建筑工程中的墙体陶粒混凝土整体式隔热技术

韩志滨

(甘肃第二建设集团有限责任公司,甘肃 兰州 730050)

分户计量催生了整体式保温隔热建筑,即通过使用高性能的保温材料,在建筑内部构建低能耗的保温空间,实现“零能耗”环境。然而,在长期服役后,保温隔热材料会发生相变,导致墙体对温度产生惰性,相变温度升高,不能满足室内环境的舒适性要求。而陶粒混凝土具有良好的保温隔热性能,在冬季供暖与夏季隔热环境中均能发挥其优势,有效减少能量的传导和散失,提高建筑物的能源利用效率,从而增加混凝土的使用寿命。因此,陶粒混凝土整体式保温隔热技术在建筑工程中的应用前景十分广阔,不仅能够提高建筑物的整体性能,还可以为人们创造更加舒适、健康和可持续发展的居住环境。

1 陶粒混凝土的原材料与制备方法

1.1 原材料

陶粒的外形多为球形或椭球状,也有部分为不规则的砾石,其颗粒尺寸通常在5～20 mm之间,最大可达25 mm,主要用于替代混凝土中的碎石和卵石,具有诸多优点,其内部为封闭不相连的细蜂窝状微孔,由气体包裹在壳体中形成,因此质量轻,可以替代重砂。

陶粒混凝土是用轻质骨料代替普通混凝土中的天然石子,掺入适量河砂、水泥等凝胶材料,再掺入一定量的水,制成表面密度在1 950 kg/m3以下的混凝土。陶粒混凝土按粗骨料类型的不同可以分为粉煤灰陶粒混凝土、自然煤矸石混凝土和页岩陶粒混凝土等。与普通混凝土相比,陶粒混凝土在保证强度的同时,可以实现结构的轻量化、高强、多功能化,是一种用途广泛、性能可靠的新型建筑材料,能够用于轻型砌块、保温隔墙等多种场合。

1.2 制备方法

1.2.1配方设计

(1) 根据实际需求确定各组分的比例。一般来说,水泥占总质量的10%～15%,砂子占总质量的40%～50%,陶粒占总质量的30%～40%,水占总质量的10%左右。

(2) 根据所需强度和密度选择适当规格和品质的材料。例如,选用高强度硅酸盐水泥、细沙,以及经过筛选后大小均匀、表面光滑、无裂缝或磨损等缺陷且无污染物的陶粒。

(3) 根据实际需求选择适当的掺合料,如硅灰石粉、矿渣粉等。

(4) 将所有配料按比例放入混凝土搅拌机中,先将水泥和砂子搅拌均匀,再加入陶粒和水,继续搅拌至均匀,最后加入掺合料,并再次搅拌均匀。

(5) 以质量计算骨料、水泥、水及掺合料。骨料的计量误差控制在±3%以内,水泥、水及掺合料的计量误差控制在±2%。因为陶粒是事先经过水化处理的,所以在拌和之前,要按抽试陶粒的含水量调节用量。

1.2.2具体操作

首先将陶粒进行清洗,去除表面的杂质和尘土;然后对陶粒进行破碎和筛分,以获得所需的颗粒大小范围。根据设计要求,按照一定比例将水泥和陶粒进行配料。一般情况下,水泥与陶粒的比例为1∶3至1∶5。将配料后的原材料放入混凝土搅拌机中进行搅拌,搅拌时间一般为3～5 min,直至混合均匀。将搅拌好的陶粒混凝土倒入模具或施工现场,进行浇筑。在浇筑过程中,要确保混凝土均匀分布,同时排除气泡和空隙。浇筑后的陶粒混凝土需要进行养护[1],养护时间一般为7～14 d,期间要保持适宜的湿度和温度,以促进混凝土的硬化和强度发展。

2 陶粒混凝土的性能

(1) 陶粒混凝土的干表观密度比普通混凝土低,通常在1 400～1 950 kg/m3之间,普通混凝土则为2 450 kg/m3。比较两种材料的不同之处可以看出,当陶粒混凝土的容重处于L5.0～L50.0之间,陶粒混凝土的干表观密度只有普通混凝土的80%,也就是说,在相同的情况下,陶粒混凝土的质量要比普通混凝土轻20%～40%。

(2) 在常温下,陶粒混凝土24 h左右即可完成主要的凝固反应。通常施工中,为了确保混凝土构件的强度和稳定性,需要等待28 d的养护时间。但在该时间内,混凝土在前几天会有较快的强度提高,之后几天则逐渐趋于平稳。

(3) 陶粒混凝土的强度等级是根据其抗压强度来确定的。根据相关标准,陶粒混凝土的抗压强度等级为C20、C25、C30、C35、C40等级。其中,C20表示其抗压强度为20 MPa,C25表示其抗压强度为25 MPa,依此类推。

(4) 因为陶粒混凝土使用的是轻骨料,其成型后会呈现多孔特征,且线膨胀系数和热导率都比普通混凝土低,适用于对高温、隔热及防火性能有较高需求的建筑。当建筑物内发生火灾,陶粒混凝土可以实现4 h左右的抗火,而一般的混凝土则只能坚持1 h。结果表明,600 ℃时,普通混凝土的强度下降了25%～65%,而陶粒混凝土的强度只下降了15%。

(5) 一般而言,建筑物本身质量愈大,其所承受的地震力愈大,二者呈正比。在建筑物中应用陶粒混凝土,可以提高混凝土的强度、自重和变形能力,减少地震对建筑物的影响。同时,陶粒混凝土的低弹性模量使其在建筑结构中的应用,可以有效地提高结构的固有振动周期,并在结构遭受损伤时,抵消大量变性能。据此可以看出,陶粒混凝土具有良好的抗震性。

3 陶粒混凝土整体式保温隔热层关键技术

3.1 保温隔热层厚度的确定

首先,探讨保温层厚度与建筑节能标准限值之间的关系。建筑节能标准中规定了建筑物保温性能的最低要求,通常以传热系数(U值)来表示,U值越小,代表保温性能越好。而保温层厚度作为影响U值的重要因素之一,其合理调整可以在满足节能标准的前提下降低建筑成本,提高施工效率。通过科学的计算和分析,可以确定在不同地区和不同建筑类型下保温层厚度的最佳取值范围,从而实现节能和经济效益的平衡[3]。节能标准限值见表1。

表1 节能标准限值

需要借助公式来具体说明保温层厚度的调整原理。一般来说,建筑物的U值可通过以下公式进行计算:

U=1/R外墙+R保温+R室内表面+R室外风

其中,R外墙为外墙的传热阻力,R室内表面和R室外风分别为室内表面和室外风的传热阻力。而关键在于保温层的传热阻力R保温的计算,其表达式为:

R保温=d/λ

其中,d为保温层厚度,λ为保温材料的导热系数。由此可见,保温层厚度与传热阻力呈正比,厚度越大,传热阻力越大,U值越小,保温性能越好。

在实际工程中,针对具体的建筑结构和要求,通过上述公式进行计算和优化,确定最佳的保温层厚度,从而实现节能效果最大化和成本最小化的目标。同时,随着新型保温材料和技术的不断发展,公式中的参数也将得到更精确的测定和预测,为整体式保温隔热建设提供更科学、更可靠的技术支撑。

3.2 陶粒混凝土整体式保温隔热层的施工流程

3.2.1施工准备工作

首先,准备好所需的材料和工具,包括陶粒混凝土、黏结剂、隔离膜、施工工具等。在选择材料时,应根据工程的具体要求,选择适合的陶粒混凝土和黏结剂,以确保施工质量和保温隔热效果。同时,需要确保材料的质量符合相关标准,并进行必要的检验和确认。

其次,准备工作还包括制定详细的施工计划。施工计划应囊括施工的各个环节和步骤,并根据工期和工程量合理安排施工进度。在制定施工计划时,需考虑到天气因素、材料供应、人力资源等各种因素,以保证施工进度的顺利进行。

最后,还需要确保施工现场的安全和环保措施得到落实。施工现场应设置明显的安全警示标识,明确划定施工区域和非施工区域,并配备必要的安全设施,如安全帽、安全绳等。同时,施工过程中还应加强现场管理,定期检查和维护安全设施,确保施工人员的人身安全。

3.2.2下基层处理

施工准备工作完成后,需要对基层进行处理。首先,检查基层的平整度和强度,确保其符合施工要求。如果发现基层存在缺陷或不平整的情况,需要进行修复或调整。常用的修复方法包括填补裂缝、修复破损的部分,并采用适当的修补材料进行加固。对于基层不平整的情况,可以通过打磨、砂浆层调整或者使用特殊材料进行调平。修复和调整基层的目的是确保基层的平整性和稳定性,以提供良好的施工条件。

此外,对基层进行清洁和处理是非常重要的。清洁基层的表面灰尘、污渍和杂物,可以采用清扫、冲洗或吸尘等方法。对于顽固的污渍和附着物,可以使用适当的清洁剂进行清除。此外,还需要清除基层上的油污、浮浆和松散颗粒,以保证陶粒混凝土能够与基层紧密结合。

修复和清洁完成后,还可以根据基层的具体情况进行处理。如果发现基层的强度不够,可以考虑增强基层的强度。常见的方法包括喷涂黏结剂、涂刷增强剂或者添加钢筋网等,这样可以有效提高基层的承载能力,使其更适合与陶粒混凝土相结合。

在进行下基层处理时,需要根据具体的情况和要求来选择合适的处理方法。同时,还要注意处理过程中的安全措施,防止施工人员和周围环境受到损害。通过细致的下基层处理,可以为陶粒混凝土的施工提供良好的基础,确保整体式保温隔热层的施工质量和性能。

3.2.3整体式保温隔热层的构建方法

在进行整体式保温隔热层的构建时,首先需要根据设计要求,将陶粒混凝土均匀铺设在预先处理好的基层上。铺设时,要注意保持一定的厚度和均匀性,同时避免产生空隙和堆积。陶粒混凝土的均匀铺设是施工过程中的关键步骤,因为它直接影响着整体式保温隔热层的性能和效果。为了确保铺设的陶粒混凝土能够达到设计要求,施工人员应该使用工具或机械设备对其进行压实和打磨。在铺设完陶粒混凝土后,需要对其进行压实处理,以提高其强度和平整度。压实的目的是通过施加压力使陶粒混凝土颗粒之间产生变形,使其更加紧密结合,可以使用专用的压实机械设备或者手动操作进行压实,施工人员需要根据设计要求进行相应的压实强度控制,以确保陶粒混凝土达到要求的强度和平整度。

除了压实处理,打磨也是整体式保温隔热层构建过程中重要的一步。打磨的主要目的是去除表面的不平整和凹凸,提高保温隔热层的表面平整度。施工人员可以使用手持式磨光机等专用工具进行打磨处理。在进行打磨时,需要注意控制施工速度和力度,避免过度打磨导致陶粒混凝土表面破损和减弱保温隔热性能。施工过程中,温度和湿度的控制也非常重要,因为其变化会影响陶粒混凝土的固化和硬化过程。过高或过低的温度会影响保温隔热层的强度和稳定性,过高的湿度则会影响其固化时间和硬化效果。因此,在施工时需要根据材料的特性和环境条件,合理控制施工温度和湿度,确保陶粒混凝土能够按照设计要求进行固化和硬化。

3.2.4施工质量控制要点

为确保陶粒混凝土整体式保温隔热层的施工质量,需注意以下几个要点。

(1) 对材料的选择和搭配要合理,保证其质量符合相关标准和规范要求。选择合适的陶粒和混凝土胶凝材料,并充分考虑其相互配合和兼容性,在保证保温隔热层的性能的同时,提高施工效率。

(2) 施工过程中应严格按照设计要求和施工规范进行操作,确保施工质量达到预期效果。在施工前,应制定详细的施工方案和施工工艺流程,明确每个施工步骤的要求和注意事项,包括基层处理、陶粒混凝土施工、固化和养护等环节,严格按照规定的要求进行。在施工过程中,要加强现场管理,确保施工过程中的安全和质量控制。加强对施工人员的培训和管理,提高其技术水平和质量意识,严格遵守安全操作规程,做好施工现场的安全防护措施。

(3) 要加强施工过程的监督和检查,及时发现和解决问题,确保施工质量的稳定和一致性。

(4) 在施工完成后,进行必要的检测和验收,确保整体式保温隔热层的性能符合设计要求和使用要求。进行保温性能、隔热性能、抗冻性能的测试,并进行相应的评价和判定。

只有保证了施工质量的控制,才能保证陶粒混凝土整体式保温隔热层的效果和寿命,提高建筑物的能源利用效率和室内舒适性。

4 结语

陶粒混凝土整体式保温隔热技术在保温方面表现出色,独特的结构使其具有较低的导热系数和良好的隔热性能,可以满足国家标准要求,并且能够有效减少建筑物内外温差,具有较好的抗冻性能,可以提高室内舒适度。与传统的保温材料相比,陶粒混凝土能够更好地满足建筑物节能需求,减少能源消耗,对环境更加友好。陶粒作为一种天然材料,不仅能有效利用工业废弃物,减少资源浪费,还能降低建筑物的碳排放量,其原材料来源广,可将工业废料和生活垃圾加工成人工陶粒,不仅减轻了对环境的污染,而且实现了废物的回收利用。将陶粒混凝土用于实际工程,还能够减轻建筑重量,节省工程造价。陶粒混凝土的稳定性能使得建筑物能够更加耐久和安全,具有更长的使用寿命。因此,通过深入研究陶粒混凝土整体式保温隔热工技术,可以为建筑保温隔热层的改进和优化提供科学、合理的方法和技术支持,实现建筑的可持续发展。