A級防火高效均質節能自保溫砌塊研制★

董澤群 孟昭博 楊樂華 么傳杰 常秀麗

(1.聊城大學建筑工程學院,山東 聊城 252000； 2.山東聊建集團有限公司,山東 聊城 252000)

·綠色環保·建筑節能·

A級防火高效均質節能自保溫砌塊研制★

董澤群1孟昭博1*楊樂華1么傳杰2常秀麗2

(1.聊城大學建筑工程學院,山東 聊城 252000； 2.山東聊建集團有限公司,山東 聊城 252000)

對比分析了A級防火高效均質節能自保溫砌塊與普通自保溫砌塊優缺點，提出了6種A級防火的高效均質自保溫砌塊配比方案，論證了新型A級防火均質高效自保溫砌塊的技術有效性。研究表明：該砌塊具有A級防火、高效節能、抗凍性、耐久性及性價比高等特點，是一種無機均質的新型自保溫材料，可以有效解決外墻自保溫砌塊的防火問題。

A級防火，均質，節能，自保溫砌塊

0 引言

隨著國家對節能標準和外墻節能保溫要求的逐步增高，節能建筑占城鎮民用建筑面積比重逐年增加[1]。北京、天津、河北、山東、新疆等地開始在城鎮新建居住建筑中實施節能75%強制性標準[2]。建筑節能與結構一體化技術推廣具有很強關聯性[3]，由此可見，綠色建筑是現代化發展的必然趨勢。我國房屋建筑材料中70%是墻體材料，砌塊是墻體的組成單元，設計和制作滿足節能的砌塊是解決墻體節能問題的關鍵[4,5]。目前，市場上的保溫磚主要為由泥土燒制而成的中空燒制泥磚、復合型自保溫砌塊和以水泥、沙子、石灰石顆粒為原料配制成的免燒水泥磚。復合型自保溫砌塊，即混凝土砌塊和有機保溫材料(聚苯板、擠塑板、聚氨酯)等材料復合搭配，但復合型自保溫砌塊易燃，防火能力較弱，給居民的生命財產帶來嚴重的威脅[6-10]，如遼陽市某一樓房自保溫砌塊墻體發生燃燒，造成重大事故。針對現有砌塊存在非均質、節能效率低、防火性能差等問題，本文采用對比分析、室內試驗等方法，研制了一種A級防火高效均質自保溫砌塊。

1 A級防火高效均質節能自保溫砌塊與普通自保溫砌塊性能對比分析

1.1普通自保溫砌塊墻體優點及不足

1)耐久性良好。自保溫墻體不同于傳統的外墻保溫方法，其本身和建筑物的主體結構連接在一起，且自保溫砌塊的原材料大部分是無機材料，耐久性好，不易老化，使用年限長[11]。

2)防火性能和抗沖擊性能優良。自保溫墻體主要是由砌塊以及砌筑砂漿構成，兩者都是無機不燃材料，防火性能優良。自保溫墻體既扮演著基層墻體的角色，作為保溫結構，抗沖擊能力強，并且采用嵌入式砌筑方式，顯著提高了砌體強度，既安全又可靠。

3)施工工藝簡單。自保溫墻體施工主要為砌筑工藝,普通建筑人員均可操作,不需要精確的噴涂和粘貼等工藝技術。

4)性價比高。自保溫墻體的成本雖然高于外保溫墻,但自保溫砌塊墻體可以降低施工難度，有效減少施工人員的勞動強度，縮短工期，節約勞動力成本，很大程度上減少了建設投資,另外自保溫墻體使用壽命長,不需要維護，這也大大減少了維護費用。

5)質量可靠。外墻保溫的施工程序復雜,在有些地區時常出現保護層脫落、開裂等問題，貼板類材料大多為有機物，防火能力很弱，而自保溫砌塊墻體很好地解決以上問題，保證人們的生命財產安全。并且與加氣砌塊相比，可以減少95%以上因溫度應力、干濕應力產生的墻面裂紋裂縫。

6)環境友好。自保溫砌塊從制作材料到生產、使用等各個環節，對環境沒有造成較大破壞，在一定程度上有效的保護了環境，有利于建筑行業健康發展。

7)普通自保溫砌塊存在兩方面不足：內部有機材料仍存在一定的安全隱患，在一定條件下仍然可以發生火災，無法達到A級防火的要求；砌塊的保溫材料上下裸露，保溫效果差，而且在堆砌成墻體后，上下層之間砌筑砂漿的實際粘結面太小，會造成上下層砌塊之間的粘合力太小，從而降低墻體的安全性。

1.2A級防火均質節能自保溫砌塊優點

A級防火高效均質自保溫砌塊不僅含有普通自保溫砌塊的優點，還具有防火、節能等優點。普通自保溫砌塊和A級防火高效均質自保溫砌塊的實物分別如圖1,圖2所示。

1)達到A級防火標準。A級防火高效均質自保溫砌塊解決了普通自保溫砌塊的不防火問題，降低了外墻保溫填充墻的火災發生幾率，同時解決了節能75%的問題，符合國家關于對外墻外保溫產品的耐火等級要求和更高的節能標準要求。該砌塊生產過程簡單，具有較高的推廣價值和非常廣闊的市場前景。

2)性能優良。A級防火的高效均質自保溫砌塊的主要技術指標是：抗壓強度不小于2.5 MPa，導熱系數不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干縮值不大于0.6 mm/m，軟化系數不小于0.85，抗凍性及耐候性符合要求。

3)節能。A級防火的高效均質自保溫砌塊有較高強度、較低導熱系數、較強耐水性能和耐候性能，而且采用的無機材料，多為建筑廢棄材料，從而有效解決了此類廢棄物固體污染問題，節能環保。

2 A級防火均質高效自保溫砌塊制備及結構機理

2.1制備原材料

1)膠凝材料。選取普通硅酸鹽水泥為砌塊殼體的主要膠凝材料，低堿快硬硫鋁酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥為泡沫混凝土的主要膠凝材料。普通硅酸鹽水泥來源廣泛、價格低廉、耐水性能好、強度高、耐久性優異，硫鋁酸鹽水泥凝結快、強度高、微膨脹和耐久性好等基本特性適宜于泡沫混凝土的性能要求[12]。

2)保溫材料。陶粒具有密度小、強度高、保溫隔熱、耐火等特點，用途廣泛[13]。輕質陶粒及其碎片與珍珠巖既可作為骨料又能作為保溫材料并進行級配，同時采用陶粒和陶粒碎塊顆粒合理級配優化了保溫材料兼骨料的抗壓特性，解決了陶粒粒徑過大造成的抗壓強度不夠的問題。

3)防水材料。研發了一種珍珠巖改性劑，該改性劑由甲基硅酸鹽憎水劑和硅烷憎水劑混合而成。甲基硅酸鹽憎水劑在水和二氧化碳的作用下，生成甲基硅酸醇，甲基硅酸醇在結構材料表面和內部生成幾個分子厚的不溶性的防水高分子化合物，網狀的有機硅樹脂膜，具有很好的防水作用。同時，硅烷憎水劑釋放出乙醇并與基材結合轉化為有機硅樹脂聚合物，最終在基材的毛細孔表面形成一層憎水的硅樹脂膜，進一步增強了憎水性能。

4)其他材料。為有效改善殼體混凝土性能及界面的結合，提高砌塊的力學性能、熱工性能、防水性能、抗凍性能，還添加了爐渣、粉煤灰、減水劑、珍珠巖、珍珠巖粉等材料。這些材料解決了導熱系數和抗壓強度的矛盾，又抑制了珍珠巖吸水率高的特性，使吸水率、抗凍性和耐候性得到保障。

2.2結構機理

1)砌塊機理。用水泥作為膠凝材料，采用陶粒及其碎片以及珍珠巖作為骨料兼保溫材料，并進行合理級配，以粉煤灰、爐渣等作為填料，添加相應添加劑改善砌塊的各防水性能、抗凍性能，力學性能，使之達到此類建材產品的技術要求和節能75%的指標。由于使用的都是無機材料，都屬于不燃材料，故本發明的耐火等級可達到A1級。

2)砌塊結構。砌塊由主體砌塊、外保溫層、保溫芯料、保護層及保溫連接柱銷組成。主體砌塊的內、外壁及主體砌塊與外保護層通過“L型T型點狀連接肋”和“貫穿保溫層的點狀柱銷”組合為整體，在柱銷中設置有鋼絲。保溫砌塊是以高性能混凝土空心砌塊為殼體，在其孔腔內復合填充泡沫混凝土和聚苯板等輕質保溫材料。通過生產工藝使砌塊殼體與保溫材料注塑成整體而形成的混凝土砌塊，具有保溫隔熱性能好、自重輕、強度高、隔音、防火、防水抗滲、收縮率低、施工簡單等特點[14]，特別是采用泡沫混凝土和聚苯板的有機組合，既提高了砌塊保溫性能，又改善了蓄熱性能和隔聲性能[15]。

3 制備方案及結果分析

3.1制備方案

A級防火均質高效自保溫砌塊采用6種不同配比方案制作試件，配比方案如表1所示，砌塊尺寸為390 mm×270 mm×190 mm(長×寬×高)，采用標準養護，氣溫保持在21 ℃，相對濕度保持在90%，時間28 d。砌塊制備包括以下五個步驟：

1)按照質量配比稱取原料，如方案1中陶粒和陶粒碎塊顆粒26%，爐渣3.4%，珍珠巖34%，珍珠巖粉9%，水泥20%，粉煤灰5%，硅灰1.7%，減水劑0.4%，氯化鐵防水劑0.3%，粉末減縮劑0.2%，水的重量占固體原材料總重量的50%；

2)把稱取的陶粒和陶粒碎塊顆粒、爐渣、珍珠巖、珍珠巖粉、水泥、粉煤灰、硅灰、減水劑、防水劑、粉末減縮劑混合，用攪拌機攪拌均勻；

3)將稱取的水和珍珠巖改性劑混合均勻，加入步驟2)中攪拌均勻的物料中，繼續攪拌，直到手抓成團不散開；

4)將經過步驟3)處理的物料送入砌塊擠壓設備成型設備，以2∶1左右的壓縮比例擠壓成型；

5)將步驟4)中擠壓成型的料漿(帶有模具)送入養護室養護3 d，即得A級防火高效均質節能自保溫砌塊。A級防火高效均質自保溫砌塊制備工藝流程示意如圖3所示。

表1 方案1～方案6的原材料配比方案

3.2結果分析

由表2可知，各方案的砌塊抗壓強度不小于2.5 MPa，導熱系數不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干縮值不大于0.6 mm/m，軟化系數不小于0.85，抗凍性及耐候性等均符合要求，耐火等級達到A1，節能水平達到75%。各方案砌塊的主要技術指標值相差不大，干縮值、耐火等級、節能等受各材料配比較小。方案3砌塊抗壓強度最小，導熱系數最低，吸水率最高。

表2 自保溫砌塊的主要技術指標

4 結語

1)研制了一種由凝膠材料、保溫材料、防水材料和其他材料組成的A級防火高效均質節能自保溫砌塊，對比分析了現普通自保溫砌塊存在的不足。A級防火高效均質節能自保溫砌塊的整體材料均為無機材料，克服了傳統自保溫砌塊防火性差、材料不均的缺陷。

2)各方案的砌塊抗壓強度不小于2.5 MPa，導熱系數不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干縮值不大于0.6 mm/m，軟化系數不小于0.85，抗凍性及耐候性等均符合要求，耐火等級達到A1，節能水平達到75%。

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[15] GB 50003—2016，砌體結構設計規范[S].

Developmentofenergy-savingselfthermalinsulationblockwithA-classfirepreventionandefficienthomogeneous★

DongZequn1MengZhaobo1*YangYuehua1YaoChuanjie2ChangXiuli2

(1.SchoolofArchitectureandCivilEngineering,LiaochengUniversity,Liaocheng252000,China; 2.ShandongLiaojianGroupCo.,Ltd,Liaocheng252000,China)

The advantages and disadvantages of A-class fire prevention high-efficiency homogenized energy-saving self-insulation block and ordinary self-insulation block were analyzed. Six kinds of A-class fire-resistant high-efficiency homogeneous self-insulation block ratio schemes were put forward and the technical effectiveness of the new A-class fireproof homogenization and self-insulation block was demonstrated. The research show that the block has the characteristics of A-level fire protection, high efficiency energy saving, frost resistance, durability and cost performance. It is a new kind of inorganic self-insulation material with inorganic homogenization, which can effectively solve the fire problem of self-insulation block.

A-class fire prevention, homogeneous, energy-saving, self-insulation block

1009-6825(2017)28-0194-03

2017-07-23★：聊城大學大學生創新創業校級項目(項目編號：CXCY2016099)；2015年度山東省本科高校教學改革研究重點項目(項目編號：2015203)

董澤群(1994- )，男，在讀本科生

孟昭博(1977- )，男，副教授

TU502

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