天然輕集料混凝土保溫砌塊的應(yīng)用分析

王宇杰

（中國機(jī)械工業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100045）

0 引言

在當(dāng)前的EPS板和XPS板薄抹灰外墻保溫工程當(dāng)中，比較常見的墻體問題是抹面層裂紋。薄抹灰面層出現(xiàn)空鼓情況，當(dāng)然也時有出現(xiàn)薄抹灰面層脫落和保溫層脫落情況。有時候一些工程的薄抹灰外保溫工程經(jīng)過3~5年就需要維修甚至大修工作。所以需要詳細(xì)分析外墻外保溫工程當(dāng)中的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)。當(dāng)前如何提升EPS、XPS板薄抹灰外墻外保溫工程防火性能，減少房屋的火災(zāi)隱患越來越迫切。開發(fā)出導(dǎo)熱系數(shù)更小的，能讓墻體變得更薄，施工更加簡便，造價適中，壽命幾乎可以和建筑相接近的保溫墻體材料產(chǎn)品，是當(dāng)前需要努力研究的方向。

1 天然輕集料的性能

天然輕集料資源十分豐富，在我國擁有著火山渣、浮石等天然輕集料，在吉林、黑龍江、山西以及內(nèi)蒙古和海南等地都有著豐富的資源。僅僅在遼寧省的寬甸地區(qū)青椅山到黃椅山等地區(qū)初步探測出的天然輕集料就超過了1000萬t。寬甸大川頭也有著豐富的浮石儲量。

4種產(chǎn)地（1#吉林、2#黑龍江、3#山西、4#遼寧）不同的天然輕集料的化學(xué)成分，如表1所示，其化學(xué)成分中二氧化硅約占45.9%~56.9%，三氧化二鐵占4.1%~13.2%，三氧化二鋁占10.2%~17.2%，氧化鈣占6.4%~12.2%，三氧化硫占0.1%左右，本研究選用4#作為試制產(chǎn)品。

表1 天然輕集料的化學(xué)成分 %

選用4#輕集料，其松散密度為231~279 kg/m3，適用于制作輕集料混凝土保溫砌塊。其中3#、4#天然輕集料的物理力學(xué)性能如表2所示，4#天然輕集料的放射性內(nèi)照射指數(shù)、外照射指數(shù)符合GB 2841—1981《天然輕骨料》要求，適合用于生產(chǎn)建筑材料[1]。

表2 天然輕集料的物理力學(xué)性能

2 天然輕集料混凝土保溫砌塊的強(qiáng)度與規(guī)格

依照墻體材料的規(guī)范化要求，在設(shè)計節(jié)能建筑時，要求墻體保溫符合標(biāo)準(zhǔn)。同時將其與砌筑施工工法、各種建筑模數(shù)緊密結(jié)合，選出優(yōu)良的天然輕集料混凝土，以此設(shè)計出天然輕集料混凝土保溫砌塊的強(qiáng)度與規(guī)格。依照優(yōu)選結(jié)果與國家在墻體材料方面的要求，將天然輕集料混凝土保溫砌塊的強(qiáng)度設(shè)定為（A3.5~A5.0）級別左右，密度等級＜1200 kg/m3。同時依照現(xiàn)代節(jié)能公共建筑與居住建筑對外墻的保溫標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用與之相匹配的砌筑辦法，充分考慮其靈活運(yùn)用的概率，進(jìn)而確定出保溫砌塊的規(guī)格[2-3]，如表3所示。

表3 天然輕集料混凝土保溫砌塊的規(guī)格

為了研究分析天然輕集料混凝土保溫砌塊內(nèi)空氣層和同厚度天然輕集料混凝土的保溫作用，選取GB 50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》內(nèi)的空氣間層熱阻，進(jìn)一步計算出和空氣間層相同厚度的天然輕集料混凝土熱阻，如表4所示。

在表4中，分析垂直空氣間層熱阻可知，若空氣間層厚度為5~40 mm時，熱阻隨著空氣間層厚度的增加而變大，當(dāng)在＞40 mm的條件下，熱阻數(shù)值變?yōu)橐粋€常數(shù)[4-5]。當(dāng)天然輕集料混凝土厚度＞40 mm，相應(yīng)地其熱阻數(shù)值比空氣間層熱阻數(shù)值要大，因此用太厚的空氣間層可能降低天然輕集料混凝土砌塊的保溫性。第一組、第二組天然輕集料混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.19、0.16 W/（m·K）。

表4 空氣間層熱阻和天然輕集料混凝土熱阻

從試驗、生產(chǎn)方面分析，天然輕集料混凝土保溫砌塊中形成＜40 mm的多層垂直空氣間層有一定難度。并且天然輕集料混凝土保溫砌塊需要保持其空心率小、壁肋厚度大，如表5所示。

表5 天然輕集料混凝土保溫砌塊空心率與壁肋厚度

此外，主塊A和B的壁肋厚度接近124 mm，和2個端壁厚度+1個灰縫厚度相同，這有利于提升天然輕集料混凝土保溫砌塊整體的強(qiáng)度。而主塊A和B邊壁、端壁厚度≥58 mm，處于過渡地帶的C塊邊壁、端壁厚度≥30 mm，在這種條件下非常便于安裝、固定門和窗框，并且不必在窗口位置墻壁上砌木磚[6]。

3 天然輕集料混凝土保溫砌塊的應(yīng)用分析

天然輕集料混凝土保溫砌塊能保證砌筑過程中用到的砂漿導(dǎo)熱系數(shù)與保溫砌塊導(dǎo)熱系數(shù)保持一致，避免砂漿縫變成熱橋。采用普通砂漿砌筑外墻時，在寒冷區(qū)域室中一側(cè)的砂漿縫在氣溫較低的冬季可能出現(xiàn)積塵、結(jié)露熱橋，進(jìn)一步促使外墻的熱損失增加[7]。故可以將天然輕集料加工提煉成輕細(xì)集料，確保其與水泥、適量復(fù)合外加劑融為一體，在具體實(shí)踐過程中不斷篩選出最佳配方，確保其強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)和所用材料的砂漿保持一致?，F(xiàn)今該類型的保溫砂漿在國內(nèi)的試驗建筑中已經(jīng)得到初步應(yīng)用。觀察其應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)，操作性能佳。檢驗得到這種混凝土保溫砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度為7.5 MPa，和A5.0級別的砌塊抗壓強(qiáng)度相比高40%左右，故需用保溫砂漿砌筑保溫砌塊，保證砌體的整體強(qiáng)度，其保溫砌筑砂漿的干密度達(dá)到948 kg/m3，與之相匹配的導(dǎo)熱系數(shù)是0.17 W/（m·K），說明該砂漿是輕質(zhì)保溫性砂漿。凍融試驗使其質(zhì)量損失率為6%（在4%~7%之間），抗壓強(qiáng)度損失率為16%（在14%~17%之間），說明其具有良好的抗凍性，適合用于外墻砌筑。

在砌筑過程中需要注意以下幾點(diǎn)：（1）合理安排塊體砌筑，對于少數(shù)有孔隙的混凝土保溫砌塊注意保持其口部向下。砌筑外墻時需要選用與之相匹配的保溫砌筑砂漿，并確?？p隙飽滿。砌筑先從4大角度實(shí)施，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)尺桿。（2）砌筑優(yōu)先選用主塊，針對上下皮砌塊需要保持內(nèi)外層交換位置，前后錯縫，并實(shí)施上下壓縫砌筑。在砌筑門窗洞口墻壁時，不需要用木磚類型的專用塊材[8-9]。（3）梁下方最后一皮填皮塊，需要采用保溫砂漿斜砌方式與C型保溫磚材料進(jìn)行填實(shí)。（4）具體在砌筑保溫砌塊外墻時，必須把墻體和梁、柱的連接筋砌入所用砂漿層內(nèi)，使其和建筑施工標(biāo)準(zhǔn)相配。針對外墻上面混凝土梁柱的外側(cè)位置，必須依照設(shè)計要求，用厚度為90 mm或者120 mm的天然輕集料混凝土保溫砌塊進(jìn)行嚴(yán)密包砌，確保其可以切斷外墻上方熱橋。（5）在外墻上可選用普通的混凝土實(shí)施挑梁，在具體設(shè)計過程中向內(nèi)收縮40 mm。而在砌筑或者抹灰的過程中需用保溫砂漿抹平壓實(shí)40 mm寬度的縫隙。

4 結(jié)語

長時間以來，建筑物外墻面臨的三大重點(diǎn)質(zhì)量隱患分別是開裂、空鼓和滲水。傳統(tǒng)的外墻材料大部分都屬于頁巖多孔磚或者是加氣混凝土砌塊。因為存在著毛細(xì)情況，如果在砌筑抹灰的過程中澆水不夠飽滿，會導(dǎo)致砌筑墻體吸收水泥砂漿中的水份，無法完全開展水泥水化反應(yīng)。如果氣體的表面光滑，會導(dǎo)致空鼓現(xiàn)象出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)了空鼓問題，水份很容易通過砌體的灰縫直接進(jìn)入到室內(nèi)，容易出現(xiàn)外墻滲水情況，維修的難度很大。通過研究發(fā)現(xiàn)，天然輕集料混凝土具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，比如：其化學(xué)、物理力學(xué)性能均佳，并且放射性指數(shù)非常低、容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)較小，適合用于保溫砌塊。將天然輕集料保溫砌塊應(yīng)用于具體工程項目中，完成外圍護(hù)墻主體施工項目，操作簡單，且施工時間短，具有較長的使用期限。其墻體選用天然輕集料保溫砌塊砌筑，屬于無機(jī)輕質(zhì)不燃材料類型，起到良好的防火、隔熱作用。借助于天然輕集料來實(shí)現(xiàn)保溫砌塊的生產(chǎn)，可以幫助人造輕集料生產(chǎn)能源的節(jié)約，還可以降低成本。同時，又屬于無機(jī)多孔材料墻體，本身具備優(yōu)越的隔聲性、保溫性，把這種功能多的輕質(zhì)保溫砌塊應(yīng)用于節(jié)能居住建筑外墻，或者節(jié)能公共建筑的內(nèi)外墻、分戶墻等。總之，將天然輕集料保溫砌塊應(yīng)用于砌筑建筑墻中，一方面，能夠降低建造建筑物的能耗；另一方面，又能確保保溫層和建筑保持相同使用時間，在客觀上也節(jié)約了外墻保溫工程日常維護(hù)的費(fèi)用，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保雙重效益。