复合保温砌块墙体材料制备及性能研究

王 亮



复合保温砌块墙体材料制备及性能研究

王 亮

（陕西省行政学院, 陕西 西安 710068）

作为一种集承重与保温于一体的墙体材料，复合保温砌块在建筑工程中的应用量逐渐增加，为了满足建筑节能要求，我国当前的墙体保温材料多以有机高分子材料为主，但其日益凸显的防火与环保劣势不断缩小着自身的市场份额。以优化复合保温砌块性能为目的，将无机保温材料泡沫混凝土填充至混凝土空心砌块中，进行高性能复合保温砌块的制备与性能研究，以提供理论基础于建筑工程中墙体保温材料的设计，提高工程质量。

泡沫混凝土；混凝土空心砌块；复合保温砌块

作为建筑维护结构的主体，墙体的保温性能对建筑节能有着重要的影响。1866年，美国哈契逊获得首个空心砌块专利，自此，混凝土空心砌块得到全球的广泛应用。西方国家目前在混凝土空心砌块的保温性能方面取得了显著的研究进展，如美国、加拿大、波兰、芬兰相继研制并推出TB式、IMSI式、U型咬合式、三明治式复合保温砌块等[1]。我国经济的迅猛发展与人民生活水平的不断攀升日益增加了人们的空调采暖要求，建筑能耗亦由此持续上升[2]。为了缓解能源压力，推动经济与环境实现可持续发展，真正以对节能设计标准的严格实施为前提适应建筑节能的重要要求，我国部分企业陆续从国外引进先进经验，进行复合保温砌块生产线与复合保温砌块块型的积极研发，所生产的产品已在框架结构、多层混凝土小型空心砌块、配筋小型空心砌块等建筑类市场得到较多的应用。图1为当前国内外常见的几种复合保温砌块块型。

复合保温即将保温层夹于墙体中间，通常，砌于保温材料两侧的混凝土砌块或砖砌块共同构成主墙体部分，岩棉板、聚苯板、玻璃面板或袋装膨胀珍珠岩等为保温材料[3]。针对现有复合保温砌块大多存在的保温隔热性能、耐火性能与耐候性能较差、使用寿命较短等问题，文章进行泡沫混凝土保温材料与现有混凝土砌块的复合研究，实现对现有复合保温砌块墙体材料的改造与再制备，提高其保温隔热、耐火、耐候等多种性能。

图1 复合保温砌块常见块型

1 实验部分

1.1 原材料

我国建筑墙体的保温材料种类丰富，以有机与无机两种保温材料最为流行。有机保温材料虽然质轻、导热系数小且吸水率不高，但易开裂、耐久性较差且易燃，燃烧之时伴随毒气体的生成；相较于有机保温材料，无机材料在防火、阻燃、安全性等方面的优势较为突出。近年来，有机保温材料事故的频发减少了其在市场中的份额，而基于安全性高这一胜出因素，无机保温材料的市场份额越来越大。文章将无机填充型复合保温砌块作为具有保温、承重、阻燃等多种功能的新型墙体材料进行材料制备与性能的研究。出于对泡沫混凝土内部封闭式空洞很多，导热系数较之普通混凝土低很多[4]这一因素的考虑，制备环节采用泡沫混凝土作为保温芯材。

制备工作用到多种材料：拌合水、水泥、泡沫剂、高效减水剂、粗细骨料等[5]，表1所示为原材料选型与用途。

表1 配置泡沫混凝土与混凝土空心砌块的原材料选型与用途

1.2 主要仪器设备（表2）

表2 实验仪器设备

1.3 制备方法

复合保温砌块墙体材料的制备需要两个大工序。第一，制备泡沫混凝土（图2）。（1）按照特定比例（1:20或1:30）加水对泡沫剂进行稀释，将稀释后的溶液置于高剪切实验室中的乳化机制泡机中，调整设备转速到7 000 r/min，在发泡过程中对发泡情况进行密切观察，保证所制泡沫的均匀性与稳定性。（2）根据泡沫混凝土性能的不同，将适量铝酸盐水泥掺入普通硅酸盐水泥中，确定水泥、泡沫剂与相应外加剂的含量比，制成水泥浆。（3）将泡沫倒入搅拌机中，为了保证泡沫可以和水泥浆均匀混合，需在搅拌1 min后进行人工翻倒，然后继续搅拌，循环此过程大约3至5 min即可。第二，制备复合保温砌块。在15至25 ℃的室温环境下，人工将第一步制成的泡沫混凝土浇注到成型模具空心砌块的空腔中，维持此环境对其进行覆膜与自然养护处理至成型。

图2 泡沫混凝土制备流程

2 性能测试

2.1 干密度测试

参照《蒸压加气混凝土性能实验方法》，将制备成功的试件放到室温标准的养护室中，对其进行标准化养护，达到规定养护龄期后，从养护箱中取出，置于电热鼓风干燥箱中，在设定温度下分别对其进行烘干处理（60 ℃与80 ℃各烘干24 h，之后在105 ℃下烘干）。烘干过程中需要每隔4 h对砌块进行一次称重，若称重满足条件“前后两次称重的重量差不大于试件质量的0.5%”则停止烘干，计算试件干密度。

2.2 吸水率测试

将从养护箱中取出的试件放到电热鼓风干燥箱中，同样在设定温度下分别对其进行烘干处理，处理同干密度测试，当试件重量不再变化之时，将其置于温度为15至25 ℃的水槽中，加水浸泡25 h后取出，用湿抹布擦去表面水分，计算吸水率。上述步骤同样参照《蒸压加气混凝土性能实验方法》。

吸水率计算公式如下：

上式为质量吸水率，即材料在吸水饱和时内部洗水后的质量占材料干燥质量的百分率。

式中：—材料的干燥质量；

1—材料吸水后的饱和质量。

2.3 导热系数测试

采用上述烘干方法将试件烘干至恒重后取出，在室外对其进行冷却处理，当试件达到室温后，利用导热系数测定仪测定其导热系数。具体地，利用衡量器切割打磨试件，使其表面变得光滑，然后通过JTRG型建筑热流计式导热仪测定光滑试件表面，探头与试件成夹层结构，为了降低接触热阻，试件光滑表面与探头应越紧越好。测试过程中需对探头电阻随时间变化的规律进行记录，软件会自动计算试件的导热系数。

2.4 力学性能测试

该测试无需对试件进行烘干处理，在达到规定养护龄期之后便可从养护箱中取出试件，用于表示力学性能的系数主要包括抗折强度与抗压强度[6]等。其中，抗折强度可通过KZJ-500电动抗折式实验机直接观察得到，在观察之前，需擦拭试件表面，保证试件上无水分残留，同时，还要清除夹具圆柱表面的杂物。将试件放到测试设备的支撑辑上，用刮刀刮平其成型面后侧向放置，使试件的棱边垂直于支撑辑，各支撑辑同加荷辊的距离应相等。夹具的调整杠杆在放入试件之前必须平衡，放入试件后，启动电机，使丝杠发生旋转，油铊会缓慢移动开始加载工作，在加载到一定程度后，试件会发生断裂，这时可通过主尺数据直观得到抗折强度。

在进行抗压强度测试时，利用WDW-YAM-300型压力实验机，对经过抗折强度测试发生断折的试件进行抗压强度测试。平整放置试件于抗压夹具（材质主要为硬钢）中，试件的成型面应与受压面垂直，然后，将放置试件的抗压夹具放到实验机的上台板与下台板中间，试件需紧排在下台板的夹具测量挡板上，中心与下台板的球轴中心相对应。启动设备进行加载至试件破坏，记录其破坏荷载，计算抗压强度。公式如下：

式中：—抗压强度；

—破坏载荷；

—承压面积。

2.5 复合保温砌块热工性能测试

采用复合保温砌块与对应形状的混凝土空心砌块，以一般砌法将其砌筑于试件架内，内抹混合砂浆，外抹水泥砂浆，利用黄油在干燥砌块的冷（外）面与热（内）面分别放置温度与热流传感器，然后利用双面胶将线缆固定于墙体之上。让传感器与JTNT-C传热系数检测仪相连进行数据采集，之后合紧冷热箱与试件架，启动设备，调节两箱数据，以此控制测试温度，记录所得数据。此次测试中砌块墙体试件的人工性能通过热箱法来监测，利用热流传感器进行平均热流量的测量，然后用温度传感器测其冷热表面均温，计算内外表面温差，温差与平均热流量之比即墙体材料的平均热阻值，由此计算墙体的平均传热系数。

3 结果与讨论

以探索性分析为基础，对图3所示泡沫混凝土+混凝土空心砌块的复合保温砌块进行实验，确定其基本性能与标准的相符性，判断是否可投入或扩大市场份额。

图3 泡沫混凝土+混凝土空心砌块的复合保温砌块

该复合保温砌块中混凝土空心砌块的厚度为190 mm，泡沫混凝土的厚度不固定，可以灵活改变。砌块主要应用于承重结构外墙中，可同190 mm砌块的内墙同时砌筑，这并不会对砌体水平配筋与灌芯柱混凝土等产生影响，在配筋砌体高层建筑中亦有应用。取泡沫混凝土有效厚度40 mm，检测其性能与复合保温砌块性能如表3所示。

表3 泡沫混凝土与复合保温砌块的基本性能

根据表3中泡沫混凝土的基本性能，与《泡沫混凝土砌块》JC/T1062标准进行对照，该泡沫混凝土的性能与强度A0.5、密度等级B03的要求相符。复合保温砌块的基本性能亦相符于《混凝土小型空心砌块》GB8239标准中的相关要求，在今后进行复合保温砌块中小型混凝土空心砌块的设计之时，可以参考《混凝土小型空心砌块建筑技术规程》JCJ/T14-2004，与当地相关混凝土砌块的《图集》相结合。

4 结束语

文章系统分析了内注泡沫混凝土的复合保温砌块墙体材料，举例就泡沫混凝土与复合保温砌块的基本性能做了测试，得出以下结论。

（1）泡沫混凝土复合保温砌块具有隔热性与耐火性等优势，使用寿命较长。水泥与相关外加剂是泡沫混凝土的原材料，与混凝土砌块、砂浆等的制备材料基本相同，因此，利用泡沫混凝土制备的复合保温砌块墙体保温层与结构层有相同寿命。

（2）泡沫混凝土厚度为40 mm的复合保温砌块与我国大多数地区“冬冷夏热”建筑节能50%的要求相符，故砌块的应用范围具有广泛性，在填充外墙与称重外墙中均可使用。

（3）相对而言，泡沫混凝土的生产设备投资较小，在很多砌块企业的承受范围内，今后复合保温砌块的推广规模会进一步扩大。

［1］ 金立虎.复合保温砌块块型设计、生产设备、生产工艺及施工技术研究[J].墙体革新与建筑节能，2009（2）：41-46.

［2］ 刘见阳，李坤晓.公共建筑节能设计在实际工程中的应用[J].当代化工，2013（5）：698-699.

［3］ 赵学明.谈复合保温砌块的发展现状[J].山西建筑，2012（3）：209-210.

［4］ 孙氰萍.泡沫混凝土与混凝土复合保温空心砌块的研制[J].建筑砌块与砌块建筑，2008（6）：1-2.

［5］ 范丽龙.基于高性能泡沫混凝土的符合自保温砌块的实验研究[D].浙江工业大学，2012.

［6］ 和圆圆.绿色混凝土复合自保温砌块的研制[D].山东建筑大学，2016.

Research on Preparation and Performance of Composite Thermal-insulating Block Wall Materials

(Shaanxi Academy of Governance, Shaanxi Xi’an 710068, China)

As a kind of wall material with the functions of bearing and heat preservation, more and more composite thermal-insulating blocks are needed. In order to meet the need of building energy efficiency, a lot of organic polymer wall insulation materials are used, but their weakness of fireproofing and environmental protection has decreased its market shares. In this paper, in order to optimize the performance of composite thermal-insulating block, preparation and performance of composite thermal-insulating block wall materials were studied, which could provide a theoretical basis on the design of wall materials and enhancing the quality of constructional engineering.

Cellular concrete,Concrete hollow block,Composite thermal-insulating block

TU522.3

A

1671-0460（2017）08-1597-03

2017-06-06

王亮（1985-），男，陕西西安人，助理工程师，2008年毕业于西安工业大学土木工程专业，研究方向：从事市政工程基础设施，城市内涝的综合解决技术工作。E-mail：wangliang3456@126.com。