建筑工程中的墻體陶粒混凝土整體式隔熱技術

韓志濱

(甘肅第二建設集團有限責任公司,甘肅 蘭州 730050)

分戶計量催生了整體式保溫隔熱建筑,即通過使用高性能的保溫材料,在建筑內部構建低能耗的保溫空間,實現“零能耗”環境。然而,在長期服役后,保溫隔熱材料會發生相變,導致墻體對溫度產生惰性,相變溫度升高,不能滿足室內環境的舒適性要求。而陶粒混凝土具有良好的保溫隔熱性能,在冬季供暖與夏季隔熱環境中均能發揮其優勢,有效減少能量的傳導和散失,提高建筑物的能源利用效率,從而增加混凝土的使用壽命。因此,陶粒混凝土整體式保溫隔熱技術在建筑工程中的應用前景十分廣闊,不僅能夠提高建筑物的整體性能,還可以為人們創造更加舒適、健康和可持續發展的居住環境。

1 陶粒混凝土的原材料與制備方法

1.1 原材料

陶粒的外形多為球形或橢球狀,也有部分為不規則的礫石,其顆粒尺寸通常在5～20 mm之間,最大可達25 mm,主要用于替代混凝土中的碎石和卵石,具有諸多優點,其內部為封閉不相連的細蜂窩狀微孔,由氣體包裹在殼體中形成,因此質量輕,可以替代重砂。

陶粒混凝土是用輕質骨料代替普通混凝土中的天然石子,摻入適量河砂、水泥等凝膠材料,再摻入一定量的水,制成表面密度在1 950 kg/m3以下的混凝土。陶粒混凝土按粗骨料類型的不同可以分為粉煤灰陶粒混凝土、自然煤矸石混凝土和頁巖陶粒混凝土等。與普通混凝土相比,陶粒混凝土在保證強度的同時,可以實現結構的輕量化、高強、多功能化,是一種用途廣泛、性能可靠的新型建筑材料,能夠用于輕型砌塊、保溫隔墻等多種場合。

1.2 制備方法

1.2.1配方設計

(1) 根據實際需求確定各組分的比例。一般來說,水泥占總質量的10%～15%,砂子占總質量的40%～50%,陶粒占總質量的30%～40%,水占總質量的10%左右。

(2) 根據所需強度和密度選擇適當規格和品質的材料。例如,選用高強度硅酸鹽水泥、細沙,以及經過篩選后大小均勻、表面光滑、無裂縫或磨損等缺陷且無污染物的陶粒。

(3) 根據實際需求選擇適當的摻合料,如硅灰石粉、礦渣粉等。

(4) 將所有配料按比例放入混凝土攪拌機中,先將水泥和砂子攪拌均勻,再加入陶粒和水,繼續攪拌至均勻,最后加入摻合料,并再次攪拌均勻。

(5) 以質量計算骨料、水泥、水及摻合料。骨料的計量誤差控制在±3%以內,水泥、水及摻合料的計量誤差控制在±2%。因為陶粒是事先經過水化處理的,所以在拌和之前,要按抽試陶粒的含水量調節用量。

1.2.2具體操作

首先將陶粒進行清洗,去除表面的雜質和塵土;然后對陶粒進行破碎和篩分,以獲得所需的顆粒大小范圍。根據設計要求,按照一定比例將水泥和陶粒進行配料。一般情況下,水泥與陶粒的比例為1∶3至1∶5。將配料后的原材料放入混凝土攪拌機中進行攪拌,攪拌時間一般為3～5 min,直至混合均勻。將攪拌好的陶粒混凝土倒入模具或施工現場,進行澆筑。在澆筑過程中,要確保混凝土均勻分布,同時排除氣泡和空隙。澆筑后的陶粒混凝土需要進行養護[1],養護時間一般為7～14 d,期間要保持適宜的濕度和溫度,以促進混凝土的硬化和強度發展。

2 陶粒混凝土的性能

(1) 陶粒混凝土的干表觀密度比普通混凝土低,通常在1 400～1 950 kg/m3之間,普通混凝土則為2 450 kg/m3。比較兩種材料的不同之處可以看出,當陶粒混凝土的容重處于L5.0～L50.0之間,陶粒混凝土的干表觀密度只有普通混凝土的80%,也就是說,在相同的情況下,陶粒混凝土的質量要比普通混凝土輕20%～40%。

(2) 在常溫下,陶粒混凝土24 h左右即可完成主要的凝固反應。通常施工中,為了確保混凝土構件的強度和穩定性,需要等待28 d的養護時間。但在該時間內,混凝土在前幾天會有較快的強度提高,之后幾天則逐漸趨于平穩。

(3) 陶粒混凝土的強度等級是根據其抗壓強度來確定的。根據相關標準,陶粒混凝土的抗壓強度等級為C20、C25、C30、C35、C40等級。其中,C20表示其抗壓強度為20 MPa,C25表示其抗壓強度為25 MPa,依此類推。

(4) 因為陶粒混凝土使用的是輕骨料,其成型后會呈現多孔特征,且線膨脹系數和熱導率都比普通混凝土低,適用于對高溫、隔熱及防火性能有較高需求的建筑。當建筑物內發生火災,陶粒混凝土可以實現4 h左右的抗火,而一般的混凝土則只能堅持1 h。結果表明,600 ℃時,普通混凝土的強度下降了25%～65%,而陶粒混凝土的強度只下降了15%。

(5) 一般而言,建筑物本身質量愈大,其所承受的地震力愈大,二者呈正比。在建筑物中應用陶粒混凝土,可以提高混凝土的強度、自重和變形能力,減少地震對建筑物的影響。同時,陶粒混凝土的低彈性模量使其在建筑結構中的應用,可以有效地提高結構的固有振動周期,并在結構遭受損傷時,抵消大量變性能。據此可以看出,陶粒混凝土具有良好的抗震性。

3 陶粒混凝土整體式保溫隔熱層關鍵技術

3.1 保溫隔熱層厚度的確定

首先,探討保溫層厚度與建筑節能標準限值之間的關系。建筑節能標準中規定了建筑物保溫性能的最低要求,通常以傳熱系數(U值)來表示,U值越小,代表保溫性能越好。而保溫層厚度作為影響U值的重要因素之一,其合理調整可以在滿足節能標準的前提下降低建筑成本,提高施工效率。通過科學的計算和分析,可以確定在不同地區和不同建筑類型下保溫層厚度的最佳取值范圍,從而實現節能和經濟效益的平衡[3]。節能標準限值見表1。

表1 節能標準限值

需要借助公式來具體說明保溫層厚度的調整原理。一般來說,建筑物的U值可通過以下公式進行計算:

U=1/R外墻+R保溫+R室內表面+R室外風

其中,R外墻為外墻的傳熱阻力,R室內表面和R室外風分別為室內表面和室外風的傳熱阻力。而關鍵在于保溫層的傳熱阻力R保溫的計算,其表達式為:

R保溫=d/λ

其中,d為保溫層厚度,λ為保溫材料的導熱系數。由此可見,保溫層厚度與傳熱阻力呈正比,厚度越大,傳熱阻力越大,U值越小,保溫性能越好。

在實際工程中,針對具體的建筑結構和要求,通過上述公式進行計算和優化,確定最佳的保溫層厚度,從而實現節能效果最大化和成本最小化的目標。同時,隨著新型保溫材料和技術的不斷發展,公式中的參數也將得到更精確的測定和預測,為整體式保溫隔熱建設提供更科學、更可靠的技術支撐。

3.2 陶粒混凝土整體式保溫隔熱層的施工流程

3.2.1施工準備工作

首先,準備好所需的材料和工具,包括陶粒混凝土、黏結劑、隔離膜、施工工具等。在選擇材料時,應根據工程的具體要求,選擇適合的陶粒混凝土和黏結劑,以確保施工質量和保溫隔熱效果。同時,需要確保材料的質量符合相關標準,并進行必要的檢驗和確認。

其次,準備工作還包括制定詳細的施工計劃。施工計劃應囊括施工的各個環節和步驟,并根據工期和工程量合理安排施工進度。在制定施工計劃時,需考慮到天氣因素、材料供應、人力資源等各種因素,以保證施工進度的順利進行。

最后,還需要確保施工現場的安全和環保措施得到落實。施工現場應設置明顯的安全警示標識,明確劃定施工區域和非施工區域,并配備必要的安全設施,如安全帽、安全繩等。同時,施工過程中還應加強現場管理,定期檢查和維護安全設施,確保施工人員的人身安全。

3.2.2下基層處理

施工準備工作完成后,需要對基層進行處理。首先,檢查基層的平整度和強度,確保其符合施工要求。如果發現基層存在缺陷或不平整的情況,需要進行修復或調整。常用的修復方法包括填補裂縫、修復破損的部分,并采用適當的修補材料進行加固。對于基層不平整的情況,可以通過打磨、砂漿層調整或者使用特殊材料進行調平。修復和調整基層的目的是確保基層的平整性和穩定性,以提供良好的施工條件。

此外,對基層進行清潔和處理是非常重要的。清潔基層的表面灰塵、污漬和雜物,可以采用清掃、沖洗或吸塵等方法。對于頑固的污漬和附著物,可以使用適當的清潔劑進行清除。此外,還需要清除基層上的油污、浮漿和松散顆粒,以保證陶粒混凝土能夠與基層緊密結合。

修復和清潔完成后,還可以根據基層的具體情況進行處理。如果發現基層的強度不夠,可以考慮增強基層的強度。常見的方法包括噴涂黏結劑、涂刷增強劑或者添加鋼筋網等,這樣可以有效提高基層的承載能力,使其更適合與陶粒混凝土相結合。

在進行下基層處理時,需要根據具體的情況和要求來選擇合適的處理方法。同時,還要注意處理過程中的安全措施,防止施工人員和周圍環境受到損害。通過細致的下基層處理,可以為陶粒混凝土的施工提供良好的基礎,確保整體式保溫隔熱層的施工質量和性能。

3.2.3整體式保溫隔熱層的構建方法

在進行整體式保溫隔熱層的構建時,首先需要根據設計要求,將陶粒混凝土均勻鋪設在預先處理好的基層上。鋪設時,要注意保持一定的厚度和均勻性,同時避免產生空隙和堆積。陶粒混凝土的均勻鋪設是施工過程中的關鍵步驟,因為它直接影響著整體式保溫隔熱層的性能和效果。為了確保鋪設的陶粒混凝土能夠達到設計要求,施工人員應該使用工具或機械設備對其進行壓實和打磨。在鋪設完陶粒混凝土后,需要對其進行壓實處理,以提高其強度和平整度。壓實的目的是通過施加壓力使陶粒混凝土顆粒之間產生變形,使其更加緊密結合,可以使用專用的壓實機械設備或者手動操作進行壓實,施工人員需要根據設計要求進行相應的壓實強度控制,以確保陶粒混凝土達到要求的強度和平整度。

除了壓實處理,打磨也是整體式保溫隔熱層構建過程中重要的一步。打磨的主要目的是去除表面的不平整和凹凸,提高保溫隔熱層的表面平整度。施工人員可以使用手持式磨光機等專用工具進行打磨處理。在進行打磨時,需要注意控制施工速度和力度,避免過度打磨導致陶粒混凝土表面破損和減弱保溫隔熱性能。施工過程中,溫度和濕度的控制也非常重要,因為其變化會影響陶粒混凝土的固化和硬化過程。過高或過低的溫度會影響保溫隔熱層的強度和穩定性,過高的濕度則會影響其固化時間和硬化效果。因此,在施工時需要根據材料的特性和環境條件,合理控制施工溫度和濕度,確保陶粒混凝土能夠按照設計要求進行固化和硬化。

3.2.4施工質量控制要點

為確保陶粒混凝土整體式保溫隔熱層的施工質量,需注意以下幾個要點。

(1) 對材料的選擇和搭配要合理,保證其質量符合相關標準和規范要求。選擇合適的陶粒和混凝土膠凝材料,并充分考慮其相互配合和兼容性,在保證保溫隔熱層的性能的同時,提高施工效率。

(2) 施工過程中應嚴格按照設計要求和施工規范進行操作,確保施工質量達到預期效果。在施工前,應制定詳細的施工方案和施工工藝流程,明確每個施工步驟的要求和注意事項,包括基層處理、陶粒混凝土施工、固化和養護等環節,嚴格按照規定的要求進行。在施工過程中,要加強現場管理,確保施工過程中的安全和質量控制。加強對施工人員的培訓和管理,提高其技術水平和質量意識,嚴格遵守安全操作規程,做好施工現場的安全防護措施。

(3) 要加強施工過程的監督和檢查,及時發現和解決問題,確保施工質量的穩定和一致性。

(4) 在施工完成后,進行必要的檢測和驗收,確保整體式保溫隔熱層的性能符合設計要求和使用要求。進行保溫性能、隔熱性能、抗凍性能的測試,并進行相應的評價和判定。

只有保證了施工質量的控制,才能保證陶粒混凝土整體式保溫隔熱層的效果和壽命,提高建筑物的能源利用效率和室內舒適性。

4 結語

陶粒混凝土整體式保溫隔熱技術在保溫方面表現出色,獨特的結構使其具有較低的導熱系數和良好的隔熱性能,可以滿足國家標準要求,并且能夠有效減少建筑物內外溫差,具有較好的抗凍性能,可以提高室內舒適度。與傳統的保溫材料相比,陶粒混凝土能夠更好地滿足建筑物節能需求,減少能源消耗,對環境更加友好。陶粒作為一種天然材料,不僅能有效利用工業廢棄物,減少資源浪費,還能降低建筑物的碳排放量,其原材料來源廣,可將工業廢料和生活垃圾加工成人工陶粒,不僅減輕了對環境的污染,而且實現了廢物的回收利用。將陶粒混凝土用于實際工程,還能夠減輕建筑重量,節省工程造價。陶粒混凝土的穩定性能使得建筑物能夠更加耐久和安全,具有更長的使用壽命。因此,通過深入研究陶粒混凝土整體式保溫隔熱工技術,可以為建筑保溫隔熱層的改進和優化提供科學、合理的方法和技術支持,實現建筑的可持續發展。