轻集料混凝土保温砌块在建筑保温节能中的应用研究

范义东

(广西桂林地建建设有限公司，广西 桂林 541001)

砌块是一种用于砌筑的人造块材，形状多样，以直角六面体最为常用[1]。依据砌块的主规格高度大小，可将砌块分成三种类型：小型、中型和大型砌块。用轻集料混凝土制成的砌块称为轻集料混凝土砌块。而轻集料混凝土保温砌块的制成原理如下：采用炉渣和混凝土等材料作为混凝土中的骨料，采用水泥作为胶结材料，同时掺加粉煤灰、外加剂和水制备而成[2]。近年来，轻集料混凝土保温砌块被大量的应用到建筑保温节能设计中。

EPS(再生)轻集料混凝土保温砌块则是在骨料中加入了发泡聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,简称EPS)。聚苯乙烯颗粒的优点在于密度很低、保温隔热效果好，将聚苯乙烯加入到轻集料混凝土砌块的制作当中，能够使砌块拥有隔声、抗震、造价低、导热系数低和绿色环保等优点[3]。本文研究轻集料混凝土保温砌块在建筑保温节能中的应用，在轻集料混凝土保温砌块制作中加入了EPS材料，从而提高建筑保温、节能效果。

1 轻集料混凝土保温砌块的应用研究

1.1 设计思路

依据住房和城乡建设部门提出的“薄墙体、高保温、节地和节材”的理念，以300、250 mm块型的外墙为基准，结合某地区建筑外墙的要求，将公用建筑和民用建筑外墙的平均传热系数分别规定为≤0.8 W/(m2·K)和≤0.6 W/(m2·K)。混凝土砌块产品的设计要求包括3个方面：

(1)满足砌体保温隔热的需求；

(2)砌块的隔声、硬度和容重等功能满足相关设计指标；

(3)在施工的过程中，考虑施工过程的便捷易行以及产品防火、防灾和减灾等要求。

由于EPS材料保温效果好、容重轻，因此，EPS材料也成为了建筑工程领域应用较为广泛的的保温材料，利用EPS作为保温材料是当下节能外墙常用的保温技术之一。但是，EPS也存在一个最大的缺点，即容易燃烧，一旦烟头或其他有火花的东西溅到EPS表面，极易引发火灾，造成建筑使用者的财产损失，甚至危害其生命安全[4]。

为此，本研究将EPS和轻集料无机材料相结合，所构建的轻集料混凝土保温砌块存在一个夹芯。该砌块结合了EPS材料保温效果好等的优点，也弥补了EPS材料易燃的不足，使得轻集料混凝土保温砌块不仅能够实现建筑的防火减灾，还能够有效满足建筑保温节能的要求。

1.2 生产原料、工艺及尺寸

1)生产原料

将水泥作为轻集料混凝土砌块的原材料。砌块的主要骨料为炉渣、粉煤灰、混凝土砌块等。在产品成型和养护后，依据冷桥阻断原理，将EPS加入到砌块保留的空洞里，从而产生一个轻集料混凝土和EPS的夹芯保温材料，这样不仅能起到减灾防火的作用，还能够有效提高结构保护和节能隔热的效果[5]。

2)生产工艺

利用QT8-15型全自动砌块成型机对EPS轻集料混凝土保温砌块进行加工生产，生产工艺流程如图1所示。

图1 砌块生产工艺流程示意图

3)配合比设计

表1所示为EPS轻集料混凝土保温砌块配合比统计结果，用水量则需依据实际成型要求现场调节。

依据砌块养护期强度和干容重，在表1所示的4组配合比生产中，最符合砌块研究要求的只有第1组配合比设计，能够同时达到轻质和高强的目标[6]。

表1 每立方米EPS轻集料混凝土保温砌块配合比

4)产品规格尺寸

砌块产品规格尺寸如表2所示。

表2 砌块产品规格尺寸

1.3 建筑保温节能应用实现

将上述设计的EPS轻集料混凝土保温砌块应用在建筑外墙砌筑过程中。图2所示为外墙砌体施工图，其施工工艺流程包括6部分，分别为：超平放线、制备和铺设砂浆、砌块砌筑、校正、勾缝和自检。

图2 外墙砌体施工图

(1)依据施工现场天气干燥程度和水分蒸发速度，用EPS轻集料混凝土保温砌块砌筑墙体时可适当的洒些水淋湿砌块表面[7-8]。由于只有小型砖块能够安放脚手架洞眼处，因此，采用小型砖块进行铺底。在砌筑时，为了方便小砖和梁同时帖砌轻集料保温板来隔挡冷热桥，小砖块要和柱或剪力墙平齐。砌块下的小砖是丁砖受力，且在采用EPS轻集料混凝土保温砌块砌筑小砖以上的填充墙时，要向外凸出一定厚度的保温材料[9-11]。这一过程中，还要求填充墙与剪力墙现浇复合保温板后的外平面平齐，且梁柱热桥部分粘贴EPS轻集料水泥保温板后外平面应平齐，灰缝厚度在8～12 mm。

(2)当砌筑到外墙顶端时，将小砖外侧和梁外侧面保持平齐，梁板柱处帖砌EPS轻集料水泥保温板时也应与砌小砖处贴合，从而隔挡冷热桥[12]。

(3)利用增加构造柱的方式处理内墙和外墙不同材料搭接处的缝隙，即勾缝。勾缝过程需要依据不同的砌块类型独立设立拉结筋，且当内外墙交接处较繁琐且交接处没有构造柱时，需利用EPS轻集料混凝土保温砌块砌砌筑交接处的内墙，同时在内墙贴近外墙的位置增加构造柱，其宽度应大于或等于115 mm。

在比较寒冷的地区利用EPS轻集料混凝土保温砌块砌筑墙体时，普通混凝土小型空心砌块要做3.5～4.5 cm的外保温层[13-15]。EPS轻集料混凝土保温砌块的保温、隔音性能好优于普通混凝土，且其热阻大、无需保温砂浆过程，可以在寒冷地区广泛应用。

在完成EPS轻集料混凝土保温砌块设计后，将该成品用于辽宁省沈阳市F区三期某学生宿舍。该宿舍总建筑面积是37 033 m2，外墙厚度是280 mm，共6层。在外墙的构建上，整体利用轻集料混凝土保温砌块，主要构建方式为：厚腻子涂料和厚防水层均为2.8 mm，厚水泥砂浆、厚保温砌块和厚混合砂浆分别为17.8、218和18 mm。表3为该建筑墙体的详细热工计算。

表3 墙体热工计算

由表3可知，EPS轻集料混凝土保温砌块砌筑的墙体热阻可达到0.864 m2·K/W，符合国家标准规定的寒冷地区的墙体热阻值。

2 实验与分析

为了验证本研究设计的轻集料混凝土保温砌块在建筑保温节能中的应用效果，设计如下实验加以验证。

实验测试的工具为：热电偶、热流计、温度热流巡回检测仪和仿真计算机。实验过程如下：选择辽宁省沈阳市F区三期某学生宿舍为研究对象，对宿舍楼的墙体温度展开了为期7天的测试，每隔25 min实行一次数据的采集并及时记录。保温体系测试结果如图3～图5所示。将记录的温度和热流量传递给仿真计算机进行实时计算，从而获得墙体内外表面的最大温差平均值，依据获得的平均值得到墙体的热工参数，如表4所示。

表4 墙体的热工参数

图3 保温墙体各层间的界面温度实测曲线

图4 保温墙体各层之间的温差曲线

图5 墙体传热系数和时间的变化关系

分析图3可知，在7天的测试中，墙体外表面温度保持在25～40 ℃，墙体外侧砂浆和砌块之间的界面温度保持在25～38 ℃，墙体内侧砂浆和砌块的界面温度保持在25～35 ℃，墙体内表面的温度维持在25 ℃左右。分析图4可知，内外墙体表面之间的温差在0～15 ℃，墙体外砂浆层和砌块之间的温差在0～13 ℃，墙体内砂浆层和砌块间的温差在0～10 ℃。由此可以看出，墙体各层之间存在一个最大平均温差值，大约为12.67 ℃。根据这个最大平均温差值得出墙体传热系数和时间的变化值如图5所示。分析图5可知，墙体传热系数和时间的变化之间存在一定的规律性，变化区间在1～6 W/(m2·K)。

分析表4可知，由EPS轻集料混凝土保温砌块砌筑的墙体的传热系数是0.795 8 W/(m2·K)，该值小于国家规定的公用建筑外墙的平均传热系数≤0.8 W/(m2·K)，且墙体的热阻值是0.873 m2·K/W，符合国家建筑节能65%标准要求，说明本研究设计的轻集料混凝土保温砌块能够有效实现建筑保温节能的目的。

为突出验证本文设计方法的应用效果，对比本文方法和传统的基于模块化建造的建筑围护结构保温节能方法的保温效果，并对墙体展开为期了7天的温度测试，对比结果如图6所示。

图6 不同方法下墙体温度对比结果

分析图6可知，应用本文方法后，建筑物墙体温度变化幅度小于基于模块化建造的建筑围护结构保温节能方法，且本文方法下墙体的温度值高于基于模块化建造的建筑围护结构保温节能方法。由此可以说明本文设计的轻集料混凝土保温砌块具有更好的保温效果，有效实现了建筑保温。

依据辽宁省产品市场定额信息，结合实验建筑墙体信息，分析墙体材料的用量、墙体材料卖价、墙体材料总价、轻集料混凝土保温材料用量、轻集料混凝土保温材料卖价、轻集料混凝土保温材料总价和保温建筑主材总价，并分析本文方法和基于模块化建造的建筑围护结构保温节能方法在实际应用中的经济效益，结果如表5所示。

表5 不同方法保温建筑主材价格对比

分析表5可知，在相同墙体面积的情况下，比较混凝土保温建筑主材总价可知，轻集料混凝土保温建筑主材总价比基于模块化建造的建筑围护结构保温节能方法少22 442.58元。由此可知，在建筑节能保温设计中，使用轻集料混凝土保温砌块的价格更为经济实惠，也说明了本文方法的经济效益更高。

3 结 语

本文在原料中加入了EPS材料，从而设计了EPS轻集料混凝土保温砌块，加强了材料的保温效果，也提高了轻集料混凝土保温砌块的热阻和隔音效果。与此同时，EPS轻集料混凝土保温砌块还起到了维护建筑结构稳定和节能隔热的效果，符合国家建筑保温节能的要求。因此，可将该种轻集料混凝土保温砌块应用在建筑保温节能领域，从而提高建筑设计的经济性和环保性。