冷彎薄壁型鋼發(fā)泡磷石膏外墻板熱工性能地域適應(yīng)性初探

麻鴻 姚斌 駱禮松 零江龍 王亞騰

[摘? 要]：龐大的工業(yè)副產(chǎn)品磷石膏產(chǎn)量對(duì)環(huán)境造成了巨大的環(huán)保壓力，阻礙了磷化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該研究利用發(fā)泡磷石膏的保溫性能作為冷彎薄壁型鋼外墻板體系的填充材料，形成裝配式保溫一體化外墻板。本文通過整理各熱工分區(qū)的外墻傳熱系數(shù)要求，對(duì)應(yīng)計(jì)算出需要的外墻厚度，得出此體系能在較低厚度情況下能滿足各熱工分區(qū)的熱工性能要求，同時(shí)冷彎薄壁型鋼體系的裝配式建造方式，使其具備更高的地域適應(yīng)性。該體系在建筑外墻的應(yīng)用能促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展，固廢利用有利于減輕磷化企業(yè)環(huán)保壓力，形成經(jīng)濟(jì)可持續(xù)循環(huán)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]：磷石膏; 冷彎薄壁型鋼; 保溫一體; 熱工性能

TU55+1.39A

我國磷化產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、企業(yè)多，每年在濕法制備磷酸過程中會(huì)產(chǎn)生大量的磷石膏副產(chǎn)品，相較于巴西、日本等國高達(dá)近60%的利用率，我國對(duì)其利用仍處于初級(jí)階段，僅為40%左右的利用率，而且主要用于路基填充、水泥生產(chǎn)，大量仍然處于堆積狀態(tài)，形成了巨大的土壤污染、水體污染、粉塵污染等環(huán)保壓力，反過來限制了我國磷化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。因此，對(duì)于磷石膏產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化利用尤為重要。

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)墻體體系在實(shí)際應(yīng)用中具有施工方便、抗震性能好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在美國、日本等國家廣泛使用。隨后，為改善其隔聲、保溫性能，在傳統(tǒng)體系空腔中采取現(xiàn)場噴涂或工廠灌漿的方式加入輕質(zhì)材料，形成由鋼骨架、覆面板、保溫填充材料構(gòu)成的冷彎薄壁型鋼組合墻體;覆面板采用稻草板、竹膠板、石膏板、纖維水泥板等;填充材料多采用水泥基材料、保溫玻璃棉、聚氨酯泡沫等保溫材料，而將發(fā)泡磷石膏用作保溫填充材料的相關(guān)研究和產(chǎn)品目前較少。

本研究利用磷石膏的保溫性能優(yōu)勢(shì)，普通混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)為2.00 W/（m·K），而磷石膏的導(dǎo)熱系數(shù)為0.3 W/（m·K），對(duì)磷石膏進(jìn)行生產(chǎn)線加工之后可達(dá)到更小的導(dǎo)熱系數(shù)，本研究將改性發(fā)泡磷石膏利用作為墻板填充材料，在原材料利用上能有效處理固體廢棄物，在墻板制造過程具有成本低、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，在產(chǎn)品圍護(hù)設(shè)施使用上能提高建筑保溫性能、降低建筑能耗，在施工上實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)制與現(xiàn)場安裝。因此，利用改性發(fā)泡磷石膏作為冷彎薄壁型鋼體系外墻板保溫填充材料能夠從全生產(chǎn)周期上有利于建筑工業(yè)化的健康發(fā)展和裝配式建筑的推廣應(yīng)用。

1 建筑的相關(guān)規(guī)范要求

1.1 不同地區(qū)居住建筑外墻板熱工性能要求

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的相關(guān)傳熱系數(shù)規(guī)定[3-6]，將不同地區(qū)外墻的熱工性能要求整理見表1。

1.2 不同地區(qū)公共建筑外墻熱工性能要求

根據(jù)GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中3.3.1對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計(jì)的規(guī)定，不同熱工分區(qū)對(duì)外墻傳熱系數(shù)的規(guī)范要求見表2。

2 冷彎薄壁型鋼發(fā)泡磷石膏保溫一體墻板體系

保溫一體墻板由冷彎薄壁型鋼和兩側(cè)10 mm厚玻纖增強(qiáng)無機(jī)覆面板構(gòu)成，墻體中間空腔由改性發(fā)泡磷石膏作為保溫材料填充（圖1、表3）。

3 計(jì)算原理與計(jì)算過程

在不考慮冷熱橋的影響下，對(duì)復(fù)合墻體的主體部分進(jìn)行熱工性能理論計(jì)算，根據(jù)GB 50176-2016《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)勻質(zhì)組合復(fù)合材料傳熱系數(shù)的方法：

R0=δ/λ

R=Re+Ro+Ri

K=1/R

式中：R0為單一勻質(zhì)材料熱阻（m2·K/W）;R為材料層熱阻（m2·K/W）;δ為材料層厚度（m）;λ為材料層導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）;Re為外表面換熱熱阻（m2·K/W）;Ri為內(nèi)表面換熱熱阻（m2·K/W）。

在每個(gè)熱工分區(qū)，均考慮其最不利情況或最高檔要求的情況下，通過熱工計(jì)算和規(guī)范要求數(shù)值對(duì)比得表4、表5。

4 計(jì)算結(jié)果分析

由表4可知，冷彎薄壁型鋼發(fā)泡磷石膏體系具備很好的保溫性能，當(dāng)墻體厚度達(dá)到260 mm時(shí)，能夠滿足各分區(qū)的熱工性能要求;當(dāng)墻體厚度為180 mm時(shí)，即可滿足非嚴(yán)寒地區(qū)居住建筑外墻的要求。相對(duì)傳統(tǒng)外墻材料和施工做法，降低墻體厚度能夠增加空間內(nèi)有效使用面積。將保溫材料復(fù)合入墻體，能夠有效提升施工效率，減少現(xiàn)場作業(yè)。由于保溫復(fù)合墻體是工廠預(yù)制，保溫層厚度能夠根據(jù)不同熱工分區(qū)的需要進(jìn)行適應(yīng)性變化，具備不同地區(qū)的熱工性能適應(yīng)性。

5 結(jié)論

根據(jù)對(duì)冷彎薄壁型鋼發(fā)泡磷石膏外墻板體系的構(gòu)成解析和熱工理論計(jì)算，得出其優(yōu)點(diǎn)：

（1）保溫性能好，能夠在較小厚度滿足不同熱工分區(qū)的傳熱系數(shù)要求，提高建筑經(jīng)濟(jì)性。

（2）墻體保溫復(fù)合一體化預(yù)制程度高，減少對(duì)于現(xiàn)場施工作業(yè)的依賴，能夠有效減少工期，推廣建筑工業(yè)化發(fā)展。

（3）對(duì)磷石膏進(jìn)行固廢利用，降低磷石膏對(duì)環(huán)境的污染，使得磷化產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

綜上，冷彎薄壁型鋼發(fā)泡磷石膏體系具備很大的發(fā)展?jié)摿Γ瑥?fù)合了結(jié)構(gòu)、圍護(hù)、保溫隔熱功能，能作為承重墻和非承重墻使用，對(duì)其下一步的研究中可以復(fù)合裝飾板功能，同時(shí)滿足內(nèi)外部的立面藝術(shù)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 張漢泉， 許鑫， 胡超杰， 等. 磷化工固體廢棄物綜合利用技術(shù)現(xiàn)狀[J]. 中國礦業(yè)， 2021， 30（4）： 7.

[2] 王其明. 現(xiàn)澆石膏外墻鋼筋砼高層網(wǎng)格盒式筒中筒結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用[D]. 天津： 天津大學(xué)， 2012.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布. 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2018.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布. 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布. 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2012.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布. 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).溫和地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2019.