一種裝配式新型墻體材料研究

司永峰

裝配式建筑是用預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑。國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)[2016]71 號(hào)）指出，發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措，有利于節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平。筆者于2020 年申報(bào)成功了專(zhuān)利號(hào)為CN202020295860.3，授權(quán)公告號(hào)為CN211949056U 的裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板實(shí)用新型專(zhuān)利。本文通過(guò)對(duì)該項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利的詳細(xì)描述，深入探討裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的應(yīng)用。

1 泡沫玻璃板的應(yīng)用

泡沫玻璃是一種以廢平板玻璃和瓶罐玻璃為原料，經(jīng)高溫發(fā)泡成型的多孔無(wú)機(jī)非金屬材料，具有防火、防水、無(wú)毒、耐腐蝕、防蛀、不老化、無(wú)放射性、絕緣、防磁波、防靜電、機(jī)械強(qiáng)度高，與各類(lèi)泥漿黏結(jié)性好的特性。2004 年以前，泡沫玻璃產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)主要是工業(yè)保溫行業(yè)、深冷低溫工程等領(lǐng)域；2004 年以后，泡沫玻璃逐步在中國(guó)的建筑節(jié)能領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣。泡沫玻璃在中國(guó)受到廣泛關(guān)注，正是基于其具備保溫、防火兩大顯著特點(diǎn)。裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板利用泡沫玻璃的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合鋼絲網(wǎng)、玻纖網(wǎng)以及水泥漿等材料復(fù)合而成的一種新型裝配式墻體材料，有效解決了現(xiàn)有墻體存在的防火、防潮、隔音、保溫、環(huán)境污染等相關(guān)問(wèn)題，主要用于建筑物的非承重圍護(hù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了裝配式施工[1]。

2 裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板

裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板以復(fù)合泡沫玻璃板為基材，以熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)為骨架，以耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布為表面抗裂層，填充素水泥漿復(fù)合而成。裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板（圖1）是新型優(yōu)質(zhì)的無(wú)機(jī)剛性絕熱材料，具體制作方法如下：以若干單體泡沫玻璃板由工字縫粘接而成的復(fù)合泡沫玻璃板為基材，在復(fù)合泡沫玻璃板上設(shè)預(yù)埋管線槽，預(yù)埋管線后管線縫隙用素水泥漿填充；在復(fù)合泡沫玻璃板兩側(cè)由里往外依次設(shè)置墻體骨架、保護(hù)層I、表面抗裂層、保護(hù)層II，其中墻體骨架為熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)，表面抗裂層為耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布，保護(hù)層I 和保護(hù)層II 均為素水泥漿保護(hù)層。在預(yù)制生產(chǎn)時(shí)將泡沫玻璃板按工字縫粘接成墻體大板，裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板用作內(nèi)隔墻時(shí)采用厚度為80 mm，容重190 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.05 W/ （m·K）的泡沫玻璃板為基材，作為外墻使用時(shí)采用190 mm 厚的泡沫玻璃板為基材，用網(wǎng)孔大小12.7 mm×12.7 mm的熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)為骨架，鋼絲網(wǎng)骨架上均勻壓實(shí)1 層5 mm 厚素水泥漿，鋼絲網(wǎng)片可以用小塊的泡沫玻璃板（一般規(guī)格為400 mm×400 mm 或者600 mm×600 mm）拼接成大塊的泡沫玻璃墻板，并提高泡沫玻璃復(fù)合墻體的機(jī)械強(qiáng)度，便于切割、裝配。在素水泥漿上再鋪設(shè)1 層耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布作為表面抗裂層，可進(jìn)一步提高復(fù)合墻體的機(jī)械強(qiáng)度，在耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布上面再壓實(shí)5 mm 厚素水泥漿作為面層，待素水泥漿陰干后，在素水泥漿面層上就可以進(jìn)行涂料或瓷磚的作業(yè)或者直接作為飾面層[2]。保護(hù)層II 外側(cè)涂刷涂料或粘貼瓷磚，或者直接作為飾面使用。

圖1 裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)示意圖（來(lái)源：作者自繪）

裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板使用壽命等同于建筑物使用壽命，施工過(guò)程中的廢料—泡沫玻璃粉和碎料還可以作為混凝土的填充料，既安全可靠又經(jīng)久耐用。裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化大規(guī)模預(yù)制生產(chǎn)，在預(yù)制工廠把各種管線預(yù)埋集成到墻體中，到施工現(xiàn)場(chǎng)再與其他接口對(duì)接。在施工現(xiàn)場(chǎng)組裝成型（圖2），通過(guò)膨脹螺栓和專(zhuān)用旋轉(zhuǎn)鎖緊裝置固定于建筑結(jié)構(gòu)梁和建筑結(jié)構(gòu)地面，在施工現(xiàn)場(chǎng)組裝成型，幾乎不產(chǎn)生建筑垃圾。

圖2 裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板裝配示意圖（來(lái)源：作者自繪）

3 技術(shù)性能分析

裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板與幾種常用建筑墻體材料性能參數(shù)的對(duì)比如表1 所示。由表可知，泡沫玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)于?；⒅楸厣皾{、膠粉聚苯顆粒保溫砂漿，與礦棉板相當(dāng)，略低于巖棉板和玻璃面板；蒸汽滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于礦棉板、巖棉板和玻璃棉板，說(shuō)明泡沫玻璃板整體保溫、防水性能優(yōu)于礦棉板、巖棉板和玻璃棉板，是新型墻體建材的理想材料。

表1 裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板與常用建筑墻體材料性能參數(shù)對(duì)比表

4 裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的防火性能

裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的主要材料是泡沫玻璃板，是由碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和發(fā)泡促進(jìn)劑等，且經(jīng)過(guò)細(xì)粉碎和均勻混合后，再經(jīng)過(guò)高溫熔化，發(fā)泡、退火而制成的無(wú)機(jī)非金屬玻璃材料，是A1 級(jí)不燃無(wú)機(jī)材料，耐火極限3 h 以上，在高溫或火災(zāi)情況下不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體。裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的其他材料，如鐵絲網(wǎng)、水泥等均為無(wú)機(jī)不燃材料，防火性能優(yōu)異。

5 裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的保溫性能

單一勻質(zhì)材料層熱阻公式為：

式中：R為材料層熱阻，其單位為（m2·K）/W；δ為材料層厚度，其單位m；λ為材料導(dǎo)熱系數(shù)，其單位為W/（m·K）。

多層勻質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平壁傳熱熱阻公式為：

根據(jù)式（1）以及式（2）的計(jì)算，輕鋼龍骨式復(fù)合隔墻（輕鋼龍骨，中間填充巖棉板厚度為70 mm，兩側(cè)紙面石膏板厚度為5 mm）熱阻Rtot=2×0.005/0.33+0.07/0.041=1.738（m2·K）/W。

1）內(nèi)墻蒸壓加氣混凝土（蒸壓加氣混凝土砌塊磚厚度為200 mm，兩側(cè)水泥砂漿抹面厚度為20 mm）熱阻Rtot=0.2/0.14+2×0.02/0.93=1.472（m2·K）/W；內(nèi)墻裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板（泡沫玻璃板厚度80 mm，兩側(cè)素水泥漿保護(hù)層厚度5 mm）熱阻Rtot=2×0.005/0.17+0.08/0.05=1.659（m2·K）/W。 從以上內(nèi)墻熱阻的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較可以得出，裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的熱阻要大于其他墻體材料。

2）外墻蒸壓加氣混凝土（蒸壓加氣混凝土砌塊磚厚度200 mm，兩側(cè)水泥砂漿抹面厚度20 mm）A 級(jí)保膜一體化復(fù)合保溫板（芯材為擠塑聚苯乙烯泡沫塑料厚度70 mm）熱阻Rtot=0.2/0.14+2×0.02/0.93+0.07/0.03=3.805（m2·K）/W；外墻蒸壓加氣混凝土（蒸壓加氣混凝土砌塊磚厚度200 mm，兩側(cè)水泥砂漿抹面厚度20 mm）內(nèi)置保溫現(xiàn)澆混凝土（芯材為擠塑聚苯乙烯泡沫塑料厚度60 mm）熱阻Rtot=0.2/0.14+2×0.02/0.93+0.06/0.03=3.472（m2·K）/W；外墻蒸壓加氣混凝土（蒸壓加氣混凝土砌塊磚厚度200 mm，巖棉板厚度80 mm，兩側(cè)水泥砂漿抹面厚度為20 mm）熱阻Rtot=0.2/0.14+2×0.02/0.93+0.08/0.041=3.423（m2·K）/W；外墻裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板（泡沫玻璃板厚度190 mm，兩側(cè)素水泥漿保護(hù)層厚度5 mm）熱阻Rtot=2×0.005/0.17+0.19/0.05=3.859（m2·K）/W；從以上外保溫外墻的熱阻計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較可以得出裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的熱阻要大于其他墻體材料。

從以上計(jì)算結(jié)果分析可得出裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的保溫性能均優(yōu)于現(xiàn)有常用保溫體系下的內(nèi)外墻，且墻體厚度較小，大大節(jié)省了空間[3]，是優(yōu)良的墻體材料。

6 技術(shù)性分析

裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板通過(guò)在工廠預(yù)制加工，用小塊的泡沫玻璃板復(fù)合制成標(biāo)準(zhǔn)可裝配式墻板，提高了泡沫玻璃板的材料利用率，且在可裝配式墻板上預(yù)先預(yù)埋管線，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)槽、預(yù)埋線管施工過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵污染和建筑垃圾。裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板通過(guò)膨脹螺栓和專(zhuān)用旋轉(zhuǎn)鎖緊裝置固定實(shí)現(xiàn)了徹底的裝配式施工，使施工現(xiàn)場(chǎng)較少產(chǎn)生建筑垃圾，縮短了施工周期。裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板無(wú)須再進(jìn)行抹灰作業(yè)，可以直接在墻體表面刮膩?zhàn)?、刷涂料，或者直接在墻體表面鋪貼墻磚、飾面磚，降低了工程造價(jià)。裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板蒸汽滲透系數(shù)小，耐腐蝕（氫氟酸除外）、不霉變，防潮性能優(yōu)于市場(chǎng)主流墻體材料。

與之相比，蒸壓加氣混凝土砌塊、蒸壓粉煤灰磚施工時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)砌筑，設(shè)置拉結(jié)筋、構(gòu)造柱、圈梁或配筋帶，砌筑前需預(yù)先澆水潤(rùn)濕，現(xiàn)場(chǎng)拌制砌筑砂漿并用砌筑砂漿粘接。墻體砌筑完成后，在墻體表面開(kāi)槽安裝各種管線，用水泥砂漿覆蓋填充，然后進(jìn)行墻體抹灰作業(yè)。抹灰工作完成，待墻體表面抹灰層干燥后才能進(jìn)行涂料作業(yè)，施工工藝復(fù)雜且施工周期長(zhǎng)，砌筑中切割砌塊會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，污染環(huán)境，影響工人健康，砌筑過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生較多建筑垃圾。

蒸壓加氣混凝土隔墻板也是新型的裝配式墻體材料，但其重量是裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的4 倍，在其表面敷設(shè)線管開(kāi)槽、板材切割時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，開(kāi)槽、剔槽會(huì)產(chǎn)生建筑垃圾。輕鋼龍骨隔墻隔音效果差，使用壽命短，中間填充的巖棉會(huì)污染環(huán)境，生產(chǎn)和安裝施工人員皮膚長(zhǎng)期接觸巖棉易導(dǎo)致職業(yè)病，在遇到火災(zāi)時(shí)輕鋼龍骨容易受高溫影響而坍塌，防火性能差。

總體來(lái)說(shuō)，蒸壓加氣混凝土砌塊、蒸壓粉煤灰磚、蒸壓加氣混凝土隔墻板易吸水，防潮性能都不如裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板[4]。

7 經(jīng)濟(jì)性分析

目前，泡沫玻璃板市場(chǎng)價(jià)約為650 元/m3，蒸壓加氣混凝土板市場(chǎng)價(jià)在680 ～780 元/m3，B1 級(jí)擠塑板市場(chǎng)價(jià)約650 元/m3，作為內(nèi)墻時(shí)用80 mm 厚的裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板直接和間接造價(jià)約110 元/m2，輕鋼龍骨紙面石膏板隔墻直接和間接造價(jià)約 為150 元/m2，采 用100 mm 厚 蒸壓加氣混凝土板做墻體材料直接和間接造價(jià)約135 元/m2；采用蒸壓加氣混凝土砌塊做墻體直接和間接造價(jià)約170 元/m2（不含因荷載增加的結(jié)構(gòu)費(fèi)用）。從工程造價(jià)方面比較，裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板的每平方米單價(jià)優(yōu)于蒸壓加氣混凝土板、輕鋼龍骨紙面石膏板隔墻、蒸壓加氣混凝土砌塊隔墻。采用160 mm 厚裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板無(wú)須再進(jìn)行外墻保溫，節(jié)省了外墻保溫的成本，從經(jīng)濟(jì)性方面裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板有很大優(yōu)勢(shì)[5]。

8 結(jié)語(yǔ)

裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板實(shí)現(xiàn)了管線工廠化預(yù)制預(yù)埋和施工現(xiàn)場(chǎng)可裝配式施工，可較少產(chǎn)生建筑垃圾，并可替代外墻及外墻保溫材料，作為保溫外墻使用，避免巖棉保溫板外墻保溫二次施工帶來(lái)的安全隱患和成本增加，以及減少墻體厚度，增加建筑使用空間，降低工程造價(jià)，在技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、施工便捷性、節(jié)省空間方面均優(yōu)于現(xiàn)有的墻體及保溫體系[6]。此外，裝配式泡沫玻璃復(fù)合墻板在報(bào)廢拆除后，泡沫玻璃板經(jīng)過(guò)粉碎可再次填充實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用，在保證墻體基本性能的前提下實(shí)現(xiàn)了廢舊玻璃的循環(huán)再利用。