孫 明 胡揚(yáng)陽

湖南科技學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院

1 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷深化，建設(shè)過程中的資源消耗和建筑運(yùn)行過程中的能源消耗已成為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。由于目前房屋建筑建設(shè)總量和人們對居住舒適度需求不斷提高，建筑能耗在我國社會總能耗中所占比例已經(jīng)超過三分之一，并且還在上升。要降低建筑能耗，首要任務(wù)是提高建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，而墻體作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要組成部分，成為節(jié)能減排工作研究的一個重點。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

現(xiàn)在建筑墻體保溫主要通過外墻內(nèi)保溫、外墻外保溫和墻體自保溫三種方式實現(xiàn)[1]。外墻內(nèi)保溫是將保溫材料如聚苯乙烯保溫板等鋪設(shè)在墻體的內(nèi)側(cè)從而起到保溫效果[2]，施工方法簡單，施工難度小，造價也不高，但容易因為熱橋現(xiàn)象讓墻體結(jié)露繼而發(fā)霉。內(nèi)保溫墻體受外界環(huán)境影響較大，日夜溫差和季節(jié)差異大都容易造成墻體的開裂。

外墻外保溫是將保溫材料鋪在砌體外面起到保溫隔熱效果，減少熱量損失。這種保溫墻體對結(jié)構(gòu)墻體也有保溫作用而且能夠減少熱橋，維護(hù)主體結(jié)構(gòu)及增大結(jié)構(gòu)的使用壽命，使室溫環(huán)境保持一致。但是保溫層鋪設(shè)在室外，受氣候環(huán)境影響嚴(yán)重，易出現(xiàn)開裂、局部脫落等現(xiàn)象耐久性差，而且造成火災(zāi)隱患。外墻外保溫體系施工復(fù)雜，工期長且費(fèi)用高。

自保溫墻體體系兼具前兩種工序的優(yōu)點，施工工序簡單，保溫效果好，直接采用自身具有保溫效果的墻體材料而不需要對采取額外的保溫措施，因此成為房屋建筑降低能耗的首選。市場上常用的自保溫材料包括泡沫混凝土、?；⒅榛炷?、聚苯顆?；炷梁团蛎浾渲閹r混凝土。

泡沫混凝土在我國主要應(yīng)用在屋面和樓地面保溫層[3]，由于其強(qiáng)度低、耐久性差、收縮大等缺點，使用范圍仍較窄。?；⒅楸鼗炷两Y(jié)構(gòu)體系在節(jié)能效率50%的要求下，具有很好的抗震性能和保溫性能[4]，目前公共建筑和居住建筑要求執(zhí)行節(jié)能效率最低65%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，北京等部分省市執(zhí)行更高的節(jié)能75%設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，玻化微珠保溫混凝土難以滿足不斷提高的建筑節(jié)能要求。聚苯顆粒在國外首先被應(yīng)用為輕骨料摻入混凝土中，使得輕骨料混凝土的均勻性和力學(xué)性能得到了較大提升，在非承重的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行使用[5]。聚苯顆?；炷辆哂休^好的保溫性能，但強(qiáng)度普遍較低，耐久性差[6]。膨脹珍珠巖混凝土的研究國外學(xué)者進(jìn)行的比較多。Demirbo?a[7]將膨脹珍珠巖、硅灰和粉煤灰摻加到混凝土中，指出混凝土的保溫性能較好，但混凝土的抗壓強(qiáng)度較低。

我國混凝土產(chǎn)量超20億m3，混凝土中的沙石含量占混凝土70%左右，每年需要開采超過35億噸的沙石用于配制混凝土[8]，消耗大量資源，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。所以學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗，對廢棄混凝土進(jìn)行回收再利用，同樣也是成為建設(shè)節(jié)約型社會的重要舉措。Dylewski 使用陶粒、回收利用的廢棄混凝土為粗骨料，制作輕質(zhì)保溫砌塊，具有耐久性、耐火性和保溫性能好，成本低等優(yōu)點。

3 研究思路

聚苯顆粒全稱為膨脹聚苯乙烯顆粒（Expanded polystyrene，簡稱為EPS）[9]，是由苯乙烯單體經(jīng)自由基縮聚反應(yīng)合成的聚合物原料。聚苯乙烯顆粒保溫再生混凝土（簡稱為EPS 再生混凝土）就是以聚苯乙烯顆粒為基礎(chǔ)發(fā)展的復(fù)合保溫材料。這種混凝土保溫性能好，自重輕，可以將廢棄的聚苯乙烯泡沫重新利用起來，經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保并重。使用EPS再生混凝土，由屬于不燃物的混凝土形成保護(hù)層，聚苯顆粒在內(nèi)與纖維構(gòu)成保溫骨架，可以從根本解決現(xiàn)有節(jié)能材料易開裂、脫落、防火性差的缺點。但由于聚苯乙烯顆粒密度和強(qiáng)度都很低，一方面在混凝土中容易上浮，分布不均[11]；另一方面會降低混凝土的整體強(qiáng)度，所以摻加纖維成為改善聚苯乙烯顆粒保溫混凝土性能的首要選擇。而再生混凝土的骨料都是由廢棄混凝土破碎后得到的，骨料表面由水泥漿包裹存在，棱角多、針狀物比例大等問題，導(dǎo)致同等配合比下，EPS再生混凝土比EPS混凝土強(qiáng)度更低、耐久性更差。

因此考慮采用鋼纖維和聚丙烯纖維混合在一起加入EPS再生混凝土，一是通過聚苯乙烯顆粒與再生骨料形成合理級配，再以聚丙烯纖維提升結(jié)構(gòu)的抗裂性能，減少構(gòu)件早期由于塑性變形而產(chǎn)生的裂縫，同時抑制微裂縫的發(fā)生與擴(kuò)展；二是利用鋼纖維提高混凝土抗拉強(qiáng)度，同時提高混凝土的變形能力從而改善其韌性及抗沖擊性能，使其抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能優(yōu)于普通混凝土；三是通過摻加密度小、長度短的聚丙烯纖維，在保證強(qiáng)度的同時減少鋼纖維的用量，降低了混凝土密度，提升了密實度和流動性。此外在制作再生骨料時，取強(qiáng)度為30MPa～50MPa的廢棄混凝土，清除渣土和鋼筋，然后用顎式破碎機(jī)進(jìn)行初次破碎，放入質(zhì)量濃度為3%的醋酸中浸泡1h，讓部分水泥漿溶解在溶液中，醋酸與再生骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成乙酸鈣，使骨料性質(zhì)穩(wěn)定，同時骨料表面硬化水泥砂漿變的松軟。再使用反擊式破碎機(jī)進(jìn)二次打磨，篩分出粒徑5mm～20mm的碎塊，作為再生粗骨料；粒徑0.1mm-5mm的碎塊作為再生細(xì)骨料。再生骨料經(jīng)過這樣處理后，大部分水泥砂漿會從天然粗骨料上剝離，從而得到高品質(zhì)再生骨料，降低再生骨料的吸水率，改善混凝土拌合物的工作性能。

4 應(yīng)用分析

使用強(qiáng)度為42.5 的普通硅酸鹽水泥、自來水、再生骨料、聚丙烯纖維、鋼纖維、羥丙基甲基纖維素醚、聚苯乙烯顆粒和樹脂膠粉制作混合纖維EPS 再生混凝土砌塊，通過熱工性能實驗獲得其導(dǎo)熱系數(shù)、熱惰性指標(biāo)等參數(shù)，然后引入到節(jié)能分析軟件中，對實際工程進(jìn)行模擬，判斷其應(yīng)用價值。以湖南省永州市某17層住宅為例，該建筑高53.55m，建筑面積5605.94m2，建筑外表面積5615.96m2，建筑體積18886.37m3，體形系數(shù)0.30，采用混合纖維EPS再生混凝土砌塊制作外墻，傳熱系數(shù)為0.79，熱惰性指標(biāo)4.08，滿足DBJ 43/001—2017《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中對外墻平均熱工參數(shù)“體形系數(shù)≤0.40，外墻平均熱惰性指標(biāo)＞2.5時，外墻平均傳熱系數(shù)應(yīng)≤1.10”的要求。

5 結(jié)束語

隨著國家發(fā)展改革委辦公廳、工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā)《新型墻材推廣應(yīng)用行動方案》的通知（發(fā)改辦環(huán)資[2017]212號）與工業(yè)和信息化部、環(huán)境保護(hù)部、國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加快燒結(jié)磚瓦行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的若干意見（工信部聯(lián)原[2017]279號）相繼發(fā)布，運(yùn)用利用建筑垃圾生產(chǎn)磚瓦制品，減少對天然資源的消耗，已成為國家推進(jìn)綠色生產(chǎn)，促進(jìn)節(jié)能減排的重要舉措。混合纖維聚苯顆粒再生保溫混凝土作為一種既能在制造過程中實現(xiàn)資源循環(huán)利用，也能在使用過程中降低能源消耗的綠色產(chǎn)品，擁有巨大的市場潛力，還可以繼續(xù)進(jìn)行深入研究。