适用于装配式建筑墙板用的无机保温材料的开发研究

张同钰 史国庆

摘 要：发展绿色经济已经成为当今世界的一个主流趋势，在绿色理念的驱动下，装配式建筑逐渐成为建筑领域关注的焦点。目前，装配式建筑在我国经济发达的地区取得了很好的效果，但是在很多方面任然存在不足，如与其配套的墙板保温效果较差，达不到建筑节能的要求。因此，为了改善装配式建筑墙板的缺陷，本文进行了适用于装配式建筑墙板用的无机保温材料的开发和研究，对于装配式建筑的发展具有现实意义。

关键词：装配式建筑墙板;无机保温材料

中图分类号：TU551 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）05-0058-03

Research and Development of Inorganic Thermal Insulation Materials for Prefabricated Building Wallboard

Zhang Tongyu，Shi Guoqing

（Xianyang Vocational Technical College， Xianyang  712000，China）

Abstract：The development of a green economy has become a mainstream trend in the world today. Driven by the green concept， prefabricated buildings have gradually become the focus of attention in the construction field. At present， prefabricated buildings have achieved good results in my countrys economically developed areas， but there are still deficiencies in many aspects. For example， the heat insulation effect of the matching wall panels is poor， and the requirements for building energy efficiency cannot be met. Therefore， in view of this shortcoming of prefabricated building wallboard， this paper develops and researches inorganic thermal insulation materials suiTab for prefabricated building wallboard， which has practical significance for the development of prefabricated building.

Key words：prefabricated building wall panels; inorganic insulation materials

0 引言

裝配式建筑是指将传统建筑领域中一些现场作业的工作转移到工厂中进行，在工厂内进行建筑构件和配件等的制作加工，加工完成后再将其运送到建筑施工现场，通过相应的方式将各种构件和配件连接起来装配安装成的建筑[1]。目前，我国装配式建筑主要有预制混凝土式、钢结构式、木结构式三种类型的装配建筑。相比于传统建筑，装配式建筑的优点是建造速度快、施工过程中受气候条件影响较小、制造过程无污染环保性较好、节省劳动力、建筑质量较好[2]。但是与其配套的墙板由于自重较大、保温效果较差等缺陷导致其难以满足建筑节能的需求，因此，研究开发适用于装配式建筑墙板用的具有良好的保温效果、耐火性、环保性等无机保温材料，成为装配式建筑领域的热点问题。

1 建筑保温材料的发展现状

建筑的采暖和保温问题直接关系到建筑的能耗，降低建筑的能耗关键在于建筑的保温隔热，尤其是建筑外墙的保温问题，在装配式建筑领域中一直是人们关注的焦点问题。

1.1 国外的发展现状

德国和瑞典对于建筑外墙保温材料的研究和应用起步较早，具有70多年的历史，因此在保温材料方面的研究较为成熟。欧美等发达国家对于建筑保温材料的研究也较早，并取得了良好的效果，他们拥有较为纯熟的工艺技术和较为严格的行业标准。他们较早使用聚乙烯板和挤塑聚苯板作为建筑保温材料，但是这两种保温材料具有较强的易燃性，发生火灾等事故后难以控制，存在很大的安全隐患，因此，这两种保温材料的使用范围受到了限制。为了避免事故的发生，发达国家对于不同的建筑严格限制了其应用保温材料的等级。经过几十年的发展，发达国家对于保温材料进行了大量的实验研究，对于建筑用保温材料的性能、使用范围以及使用要求等都有明确的要求和限制条件。欧美市场主要的保温材料为不燃和难燃材料，例如岩棉、聚氨酯、硅胶玻璃等。通过对保温材料的不断试验研究，发达国家已经有了较为全面的保温系统，值得我国借鉴学习。

1.2 国内的发展现状

相对于德国和瑞典，我国在保温材料等方面的研究起步较晚，与其相配套的设施、制度等都不够完善。在保温材料研究初期，研究和应用的重点为有机保温材料，因为其具有良好的保温效果，但是由于其极容易引发较大的火灾事故，且在难以满足建筑节能需求，因此，有机保温材料的应用不利于建筑行业长远的发展。因为有机保温材料难以克服的缺点，无机保温材料逐渐代替了有机保温材料在建筑领域的应用。目前国内主要应用的无机保温材料有泡沫混凝土、无机保温砂浆、岩棉制品、泡沫玻璃、泡沫陶瓷等五种类别。但是无机保温材料相对于有机保温材料来说，在容重和导热系数方面性能较差，但耐高温又是其最大的优势[4]，为此，为了不断的对无机保温材料进行优化和完善，我国对其进行了大量的投入，通过大力研究对其缺点进行优化设计，并取得了一定的研究效果。

2 装配式建筑墙体用无机保温材料的实验方案

装配式建筑墙体一般使用的无机保温材料为轻型保温材料，为了达到较好的保温效果，其内部会存在较多的封闭孔隙，这种不紧密的内部结构导致其强度降低。同样，如果改善材料内部结构的密实度从而提高其强度，则随之而来的是材料的质重和导热性能会升高，因此目前的无机保温材料很难完美的契合建筑领域的各种需求。为了制备质轻、保温效果好，同时强度又较高的无机保温材料，本节进行了实验研究。

2.1 无机保温材料试件的制作过程

本实验中对骨料的搅拌采用强制式搅拌机，然后其成型采用振动台振动，制备工艺流程如图1所示。

将无机保温材料的各种原料按比例搅拌均匀，装入强制式搅拌机的试模，在振动台上振动60s，覆盖薄膜，48h之后拆模，并立即将其置于温度为20℃±1℃，相对湿度为95%±3%的标准养护室中养护。

2.2 实验原料与配合比设计

本次实验中所用原料有，普通硅酸盐水泥、粉煤灰、膨胀珍珠岩、陶粒、矿物纤维、萘系减水剂、水。其中，以陶粒作为粗骨料，膨胀珍珠岩作为细骨料，采用松散体积法进行无机保温材料的配合比设计。配合比的设计原则为控制水灰比、砂率、单位用水量等，类似于普通混凝土的设计。

本实验所配制的无机保温材料的适配强度为?cu，k=10，根据公式：

计算适配强度，其中，?cu，o为适配强度，?cu，k为立方体抗压强度标准值，σ为强度标准差，当强度等级小于?cu，k=20时，σ为4.0。根据相关技术标准对砂率范围、水泥用量、净用水量、粗细骨料的用量进行计算，粗细骨料的用量计算公式为：

其中，Vs、Va、Vt分别单位体积内细骨料、粗骨料、粗细骨料的松散体积，ms、ma分别为单位体积内细骨料、粗骨料的用量，SP為砂率，ρs、ρa分别为细骨料、粗骨料的堆积密度。附加用水量的计算公式为：

此公式适用于粗骨料不预湿，砂为轻砂的情况，其中wa、ws为粗骨料、细骨料1h的吸水率。本文中膨胀珍珠岩的堆积密度为95kg/m3，1h的吸水率为47%，裹浆处理后陶粒的堆积密度为600kg/m3，1h吸水率为8.375%，经计算研究，可确定无机保温材料混凝土的配合比。

2.3 无机保温材料最佳掺量设计

根据上述方法计算的配合比可能在现场施工配制时出现意外情况，因此需要对无机保温材料的配合比进行适配，确保各种原料的最佳掺量，由于装配式外墙所用的无机保温材料是轻质骨料，容易受到多个因素的影响，例如骨料掺入比例、水泥掺量、水胶比等，因此，将这些因素作为研究对象，综合研究其对无机保温材料的保温效果、强度、质量等因素。本实验中以硅酸盐水泥和粉煤灰为凝胶材料，总量为300kg/m3，控制减水剂的掺量为凝胶材料总量的0.8%，粉煤灰的掺量、砂率、水胶比等配比如表1所示。

通过对无机保温材料的表观强度、抗压强度、导热系数等性能进行测试，确定当砂率为50%、粉煤灰掺量为20%、水胶比为0.45时，无机保温材料的抗压强度、导热系数和表观密度等性能处于最佳状态。

3 结果与讨论

本实验以陶粒作为粗骨料，膨胀珍珠岩作为细骨料，水泥、粉煤灰为胶凝材料制备了适用于装配式建筑墙板用的无机保温材料，设计并计算了无机保温材料混凝土的配合比。但是考虑到现场施工时各种环境条件等难以预测和控制，因此在进行现场无机保温材料的制备时还需要综合考虑到现场施工的各种状况，不同原料用量的不同会使制备的无机保温材料的性能也不尽相同，因此本实验通过调整各个因素的掺量来对其配合比进行适配，以保障装配式建筑墙板用的无机保温材料的施工简单方便。为了确定各因素的最佳掺量设计，本研究中对不同原料掺量的无机保温材料的表观强度、抗压强度、导热系数等性能进行测试，通过对这些性能的比较以及综合考量，确定了制备无机保温材料的各种原料的最佳掺量。最终得出结论，当砂率为50%、粉煤灰掺量为20%、水胶比为0.45时，制备的无机保温材料的抗压强度、保温性能等处于最优状态。

由于时间和实验条件的限制，本实验研究过程中，对于无机保温材料最佳掺量设计研究中并未对材料的抗冻性、隔音效果等性能进行测试。然而，这些性能是装配式建筑在施工建设时必须要考虑的因素，因此在进行实际施工时还需要综合考虑其他的各种因素以及性能，选择合适的配合比设计以及掺量。

4 结语

绿色建筑理念的发展催动了装配式建筑的发展，同时也促使人们更关注建筑的能耗问题，即建筑的保温性能。装配式建筑的发展符合绿色建筑的发展需求，但是其保温问题一直是人们重点关注并急需解决的关键问题。有机保温材料的保温效果较好，但是容易燃烧，近几年来，因为保温材料的易燃性问题导致很多特大火灾和墙体的坍塌事故经常发生，造成经济损失的同时，给人们的人身安全带来严重威胁。更多的学者将关注点放在无机保温材料的开发研究中，文中开发和研究了适用于装配式建筑墙板用的无机保温材料，对于其在装配式建筑领域的制备、应用和研究具有实际指导意义。

参考文献

[1]殷宜初.发展装配式建筑将为保温材料带来好机遇[C].中国绝热节能材料协会.创新提升绿色发展——全国绝热节能材料行业创新与发展论坛论文集.中国绝热节能材料协会：中国绝热节能材料协会，2016：135-142.

[2]宋健.把握装配式建筑发展大趋势[N].中国建设报，2016-10-14（006）.

[3]杨霄云.用于装配式建筑结构墙板的无机保温材料性能的研究[D].西宁：青海大学，2019.

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[5]冯俊.外装饰保温板现浇泡沫混凝土复合墙施工技术[J].施工技术，2018，47（21）：132-134+160.

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