輕集料混凝土保溫砌塊在建筑保溫節(jié)能中的應(yīng)用研究

范義東

(廣西桂林地建建設(shè)有限公司，廣西 桂林 541001)

砌塊是一種用于砌筑的人造塊材，形狀多樣，以直角六面體最為常用[1]。依據(jù)砌塊的主規(guī)格高度大小，可將砌塊分成三種類(lèi)型：小型、中型和大型砌塊。用輕集料混凝土制成的砌塊稱(chēng)為輕集料混凝土砌塊。而輕集料混凝土保溫砌塊的制成原理如下：采用爐渣和混凝土等材料作為混凝土中的骨料，采用水泥作為膠結(jié)材料，同時(shí)摻加粉煤灰、外加劑和水制備而成[2]。近年來(lái)，輕集料混凝土保溫砌塊被大量的應(yīng)用到建筑保溫節(jié)能設(shè)計(jì)中。

EPS(再生)輕集料混凝土保溫砌塊則是在骨料中加入了發(fā)泡聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,簡(jiǎn)稱(chēng)EPS)。聚苯乙烯顆粒的優(yōu)點(diǎn)在于密度很低、保溫隔熱效果好，將聚苯乙烯加入到輕集料混凝土砌塊的制作當(dāng)中，能夠使砌塊擁有隔聲、抗震、造價(jià)低、導(dǎo)熱系數(shù)低和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[3]。本文研究輕集料混凝土保溫砌塊在建筑保溫節(jié)能中的應(yīng)用，在輕集料混凝土保溫砌塊制作中加入了EPS材料，從而提高建筑保溫、節(jié)能效果。

1 輕集料混凝土保溫砌塊的應(yīng)用研究

1.1 設(shè)計(jì)思路

依據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部門(mén)提出的“薄墻體、高保溫、節(jié)地和節(jié)材”的理念，以300、250 mm塊型的外墻為基準(zhǔn)，結(jié)合某地區(qū)建筑外墻的要求，將公用建筑和民用建筑外墻的平均傳熱系數(shù)分別規(guī)定為≤0.8 W/(m2·K)和≤0.6 W/(m2·K)。混凝土砌塊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求包括3個(gè)方面：

(1)滿(mǎn)足砌體保溫隔熱的需求；

(2)砌塊的隔聲、硬度和容重等功能滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)指標(biāo)；

(3)在施工的過(guò)程中，考慮施工過(guò)程的便捷易行以及產(chǎn)品防火、防災(zāi)和減災(zāi)等要求。

由于EPS材料保溫效果好、容重輕，因此，EPS材料也成為了建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的的保溫材料，利用EPS作為保溫材料是當(dāng)下節(jié)能外墻常用的保溫技術(shù)之一。但是，EPS也存在一個(gè)最大的缺點(diǎn)，即容易燃燒，一旦煙頭或其他有火花的東西濺到EPS表面，極易引發(fā)火災(zāi)，造成建筑使用者的財(cái)產(chǎn)損失，甚至危害其生命安全[4]。

為此，本研究將EPS和輕集料無(wú)機(jī)材料相結(jié)合，所構(gòu)建的輕集料混凝土保溫砌塊存在一個(gè)夾芯。該砌塊結(jié)合了EPS材料保溫效果好等的優(yōu)點(diǎn)，也彌補(bǔ)了EPS材料易燃的不足，使得輕集料混凝土保溫砌塊不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑的防火減災(zāi)，還能夠有效滿(mǎn)足建筑保溫節(jié)能的要求。

1.2 生產(chǎn)原料、工藝及尺寸

1)生產(chǎn)原料

將水泥作為輕集料混凝土砌塊的原材料。砌塊的主要骨料為爐渣、粉煤灰、混凝土砌塊等。在產(chǎn)品成型和養(yǎng)護(hù)后，依據(jù)冷橋阻斷原理，將EPS加入到砌塊保留的空洞里，從而產(chǎn)生一個(gè)輕集料混凝土和EPS的夾芯保溫材料，這樣不僅能起到減災(zāi)防火的作用，還能夠有效提高結(jié)構(gòu)保護(hù)和節(jié)能隔熱的效果[5]。

2)生產(chǎn)工藝

利用QT8-15型全自動(dòng)砌塊成型機(jī)對(duì)EPS輕集料混凝土保溫砌塊進(jìn)行加工生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 砌塊生產(chǎn)工藝流程示意圖

3)配合比設(shè)計(jì)

表1所示為EPS輕集料混凝土保溫砌塊配合比統(tǒng)計(jì)結(jié)果，用水量則需依據(jù)實(shí)際成型要求現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。

依據(jù)砌塊養(yǎng)護(hù)期強(qiáng)度和干容重，在表1所示的4組配合比生產(chǎn)中，最符合砌塊研究要求的只有第1組配合比設(shè)計(jì)，能夠同時(shí)達(dá)到輕質(zhì)和高強(qiáng)的目標(biāo)[6]。

表1 每立方米EPS輕集料混凝土保溫砌塊配合比

4)產(chǎn)品規(guī)格尺寸

砌塊產(chǎn)品規(guī)格尺寸如表2所示。

表2 砌塊產(chǎn)品規(guī)格尺寸

1.3 建筑保溫節(jié)能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

將上述設(shè)計(jì)的EPS輕集料混凝土保溫砌塊應(yīng)用在建筑外墻砌筑過(guò)程中。圖2所示為外墻砌體施工圖，其施工工藝流程包括6部分，分別為：超平放線(xiàn)、制備和鋪設(shè)砂漿、砌塊砌筑、校正、勾縫和自檢。

圖2 外墻砌體施工圖

(1)依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)天氣干燥程度和水分蒸發(fā)速度，用EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑墻體時(shí)可適當(dāng)?shù)臑⑿┧軡衿鰤K表面[7-8]。由于只有小型磚塊能夠安放腳手架洞眼處，因此，采用小型磚塊進(jìn)行鋪底。在砌筑時(shí)，為了方便小磚和梁同時(shí)帖砌輕集料保溫板來(lái)隔擋冷熱橋，小磚塊要和柱或剪力墻平齊。砌塊下的小磚是丁磚受力，且在采用EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑小磚以上的填充墻時(shí)，要向外凸出一定厚度的保溫材料[9-11]。這一過(guò)程中，還要求填充墻與剪力墻現(xiàn)澆復(fù)合保溫板后的外平面平齊，且梁柱熱橋部分粘貼EPS輕集料水泥保溫板后外平面應(yīng)平齊，灰縫厚度在8～12 mm。

(2)當(dāng)砌筑到外墻頂端時(shí)，將小磚外側(cè)和梁外側(cè)面保持平齊，梁板柱處帖砌EPS輕集料水泥保溫板時(shí)也應(yīng)與砌小磚處貼合，從而隔擋冷熱橋[12]。

(3)利用增加構(gòu)造柱的方式處理內(nèi)墻和外墻不同材料搭接處的縫隙，即勾縫。勾縫過(guò)程需要依據(jù)不同的砌塊類(lèi)型獨(dú)立設(shè)立拉結(jié)筋，且當(dāng)內(nèi)外墻交接處較繁瑣且交接處沒(méi)有構(gòu)造柱時(shí)，需利用EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌砌筑交接處的內(nèi)墻，同時(shí)在內(nèi)墻貼近外墻的位置增加構(gòu)造柱，其寬度應(yīng)大于或等于115 mm。

在比較寒冷的地區(qū)利用EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑墻體時(shí)，普通混凝土小型空心砌塊要做3.5～4.5 cm的外保溫層[13-15]。EPS輕集料混凝土保溫砌塊的保溫、隔音性能好優(yōu)于普通混凝土，且其熱阻大、無(wú)需保溫砂漿過(guò)程，可以在寒冷地區(qū)廣泛應(yīng)用。

在完成EPS輕集料混凝土保溫砌塊設(shè)計(jì)后，將該成品用于遼寧省沈陽(yáng)市F區(qū)三期某學(xué)生宿舍。該宿舍總建筑面積是37 033 m2，外墻厚度是280 mm，共6層。在外墻的構(gòu)建上，整體利用輕集料混凝土保溫砌塊，主要構(gòu)建方式為：厚膩?zhàn)油苛虾秃穹浪畬泳鶠?.8 mm，厚水泥砂漿、厚保溫砌塊和厚混合砂漿分別為17.8、218和18 mm。表3為該建筑墻體的詳細(xì)熱工計(jì)算。

表3 墻體熱工計(jì)算

由表3可知，EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑的墻體熱阻可達(dá)到0.864 m2·K/W，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的寒冷地區(qū)的墻體熱阻值。

2 實(shí)驗(yàn)與分析

為了驗(yàn)證本研究設(shè)計(jì)的輕集料混凝土保溫砌塊在建筑保溫節(jié)能中的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試的工具為：熱電偶、熱流計(jì)、溫度熱流巡回檢測(cè)儀和仿真計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：選擇遼寧省沈陽(yáng)市F區(qū)三期某學(xué)生宿舍為研究對(duì)象，對(duì)宿舍樓的墻體溫度展開(kāi)了為期7天的測(cè)試，每隔25 min實(shí)行一次數(shù)據(jù)的采集并及時(shí)記錄。保溫體系測(cè)試結(jié)果如圖3～圖5所示。將記錄的溫度和熱流量傳遞給仿真計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，從而獲得墻體內(nèi)外表面的最大溫差平均值，依據(jù)獲得的平均值得到墻體的熱工參數(shù)，如表4所示。

表4 墻體的熱工參數(shù)

圖3 保溫墻體各層間的界面溫度實(shí)測(cè)曲線(xiàn)

圖4 保溫墻體各層之間的溫差曲線(xiàn)

圖5 墻體傳熱系數(shù)和時(shí)間的變化關(guān)系

分析圖3可知，在7天的測(cè)試中，墻體外表面溫度保持在25～40 ℃，墻體外側(cè)砂漿和砌塊之間的界面溫度保持在25～38 ℃，墻體內(nèi)側(cè)砂漿和砌塊的界面溫度保持在25～35 ℃，墻體內(nèi)表面的溫度維持在25 ℃左右。分析圖4可知，內(nèi)外墻體表面之間的溫差在0～15 ℃，墻體外砂漿層和砌塊之間的溫差在0～13 ℃，墻體內(nèi)砂漿層和砌塊間的溫差在0～10 ℃。由此可以看出，墻體各層之間存在一個(gè)最大平均溫差值，大約為12.67 ℃。根據(jù)這個(gè)最大平均溫差值得出墻體傳熱系數(shù)和時(shí)間的變化值如圖5所示。分析圖5可知，墻體傳熱系數(shù)和時(shí)間的變化之間存在一定的規(guī)律性，變化區(qū)間在1～6 W/(m2·K)。

分析表4可知，由EPS輕集料混凝土保溫砌塊砌筑的墻體的傳熱系數(shù)是0.795 8 W/(m2·K)，該值小于國(guó)家規(guī)定的公用建筑外墻的平均傳熱系數(shù)≤0.8 W/(m2·K)，且墻體的熱阻值是0.873 m2·K/W，符合國(guó)家建筑節(jié)能65%標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明本研究設(shè)計(jì)的輕集料混凝土保溫砌塊能夠有效實(shí)現(xiàn)建筑保溫節(jié)能的目的。

為突出驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用效果，對(duì)比本文方法和傳統(tǒng)的基于模塊化建造的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能方法的保溫效果，并對(duì)墻體展開(kāi)為期了7天的溫度測(cè)試，對(duì)比結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同方法下墻體溫度對(duì)比結(jié)果

分析圖6可知，應(yīng)用本文方法后，建筑物墻體溫度變化幅度小于基于模塊化建造的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能方法，且本文方法下墻體的溫度值高于基于模塊化建造的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能方法。由此可以說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的輕集料混凝土保溫砌塊具有更好的保溫效果，有效實(shí)現(xiàn)了建筑保溫。

依據(jù)遼寧省產(chǎn)品市場(chǎng)定額信息，結(jié)合實(shí)驗(yàn)建筑墻體信息，分析墻體材料的用量、墻體材料賣(mài)價(jià)、墻體材料總價(jià)、輕集料混凝土保溫材料用量、輕集料混凝土保溫材料賣(mài)價(jià)、輕集料混凝土保溫材料總價(jià)和保溫建筑主材總價(jià)，并分析本文方法和基于模塊化建造的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能方法在實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果如表5所示。

表5 不同方法保溫建筑主材價(jià)格對(duì)比

分析表5可知，在相同墻體面積的情況下，比較混凝土保溫建筑主材總價(jià)可知，輕集料混凝土保溫建筑主材總價(jià)比基于模塊化建造的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫節(jié)能方法少22 442.58元。由此可知，在建筑節(jié)能保溫設(shè)計(jì)中，使用輕集料混凝土保溫砌塊的價(jià)格更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，也說(shuō)明了本文方法的經(jīng)濟(jì)效益更高。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文在原料中加入了EPS材料，從而設(shè)計(jì)了EPS輕集料混凝土保溫砌塊，加強(qiáng)了材料的保溫效果，也提高了輕集料混凝土保溫砌塊的熱阻和隔音效果。與此同時(shí)，EPS輕集料混凝土保溫砌塊還起到了維護(hù)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和節(jié)能隔熱的效果，符合國(guó)家建筑保溫節(jié)能的要求。因此，可將該種輕集料混凝土保溫砌塊應(yīng)用在建筑保溫節(jié)能領(lǐng)域，從而提高建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。