適用于裝配式建筑墻板用的無(wú)機(jī)保溫材料的開(kāi)發(fā)研究

張同鈺 史國(guó)慶

摘 要：發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為當(dāng)今世界的一個(gè)主流趨勢(shì)，在綠色理念的驅(qū)動(dòng)下，裝配式建筑逐漸成為建筑領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，裝配式建筑在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)取得了很好的效果，但是在很多方面任然存在不足，如與其配套的墻板保溫效果較差，達(dá)不到建筑節(jié)能的要求。因此，為了改善裝配式建筑墻板的缺陷，本文進(jìn)行了適用于裝配式建筑墻板用的無(wú)機(jī)保溫材料的開(kāi)發(fā)和研究，對(duì)于裝配式建筑的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑墻板;無(wú)機(jī)保溫材料

中圖分類號(hào)：TU551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）05-0058-03

Research and Development of Inorganic Thermal Insulation Materials for Prefabricated Building Wallboard

Zhang Tongyu，Shi Guoqing

（Xianyang Vocational Technical College， Xianyang? 712000，China）

Abstract：The development of a green economy has become a mainstream trend in the world today. Driven by the green concept， prefabricated buildings have gradually become the focus of attention in the construction field. At present， prefabricated buildings have achieved good results in my countrys economically developed areas， but there are still deficiencies in many aspects. For example， the heat insulation effect of the matching wall panels is poor， and the requirements for building energy efficiency cannot be met. Therefore， in view of this shortcoming of prefabricated building wallboard， this paper develops and researches inorganic thermal insulation materials suiTab for prefabricated building wallboard， which has practical significance for the development of prefabricated building.

Key words：prefabricated building wall panels; inorganic insulation materials

0 引言

裝配式建筑是指將傳統(tǒng)建筑領(lǐng)域中一些現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的工作轉(zhuǎn)移到工廠中進(jìn)行，在工廠內(nèi)進(jìn)行建筑構(gòu)件和配件等的制作加工，加工完成后再將其運(yùn)送到建筑施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)相應(yīng)的方式將各種構(gòu)件和配件連接起來(lái)裝配安裝成的建筑[1]。目前，我國(guó)裝配式建筑主要有預(yù)制混凝土式、鋼結(jié)構(gòu)式、木結(jié)構(gòu)式三種類型的裝配建筑。相比于傳統(tǒng)建筑，裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)是建造速度快、施工過(guò)程中受氣候條件影響較小、制造過(guò)程無(wú)污染環(huán)保性較好、節(jié)省勞動(dòng)力、建筑質(zhì)量較好[2]。但是與其配套的墻板由于自重較大、保溫效果較差等缺陷導(dǎo)致其難以滿足建筑節(jié)能的需求，因此，研究開(kāi)發(fā)適用于裝配式建筑墻板用的具有良好的保溫效果、耐火性、環(huán)保性等無(wú)機(jī)保溫材料，成為裝配式建筑領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

1 建筑保溫材料的發(fā)展現(xiàn)狀

建筑的采暖和保溫問(wèn)題直接關(guān)系到建筑的能耗，降低建筑的能耗關(guān)鍵在于建筑的保溫隔熱，尤其是建筑外墻的保溫問(wèn)題，在裝配式建筑領(lǐng)域中一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。

1.1 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀

德國(guó)和瑞典對(duì)于建筑外墻保溫材料的研究和應(yīng)用起步較早，具有70多年的歷史，因此在保溫材料方面的研究較為成熟。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于建筑保溫材料的研究也較早，并取得了良好的效果，他們擁有較為純熟的工藝技術(shù)和較為嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。他們較早使用聚乙烯板和擠塑聚苯板作為建筑保溫材料，但是這兩種保溫材料具有較強(qiáng)的易燃性，發(fā)生火災(zāi)等事故后難以控制，存在很大的安全隱患，因此，這兩種保溫材料的使用范圍受到了限制。為了避免事故的發(fā)生，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于不同的建筑嚴(yán)格限制了其應(yīng)用保溫材料的等級(jí)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于保溫材料進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)于建筑用保溫材料的性能、使用范圍以及使用要求等都有明確的要求和限制條件。歐美市場(chǎng)主要的保溫材料為不燃和難燃材料，例如巖棉、聚氨酯、硅膠玻璃等。通過(guò)對(duì)保溫材料的不斷試驗(yàn)研究，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)有了較為全面的保溫系統(tǒng)，值得我國(guó)借鑒學(xué)習(xí)。

1.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

相對(duì)于德國(guó)和瑞典，我國(guó)在保溫材料等方面的研究起步較晚，與其相配套的設(shè)施、制度等都不夠完善。在保溫材料研究初期，研究和應(yīng)用的重點(diǎn)為有機(jī)保溫材料，因?yàn)槠渚哂辛己玫谋匦Ч?，但是由于其極容易引發(fā)較大的火災(zāi)事故，且在難以滿足建筑節(jié)能需求，因此，有機(jī)保溫材料的應(yīng)用不利于建筑行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。因?yàn)橛袡C(jī)保溫材料難以克服的缺點(diǎn)，無(wú)機(jī)保溫材料逐漸代替了有機(jī)保溫材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用的無(wú)機(jī)保溫材料有泡沫混凝土、無(wú)機(jī)保溫砂漿、巖棉制品、泡沫玻璃、泡沫陶瓷等五種類別。但是無(wú)機(jī)保溫材料相對(duì)于有機(jī)保溫材料來(lái)說(shuō)，在容重和導(dǎo)熱系數(shù)方面性能較差，但耐高溫又是其最大的優(yōu)勢(shì)[4]，為此，為了不斷的對(duì)無(wú)機(jī)保溫材料進(jìn)行優(yōu)化和完善，我國(guó)對(duì)其進(jìn)行了大量的投入，通過(guò)大力研究對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并取得了一定的研究效果。

2 裝配式建筑墻體用無(wú)機(jī)保溫材料的實(shí)驗(yàn)方案

裝配式建筑墻體一般使用的無(wú)機(jī)保溫材料為輕型保溫材料，為了達(dá)到較好的保溫效果，其內(nèi)部會(huì)存在較多的封閉孔隙，這種不緊密的內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其強(qiáng)度降低。同樣，如果改善材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)度從而提高其強(qiáng)度，則隨之而來(lái)的是材料的質(zhì)重和導(dǎo)熱性能會(huì)升高，因此目前的無(wú)機(jī)保溫材料很難完美的契合建筑領(lǐng)域的各種需求。為了制備質(zhì)輕、保溫效果好，同時(shí)強(qiáng)度又較高的無(wú)機(jī)保溫材料，本節(jié)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

2.1 無(wú)機(jī)保溫材料試件的制作過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)中對(duì)骨料的攪拌采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，然后其成型采用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，制備工藝流程如圖1所示。

將無(wú)機(jī)保溫材料的各種原料按比例攪拌均勻，裝入強(qiáng)制式攪拌機(jī)的試模，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)60s，覆蓋薄膜，48h之后拆模，并立即將其置于溫度為20℃±1℃，相對(duì)濕度為95%±3%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)原料與配合比設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)中所用原料有，普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、膨脹珍珠巖、陶粒、礦物纖維、萘系減水劑、水。其中，以陶粒作為粗骨料，膨脹珍珠巖作為細(xì)骨料，采用松散體積法進(jìn)行無(wú)機(jī)保溫材料的配合比設(shè)計(jì)。配合比的設(shè)計(jì)原則為控制水灰比、砂率、單位用水量等，類似于普通混凝土的設(shè)計(jì)。

本實(shí)驗(yàn)所配制的無(wú)機(jī)保溫材料的適配強(qiáng)度為?cu，k=10，根據(jù)公式：

計(jì)算適配強(qiáng)度，其中，?cu，o為適配強(qiáng)度，?cu，k為立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，σ為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)小于?cu，k=20時(shí)，σ為4.0。根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)砂率范圍、水泥用量、凈用水量、粗細(xì)骨料的用量進(jìn)行計(jì)算，粗細(xì)骨料的用量計(jì)算公式為：

其中，Vs、Va、Vt分別單位體積內(nèi)細(xì)骨料、粗骨料、粗細(xì)骨料的松散體積，ms、ma分別為單位體積內(nèi)細(xì)骨料、粗骨料的用量，SP為砂率，ρs、ρa(bǔ)分別為細(xì)骨料、粗骨料的堆積密度。附加用水量的計(jì)算公式為：

此公式適用于粗骨料不預(yù)濕，砂為輕砂的情況，其中wa、ws為粗骨料、細(xì)骨料1h的吸水率。本文中膨脹珍珠巖的堆積密度為95kg/m3，1h的吸水率為47%，裹漿處理后陶粒的堆積密度為600kg/m3，1h吸水率為8.375%，經(jīng)計(jì)算研究，可確定無(wú)機(jī)保溫材料混凝土的配合比。

2.3 無(wú)機(jī)保溫材料最佳摻量設(shè)計(jì)

根據(jù)上述方法計(jì)算的配合比可能在現(xiàn)場(chǎng)施工配制時(shí)出現(xiàn)意外情況，因此需要對(duì)無(wú)機(jī)保溫材料的配合比進(jìn)行適配，確保各種原料的最佳摻量，由于裝配式外墻所用的無(wú)機(jī)保溫材料是輕質(zhì)骨料，容易受到多個(gè)因素的影響，例如骨料摻入比例、水泥摻量、水膠比等，因此，將這些因素作為研究對(duì)象，綜合研究其對(duì)無(wú)機(jī)保溫材料的保溫效果、強(qiáng)度、質(zhì)量等因素。本實(shí)驗(yàn)中以硅酸鹽水泥和粉煤灰為凝膠材料，總量為300kg/m3，控制減水劑的摻量為凝膠材料總量的0.8%，粉煤灰的摻量、砂率、水膠比等配比如表1所示。

通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)保溫材料的表觀強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等性能進(jìn)行測(cè)試，確定當(dāng)砂率為50%、粉煤灰摻量為20%、水膠比為0.45時(shí)，無(wú)機(jī)保溫材料的抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)和表觀密度等性能處于最佳狀態(tài)。

3 結(jié)果與討論

本實(shí)驗(yàn)以陶粒作為粗骨料，膨脹珍珠巖作為細(xì)骨料，水泥、粉煤灰為膠凝材料制備了適用于裝配式建筑墻板用的無(wú)機(jī)保溫材料，設(shè)計(jì)并計(jì)算了無(wú)機(jī)保溫材料混凝土的配合比。但是考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)各種環(huán)境條件等難以預(yù)測(cè)和控制，因此在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)無(wú)機(jī)保溫材料的制備時(shí)還需要綜合考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的各種狀況，不同原料用量的不同會(huì)使制備的無(wú)機(jī)保溫材料的性能也不盡相同，因此本實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)整各個(gè)因素的摻量來(lái)對(duì)其配合比進(jìn)行適配，以保障裝配式建筑墻板用的無(wú)機(jī)保溫材料的施工簡(jiǎn)單方便。為了確定各因素的最佳摻量設(shè)計(jì)，本研究中對(duì)不同原料摻量的無(wú)機(jī)保溫材料的表觀強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)等性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)這些性能的比較以及綜合考量，確定了制備無(wú)機(jī)保溫材料的各種原料的最佳摻量。最終得出結(jié)論，當(dāng)砂率為50%、粉煤灰摻量為20%、水膠比為0.45時(shí)，制備的無(wú)機(jī)保溫材料的抗壓強(qiáng)度、保溫性能等處于最優(yōu)狀態(tài)。

由于時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件的限制，本實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，對(duì)于無(wú)機(jī)保溫材料最佳摻量設(shè)計(jì)研究中并未對(duì)材料的抗凍性、隔音效果等性能進(jìn)行測(cè)試。然而，這些性能是裝配式建筑在施工建設(shè)時(shí)必須要考慮的因素，因此在進(jìn)行實(shí)際施工時(shí)還需要綜合考慮其他的各種因素以及性能，選擇合適的配合比設(shè)計(jì)以及摻量。

4 結(jié)語(yǔ)

綠色建筑理念的發(fā)展催動(dòng)了裝配式建筑的發(fā)展，同時(shí)也促使人們更關(guān)注建筑的能耗問(wèn)題，即建筑的保溫性能。裝配式建筑的發(fā)展符合綠色建筑的發(fā)展需求，但是其保溫問(wèn)題一直是人們重點(diǎn)關(guān)注并急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。有機(jī)保溫材料的保溫效果較好，但是容易燃燒，近幾年來(lái)，因?yàn)楸夭牧系囊兹夹詥?wèn)題導(dǎo)致很多特大火災(zāi)和墻體的坍塌事故經(jīng)常發(fā)生，造成經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，給人們的人身安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。更多的學(xué)者將關(guān)注點(diǎn)放在無(wú)機(jī)保溫材料的開(kāi)發(fā)研究中，文中開(kāi)發(fā)和研究了適用于裝配式建筑墻板用的無(wú)機(jī)保溫材料，對(duì)于其在裝配式建筑領(lǐng)域的制備、應(yīng)用和研究具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

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