發泡水泥充填式多功能復合砌塊的熱工性能研究*

鄭新銘 賈允芬 陳麗芳

1. 河南省第一建筑工程集團有限責任公司 河南 鄭州 450000 ；2. 河南中核五院研究設計有限公司 河南 鄭州 450000；3. 許昌學院 河南 許昌 461000

前言

隨著我國對建筑節能減排要求的提高，建筑保溫材料及其熱工性能的受到越來越多的重視。我國排放量最大的固體廢棄物之一的煤矸石，在新型建筑保溫材料的開發和應用等方面有了一定的基礎，如生產煤矸石磚、泡沫混凝土、多孔輕骨料和空心砌塊等，這種產業符合國家目前大力倡導的利廢、節能、減排政策，對實現建材工業的可持續發展和環境保護具有十分重要的意義。

1 發泡水泥充填式砌塊

復合發泡混凝土保溫砌塊作為新型保溫墻體材料，采用專用砌筑砂漿砌筑，梁、柱等熱橋部位采用保溫模板等方式處理后與保溫墻體緊密連接在一起，在建筑的外圍形成封閉連續的自保溫系統，滿足建筑的整體節能設計標準要求，保溫可持續的年限可以達到與建筑同壽命。復合發泡混凝土保溫砌塊是將發泡劑加入到有水泥膠凝材料、礦物摻和料、外加劑和水制成的料漿中，通過均勻混合攪拌和閉孔發泡等工藝，在燕尾槽式保溫模板中澆筑成型，自然養護，達到具有一定強度、保溫隔熱性能的多孔混凝土復合砌塊。由于單靠發泡很難達到熱工性能要求，我們在砌塊內嵌入了導熱系數很低的保溫板，從而滿足了熱工性能要求。該體系屬于砌體自保溫結構體系，適用于工業與民用建筑框架結構、框剪結構的外墻體保溫工程，國標TGB/T29060-2012《復合保溫磚和復合保溫砌塊》的出臺，為該產品的制作和檢驗提供了依據。2014年6月5日山西省地方標準DBJ04T/T305-2014《非常承重砌塊墻體自保溫系統應用技術規程》發布實施，為該產品的推廣應用、檢查、驗收提供了技術保障，具備了大面積推廣應用的基礎條件[1-3]。

2 影響熱工性能的因素

2.1 材料的影響

在材料的選擇上，如果我們采用復合式發泡水泥充填式多功能砌塊夾芯結構，可以解決砌塊本身具有的局限性，不僅可以根據現場溫度來調整保溫層的厚度，而且可以保證砌塊的基本建力學性能要求，增強發泡水泥充填式多功能復合砌塊的實用性。從結構分析上來說，這種砌塊的每一層都有自己獨特的功能和作用，達到比較良好的隔熱保溫效果，發泡水泥充填式多功能復合砌塊的每一結構層都應該根據它的特點選用不同的材料進行設計。砌塊基礎層的主要作用是承受整個墻體或者建筑的重量，起到支撐作用，對于基礎層施工要特別注意砌塊及施工質量，為后續施工提供一個比較好的條件，對此，我們一般采用單排孔或者多排孔的混凝土建筑來填充多功能砌塊，這可以增強砌塊的抗壓能力。其次，對于保溫層我們也應該選用合適的材料，只有保溫層能夠和拉結件連接在一起，才能夠為發泡水泥充填式多功能復合砌塊的基層和面層提供足夠的空間和拉伸程度，保證整個砌塊結構的完整性和安全性，只有生產出滿足質量要求的砌塊，才能保障其熱工性能。通過實驗我們可以得知不同規格的發泡水泥充填式多功能復合砌塊的熱工性能不同，如果三個方向的混凝土厚度不同，會對它的性能和效果造成一定的影響。如果保持其他兩個方向的相關參數不變，只改變保溫層的厚度，可以對發泡水泥充填式多功能復合砌塊的熱工性能進行計算，推斷出砌塊的保溫層對發泡水泥充填式多功能復合砌塊的熱工性能的影響。相關試驗數據表明隨著保溫層厚度的增加，發泡水泥充填式多功能復合砌塊的熱阻逐漸提升，據此判斷保溫層厚度對砌塊熱工性能的影響。在工業生產和施工過程中，如果建筑工程對材料的保溫效果有比較高的要求，采用發泡水泥充填式多功能復合砌塊可以滿足要求[4]。

2.2 孔洞形狀對空心砌塊熱工性能的影響

目前常見的空心砌塊孔洞形狀有矩形、正方形、圓形、橢圓形等。當磚形、孔數量和孔洞率一定以及孔壁和孔肋尺寸相近時，無論考慮空心砌塊孔內表面的輻射與否，圓孔空心砌塊的當量導熱系數最大，方孔和橢圓孔的次之，矩形孔的最小。只考慮導熱、對流換熱時，矩形孔比圓孔減小約27.09%，同時考慮導熱、對流和輻射時，矩形孔比方孔減小約19.65%。這表明長邊垂直熱流方向的矩形孔具有更優越的隔熱性能。這是因為矩形孔中空氣易形成長路對流，而圓孔與方孔中的空氣容易形成短路對流，此時空氣的對流換熱強度大，易于熱量的傳遞。矩形孔空心砌塊孔肋尺寸均勻，有利于干燥和焙燒，當矩形孔的短邊不大于12mm時，既有較好的保溫隔熱性能，導熱系數小，且施工砌筑時漏漿少。因此，當空心砌塊孔洞率相同時，長邊垂直于熱流方向的矩形孔有利于提高空心砌塊的熱工性能[5]。

3 未來發展趨勢

隨著經濟的發展和科學技術水平的提高，保障節能保溫材料的技術開發和創新，發泡水泥充填式多功能復合砌塊的研究和發展是時代進步的反應，也是經濟發展的必然需求，因其良好的熱工性能和保溫效果，將會獲得更大的發展和應用。尤其是在我國目前缺乏一種符合大多數地區要求的墻體建筑材料的情況下，而發泡水泥充填式多功能復合砌塊可以利用其獨特的熱工性能進行保溫層的調節，來實現不同的保溫效果，這樣就可以廣泛地運用在我國的不同地區的不同季節，具有非常強的實用性。除了以上這些優點，發泡水泥充填式多功能復合砌塊在成本控制上也具有很大的優勢，對于建筑企業和承包商而言，選擇建筑材料的時候需要考慮到有限的資金和消費者定位，因此需要尋找性價比高，可以滿足基本要求的墻體填充材料。發泡水泥充填式多功能復合砌塊雖然具有優越的保溫性能，但工程造價低，隨著技術的提升和普遍推廣，它的工程造價已經控制在一個比較穩定合理區間，受到了廣大建筑企業的喜愛，滿足了大眾需求。另一方面，我國的建筑項目也在不斷拓展，對建筑隔熱保溫材料的要求也會越來越高，不斷開發研究發泡水泥充填式多功能復合砌塊，根據市場需求和需要不斷開發新的類型，不斷完善它的功能和使用效果，不斷改善混凝土材料。最后，發泡水泥充填式多功能復合砌塊的熱工性能好，耗費的能源和資源少，具有可持續發展的特點[6]。

4 砌塊的質量

4.1 加強檢查力度

發泡水泥充填式多功能復合砌塊是我國進行建筑施工中的重要材料，對于整個建筑的質量安全都有著非常重要的作用，因此我們應該盡可能保證它的可靠性和穩定性。因此，相關檢查部門應該負起責任，建立完善的規范制度，完善監督和管理體系，通過不定時檢查等多種方式對發泡水泥充填式多功能復合砌塊的熱工性能和質量進行監督，一旦發現有不符合質量標準的砌塊應該立即責令整改。相關監察單位應該重視檢查發泡水泥充填式多功能復合砌塊的幾個主要性能指標，如砌塊的抗壓程度以及導熱程度和熱工性能，這些指標是判斷砌塊是否合格產品的重要標志[7]。

4.2 提高施工技術

要快速有效地提高發泡水泥充填式多功能復合砌塊的質量，需要在生產過程中加強行為規范以及提高制造技術，根據不同的墻體結構以及建筑風格選擇和制造不同的砌塊是最基本的要求。在施工過程中，每一個步驟，每一個細節都會影響到最終的建筑隔熱質量和保溫效果，因此應該建立一個規范的施工程序，不斷提高施工人員的素質，保證發泡水泥充填式多功能復合砌塊生產和建筑工程項目的順利實施[8]。

5 結束語

發泡水泥充填式多功能復合砌塊滿足建筑節能和施工要求，具有很強的適用性和很高的性價比，其推廣應用將極大提高建筑節能保溫質量和效果。