彭紅，劉立軍

（1.重慶建筑工程職業(yè)學院，重慶 400070；2.重慶市建筑科學研究院，重慶 400050）

0 引言

當前，現(xiàn)有的混凝土砌塊大多達不到自保溫的要求，通常需要額外加做保溫層，這樣不僅浪費材料、增加成本，同時也提高了施工難度，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題[1]。為了響應國家建筑節(jié)能的號召，自保溫混凝土砌塊應運而生，通過在砌塊中引入孔洞、篩選使用輕質(zhì)保溫原材料等措施，以使砌塊達到自保溫的目的。同時，在砌筑過程中配套使用專用砌筑砂漿，可以顯著改善墻體的熱工性能，得到真正意義上的節(jié)能型混凝土砌塊墻體自保溫系統(tǒng)。

本試驗研發(fā)的異型嚙合式輕集料混凝土復合自保溫砌塊，是以水泥為膠結(jié)材料、輕質(zhì)工業(yè)廢渣為主要輕集料、頁巖粉末為混合料，且加入適當?shù)耐饧觿?jīng)機械壓制而成的平面呈Z型且中間有空氣層和雙排空腔，其空腔內(nèi)用有機或無機保溫材料填充的一種自保溫墻體材料。同時配套研發(fā)了在砌筑砌體時與主規(guī)格砌塊配合使用、主要用于門窗洞口和砌體兩端的配塊。該自保溫系統(tǒng)具有導熱系數(shù)低、保溫隔熱效果明顯、并能很好的解決目前墻體自保溫系統(tǒng)在建筑中使用出現(xiàn)熱橋等技術問題，同時嚙合式設計提升了墻體的整體穩(wěn)定性。

1 復合自保溫砌塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計研究

目前墻體自保溫系統(tǒng)主要用于建筑體系中的填充墻部位，傳統(tǒng)填充墻采用的實心混凝土砌塊形式單一，熱橋現(xiàn)象突出，嚴重制約了墻體的整體保溫隔熱性能[2]。為解決熱橋?qū)w的熱工性能及房間舒適度的影響，本試驗打破了傳統(tǒng)墻體材料的常規(guī)外形設計，對其作了進一步優(yōu)化，采用平面呈Z型，側(cè)面設有凸臺和凹槽，且中間設有空氣層和雙排空腔的外形（見圖 1），砌塊尺寸為 350 mm×230 mm×180 mm（長×寬×高），其中砌塊最小外壁厚不應小于25 mm，最小肋厚不應小于20 mm。經(jīng)測定，其干表觀密度為900 kg/m3、吸水率控制在18%以下，抗壓強度最高達到5 MPa。通過Z型設計、雙排空腔填充約60 mm厚的保溫材料及在砌塊中間設計1個約10 mm寬的靜止空氣層等措施，隔斷及部分延長熱傳導的路徑，顯著降低了固體部分的傳熱，解決熱橋問題，同時所引入的凸臺和凹槽的嚙合設計，可以提高砌筑墻體的整體性和穩(wěn)定性。

圖1 主砌塊的構(gòu)造

目前，在很多實際工程中，填充墻體在砌筑門窗洞口部位或滿足錯縫要求時，大量使用的配磚是實心燒結(jié)磚。而實心燒結(jié)磚的導熱系數(shù)遠遠超過了自保溫砌塊，這種砌筑選材對整個墻體的熱工性能非常不利。因此，為確保墻體保溫隔熱的效果，在墻體門窗洞口和砌體兩端的部位，應使用配套生產(chǎn)的小砌塊。

本試驗針對Z型主砌塊的規(guī)格，專門研究設計了與其配套使用的2種規(guī)格小砌塊，長×寬×高都為180 mm×230 mm×180 mm，主要區(qū)別在于側(cè)面凸臺和凹槽的設計，其構(gòu)造見圖2。配塊沿長度方向的兩空腔之間肋的位置應確保能與空氣層垂直相交，以避免熱橋的形成，有效提高配塊的保溫隔熱性能。

圖2 配套砌塊的構(gòu)造

2 復合自保溫砌塊的制備及性能研究

2.1 砌塊的制備

2.1.1 原材料及配合比

水泥：P·O42.5水泥；工業(yè)煤渣：含碳量不大于10%，細度與混凝土的細骨料粗砂接近，最大粒徑不大于10 mm，且考慮其作為砌塊中的輕集料使用，要求煤渣的絕干體積密度為300～900 kg/m3；混合料：硅質(zhì)頁巖，重慶，其塑性指數(shù)為 12.7，化學成分及顆粒級配分別見表1、表2；減水劑：FDN萘系高效減水劑，其推薦摻量為水泥用量的0.5%～1.0%，各項技術指標應符合GB 8076—2008）《混凝土外加劑》的規(guī)定。

表1 頁巖的化學成分 %

表2 頁巖的顆粒級配

異型嚙合式輕集料混凝土復合自保溫砌塊是以水泥為膠結(jié)材料、輕質(zhì)工業(yè)廢渣為主要輕集料、頁巖粉末為混合料，且加入適當?shù)耐饧觿┲苽涠伞８鶕?jù)項目前期試驗數(shù)據(jù)分析，確定異型嚙合式輕集料混凝土復合自保溫砌塊的最佳配合比為：m（水泥）∶m（工業(yè)煤渣）∶m（頁巖粉）∶m（水）=1：0.96：0.5：0.6，外加劑根據(jù)需要適量摻加。

2.1.2 砌塊的制備工藝流程

考慮到輕集料工業(yè)煤渣的吸水率較大，為提高砌塊混凝土的強度，在攪拌前采取預加水的措施，使煤渣在成型前吸足水分。本項目采用的預濕攪拌工藝流程為：水→煤渣+頁巖粉+水泥→攪拌→水→攪拌→砌塊混凝土拌和物。整個過程的拌合時間為2 min。

砌塊的成型是砌塊生產(chǎn)的關鍵工序，根據(jù)自保溫砌塊優(yōu)化后的塊型結(jié)構(gòu)制備了配套的鋼制模具，在灌注混凝土前，應將空腔填充的保溫材料預先安放在鋼模中的設定位置，并在鋼模內(nèi)壁涂刷一層脫模劑。然后將攪拌好的混凝土拌合物灌入鋼模中，在振動臺上振搗2 min左右取下，放入標準養(yǎng)護箱中養(yǎng)護48 h后脫模，之后將砌塊放置在溫度不低于20℃的環(huán)境中養(yǎng)護10～14 d，在整個養(yǎng)護期間要始終保持砌塊處于潮濕狀態(tài)。

2.2 相關配套材料研究

2.2.1 空腔填充材料的篩選

在不增加異型嚙合式輕集料混凝土砌塊生產(chǎn)難度的前提下，采用熱工性能優(yōu)異的保溫材料填充異型砌塊雙排空腔的方法，以大幅度降低砌塊的導熱系數(shù)，制備復合型異型嚙合式輕集料混凝土砌塊。

為分析研究在空腔內(nèi)填充不同類型的保溫材料對砌塊熱阻的影響，結(jié)合市場需求，分別采用XPS板、巖棉板及發(fā)泡水泥等材料進行對比試驗，測得的各組砌塊的熱阻如表3所示。

表3 空腔填充不同保溫材料的異型嚙合式

混凝土復合砌塊的熱阻

從表3可以看出，砌塊空腔采用XPS板填充時，其熱阻達到1.35（m2·K）/W，保溫隔熱性能優(yōu)于填充巖棉板和發(fā)泡水泥的復合砌塊。

2.2.2 配套砌筑砂漿的研究

由于自保溫砌塊質(zhì)輕、保溫性能好，而普通水泥砌筑砂漿的導熱系數(shù)較大，其產(chǎn)生的附加能耗已經(jīng)成為節(jié)能建筑實際能耗中的一個重要組成部分[3]。為確保異型嚙合式輕集料混凝土復合砌塊墻體的熱工性能，組成真正意義上的節(jié)能型輕集料混凝土復合砌塊墻體自保溫系統(tǒng)，完善以“異型嚙合式輕集料混凝土復合砌塊”為核心的自保溫技術體系，本試驗不僅對砌塊塊型結(jié)構(gòu)和空腔填充材料進行了優(yōu)化設計及篩選，而且對其配套使用的砌筑砂漿也進行了初步的研究。結(jié)合前期的研究成果和工程實際應用的情況，本試驗選用具有優(yōu)良保溫隔熱性能的膨脹?；⒅楸厣皾{作為異型嚙合式砌塊的配套砌筑砂漿，其各項性能指標符合JG/T 283—2010《膨脹?；⒅檩p質(zhì)砂漿》的相關規(guī)定。

以優(yōu)選的空腔內(nèi)填充XPS板的異型嚙合式輕集料混凝土自保溫砌塊（以下簡稱XPS填充復合砌塊）為例，假設墻體中砌筑砂漿灰縫厚度均為10 mm，墻體兩側(cè)水泥砂漿抹灰層厚度均為20 mm，分析水泥砌筑砂漿和膨脹?；⒅槠鲋皾{對墻體熱工性能的影響。砌體材料的性質(zhì)見表4，在實驗室測得的使用不同砌筑砂漿砌筑異型嚙合式砌塊砌體的熱工性能見表5。

表4 砌體材料的性能

表5 不同砌筑砂漿砌筑XPS填充復合砌塊砌體的熱工性能

由表4、表5可以看出，在相同條件下，膨脹玻化微珠砌筑砂漿砌體的傳熱系數(shù)比水泥砌筑砂漿砌體降低了約20%，當量導熱系數(shù)降低了27%。表明水泥砌筑砂漿灰縫在砌體中形成了“熱橋”，在自保溫墻體中，大量熱量可以通過灰縫快速的傳遞，這不僅降低了墻體的保溫隔熱效果，而且容易在灰縫中產(chǎn)生熱應力，導致墻體開裂及滲漏風險增大。因而灰縫帶來的能耗在自保溫墻體中是不可忽略的，而膨脹?；⒅槠鲋皾{與異型嚙合式砌塊的導熱系數(shù)相近，避免熱橋的產(chǎn)生，同時保溫砌筑砂漿也減少了灰縫的附加能耗。因此異型嚙合式輕集料混凝土自保溫砌塊墻體應選擇JG/T 283—2010《膨脹?；⒅檩p質(zhì)砂漿》中的砌筑型砂漿，從而使墻體達到真正的自保溫功能。

3 結(jié)論

（1）塊型及孔洞形式的不同直接影響砌塊的節(jié)能和穩(wěn)定性。本試驗設計的平面呈Z型，側(cè)面設有凸臺和凹槽，且中間設有空氣層和雙排空腔的外形，顯著降低了固體部分的熱傳導，同時可以提高砌筑墻體的整體性和穩(wěn)定性。

（2）空腔填充XPS板的異型嚙合式輕集料混凝土復合自保溫砌塊的保溫隔熱效果較好，其熱阻達到1.35（m2·K）/W。

（3）在異型嚙合式輕集料混凝土復合砌塊墻體自保溫系統(tǒng)中，膨脹玻化微珠砌筑砂漿相對于水泥砌筑砂漿而言，對所砌筑砌體的熱工性能有明顯的改善。