一種保溫復合外墻板的制備與性能研究

方 潤 吳 昊 胡焱飛 胡永琪 董康杰 陳一凡 李琮琦

(揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225127)

可持續(xù)性發(fā)展趨勢是近年來全球發(fā)展的重要趨勢，而能耗問題對可持續(xù)性發(fā)展影響重大，在現(xiàn)有建筑體系內(nèi)，建筑能耗在很大程度上取決于墻體的熱損失，而墻體熱工性能為影響墻體熱損失主要因素。本文研究基于現(xiàn)有預制輕質(zhì)外墻板存在的熱工性能不良、不易一體化制備等問題，提出一種暗肋夾心式復合輕質(zhì)保溫墻板，墻板內(nèi)外葉為內(nèi)置鋼筋網(wǎng)片輕骨料混凝土，保溫層為聚苯顆粒混凝土。內(nèi)外葉及芯層材料便于實現(xiàn)墻板一體化制備，保溫材料作為芯層設在墻板內(nèi)外葉之間。

本文提出一種復合保溫外墻板，墻板內(nèi)外葉為內(nèi)置鋼筋網(wǎng)片輕骨料混凝土，保溫層為聚苯顆?；炷?。內(nèi)外葉及芯層材料便于實現(xiàn)墻板一體化制備；保溫材料作為芯層設在墻板內(nèi)外葉之間，能夠有效降低環(huán)境因素對保溫層影響，以保證芯層材料保溫有效性及耐久性，減少熱損失。

本文圍繞該種新型墻板制備、材料選擇以及材料力學性能開展研究，借助試驗分別測試輕骨料混凝土、聚苯顆?；炷恋牧W性能，最終得出輕骨料混凝土與聚苯顆?；炷磷罴雅浜媳?。

1 墻板制備用原材料

1.1 內(nèi)外葉材料選擇

陶粒采用粒徑為8mm～10mm的黏土陶粒；水泥為普通硅酸鹽水泥，安定性合格；粉煤灰為一級粉煤灰；砂為中砂河砂；礦渣為S95級；聚丙烯纖維長度為19mm；減水劑為粉劑。

1.2 保溫層材料選擇

聚苯乙烯泡沫采用白色粒徑為3mm～5mm的保溫顆粒。其他膠凝材料、纖維、外加劑與輕骨料混凝土中材料相同。

2 復合墻板用材料制備技術

2.1 輕骨料混凝土制備

輕骨料混凝土其主要控制參數(shù)為密度、抗壓強度、坍落度，以保證混凝土的輕質(zhì)、承載力及良好工作性要求。參照《輕骨料混凝土技術規(guī)程》[1]，制備出強度等級為LC30，密度等級為1 800kg/m3，坍落度為80mm～100mm的輕骨料混凝土。

在試驗前將陶?；炷吝M行預濕，陶粒混凝土浸泡24h后，在試驗前1h撈出晾干表面水分，保證陶粒內(nèi)部吸水飽和，同時表面無多余水分。

試驗步驟，具體如下。

試驗前，將所需材料進行稱重。

(1)稱裝完畢后，將陶粒與砂先倒入攪拌機中，再倒入水泥等膠凝材料，打開攪拌機，攪拌1min。

(2)將減水劑等溶液加入到水中，然后緩慢加入到攪拌機中，攪拌時間為3min。

(3)輕骨料混凝土在充分攪拌后，打開閥門將混凝土倒出，然后拿出塌落度桶進行塌落度試驗，之后從制備完成的輕骨料混凝土中留作一部分進行表觀密度檢測試驗，其余部分裝入模具中以備后續(xù)試驗。

(4)將輕骨料混凝土試塊放入標養(yǎng)室中，進行標養(yǎng)，養(yǎng)護一天后拆模，拆模后將其中一批試塊放入標養(yǎng)室，另外一批放入快速養(yǎng)護箱，以備后續(xù)試驗。

2.2 聚苯顆?；炷林苽?/h3>

聚苯顆粒混凝土制備參考JGT158-2013《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)材料》[2]，對規(guī)范中試驗方法進行改良，以得到滿足條件的混凝土。

試驗步驟，具體如下。

(1)試驗前，將所需材料進行稱重。

(2)材料稱裝完畢后，將水泥與聚苯顆粒緩慢倒入攪拌鍋中，為了將其充分均勻混合在一起，干拌1min～2min。

(3)隨后加入其他材料后啟動混凝土攪拌機，將水和減水劑等原料混合溶液，邊攪拌邊倒入鍋內(nèi)，與原料充分混合攪勻，攪拌1min～2min。

(4)聚苯顆粒混凝土在充分攪拌后，打開閥門將混凝土倒出，裝入不同功能模具，并進行力學性能和物理性能測試。

(5)進行聚苯顆?；炷恋酿B(yǎng)護，將裝好的聚苯顆?；炷龄撝颇＞叻湃腽B(yǎng)護室內(nèi)靜置，溫度控制在-3℃～5℃。

3 力學性能試驗及結果分析

3.1 輕骨料混凝土力學性能試驗

3.1.1 輕骨料混凝土抗壓強度測試

(1)試驗方法。根據(jù)GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》[3]，將實驗試塊放在壓力機承壓板上， 打開機器連接電腦，調(diào)整好加荷速度等參數(shù)設置，通過遙控使得壓力機上部與試驗試塊表面接觸，勻速加荷至試件破壞，測試多組數(shù)據(jù)，取平均值[4]。

(2)結果分析?？箟簭姸仍囼灩策M行了7組，7組試驗數(shù)據(jù)如下表1所示。通過實驗得出輕骨料混凝土實測立方體抗壓強度38.3MPa，達到上文制備LC30級輕骨料混凝土試驗要求。

表1 輕骨料混凝土立方體標準抗壓強度

3.1.2 輕骨料混凝土軸心抗壓強度

本試驗測量軸心抗壓強度參照《輕骨料混凝土結構設計規(guī)程》[5]，采用長寬30cm厚15cm的試塊，共計21塊。

(1)試驗方法。參照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，將實驗試塊放在壓力機承壓板上，打開機器連接電腦，調(diào)整好加荷速度等參數(shù)設置，通過遙控使得壓力機上部與試驗試塊表面接觸，勻速加荷至試件破壞，測試多組數(shù)據(jù)，取平均值[6]。

(2)結果分析。軸心抗壓強度試驗共進行了8組，8組試驗數(shù)據(jù)如下表2所示，由表中數(shù)據(jù)可得平均軸心抗壓強度為33.7MPa，符合規(guī)范[4]規(guī)定的20.1MPa，滿足設計要求。

表2 輕骨料混凝土軸心抗壓強度

3.1.3 輕骨料混凝土配合比

經(jīng)過上述對輕骨料混凝土物理和力學性能測試，制備出了滿足設計條件的輕骨料混凝土，其配合比如下表3。

表3 輕骨料混凝土配合比

3.2 聚苯顆?；炷亮W性能測試

3.2.1 聚苯顆粒混凝土抗壓強度測試

(1)試驗方法。參考規(guī)程JGJ134-2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》，聚苯顆?？箟簭姸确浅Ｐ?，當聚苯顆粒混凝土出現(xiàn)細微變形時，可將測得數(shù)值作為其抗壓強度[7]。

(2)結果分析。聚苯顆?；炷量箟簭姸仍囼灩膊扇?組試驗，每組3個試塊共15塊，分別對5組試件測試值取平均值，如表4。通過實驗得出聚苯顆?；炷翆崪y立方體抗壓強度0.23MPa，達到上文制備聚苯顆?；炷猎囼炓?。

表4 聚苯顆?；炷量箟簭姸?/p>

3.2.2 聚苯顆?；炷僚浜媳?/p>

聚苯顆粒要求抗壓強度要≥0.2MPa，經(jīng)過上述對其抗壓強度測試，表明符合規(guī)范[8]。聚苯顆粒混凝土配合比見表5。

表5 聚苯顆?；炷僚浜媳?/p>

4 結 語

本文圍繞新型墻板制備，內(nèi)外葉及保溫層材料選擇以及材料力學性能開展研究，分別測試了輕骨料混凝土與聚苯顆?；炷帘碛^密度、塌落度等物理性能，立方體抗壓強度與軸心抗壓強度等力學性能，最后得到了滿足規(guī)范要求的混凝土配合比設計。

(1)陶粒輕骨料混凝土密度小、自重輕、保溫能力強，本實驗采用最佳配比為水泥368kg，砂640kg，陶粒365kg，凈用水量124kg，0.05%pp纖維0.455 0kg，減水劑1.60%，砂率34%，膠材總量460kg，水膠比0.27，坍落度90mm的陶粒輕骨料混凝土作為制備復合墻板外葉材料,其性能表現(xiàn)良好；但陶粒輕骨料混凝土實測過程中各組數(shù)據(jù)方差為0.080較大，保溫性能不穩(wěn)定。

(2)聚苯顆?；炷猎靸r便宜、施工簡便、更加環(huán)保，本實驗采用最佳配比為聚苯顆粒1.02kg，凈用水量2.55kg，比例1.00%硬脂酸鋅0.051kg，減水劑0.076 5kg，緩凝劑0.025 5kg，膠材總量5.1kg，水膠比0.5，軟化系數(shù)0.55的聚苯顆粒混凝土作為制備復合墻板夾心保溫層材料，其性能表現(xiàn)良好。聚苯顆?；炷粮鹘M數(shù)據(jù)方差為0.011 0較小，保溫性能穩(wěn)定。