泡沫混凝土復(fù)合墻板的制備與吊裝工藝研究*

□□ 宋子豪，彭紅濤，卞立波，巴合卓力·克孜爾開勒迪，王重陽，馬國星 (.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，北京 00083；.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，北京 066)

引言

隨著我國人民物質(zhì)生活質(zhì)量水平的不斷提高，人們對家庭住宅舒適度的要求也在不斷提高，我國的住宅建筑空間能耗水平呈現(xiàn)逐年激增的增長趨勢，已經(jīng)超過歐美日等大國[1]。能耗的不斷增加以及建筑資源的逐漸枯竭都將使當(dāng)今建筑業(yè)面臨嚴峻的環(huán)境挑戰(zhàn)，因此，如何真正做到有效減少建筑能耗，資源的綜合利用等已成為當(dāng)前建筑業(yè)亟待解決的重大問題。節(jié)能型建筑[2-3]是時代與經(jīng)濟發(fā)展的必然要求，也是現(xiàn)代經(jīng)濟社會發(fā)展的必然需要。事實上，高層建筑物的大部分能耗是由于高層建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫性不好、安裝密閉度和性能差等原因而導(dǎo)致建筑內(nèi)部的熱量大量流失[4]。圍護結(jié)構(gòu)由墻體、門窗組成，其中主要部分為墻體，實施節(jié)能工程必須極大地改善圍護結(jié)構(gòu)的熱工能力，特別是隔墻的熱工能力。因此，開發(fā)出一種強度高、質(zhì)量輕、保溫隔熱性能好的節(jié)能環(huán)保型墻板對推動我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)建筑材料改革都是當(dāng)務(wù)之急。泡沫混凝土復(fù)合墻板是一種新型環(huán)保節(jié)能的內(nèi)隔墻材料，它兩側(cè)設(shè)置有企口，安裝時只需要把復(fù)合墻板立起，榫頭和榫槽間涂上少量基層嵌縫防水砂漿后將板對接拼裝即可。本文研究的泡沫混凝土復(fù)合墻板由自然養(yǎng)護而成，其內(nèi)芯以石膏、水泥為膠凝材料，以粉煤灰為礦物混合料，加入泡沫劑發(fā)泡后形成的混凝土，墻板兩側(cè)是保護層，其組成為抗裂砂漿-玻璃纖維網(wǎng)格布-抗裂砂漿。該復(fù)合墻板生產(chǎn)過程快捷、節(jié)能、環(huán)保、輕質(zhì)、吸振、保溫隔熱、阻燃、可降低墻體成本，完全符合新型建筑對建筑材料的要求。

1 泡沫混凝土性質(zhì)

(1)質(zhì)量輕

泡沫混凝土密度小，一般為300～1 800 kg/m3，工程中的泡沫混凝土密度一般為300～1 200 kg/m3，近幾年密度為160 kg/m3的超輕泡沫混凝土也已經(jīng)在工程中得到了廣泛應(yīng)用。由于泡沫混凝土的密度很小，在修建柱子、內(nèi)外墻、樓面等建筑結(jié)構(gòu)時運用泡沫混凝土，可使建筑自重減少25%左右，有時甚至可以減少結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的30%～40%。且采用泡沫混凝土后，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量減輕，大大減輕了結(jié)構(gòu)構(gòu)件所需承受的荷載，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性。

(2)熱工性能好

由于泡沫混凝土中含有大量閉合的孔隙，孔隙率極低，可有效阻斷熱量的流失，所以其具有優(yōu)良的保溫隔熱性能。其導(dǎo)熱系數(shù)為0.08～0.30 W/(m·k)，熱阻一般為普通混凝土的10～20倍。將泡沫混凝土運用到墻體、屋面、地面中，可以達到優(yōu)良的保溫效果。

(3)良好的阻燃性能

泡沫混凝土是一種無機建材，不易燃燒，具有很好的耐火性，在建筑物中使用，符合建筑物的阻燃要求。

(4)良好的抗震性

通常地基的荷載越小，結(jié)構(gòu)抗震性就越強。地基受到的荷載與墻體材料質(zhì)量直接相關(guān)，墻體質(zhì)量越輕，建筑物地基受到的荷載就越少。平時應(yīng)用到實際工程中的泡沫混凝土密度一般為300～1 200 kg/m3，與傳統(tǒng)材料相比，建筑自重減少了1/3～2/5，因此泡沫混凝土的抗震能力極佳[5]。

(5)泡沫混凝土的生產(chǎn)快捷

泡沫混凝土不僅可以在工廠中預(yù)制成各種建材，還可以在現(xiàn)場現(xiàn)澆到屋面、墻體和地面上。

泡沫混凝土由于其質(zhì)輕、抗沖擊、保溫性好，故在新型節(jié)能環(huán)保墻板中得到了廣泛應(yīng)用，并在其他方面也得到了應(yīng)用。目前，泡沫混凝土在實際工程中的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，不僅是運用于墻板中，在輕質(zhì)回填材料、夾芯構(gòu)件、垃圾箱桌凳、運動場和田徑跑道中都能看到它的身影。

2 復(fù)合墻板的研究現(xiàn)狀

復(fù)合墻板是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)的新型節(jié)能環(huán)保建筑內(nèi)隔墻板。它不是單一的一種材料，而是由多種面層疊加組成，其具有明顯的綠色、節(jié)能、無污染、質(zhì)量輕、抗震、阻燃、隔熱、施工便捷等優(yōu)點。

陳誠[6]研究了各種原材料，通過正交試驗設(shè)計研究了發(fā)泡劑摻量、發(fā)泡溫度和催化劑摻量對泡沫混凝土復(fù)合墻板性能的影響。結(jié)果表明，各因素的影響程度排序為：發(fā)泡劑摻量>催化劑摻量>發(fā)泡溫度。同時，對輕質(zhì)隔墻板與加氣混凝土在隔音、保溫、力學(xué)性能方面做了對比研究。結(jié)果表明，密度為800 kg/m3的墻板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.176 2 W/(m·k)，最大力位移值為0.78 mm，倍頻程隔聲損失為53 dB，優(yōu)于同密度的加氣混凝土。

張玉等[7]提出了以菱鎂膠凝材料為主體的無機發(fā)泡隔墻板的制備方法。在發(fā)泡保溫材料中加入速凝劑、增稠劑、防水劑等改性劑，研究了不同改性劑的摻量與無機發(fā)泡隔墻板干密度、導(dǎo)熱系數(shù)、發(fā)泡量、吸水率和抗壓強度的關(guān)系。對基體內(nèi)部的力傳遞路徑進行了優(yōu)化，得到了具有良好保溫性能和力學(xué)性能的配方。

申亞楠[8]通過理論研究、性能試驗和有限元分析相結(jié)合，研制出一種具有優(yōu)良保溫性能的預(yù)制夾芯保溫復(fù)合墻板。該復(fù)合墻板中間芯料選用泡沫玻璃板，厚度為100 mm；兩側(cè)結(jié)構(gòu)層選用以陶粒陶砂為骨料的輕集料混凝土，厚度為50 mm；墻板總厚度為200 mm。經(jīng)計算，墻板的熱惰性指數(shù)為2.83，傳熱系數(shù)為0.369 W/(m2·k)。利用DeST能耗模擬軟件對四種墻板應(yīng)用于住宅建筑和公共建筑的能耗進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明，預(yù)制夾芯保溫復(fù)合墻板具有良好的節(jié)能效果。

余其俊等[9]以硅酸鈣板為兩側(cè)結(jié)構(gòu)層，纖維增強泡沫混凝土為中間保溫層，制備泡沫混凝土復(fù)合墻板。研究了泡沫混凝土體積密度和聚丙烯纖維含量對復(fù)合墻板抗壓性能的影響。結(jié)果表明，隨著芯材密度的增加(400～600 kg/m3)，復(fù)合墻板的受壓破壞逐漸由結(jié)構(gòu)層和保溫層的分別破壞向整體破壞轉(zhuǎn)變，復(fù)合效應(yīng)增強，抗壓強度顯著提高，抗壓韌性指數(shù)略有提高；且隨著芯材中纖維含量的增加(0～2 kg/m3)，復(fù)合墻板受壓破壞時，芯材的可見大裂紋明顯減少，說明纖維能夠很好地阻止裂縫的擴展和延伸。

3 泡沫混凝土復(fù)合墻板的生產(chǎn)

泡沫混凝土復(fù)合墻板的生產(chǎn)包括配料配比、投料攪拌、輸入泡沫、轉(zhuǎn)運機運送、安裝清洗模具、鋪玻璃纖維網(wǎng)格布、注入模具、成型、拆模、養(yǎng)護等過程，如圖1所示。

圖1 泡沫混凝土復(fù)合墻板生產(chǎn)流程框圖

具體制備步驟如下：

(1)完成開機前的準(zhǔn)備工作，確定原料是否充足。

(2)配小料，提前將A(增強劑)、B(緩凝劑)、C(固化劑)等組分小料稱重，稱出夠一個班生產(chǎn)的量，每組一袋備用。各組分小料分別需要增強劑3.5 kg、緩凝劑0.4 kg、固化劑2 kg。

(3)開始投料前關(guān)閉放料閥，攪拌機四壁用水噴濕清理掛料。投入350 kg水進入攪拌機，投入10 kg棕絲纖維，投入稱好的A、B、C小料，用粉料輸送泵輸送水泥100 kg、石膏750 kg、粉煤灰150 kg，之后反復(fù)進行幾次開關(guān)門，清空稱重料斗。

(4)加入發(fā)泡劑2 000 mL，發(fā)泡用水10 kg，配制定量泡劑。漿料攪拌均勻后加入定量泡劑，攪拌均勻后放料到轉(zhuǎn)運攪拌機。然后立即對攪拌機清洗，干凈后加入下一鍋水進去。

(5)進行模具的安裝和清洗，之后在模具兩側(cè)均勻涂抹上抗裂砂漿，然后在抗裂砂漿層上滿鋪玻璃纖維網(wǎng)格布，最后在玻璃纖維網(wǎng)格布上再涂抹一層抗裂砂漿，將其覆蓋。

(6)將漿料倒入模具，刮平分層，蓋上模具扣緊，反應(yīng)2 h后拆模。

(7)拔管，拆模，用綁帶捆綁墻板后用叉車運送至養(yǎng)護區(qū)域進行養(yǎng)護。

本文制備的泡沫混凝土復(fù)合墻板兩側(cè)結(jié)構(gòu)層由抗裂砂漿與玻璃纖維網(wǎng)格布組成，中間保溫層為泡沫混凝土，實物圖如圖2所示。

該墻板保溫層的泡沫混凝土是以石膏、水泥為膠凝材料，粉煤灰為摻合料，松香酸鈉為發(fā)泡劑，增強劑、緩凝劑、固化劑為外加劑，以及摻入棕絲纖維來制備而成的。因為泡沫混凝土是脆性材料，且強度不高，所以在泡沫混凝土保溫層兩側(cè)增設(shè)由抗裂砂漿與玻璃纖維網(wǎng)格布組成的加強面層，制成復(fù)合墻板，可以增加墻板的抗裂強度，提高墻板的抗沖擊性能，泡沫混凝土復(fù)合墻板的成功生產(chǎn)證明，保溫層和結(jié)構(gòu)層能夠牢固結(jié)合，不會發(fā)生芯板與玻璃纖維網(wǎng)格布分離的現(xiàn)象。

4 泡沫混凝土復(fù)合墻板的吊裝工藝

泡沫混凝土復(fù)合墻板的吊裝，必須事先將墻板綁扎起來，使其成為牢固整體，最大程度地減少墻板可能受到的受拉或彎曲破壞。因此，對泡沫混凝土復(fù)合墻板的吊裝技術(shù)研究可分為吊裝方案設(shè)計、選取吊裝材料、選取吊裝設(shè)備等階段。

4.1 吊裝方案設(shè)計

方案設(shè)計對象為“一”字形泡沫混凝土復(fù)合墻板。墻板質(zhì)量約204.12 kg，墻板尺寸為2 800 mm×600 mm×120 mm(長×寬×厚)?？紤]到泡沫混凝土復(fù)合墻板為細長型，擬將吊裝帶綁扎在墻板1/3和2/3處，吊裝方案設(shè)計如圖3所示。

圖3 吊裝方案設(shè)計

4.2 選取吊裝材料

選用織帶寬度為50 mm的滌綸綁帶作為吊裝帶，根據(jù)工廠提供的數(shù)據(jù)可知，該滌綸綁帶最大抗拉強度為25 kN，最小破斷力為50 kN，且自帶收緊器作為接頭裝置。

4.3 選取吊裝設(shè)備

由于墻板為輕質(zhì)隔墻板，形狀呈細長的“一”字形，跨度較大而寬度較小，因此可選擇小型叉車起吊。首先操縱叉車將前端的貨叉進行抬升，抬到1.5 m以上；然后把貨叉掛鉤對準(zhǔn)吊裝帶上部的接頭裝置；最后將貨叉勻速緩慢伸進吊裝帶的接頭裝置，保持貨叉靜止，控制叉車檔位，低速勻速起吊。

5 結(jié)語

隨著節(jié)能環(huán)保意識日漸深入人心，泡沫混凝土復(fù)合墻板具有輕質(zhì)保溫效果的建筑材料越來越受到人們的關(guān)注。不斷涌入新型墻板市場的用戶，正是泡沫混凝土復(fù)合墻板備受矚目的證明。對于中國市場，大家更是翹首以待，國內(nèi)巨大的市場潛力，政府積極的政策支持，眾多的科研人員和先進的科研設(shè)備，以及技術(shù)進步所帶來的結(jié)構(gòu)性產(chǎn)業(yè)機遇，將為中國新型墻板行業(yè)帶來極大的商機。泡沫混凝土復(fù)合墻板作為一種節(jié)能環(huán)保型材料，兼具輕質(zhì)、保溫等良好的性能，必將擁有廣闊的應(yīng)用前景。