韓菲菲，許紅升，孫希琳，李美紅

（山東省建筑科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

0 前 言

蒸壓加氣混凝土砌塊經(jīng)過(guò)40多年的推廣應(yīng)用，已逐步為人們所認(rèn)識(shí)，為社會(huì)所接受，成為新型墻體材料之一[1]。如何實(shí)現(xiàn)蒸壓加氣混凝土砌塊的高強(qiáng)度低導(dǎo)熱，以適應(yīng)75%節(jié)能要求，是目前該行業(yè)內(nèi)困擾的主要問(wèn)題。針對(duì)這一現(xiàn)狀課題組研發(fā)了一種以水泥、石灰和石英砂為主要原料，添加納米專(zhuān)用改性劑和發(fā)泡劑，經(jīng)泡孔與輕質(zhì)骨料級(jí)配優(yōu)化，高壓蒸養(yǎng)后，經(jīng)機(jī)械加工制成2~4排扁型條狀豎向盲孔，形成的一種具有良好保溫性能的蒸壓砂加氣混凝土砌塊（以下簡(jiǎn)稱(chēng)多排孔砂加氣砌塊）。該砌塊具有優(yōu)異的熱工性能和良好的物理性能，能滿(mǎn)足節(jié)能75%居住建筑以及低能耗建筑的要求，是一種性能優(yōu)異的新型自保溫墻體材料。

1 多排孔砂加氣砌塊的制備

1.1 原材料及配比

水泥：P·O42.5R水泥，山東山水水泥集團(tuán)有限公司；石英砂：山東省沂南縣產(chǎn)；納米專(zhuān)用改性劑：自制，比表面積≥600 m2/kg；?；⒅椋鹤灾疲芏?86～103 kg/m3，粒徑 0.5～1.5 mm，面?；省?5%。

砌塊配比：水泥15%~20%，石灰18%~20%，石英砂55%~60%，石膏2%~5%，納米改性劑5~8%。

1.2 制備過(guò)程（見(jiàn)圖1）

圖1 多排孔砂加氣砌塊制備工藝流程

1.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）

圖2 多排孔砂加氣砌塊的外觀形貌

2 多排孔砂加氣砌塊的性能研究

多排孔砂加氣砌塊尺寸為600 mm×250 mm×200 mm，按照GB 11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》、GB/T 4111—2013《混凝土砌塊和磚試驗(yàn)方法》和GB/T 13475—2008《絕熱穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

表1 多排孔砂加氣砌塊性能指標(biāo)

多排孔砂加氣砌塊通過(guò)摻加納米改性劑和?；⒅檩p骨料顆粒，降低砌塊的密度，改善氣孔特征。圖4是摻加?；⒅槠鰤K斷面照片，對(duì)比圖3未摻加?；⒅槠鰤K，氣孔大小更加均勻呈近似圓形。普通蒸壓加氣混凝土砌塊導(dǎo)熱系數(shù)在0.13~0.17 W/（m·K），經(jīng)過(guò)改性的本體砌塊導(dǎo)熱系數(shù)為0.12 W/（m·K）。納米改性劑能有效改善漿體的均勻性和穩(wěn)定性，能有效提高活性材料與激發(fā)劑的接觸面積，提高水化速度和水化程度，促進(jìn)水化產(chǎn)物莫來(lái)石的產(chǎn)生。

圖3 未摻?；⒅槠鰤K的斷面照片

圖4 摻?；⒅楹笃鰤K的斷面照片

改性后砌塊斷面的SEM照片見(jiàn)圖5。

圖5 改性后砌塊斷面的SEM照片

由圖5可以看出，在試件內(nèi)部斷面上水化產(chǎn)物以葉片狀和針狀托貝莫來(lái)石為主，水化產(chǎn)物密集叢生，晶形發(fā)育良好，水化產(chǎn)物晶體相互交插連接，形成致密的網(wǎng)絡(luò)狀微觀結(jié)構(gòu)，水化產(chǎn)物相互穿插緊密結(jié)合在一起，結(jié)構(gòu)相對(duì)較致密，使得砌塊在擁有較低干密度同時(shí)獲得較高的抗壓強(qiáng)度。本體砌塊干密度為490 kg/m3，多排孔砂加氣砌塊抗壓強(qiáng)度為3.7 MPa，符合GB 50574—2010《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范》規(guī)定。

砌塊平衡含水率的大小取決于組成材料和結(jié)構(gòu)特性。多排孔砂加氣砌塊通過(guò)在本體砌塊上開(kāi)2~4排16~18mm扁型條狀豎向盲孔，使砌塊的含水率保持在較低的水平，有效控制了孔洞內(nèi)的熱輻射傳熱和對(duì)流傳熱的強(qiáng)度[2]。從而獲得了大幅度提高砌塊砌體熱阻值的效果。同時(shí)采用薄灰縫反砌成墻體，使其節(jié)能保溫效果達(dá)到了最佳，與無(wú)孔普通蒸壓加氣混凝土砌塊比熱阻可提高1倍。

2.1 抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度是墻體材料最基本且最為重要的力學(xué)性能，與其它性能之間存在著密切的關(guān)系，強(qiáng)度越高抵抗收縮變形能力就越強(qiáng)，工程實(shí)踐中通常是通過(guò)蒸壓加氣混凝土的強(qiáng)度來(lái)評(píng)定和控制其質(zhì)量。

含水率對(duì)蒸壓加氣混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度的影響比普通混凝土更加顯著，隨著水分侵入材料內(nèi)部的毛細(xì)孔減弱了材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的連接，使其強(qiáng)度有所降低。多排孔砂加氣砌塊抗壓強(qiáng)度與含水率的關(guān)系見(jiàn)圖6。

圖6 多排孔砂加氣砌塊抗壓強(qiáng)度與含水率的關(guān)系

由圖6可見(jiàn)，絕干狀態(tài)時(shí)，多排孔砂加氣砌塊的抗壓強(qiáng)度最高，隨著含水狀態(tài)變化，其抗壓強(qiáng)度隨之變化，當(dāng)含水率超過(guò)12%時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨含水率增大而下降的趨勢(shì)減緩，當(dāng)含水率超過(guò)30%以上，抗壓強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。

2.2 熱工性能

導(dǎo)熱系數(shù)是衡量一種材料熱工性能的主要指標(biāo)，是確保其保溫性能最重要的指標(biāo)之一。普通蒸壓砂加氣混凝土砌塊導(dǎo)熱系數(shù)為0.136 W/（m·K），250 mm厚砌塊的理論熱阻僅為1.84（m2·K）/W。依照 GB/T 10294—2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定 防護(hù)熱板法》和GB/T 11969—2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》對(duì)多排孔砂加氣砌塊的本體砌塊分別進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)和抗壓強(qiáng)度測(cè)試，導(dǎo)熱系數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)圖7。

圖7 多排孔砂加氣砌塊導(dǎo)熱系數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

由圖7可見(jiàn)，隨著抗壓強(qiáng)度的提高，砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大。當(dāng)抗壓強(qiáng)度為5.0 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.110 W/（m·K）。

蒸壓砂加氣混凝土砌塊的含水率對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)的影響很大，課題組研究了多排孔砂加氣砌塊含水率對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 多排孔砂加氣砌塊導(dǎo)熱系數(shù)與含水率的關(guān)系

由圖8可以看出，砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)隨含水率的增大而逐漸增大。這是因?yàn)槠鰤K吸水后，部分孔隙被水分所填充，水的導(dǎo)熱系數(shù)[0.58 W（/m·K）]是空氣導(dǎo)熱系數(shù)[0.024 W（/m·K）]的24倍，并且由于水分的存在又增加了材料分子之間的接觸，所以隨著材料中含水率的增加其導(dǎo)熱系數(shù)也相應(yīng)增大。

2.3 抗凍性

墻體材料抗凍性指標(biāo)的高低，不僅能評(píng)價(jià)材料在寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)的應(yīng)用效果，還可表征材料的最終水化生成物的反應(yīng)水平及其內(nèi)在質(zhì)量的優(yōu)劣。依據(jù)GB/T 11969—2008對(duì)樣品進(jìn)行抗凍試驗(yàn)，樣品尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。測(cè)試結(jié)果表明，15次凍融循環(huán)后砌塊的質(zhì)量損失率為3.0%，抗壓強(qiáng)度為5.2 MPa，強(qiáng)度損失率為11.4%，符合GB/T 11969—2008的要求。

2.4 干燥收縮值

不同墻體材料干燥收縮值差異較大，控制材料的干燥收縮率指標(biāo)是防止墻體產(chǎn)生干燥收縮裂縫的重要舉措。依照GB/T 11969—2008對(duì)2組樣品進(jìn)行干燥收縮值測(cè)試，第1組1#~3#樣品經(jīng)過(guò)納米專(zhuān)用改性劑和玻化微珠改性，第2組4#~6#樣品未改性，樣品尺寸均為40 mm×40 mm×160 mm，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 多排孔砂加氣砌塊的干燥收縮值

由表2可見(jiàn)，改性后的樣品干燥收縮值平均值比未改性樣品減小了11.6%。這是因?yàn)榧{米專(zhuān)用改性劑能促進(jìn)水化產(chǎn)物鋁硅酸鹽凝膠的生成，砌塊密實(shí)度增加，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁硅酸鹽凝膠繼續(xù)密實(shí)塊體的微細(xì)孔隙，導(dǎo)致砌塊的收縮減小。

為了驗(yàn)證多排孔蒸壓砂加氣混凝體自保溫砌塊的實(shí)際應(yīng)用效果，課題組做了多個(gè)示范工程。圖9為科研示范樓，該示范樓為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，共2層，建筑高度6 m，建筑面積260 m2，框架填充墻全部采用研發(fā)的250 mm厚多排孔蒸壓砂加氣混凝體自保溫砌塊，框架柱及壓頂、過(guò)梁及門(mén)框等熱橋部位構(gòu)造采用60 mm厚PU保溫板[導(dǎo)熱系數(shù)0.025 W/（m·K）]進(jìn)行保溫處理，外側(cè)整體抹15 mm厚復(fù)合保溫漿料。

圖9 科研示范樓

依據(jù)JGJ/T 132—2009《居住建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法對(duì)圖9的科研示范樓外墻傳熱系數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，外墻的檢測(cè)熱阻R=2.774 W/（m2·K），傳熱系數(shù)K=0.342 W/（m2·K），符合DB 37/5026—2014《山東省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第4.2.1條“3層及以下建筑，外墻傳熱系數(shù)≤0.35 W/（m2·K）”的限值要求，符合節(jié)能75%居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

在現(xiàn)場(chǎng)傳熱系數(shù)檢測(cè)完畢后，根據(jù)蓄熱材料溫度變化滯后性的特點(diǎn)，對(duì)試驗(yàn)房間內(nèi)部進(jìn)行紅外熱成像，結(jié)果顯示，在墻體兩側(cè)溫差為12℃的情況下，該自保溫墻體內(nèi)表面溫度均勻，無(wú)明顯溫度起伏點(diǎn)，與梁柱熱橋部位相比，內(nèi)表面平均溫度要低1.0℃以上，說(shuō)明250 mm厚多排孔蒸壓砂加氣自保溫砌塊墻體的熱工性能要優(yōu)于60 mm厚PU保溫板。

3 結(jié)論

多排孔砂加氣砌塊根據(jù)“輕骨料堆積”技術(shù)，通過(guò)添加納米改性劑，在微觀尺寸上改變了傳統(tǒng)砂加氣混凝土自保溫砌塊硅酸鹽晶體排列方式，大幅度提高了砌塊強(qiáng)度、熱工性能和憎水性能。多排孔砂加氣砌塊反砌成墻體后，塊體中的所有盲孔在墻體中形成了封閉結(jié)構(gòu)的熱流阻斷構(gòu)造，同時(shí)多排孔的設(shè)計(jì)，使砌塊內(nèi)外的含水率一致且穩(wěn)定，從而獲得了大幅度提高砌塊砌體熱阻值的效果，使其節(jié)能保溫效果達(dá)到了最佳，與無(wú)孔普通蒸壓加氣混凝土砌塊相比熱阻可提高1倍。以250 mm厚多排孔蒸壓砂加氣混凝土自保溫砌塊為填充材料，外側(cè)抹15 mm厚復(fù)合保溫漿料找平層形成的高性能自保溫墻體，其復(fù)合墻體熱阻均大于2.7 m2·K/W，在無(wú)需填充或復(fù)合有機(jī)保溫材料的前提下，符合節(jié)能75%標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自保溫墻體材料的要求，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。