許乃之 馬廣興*,,2 孫煜光 巴特爾

1.內蒙古工業(yè)大學土木工程學院；2.內蒙古自治區(qū)土木工程結構與力學重點實驗室；3.內蒙古自治區(qū)建筑科學研究所有限責任公司

1 引言

目前，我國能源消耗問題依然嚴峻，建筑能耗居高不下，嚴寒地區(qū)建筑能耗問題尤為突出。提高建筑外墻的保溫性能、成為建筑節(jié)能的關鍵問題[1,2]。目前，建筑外墻的保溫體系分為：外墻外保溫體系、外墻內保溫體系及自保溫體系。相對于傳統外保溫體系存在的成本高、施工復雜、耐火性差、保溫材料使用壽命短以及內保溫體系存在的占用室內空間、影響美觀等問題，自保溫體系可以實現與建筑同壽命、造價低、防火性能好等特點而得到日益重視[3,4,5,6,7]。本文針對一種新型全斷橋自保溫砌塊進行傳熱系數計算，并測試其傳熱性能和力學性能，將其與傳統全斷橋自保溫砌塊進行比較分析，為新型全斷橋自保溫砌塊在實際應用中提供依據。

2 新型全斷橋自保溫砌塊

2.1 新型全斷橋自保溫砌塊

（1）EPS保溫磚芯設計。傳統自保溫砌塊中，通常將混凝土骨架成型后，分塊填充保溫材料，較為復雜。新型自保溫砌塊中，各部分保溫材料連接在一起，可一次成型，便于制備。

將EPS顆粒、膠凝劑、水按一定比例混合后放入模具中進行成型，得到EPS保溫磚芯成品。

圖1 EPS保溫磚芯成品圖

（2）新型全斷橋自保溫砌塊制備。將水泥、粉煤灰作為膠結材料，爐渣、浮石、煤矸石、工業(yè)廢渣、輕質再生混凝土、陶粒等為粗骨料，摻和適量外加劑和水攪拌而成混凝土，再將混凝土注入到插入EPS保溫磚芯的模具中，經振搗后一次成型。

圖2 成型后砌塊砌塊簡圖

2.2 新型全斷橋自保溫砌塊與傳統全斷橋自保溫砌塊對比

相對于傳統全斷橋自保溫砌塊只在砌塊中心采用EPS保溫材料，新型全斷橋自保溫砌塊使用EPS材料替代空氣間層，保溫性能進一步提升。

圖3 傳統全斷橋自保溫砌塊簡圖

3 新型全斷橋自保溫砌塊性能分析

3.1 新型全斷橋自保溫砌塊傳熱性能分析

3.1.1 新型全斷橋自保溫砌塊的傳熱系數計算

（1）根據GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規(guī)范》中熱工設計計算方法：

式中：

Rˉ——非均質復合圍護結構的熱阻（m2·K/W）；

Rou——兩側外層傳熱面為等溫面時熱阻，按式（2）計算；

Rol——內層各傳熱面為等溫面時熱阻，按式（3）計算；

Ri——內表面換熱阻（m2·K/W），取Ri= 0.11（m2·K/W）；

Re——外表面換熱阻（m2·K/W），取Rj= 0.04（m2·K/W）；

fi——與熱流平行方向各部分面積占總面積的百分比；

Roui——與熱流平行方向各部分的傳熱阻（m2·K/W）；

Rj——應按式（4）計算；

Rij——與熱流垂直方向第j層各部分熱阻（m2·K/W）；

K——傳熱系數（W/m2·K）。

（2）參數確定

根據GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規(guī)范》表B.1 選取聚苯乙烯泡沫塑料的導熱系數：

根據表B.2選取嚴寒地區(qū)修正系數a=1.05進行修正，修正后EPS保溫磚芯導熱系數：

對于自保溫砌塊骨料導熱系數，采用熱箱法進行實際測量。測得墻體傳熱系數：

計算得到導熱系數：

工程塑料拉結件選取導熱系數：

（3）計算Rou、Rol。

將砌塊與熱流平行方向劃分5個區(qū)域，通過式（2）計算得：

將砌塊與熱流垂直方向劃分9個區(qū)域，通過式（3）計算得：

（4）計算傳熱系數。

由式（1）計算砌塊熱阻得：

由式（5）計算砌塊傳熱系數，砌塊傳熱系數計算值為：

3.1.2 新型全斷橋自保溫砌塊墻體傳熱系數測試與計算

（1）新型全斷橋自保溫砌塊墻體傳熱系數檢測。

根據GB/T 13475—2008《絕熱穩(wěn)態(tài)傳熱性能性質的測定標定和防護熱箱法》進行檢測。得出檢測結果，砌筑墻體的傳熱系數實測值為：

（2）新型全斷橋自保溫砌塊墻體傳熱系數計算。

考慮墻體灰縫厚度為10mm，無內外表面抹灰，由式（2）（3）計算得，自保溫砌塊墻體的傳熱系數計算值為：

3.2 新型全斷橋自保溫砌塊力學性能分析

將養(yǎng)護齡期為28天的試件進行抗壓強度及抗凍性檢測，采用GB/T 4111—2013《混凝土砌塊和磚試驗方法》進行檢測。檢測結果為新型全斷橋砌塊平均抗壓強度為：

凍融后砌塊抗壓強度損失18%，砌塊質量損失1.2%。滿足JG/T 407—2013《自保溫混凝土復合砌塊》國家現行規(guī)范標準。

4 新型全斷橋自保溫砌塊與傳統全斷橋自保溫砌塊比較

4.1 傳熱性能比較

羅新宇[8]對傳統全斷橋自保溫砌塊進行了性能分析，傳統全斷橋自保溫砌塊傳熱系數：

抗壓強度為：

新型全斷橋自保溫砌塊厚度為290mm，傳統全斷橋自保溫砌塊厚度為220mm。因此，直接通過傳熱系數進行比較無法準確說明二者保溫性能的差異。

為比較同等厚度條件下全斷橋自保溫砌塊和傳統全斷橋自保溫砌塊保溫性能?，F將砌塊視為單一材料，類似地利用熱阻計算公式R=δ/λ，定義表觀導熱系數，

式中：

λ*——表觀導熱系數W/(m·K)；

δ——砌塊厚度m；

R——砌塊熱阻（m2·K）/W。

新型全斷橋自保溫砌塊熱阻：

由式（5）計算傳統全斷橋自保溫砌塊熱阻：

由式（7）計算得，新型全斷橋自保溫砌塊表觀導熱系數為0.0682W/(m·K)，傳統全斷橋自保溫砌塊表觀導熱系數為0.0886W/(m·K)，新型全斷橋自保溫砌塊保溫性能提升23.0%

4.2 力學性能比較

新型全斷橋自保溫砌塊平均抗壓強度為5.1MPa，傳統全斷橋自保溫砌塊平均抗壓強度為5.23MPa，抗壓強度降低2.5%。

5 結束語

以最新熱工規(guī)范為依據計算了新型全斷橋自保溫砌塊的傳熱系數，測試了該自保溫砌塊的傳熱系數、抗壓強度及抗凍性，對新型全斷橋自保溫砌塊進行了性能分析，并與傳統全斷橋自保溫砌塊進行對比，得出如下結論。

（1）新型全斷橋自保溫砌塊傳熱系數為0.227 W/（m2·K），平均抗壓強度為5.1MPa。在施工時，可直接使用該砌塊進行砌筑，便可滿足嚴寒地區(qū)外圍護結構保溫以及節(jié)能需求，可大量減少施工成本。

（2）與傳統全斷橋自保溫砌塊相比，保溫性能提高了23.0%，抗壓強度降低了2.5%。在保溫性能大幅度提高的同時，保證力學性能基本不變，性能優(yōu)異。

（3）新型全斷橋自保溫砌塊一次成型，制作簡單，便于推廣，是一種很好的外墻保溫材料。