，溫度控制在-3℃～5℃。

3 力學性能試驗及結果分析

3.1 輕骨料混凝土力學性能試驗

3.1.1 輕骨料混凝土抗壓強度測試

(1)試驗方法。根據GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》[3]，將實驗試塊放在壓力機承壓板上， 打開機器連接電腦，調整好加荷速度等參數設置，通過遙控使得壓力機上部與試驗試塊表面接觸，勻速加荷至試件破壞，測試多組數據，取平均值[4]。

(2)結果分析。抗壓強度試驗共進行了7組，7組試驗數據如下表1所示。通過實驗得出輕骨料混凝土實測立方體抗壓強度38.3MPa，達到上文制備LC30級輕骨料混凝土試驗要求。

表1 輕骨料混凝土立方體標準抗壓強度

3.1.2 輕骨料混凝土軸心抗壓強度

本試驗測量軸心抗壓強度參照《輕骨料混凝土結構設計規程》[5]，采用長寬30cm厚15cm的試塊，共計21塊。

(1)試驗方法。參照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，將實驗試塊放在壓力機承壓板上，打開機器連接電腦，調整好加荷速度等參數設置，通過遙控使得壓力機上部與試驗試塊表面接觸，勻速加荷至試件破壞，測試多組數據，取平均值[6]。

(2)結果分析。軸心抗壓強度試驗共進行了8組，8組試驗數據如下表2所示，由表中數據可得平均軸心抗壓強度為33.7MPa，符合規范[4]規定的20.1MPa，滿足設計要求。

表2 輕骨料混凝土軸心抗壓強度

3.1.3 輕骨料混凝土配合比

經過上述對輕骨料混凝土物理和力學性能測試，制備出了滿足設計條件的輕骨料混凝土，其配合比如下表3。

表3 輕骨料混凝土配合比

3.2 聚苯顆粒混凝土力學性能測試

3.2.1 聚苯顆粒混凝土抗壓強度測試

(1)試驗方法。參考規程JGJ134-2010《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》，聚苯顆粒抗壓強度非常小，當聚苯顆粒混凝土出現細微變形時，可將測得數值作為其抗壓強度[7]。

(2)結果分析。聚苯顆粒混凝土抗壓強度試驗共采取5組試驗，每組3個試塊共15塊，分別對5組試件測試值取平均值，如表4。通過實驗得出聚苯顆粒混凝土實測立方體抗壓強度0.23MPa，達到上文制備聚苯顆粒混凝土試驗要求。

表4 聚苯顆粒混凝土抗壓強度

3.2.2 聚苯顆粒混凝土配合比

聚苯顆粒要求抗壓強度要≥0.2MPa，經過上述對其抗壓強度測試，表明符合規范[8]。聚苯顆粒混凝土配合比見表5。

表5 聚苯顆粒混凝土配合比

4 結 語

本文圍繞新型墻板制備，內外葉及保溫層材料選擇以及材料力學性能開展研究，分別測試了輕骨料混凝土與聚苯顆粒混凝土表觀密度、塌落度等物理性能，立方體抗壓強度與軸心抗壓強度等力學性能，最后得到了滿足規范要求的混凝土配合比設計。

(1)陶粒輕骨料混凝土密度小、自重輕、保溫能力強，本實驗采用最佳配比為水泥368kg，砂640kg，陶粒365kg，凈用水量124kg，0.05%pp纖維0.455 0kg，減水劑1.60%，砂率34%，膠材總量460kg，水膠比0.27，坍落度90mm的陶粒輕骨料混凝土作為制備復合墻板外葉材料,其性能表現良好；但陶粒輕骨料混凝土實測過程中各組數據方差為0.080較大，保溫性能不穩定。

(2)聚苯顆粒混凝土造價便宜、施工簡便、更加環保，本實驗采用最佳配比為聚苯顆粒1.02kg，凈用水量2.55kg，比例1.00%硬脂酸鋅0.051kg，減水劑0.076 5kg，緩凝劑0.025 5kg，膠材總量5.1kg，水膠比0.5，軟化系數0.55的聚苯顆粒混凝土作為制備復合墻板夾心保溫層材料，其性能表現良好。聚苯顆粒混凝土各組數據方差為0.011 0較小，保溫性能穩定。