復合砌塊夾芯保溫材料的研究進展與展望

徐月龍，周強，楊世林，毛偉

（CMCU·中聯建筑，重慶400039）

復合砌塊夾芯保溫材料的研究進展與展望

徐月龍，周強，楊世林，毛偉

（CMCU·中聯建筑，重慶400039）

0 引言

近年來，我國在民用居住建筑中逐漸施行建筑節能65%的設計標準，因此建筑材料領域相關企業和研究機構紛紛進行各種高性能復合保溫砌塊的研制開發工作。采用外墻內保溫和外保溫技術對提高砌塊建筑墻體從理論和實際上均是可行的，但存在的問題是值得深思的，如外墻保溫的施工技術、外保溫飾面層的抗滲性和抗裂性、耐久性、內保溫的效果和經濟可行性、對裝飾帶來的不利影響等。另外，我國開發出多種可用在節能建筑的外墻保溫系統中的材料，如粘貼EPS板、擠塑EPS板、聚氨脂材料、保溫漿料等，但這些材料存在施工性能局限、防火性能差等不足，因此，通過提高砌塊自身的熱工性能來實現建筑節能目標具有顯著的技術經濟意義。有研究表明，提高孔心砌塊的保溫性能主要有四種途徑，即采用輕質骨料（小型混凝土孔心砌塊應用較多）、改變砌塊的孔結構與排列方式、在砌塊孔洞中填充保溫材料和采用復合式結構，其中，后兩種途徑應用較為廣泛。在砌塊的孔洞中填充高性能的保溫材料對提高復合砌塊的熱工性能具有很大的幫助。本文對目前復合砌塊夾芯填充的保溫材料的種類和特性以及對砌塊性能的影響進了總結和分析，并在此基礎上闡述了保溫填充材料的現存問題及其發展方向。

1 復合砌塊夾芯保溫材料的種類與特性

目前填充的保溫材料主要有泡沫混凝土、保溫砂漿、聚苯板、膨脹珍珠巖等，其中以EPS板最為常用，以下是這幾種保溫材料的基本性質。

1.1 泡沫混凝土

泡沫混凝土是通過發泡機的發泡系統將發泡劑用機械方式充分發泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經過發泡機的泵送系統進行現澆施工或模具成型，經自然養護所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質保溫材料。泡沫混凝土的密度一般都較小，常用的密度等級是300～1200kg/m3，在復合式保溫砌塊中使用可以使砌塊的自重降低25%以上，另外，泡沫混凝土具有良好的熱工性能，導熱系數在0.08～0.3w/（m·K）之間，熱阻約為普通混凝土的10～20倍，因此，使用泡沫混凝土作為復合砌塊的夾芯材料既可減輕砌塊的重量，也可提高砌塊保溫隔熱的性能。

陸愛萍、郭玉順[1]等對水泥-礦渣-石灰-石膏型的泡沫混凝土進行了試驗研究，研究表明常壓養護礦渣多孔混凝土是一種較理想的隔熱保溫材料，密度可以達到910kg/m3，28d的抗壓強度為9.81M Pa，同時在價格上優勢明顯，具有一定的市場競爭力。宋旭輝[2]等對水泥-砂-石灰型的泡沫混凝土進行了試驗研究，得到了密度為812kg/m3、抗壓強度為2.8MPa、導熱系數為0.108W/（m·K）、干燥收縮率0.43mm/m的泡沫混凝土。這些性能產品的研究，對泡沫混凝土在保溫復合砌塊中的應用提供了基礎。

1.2 保溫砂漿

保溫砂漿是以各種輕質材料為骨料，以水泥為膠凝料，摻和一些改性添加劑，經生產企業攪拌混合而制成的一種預拌干粉砂漿，主要用于建筑外墻保溫，具有施工方便、耐久性好等優點。目前市面上的保溫砂漿主要有兩種：無機保溫砂漿和有機保溫砂漿。

同濟大學研究人員利用輕質、低導熱系數的集料并摻有水泥等其他材料研制成保溫水泥砂漿，利用該砂漿灌注孔心砌塊制得保溫砌塊，砌塊的主要性能指標如表1。

表1 砌塊的主要性能

近年來市場上研發出了太孔隔熱涂料，將該涂料噴涂在飾面層上就能達到保溫效果，還可起到裝飾作用，這減少了保溫層的施工成本，是最新型的保溫材料；此涂料也可用于孔心砌塊中，既可以使砌塊達到保溫隔熱的效果，也可以降低成本。因此，保溫砂漿在未來的保溫系統中可能會被逐步取代。

1.3 聚苯板

聚苯板分為膨脹聚苯乙烯泡沫板（EPS）和擠塑聚苯乙烯泡沫板（XPS）兩種。EPS板是使用可發性聚苯乙烯珠粒經加熱預發泡后在模具中加熱成型而制得的具有閉孔結構的一種高效保溫隔熱板，具有自重輕和極低的導熱系數的特點；XPS板是擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板，是以聚苯乙烯樹脂為原料加上其他的原輔料與聚含物，通過加熱、混合同時注入催化劑，然后擠塑壓出成型而制造的硬質泡沫塑料板，具有極低的吸水率和低導熱系數。EPS板的吸水率略大于XPS板，保溫板的吸水率對導熱系數的影響很明顯；隨著吸水率的增大，導熱系數變大，保溫隔熱效果也就變差，因此在使用過程中要注意這一特點。

由于EPS板具有質輕和低導熱率等特點，因此，在外墻保溫系統中的使用最為廣泛，許多學者對其性質進行了研究。張德錦，唐響亮等[3]研究了夏熱冬冷地區夾芯墻溫度和濕度對膨脹聚苯乙烯板導熱系數的影響，研究結果表明，夾芯墻的濕度對保溫板的影響較小，初期含水率對聚苯乙烯板導熱系數的影響程度最顯著；溫度對導熱系數也有一定的影響，但是沒有濕度的影響大，因此，在工程中要嚴格控制各材料的初期含水率。韓如適，朱國慶等[4]對XPS板的著火溫度進行了研究，結果顯示，擠塑型聚苯乙烯（XPS）泡沫試樣的點燃溫度約為355℃，擠塑型聚苯乙烯（XPS）泡沫板的著火溫度位于365～370℃之間，且點燃時間隨著XPS保溫板加熱功率的升高而逐漸縮短，因此，在使用XPS保溫板做外墻保溫材料時應考慮到它的可燃性。王武祥[5]使用聚苯乙烯型材作為復合砌塊的連結結構和保溫層的填充材料研究了其對復合砌塊性質的影響，得到的砌塊的物理和熱工性能均為良好，吸水率在6.3%左右，砌塊砌體的熱阻是1.04（m2·K）/W，砌塊墻體的傳熱系數是0.84W/（m2·K），保溫性能超過620磚墻的保溫效果。

1.4 膨脹珍珠巖

膨脹珍珠巖是珍珠巖礦砂經預熱和瞬時高溫焙燒膨脹后制成的一種內部為蜂窩狀結構的白色顆粒狀材料。其制作原理是：珍珠巖礦石經破碎形成一定粒度的礦砂，經預熱焙燒和急速加熱（1000℃以上），礦砂中水分汽化，在軟化的含有玻璃質的礦砂內部膨脹，形成多孔結構。膨脹珍珠巖具有較低的導熱系數，添加一定的粘結材料即可作為砌塊的保溫層填充材料。QTC輕質復合保溫砌塊就是使用膨脹珍珠巖、特種水泥、粉煤灰等經過科學配方和特定工藝機械成型后，具有高強、輕質、隔音、保溫、無毒安全等優異的性能。唐旭東[6]研究了膨脹珍珠巖在QTC復合砌塊中的應用，采用QTC珍珠巖復合砌塊可以減少水泥砂漿抹灰層，避免由于基體與抹灰層膨脹系數不同造成的飾面開裂。

1.5 其他

除此之外，在保溫結構中還有以下幾種常用的材料，如巖棉、加氣混凝土、聚氨酯硬泡、酚醛泡沫、玻璃棉等。在復合砌塊的研制過程中，也可以將這些材料用于在夾芯保溫層之中來改善砌塊的物理和熱工性能。

2 夾芯保溫材料對復合砌塊熱工性能的影響

砌塊的熱工性能是一個非常重要的指標，是指導砌塊產品設計、評價砌塊類建筑能耗和計算該類建筑的供熱孔調或其他采暖制冷設備的必需參數。在復合砌塊的孔洞中加入保溫材料會對砌塊整體的導熱系數、熱阻、熱惰性指標等熱工性能產生影響。哈爾濱工業大學的高巖、趙立華[7]等對復合混凝土砌塊的熱工特性進行了研究，結果顯示保溫材料填充于混凝土孔心砌塊孔洞內部形成的復合砌塊改善了孔心砌塊的保溫性能，在提高熱阻方面，輕集料混凝土的復合效果明顯超過普通混凝土復合的效果。曹萬智，王洪鎮[8]等人研究了在多功能微孔輕質混凝土復合孔心砌塊孔洞中填充聚苯乙烯泡沫塑料芯材對砌塊性能的影響，并將砌塊的性能與加氣混凝土孔心砌塊進行了對比，研究結果如表2。

表2 兩種砌塊性能的對比

鄭建三、張高展[9]在對爐渣混凝土復合保溫砌塊的研制過程中，在砌塊的孔洞中灌注聚苯板和加氣混凝土作為保溫層材料，試驗結果顯示這些保溫材料的填入極大的改善了砌塊的熱工性能，在三排孔填充的聚苯板保溫砌塊的熱阻可以達到1.13（m2·K）/W；王洪鎮[10]研究了輕集料微孔混凝土和EPS斷熱節能復合砌塊的熱工性能，砌塊采用的是中型砌塊的基本規格600mm×300mm×120（200）mm，斷熱復合砌塊的結構如圖1所示。砌塊的性能測試結果見表3。

圖1 斷熱復合砌塊外觀

表3 砌塊的熱工性能

表4 復合砌塊的性能

揚州大學劉平和孫奇[11]對灌注加氣混凝土后的砌塊的物理力學性能及熱工性能進行了研究，砌塊中心保溫層使用的是加氣混凝土，兩側為特種混凝土的復合砌塊，表4為砌塊的性能測試結果。

3 復合砌塊夾芯保溫材料目前存在的問題與發展方向

隨著建筑節能標準的不斷提高，在復合砌塊的孔洞中引入高性能的保溫材料來提高砌塊的熱工性能以達到節能設計要求是一個普遍的做法和發展方向，但是在夾芯保溫材料的使用和生產過程中也會出現一些問題。保溫材料本身存在著使用壽命的問題，一些填充保溫材料的生命周期較短，在建筑使用周期內，復合砌塊本身的性質會發生改變或其保溫能力下降；部分保溫材料隨著使用時間的延長，會出現收縮現象，導致填充孔洞不密實，或者保溫材料自身開裂，從而影響砌塊的整體性能；有些為了提高砌塊的整體性能，會在填充部位加入拉結筋，這樣容易形成熱橋導致砌塊的保溫隔熱效果下降，因此，在砌塊夾芯處控制熱橋效應也是值得研究的課題。

針對目前砌塊中夾芯保溫材料的應用情況和現存問題，作者認為應該對夾芯保溫材料進行以下幾個方面的研究：一是優化保溫材料的配比設計，以提高保溫材料的性能，如耐久性、降低吸水率等，同時使砌塊的熱工性能進一步提升；二是加快新材料的開發，研制性能更優良的保溫隔熱材料，以滿足不斷提高的建筑節能要求；三是控制夾芯處的熱橋效應，通過對砌塊孔洞形式進行優化和保溫處理，在提高砌塊整體性的同時消除熱橋帶來的不利影響；四是加強砌塊設計，提高保溫材料與砌塊二者之間的協同關系，以提高整體工作性。

4 結語

隨著人們保護環境和節約能源意識的提高，建筑節能設計標準也會越來越高。在復合砌塊中引入保溫材料大大提升了復合砌塊的物理和熱工性能，但是保溫材料的使用也存在一些問題，因此在使用過程中要注意負面作用所帶來的影響；同時也要注重新型保溫材料的研發，不斷提高復合保溫砌塊的性能以滿足建筑節能的要求。

[1]陸愛萍，郭玉順，丁華京.礦渣多孔混凝土性能及其改性研究[J].房材與應用，1997（1）:20-25.

[2]宋旭輝，侯文虎，楊樹新，等.利用沙漠細砂生產泡沫混凝土的研究[J].混凝土，2007（12）:55-57.

[3]張德錦，唐響亮，鄧智，等.夏熱冬冷地區夾芯墻熱濕性對聚苯乙烯板導熱系數的影響[J].湖南城市學院學報，2012，21（3）:15-18.

[4]韓如適，朱國慶，張國維，等.擠塑型聚苯乙烯塑料著火溫度實驗研究[J].中國安全生產科學技術，2012，8（8）:13-18.

[5]王武祥.復合結構保溫砌塊的研制[J].新型建材，2003（6）:15-17.

[6]唐旭東.QTC復合砌塊的施工技術與應用[J].建筑技術，2005，36（9）:655-657.

[7]高巖，趙立華，張泓森.復合混凝土砌塊熱工特性研究[J].哈爾濱工業大學學報，2003，35（7）:866-868.

[8]曹萬智，王洪鎮，邵繼新，等.多功能微孔輕質混凝土復合砌塊的研制開發[J].新型墻體材料與工，2003（7）:24-26.

[9]鄭建三，張高展.爐渣混凝土保溫復合砌塊的設計與傳熱性能研究[J].新型建筑材料，2012（5）:63-65.

[10]王洪鎮.斷熱節能復合砌塊的研制及其建筑保溫系統的應用研究[J].新型建筑材料，2009（4）:44-48.

[11]劉平，孫奇.加氣混凝土復合夾芯保溫砌塊物理力學性能研究[J].混凝土，2010（5）:108-110.

Research Progressand Prospectsof Core Insulation Materials in Compound Insulation B lock

新型復合保溫砌塊是由主體砌塊、夾芯保溫材料和保溫連接柱等構成的。為了提高砌塊的物理和熱工性能，使其具有良好的自保溫效果，通常在砌塊的孔洞內灌入保溫材料；目前主要用的保溫夾芯材料有泡沫混凝土、EPS/XPS板、加氣混凝土等。該文對常用的保溫材料研究情況和基本性能進行了總結，并介紹了夾芯保溫材料對砌塊熱工性能的影響；最后通過分析總結出了目前夾芯保溫材料存在的不足及其發展方向。

建筑節能；保溫材料；新型復合保溫砌塊；熱工性能

New compound insulation block is composed of themain block，core thermal insulationmaterialand insulation joint pin.In order to improve itsphysicaland thermal performance to enhance its insulation effect,theblock hole is usually filled w ith thermal insulationmaterial.A tpresent,themain core insulationmaterials are foam concrete,EPS/XPS plate,aerated concrete and so on.The research progress and basic properties of thermal insulation materials commonly used are summarized and the influenceof core insulationmaterialon the thermalperformanceof the block isintroduced.The existing problemsand developmentdirection of core insulationmaterialsare summarized according to theanalysis.

building energy efficient;thermalmaterial;new compound insulation block;thermalperformance

TU522

A

1671-9107（2013）11-0081-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.11.081

2013-09-26

徐月龍（1986-），男，吉林省吉林市人，碩士研究生，助理工程師，主要從事綠色建筑材料研發、綠色建筑設計等工作。