新型墻體材料保溫性能測試分析

劉傳龍 宦棟梁 張弛

摘 要：近年來，新型墻體材料發(fā)展迅速，目前已在建筑圍護結(jié)構(gòu)中得到大量應(yīng)用。本文主要概述了湖北十堰地區(qū)新型墻體材料發(fā)展、現(xiàn)狀和種類，對具有一定代表性的幾種新型墻體材料，通過測試保溫性能指標(biāo)數(shù)據(jù)進行對比分析。測試分析結(jié)果表明：燒結(jié)空心砌塊和B05級蒸壓加氣混凝土砌塊兩種規(guī)格產(chǎn)品，在眾多新型墻體材料中保溫性能最佳。

關(guān)鍵詞：十堰;新型墻體材料;保溫性能;檢測;分析

中圖分類號：TU50 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0103-02

0 引言

我國正處在經(jīng)濟快速發(fā)展時期，建筑領(lǐng)域能耗數(shù)量巨大，建筑節(jié)能刻不容緩。推廣新型墻體材料，促進建筑節(jié)能，是可持續(xù)必然要求。湖北省十堰市作為工業(yè)化城市，建筑業(yè)發(fā)展迅猛，極大地帶動了新型墻體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從建筑節(jié)能角度講，哪些新型墻材值得推廣應(yīng)用，是擺在行業(yè)管理部門和建筑業(yè)面前的重大選題。本文力求透過對本地區(qū)新型墻體材料保溫性能的測試分析，明確符合建筑節(jié)能要求又適合當(dāng)?shù)刭Y源條件的新型墻體材料，為行業(yè)發(fā)展提供參考。

1 十堰地區(qū)新型墻體材料的發(fā)展與現(xiàn)狀

上世紀九十年代中后期，陸續(xù)出現(xiàn)了粉煤灰磚、蒸壓加氣混凝土砌塊等具有代表性的新型墻體材料。進入本世紀后，先后出現(xiàn)了非粘土質(zhì)燒結(jié)類的實心磚、空心磚、砌塊和各種新材料制成的板材。至今，本地區(qū)已形成了一個以磚、砌塊、板材三種類型為代表的龐大新型墻體材料產(chǎn)業(yè)，據(jù)市墻體材料革新與建筑節(jié)能辦公室統(tǒng)計，截止2018年，全市新型墻體材料生產(chǎn)企業(yè)達到117家，生產(chǎn)規(guī)模（折合標(biāo)磚）已達39.8億塊，實際產(chǎn)量（折合標(biāo)磚）2018年為13.01億塊。

2 從傳統(tǒng)與新型墻體材料的對比看保溫性能測試分析的意義

傳統(tǒng)墻體材料以粘土為主要原料制成，其主要生產(chǎn)原料粘土屬于不可再生的寶貴土地資源，產(chǎn)磚用磚必然造成土地資源的消耗、破壞和浪費。新型墻體材料以非粘土物質(zhì)為主要原料制成，原料種類和產(chǎn)品種類都比較豐富?？梢哉f，新型墻材具備節(jié)約和保護土地資源及促進節(jié)能環(huán)保和資源綜合利用的優(yōu)勢。但新型墻材的主要不足之處在于，部分新材料存在無標(biāo)可依的現(xiàn)象;對保溫性能指標(biāo)要么沒規(guī)定，要么有規(guī)定但要求不統(tǒng)一，為推廣應(yīng)用帶來不便。鑒于此，開展新型墻材保溫性能的測試分析工作，對于開展行業(yè)管理、明確推廣應(yīng)用對象、促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，都具有十分明顯的指導(dǎo)意義。

3 測試指標(biāo)選擇（傳熱系數(shù)和平均導(dǎo)熱系數(shù)）

開展保溫性能測試分析，需要解決的問題是選擇那些技術(shù)指標(biāo)進行測試分析。保溫或隔熱現(xiàn)象涉及熱量的傳導(dǎo)、對流、輻射，在建筑設(shè)計和質(zhì)量檢測領(lǐng)域，有多種技術(shù)指標(biāo)可以用來衡量熱量的傳導(dǎo)、對流、輻射情況，諸如導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)、熱導(dǎo)率、導(dǎo)熱率、熱阻等，大家習(xí)慣上可能稱這些指標(biāo)為保溫性能指標(biāo)。在這些可供選擇的技術(shù)指標(biāo)中，由于常見的檢測手段主要涉及檢測導(dǎo)熱系數(shù)與傳熱系數(shù)，故本項目分析篩選確定：（平均）導(dǎo)熱系數(shù)和傳熱系數(shù)為主要測試分析指標(biāo)，此處應(yīng)注意導(dǎo)熱系數(shù)與平均導(dǎo)熱系數(shù)存在概念區(qū)別，但為了達到分析比較的目的提出了平均導(dǎo)熱系數(shù)，主要依據(jù)有以下幾點：

（1）在分析過程中對于均質(zhì)材料可以測量導(dǎo)熱系數(shù)，但是對于非均質(zhì)材料，如果用防護熱板法測量一方面防護熱板法對試件尺寸有要求，非均質(zhì)材料一旦切割必然破壞其結(jié)構(gòu)，另一方面導(dǎo)熱系數(shù)本身也不針對非均質(zhì)材料。但是非均質(zhì)材料可以測量傳熱系數(shù)，根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)的定義及傳熱系數(shù)的定義，為了達到能夠比較分析的目的必須用導(dǎo)熱系數(shù)的性質(zhì)來比較，故在本文中提出平均導(dǎo)熱系數(shù)的概念，就是用測量的傳熱系數(shù)通過以下公式推導(dǎo)出平均導(dǎo)熱系數(shù)。依據(jù)GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》計算公式（1）及公式（2）如下。

λ=d/R ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

K=1/（R+Ri+Re） ? ? ? ? ? ? （2）

λ-導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·K）;d-材料厚度（m）;R-熱阻（m2·K/W）;K-傳熱系數(shù)（W/m2·K）;Ri-內(nèi)表面換熱阻（m2·K/W）一般取0.11m2·K/W;Re-外表面換熱阻（m2·K/W）一般取0.04m2·K/W。

（2）對于非均質(zhì)材料，傳熱過程是復(fù)雜的，非均質(zhì)性將會影響熱流密度的模式，其既不是一維的，也不均勻，是會各向異性的（因為不同方向的傳熱能力是不同的），但是在實際應(yīng)用中，假設(shè)邊界漏熱恒定可控，在長時間穩(wěn)定之后，也近似認為熱量都沿著垂直方向一維傳熱了，也就可以引用導(dǎo)熱系數(shù)的性質(zhì)了。

4 材料選型

由于新型墻體材料種類多，檢測資源有限，測試分析工作只能有選擇性地進行，這就面臨一個材料選型問題。材料選型的原則為：一是所選材料要與當(dāng)?shù)刭Y源條件相適應(yīng)。材料的主要生產(chǎn)原料應(yīng)來自本地區(qū)。二是所選材料應(yīng)適宜于檢測并具有一定的代表性，本項目初步選出了以下材料，如表1所示。

結(jié)合本項目的目的，可以得出幾點意見：（1）板材：其生產(chǎn)原料源于外地，資源缺乏適宜性，當(dāng)考慮排除;（2）粉煤灰磚、普通混凝土實心磚、燒結(jié)實心磚、灰砂磚這四類材料：資源適宜，但歷史測試數(shù)據(jù)的保溫性能指標(biāo)值過高或產(chǎn)品容重較大，不適合高層建筑，當(dāng)考慮排除;（3）輕集料混凝土小型空心砌塊：部分生產(chǎn)原料來源于外地但占比較小，歷史測試數(shù)據(jù)的保溫性能指標(biāo)、容重指標(biāo)值適中，可保留待選;（4）剩余的燒結(jié)空心磚、燒結(jié)多孔磚、燒結(jié)空心砌塊、燒結(jié)多孔砌塊、蒸壓加氣混凝土砌塊等五種材料，資源適宜，歷史測試數(shù)據(jù)的保溫性能指標(biāo)和容重指標(biāo)值適中，可考慮選擇;（5）對灰縫材料實施有效控制也是必須考慮到的，需要保證灰縫材料的保溫性能與被測對象基本一致，消除產(chǎn)生影響結(jié)果的熱橋效應(yīng)，否則測試指標(biāo)的結(jié)果可比性就較差。

根據(jù)上述意見，本項目最終選定保溫性能較好且容重較低（≤1100kg/m3）的四種材料為測試分析材料類型：輕集料混凝土小型空心砌塊、蒸壓加氣混凝土砌塊、燒結(jié)空心磚、燒結(jié)空心砌塊。

5 實施方案

（1）開展不同材料及相同砌筑厚度的測試分析，篩選出保溫性能較好的材料。該預(yù)案已實施完成，測試分析結(jié)果見表2。

通過上述實驗得出蒸壓加氣混凝土砌塊及燒結(jié)空心砌塊的保溫性能優(yōu)于其余兩種材料。接下來再針對蒸壓加氣混凝土砌塊及燒結(jié)空心砌塊兩種材料進行分析。

（2）開展相同材料，不同規(guī)格等級（厚度）測試分析，掌握相同材料，不同規(guī)格等級（厚度）保溫性能的差異。該預(yù)案已實施完成，測試分析結(jié)果見表3及表4。

6 平均導(dǎo)熱系數(shù)用于比較分析可行性的驗證

在前文中為了達到比較分析的目的，提出了平均導(dǎo)熱系數(shù)的概念，但其是否符合客觀規(guī)律可采用均質(zhì)材料進行驗證，驗證結(jié)果如表5：

從上述驗證結(jié)果來看，用傳熱系數(shù)實驗結(jié)果采用上文中公式（1）及公式（2）推導(dǎo)出的平均傳熱系數(shù)與直接采用導(dǎo)熱系數(shù)測定儀測定的導(dǎo)熱系數(shù)區(qū)別不大，故前文中的假設(shè)是符合客觀規(guī)律的。

7 結(jié)果評價

結(jié)論性意見：（1）對于非均質(zhì)材料，可以用其測得的傳熱系數(shù)推導(dǎo)出平均導(dǎo)熱系數(shù)從而達到保溫性能比較分析的目的。但應(yīng)注意此處為平均導(dǎo)熱系數(shù)，與材料的導(dǎo)熱系數(shù)存在概念區(qū)別，其換算推導(dǎo)目的也僅僅是用于保溫性能的比較分析。（2）從（平均）導(dǎo)熱系數(shù)來看，B05級蒸壓加氣混凝土砌塊、燒結(jié)空心砌塊較小。（3）對于非均質(zhì)材料（燒結(jié)空心砌塊），在空心結(jié)構(gòu)一致的情況下，平均導(dǎo)熱系數(shù)的變化隨材料厚度的變化影響不大，孔洞率及孔型結(jié)構(gòu)不變情況下導(dǎo)熱系數(shù)基本一致。

8 結(jié)語

綜合考慮建筑節(jié)能、建筑承重和環(huán)保的要求及資源綜合利用功能和資源的適宜性情況，結(jié)合材料的保溫性能指標(biāo)，筆者建議：十堰地區(qū)新型墻體材料的推廣應(yīng)用，以燒結(jié)空心砌塊和蒸壓加氣混凝土砌塊兩類材料為主，并以燒結(jié)空心砌塊、B05級蒸壓加氣混凝土砌塊兩種類型最為適宜。