自保溫墻體材料研究進展及發(fā)展趨勢分析

鄭安然

（1.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230031；2.安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230031）

1 引言

隨著我國城市化建設(shè)步伐的加快，能源消耗與節(jié)能環(huán)保理念之間的矛盾日益凸顯。建筑物墻體材料在生產(chǎn)和施工過程中會產(chǎn)生巨大能耗，提高墻體材料的節(jié)能性能成為降低能耗的重要舉措[1]。目前，我國的外墻保溫體系采用的保溫材料主要分為聚苯板和聚苯顆粒兩類。聚苯板一般通過粘貼或者外掛的形式置于墻體外側(cè)，但在實際施工中墻角、板與板之間等部位質(zhì)量不易控制；聚苯顆粒則是通過現(xiàn)場拌制的途徑運用在外墻保溫體系中，拌制質(zhì)量受到現(xiàn)場工人技術(shù)的直接影響，使得保溫層的質(zhì)量不穩(wěn)定[2]。自保溫墻體通過單一墻體材料砌筑而成，在不依賴保溫材料的前提下，達到建筑節(jié)能65%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其克服了傳統(tǒng)外墻保溫體系存在的不足，已在建筑工程中廣泛應(yīng)用。自保溫墻體主要通過使用加氣混凝土砌塊、多孔磚等材料使其自身達到良好的保溫隔熱性能，且這些材料壽命與建筑物基本一致。目前市場上運用最廣泛的幾類自保溫材料主要有蒸壓加氣混凝土材料、輕骨料夾芯混凝土材料及石膏制品，國內(nèi)外學(xué)者從墻體新材料、墻體力學(xué)性能、墻體材料構(gòu)造型式等角度，對上述墻體材料開展了相關(guān)研究[3～5]。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 蒸壓加氣混凝土制品

相對于其他墻體材料，蒸壓加氣混凝土材料的傳熱系數(shù)較低，通常在0.8～1.0W(m2·K)之間，可以滿足夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計要求[6～7]，但在我國北方嚴寒地區(qū)應(yīng)用時，還需配合保溫材料。蒸壓加氣混凝土材料具備質(zhì)量輕、強度高、保溫性能好、環(huán)保等優(yōu)勢，在高層建筑及框架結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用。對蒸壓加氣混凝土材料的生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，提高其保溫性能和力學(xué)性能等指標(biāo)，是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者們聚焦的方向。張泓泓等[8]探究了赤泥含量對蒸壓加氣混凝土流動性及力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果表明，赤泥摻量的增加會導(dǎo)致制品的力學(xué)性能下降、氣孔形態(tài)變差，該問題可以通過調(diào)整水料比來進行改善。王月棟等[9]研制了一種集保溫和裝飾功能為一體的蒸壓加氣混凝土復(fù)合墻板，提出了復(fù)合墻板傳熱系數(shù)的簡化計算方法，試驗結(jié)果表明，該計算方法較傳統(tǒng)規(guī)范法及數(shù)值模擬方法計算精度提升明顯。胡東萍等[10]以硅質(zhì)石灰石尾礦為主要原料，鋁粉膏為引氣劑，制備了蒸壓加氣混凝土，研究了不同石灰石尾礦摻量對蒸壓加氣混凝土的物理力學(xué)性能及導(dǎo)熱性能的影響。研究結(jié)果表明，石灰石尾礦的摻入可以降低加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，增強其保溫性能；且當(dāng)石灰石尾礦摻量為20%、40%時，其導(dǎo)熱系數(shù)最低且符合規(guī)范要求。Chen Gonglian等[11]研究了孔隙結(jié)構(gòu)對蒸壓加氣混凝土力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的影響。試驗結(jié)果表明，在表觀密度基本相同的情況下，蒸壓加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔徑的增大而逐漸增大，但對抗壓強度影響不大。Cong Xinyu等[12]研究了自燃煤矸石基蒸壓加氣混凝土（SCGAAC）的吸水性和抗凍性能，利用泡沫穩(wěn)定劑來調(diào)整材料孔隙結(jié)構(gòu)，并進行了吸水試驗和凍融試驗。結(jié)果表明，含泡沫穩(wěn)定劑和硬脂酸鈣的SCGAAC 的抗壓強度均有不同程度的下降。在吸水方面，泡沫穩(wěn)定劑沒有降低水的含量，反而提高了吸水率。經(jīng)過50 次凍融循環(huán)，所有SCGAAC 樣品均表現(xiàn)出良好的抗凍性能。

2.2 輕骨料混凝土制品

輕骨料混凝土具備質(zhì)量輕、強度高、耐久性能及抗凍性能優(yōu)異等優(yōu)勢，近年來發(fā)展極為迅速，目前市場上已出現(xiàn)品類繁多的輕骨料混凝土制品。但輕骨料混凝土自身保溫性能較弱，通常需要添加芯材或者空氣層，以達到節(jié)能和保溫要求。童格軍等[13]以不同復(fù)合陶粒、陶砂、聚丙烯纖維摻量為變量，研究了3種材料不同摻量下的輕骨料纖維噴射混凝土性能，進行了力學(xué)強度、導(dǎo)熱性能及微觀結(jié)構(gòu)等相關(guān)試驗。試驗結(jié)果表明，3種材料摻量對該混凝土的力學(xué)及導(dǎo)熱性能的影響程度為復(fù)合陶粒＞陶砂＞聚丙烯纖維，且經(jīng)過試驗得出，復(fù)合陶粒、陶砂、聚丙烯纖維的最佳體積率分別為12%，6%、0.2%～0.3%。管文[14]研制了一種應(yīng)用于裝配式建筑的新型輕骨料混凝土，并對使用該材料預(yù)制的外掛保溫墻板進行測試，測試其防水和保溫性能。試驗結(jié)果表明，該新型輕骨料混凝土相較于同等強度等級的普通混凝土，在養(yǎng)護完成后，保溫和抗凍性能均顯著提高，最后利用面磚反打的防護層施工新方法提高了該材料所制保溫墻板的防水性能。夏明鋼等[15]使用普通硅酸鹽水泥和煅燒硅藻土制備了一種新型輕骨料混凝土，對不同煅燒溫度及硅藻土配比對輕骨料混凝土性能的影響進行試驗研究。研究結(jié)果表明，輕骨料混凝土的力學(xué)性能隨著煅燒溫度的升高和硅藻土配比的增大而增強。煅燒溫度達到850℃，所制備的輕骨料混凝土導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.167W/(m·K)，滿足規(guī)范要求。Li Min等[16]研究了相變陶粒砂的制備、儲熱性能和儲熱輕質(zhì)混凝土的保溫性能。試驗結(jié)果表明，制備的輕質(zhì)儲熱混凝土強度符合規(guī)范要求，且具有輕質(zhì)性和良好的溫度調(diào)節(jié)性能。Bouyahyaoui A 等[17]通過用火山灰的礫石和沙子來代替不同比例的普通礫石和沙子，研制出一種新型輕骨料混凝土，并通過試驗研究了火山灰對輕骨料混凝土熱導(dǎo)率的影響，測定了樣品的熱導(dǎo)率和熱容量。結(jié)果表明，火山灰是一種具有較高熱阻的局部材料，可作為一種良好的傳熱和節(jié)能隔熱材料應(yīng)用于建筑中。

2.3 石膏制品

石膏制品同上述兩種材料一樣，具備質(zhì)量輕、強度高、保溫防火等優(yōu)勢，但其耐水性能不如上述2 種材料。近年來國內(nèi)外學(xué)者在增強石膏制品耐水性方面做了很多的研究工作。劉開平等[18]研究了磷酸摻量對石膏制品耐水性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磷酸摻量為0.15%時，石膏制品的耐水性能顯著提高。劉同衛(wèi)等[19]以脫硫石膏為主要膠凝材料，以聚苯顆粒為輕質(zhì)骨料，同時分別摻加可再分散乳膠粉、硬脂酸乳液和復(fù)合防水劑3 種外加劑，制備一種新型發(fā)泡保溫材料。通過試驗研究3 種不同外加劑對該保溫材料防水性能的影響。試驗結(jié)果表明，復(fù)合防水劑的防水效果最優(yōu)，綜合材料成本和防水性能，最終確定復(fù)合防水劑最優(yōu)摻量為4%。劉卓等[20]研究了膨脹蛭石的摻量及粒徑對石膏制品材料性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)膨脹蛭石粒徑為3 mm ～4mm，摻量為15%時，對石膏制品材料的力學(xué)性能及保溫性能影響最為顯著。宋博輝等[21]研制了一種新型建筑樓蓋結(jié)構(gòu)形式——磷石膏空腔模無梁樓蓋，該結(jié)構(gòu)具備良好的保溫性能?；诜治鲇嬎愫蛿?shù)值模擬，提出一種新型無梁樓蓋磷石膏復(fù)合空腔層模盒。Li Linlin等[22]采用雙氧水作為發(fā)泡劑降低脫硫石膏保溫材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)，采用玻璃纖維增強脫硫石膏保溫材料的性能，同時研究了脫硫石膏保溫材料的力學(xué)性能，并利用SEM 觀察了試樣內(nèi)部微觀形貌。結(jié)果表明，混合發(fā)泡劑顯著降低了樣品的密度和導(dǎo)熱系數(shù)，當(dāng)發(fā)泡劑添加量為4% 時，最低導(dǎo)熱系數(shù)為0.051W/(m·K)。將VAE 乳液包裹在玻璃纖維表面，玻璃纖維表面改性后可以提高樣品的強度。玻璃纖維表面改性后的試樣的抗彎強度和抗壓強度比未改性的試樣分別提高了18.75%和6.98%。

3 發(fā)展趨勢

①充分利用已有的成熟工藝和技術(shù)對當(dāng)?shù)氐膹U物礦渣進行加工，以滿足本地區(qū)節(jié)能設(shè)計要求為前提，因地適宜研發(fā)適用于本地區(qū)的新型自保溫墻體材料。

②在不增加墻體厚度的前提下，進一步提高自保溫墻體材料的蓄熱系數(shù)，滿足節(jié)能65%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

③自保溫材料的密度較低，力學(xué)性能、抗凍性能較差，今后應(yīng)在保證自保溫材料熱工性能的基礎(chǔ)上進一步克服上述問題。

④墻間砌縫處的熱橋問題是當(dāng)前自保溫墻體面臨的一大技術(shù)難題，一般采用設(shè)計優(yōu)化的方式來規(guī)避。墻間連接措施是保證墻體結(jié)構(gòu)安全及穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)，也是今后研究的熱點。

⑤進一步完善自保溫墻體材料的相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范指導(dǎo)生產(chǎn)和施工，進一步加快自保溫墻體材料在建筑工程中的應(yīng)用。

4 結(jié)論

我國目前廣泛應(yīng)用的外墻保溫體系存在質(zhì)量不可控、服役周期短等劣勢，當(dāng)下正值我國大力發(fā)展綠色節(jié)能建筑的新時代，相關(guān)部門針對固體廢棄物的回收、利用，出臺了一系列優(yōu)惠政策，因地適宜利用當(dāng)?shù)氐墓腆w廢棄生產(chǎn)新型自保溫墻體材料成為行業(yè)的大勢所趨。自保溫墻體材料必須緊緊扣住綠色和節(jié)能兩個關(guān)鍵點，才會有更廣闊的市場前景。