一種裝配式新型墻體材料研究

司永峰

裝配式建筑是用預制部品部件在工地裝配而成的建筑。國務院辦公廳《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》（國辦發[2016]71 號）指出，發展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是推進供給側結構性改革和新型城鎮化發展的重要舉措，有利于節約資源能源、減少施工污染、提升勞動生產效率和質量安全水平。筆者于2020 年申報成功了專利號為CN202020295860.3，授權公告號為CN211949056U 的裝配式泡沫玻璃復合墻板實用新型專利。本文通過對該項實用新型專利的詳細描述，深入探討裝配式泡沫玻璃復合墻板的應用。

1 泡沫玻璃板的應用

泡沫玻璃是一種以廢平板玻璃和瓶罐玻璃為原料，經高溫發泡成型的多孔無機非金屬材料，具有防火、防水、無毒、耐腐蝕、防蛀、不老化、無放射性、絕緣、防磁波、防靜電、機械強度高，與各類泥漿黏結性好的特性。2004 年以前，泡沫玻璃產品應用市場主要是工業保溫行業、深冷低溫工程等領域；2004 年以后，泡沫玻璃逐步在中國的建筑節能領域得到應用和推廣。泡沫玻璃在中國受到廣泛關注，正是基于其具備保溫、防火兩大顯著特點。裝配式泡沫玻璃復合墻板利用泡沫玻璃的優點，結合鋼絲網、玻纖網以及水泥漿等材料復合而成的一種新型裝配式墻體材料，有效解決了現有墻體存在的防火、防潮、隔音、保溫、環境污染等相關問題，主要用于建筑物的非承重圍護結構，實現了裝配式施工[1]。

2 裝配式泡沫玻璃復合墻板

裝配式泡沫玻璃復合墻板以復合泡沫玻璃板為基材，以熱鍍鋅鋼絲網為骨架，以耐堿玻璃纖維網格布為表面抗裂層，填充素水泥漿復合而成。裝配式泡沫玻璃復合墻板（圖1）是新型優質的無機剛性絕熱材料，具體制作方法如下：以若干單體泡沫玻璃板由工字縫粘接而成的復合泡沫玻璃板為基材，在復合泡沫玻璃板上設預埋管線槽，預埋管線后管線縫隙用素水泥漿填充；在復合泡沫玻璃板兩側由里往外依次設置墻體骨架、保護層I、表面抗裂層、保護層II，其中墻體骨架為熱鍍鋅鋼絲網，表面抗裂層為耐堿玻璃纖維網格布，保護層I 和保護層II 均為素水泥漿保護層。在預制生產時將泡沫玻璃板按工字縫粘接成墻體大板，裝配式泡沫玻璃復合墻板用作內隔墻時采用厚度為80 mm，容重190 kg/m3，導熱系數為0.05 W/ （m·K）的泡沫玻璃板為基材，作為外墻使用時采用190 mm 厚的泡沫玻璃板為基材，用網孔大小12.7 mm×12.7 mm的熱鍍鋅鋼絲網為骨架，鋼絲網骨架上均勻壓實1 層5 mm 厚素水泥漿，鋼絲網片可以用小塊的泡沫玻璃板（一般規格為400 mm×400 mm 或者600 mm×600 mm）拼接成大塊的泡沫玻璃墻板，并提高泡沫玻璃復合墻體的機械強度，便于切割、裝配。在素水泥漿上再鋪設1 層耐堿玻璃纖維網格布作為表面抗裂層，可進一步提高復合墻體的機械強度，在耐堿玻璃纖維網格布上面再壓實5 mm 厚素水泥漿作為面層，待素水泥漿陰干后，在素水泥漿面層上就可以進行涂料或瓷磚的作業或者直接作為飾面層[2]。保護層II 外側涂刷涂料或粘貼瓷磚，或者直接作為飾面使用。

圖1 裝配式泡沫玻璃復合墻板結構示意圖（來源：作者自繪）

裝配式泡沫玻璃復合墻板使用壽命等同于建筑物使用壽命，施工過程中的廢料—泡沫玻璃粉和碎料還可以作為混凝土的填充料，既安全可靠又經久耐用。裝配式泡沫玻璃復合墻板實現了工業化大規模預制生產，在預制工廠把各種管線預埋集成到墻體中，到施工現場再與其他接口對接。在施工現場組裝成型（圖2），通過膨脹螺栓和專用旋轉鎖緊裝置固定于建筑結構梁和建筑結構地面，在施工現場組裝成型，幾乎不產生建筑垃圾。

圖2 裝配式泡沫玻璃復合墻板裝配示意圖（來源：作者自繪）

3 技術性能分析

裝配式泡沫玻璃復合墻板與幾種常用建筑墻體材料性能參數的對比如表1 所示。由表可知，泡沫玻璃的導熱系數優于玻化微珠保溫砂漿、膠粉聚苯顆粒保溫砂漿，與礦棉板相當，略低于巖棉板和玻璃面板；蒸汽滲透系數遠小于礦棉板、巖棉板和玻璃棉板，說明泡沫玻璃板整體保溫、防水性能優于礦棉板、巖棉板和玻璃棉板，是新型墻體建材的理想材料。

表1 裝配式泡沫玻璃復合墻板與常用建筑墻體材料性能參數對比表

4 裝配式泡沫玻璃復合墻板的防火性能

裝配式泡沫玻璃復合墻板的主要材料是泡沫玻璃板，是由碎玻璃、發泡劑、改性添加劑和發泡促進劑等，且經過細粉碎和均勻混合后，再經過高溫熔化，發泡、退火而制成的無機非金屬玻璃材料，是A1 級不燃無機材料，耐火極限3 h 以上，在高溫或火災情況下不會產生有毒氣體。裝配式泡沫玻璃復合墻板的其他材料，如鐵絲網、水泥等均為無機不燃材料，防火性能優異。

5 裝配式泡沫玻璃復合墻板的保溫性能

單一勻質材料層熱阻公式為：

式中：R為材料層熱阻，其單位為（m2·K）/W；δ為材料層厚度，其單位m；λ為材料導熱系數，其單位為W/（m·K）。

多層勻質圍護結構的平壁傳熱熱阻公式為：

根據式（1）以及式（2）的計算，輕鋼龍骨式復合隔墻（輕鋼龍骨，中間填充巖棉板厚度為70 mm，兩側紙面石膏板厚度為5 mm）熱阻Rtot=2×0.005/0.33+0.07/0.041=1.738（m2·K）/W。

1）內墻蒸壓加氣混凝土（蒸壓加氣混凝土砌塊磚厚度為200 mm，兩側水泥砂漿抹面厚度為20 mm）熱阻Rtot=0.2/0.14+2×0.02/0.93=1.472（m2·K）/W；內墻裝配式泡沫玻璃復合墻板（泡沫玻璃板厚度80 mm，兩側素水泥漿保護層厚度5 mm）熱阻Rtot=2×0.005/0.17+0.08/0.05=1.659（m2·K）/W。 從以上內墻熱阻的計算結果進行比較可以得出，裝配式泡沫玻璃復合墻板的熱阻要大于其他墻體材料。

2）外墻蒸壓加氣混凝土（蒸壓加氣混凝土砌塊磚厚度200 mm，兩側水泥砂漿抹面厚度20 mm）A 級保膜一體化復合保溫板（芯材為擠塑聚苯乙烯泡沫塑料厚度70 mm）熱阻Rtot=0.2/0.14+2×0.02/0.93+0.07/0.03=3.805（m2·K）/W；外墻蒸壓加氣混凝土（蒸壓加氣混凝土砌塊磚厚度200 mm，兩側水泥砂漿抹面厚度20 mm）內置保溫現澆混凝土（芯材為擠塑聚苯乙烯泡沫塑料厚度60 mm）熱阻Rtot=0.2/0.14+2×0.02/0.93+0.06/0.03=3.472（m2·K）/W；外墻蒸壓加氣混凝土（蒸壓加氣混凝土砌塊磚厚度200 mm，巖棉板厚度80 mm，兩側水泥砂漿抹面厚度為20 mm）熱阻Rtot=0.2/0.14+2×0.02/0.93+0.08/0.041=3.423（m2·K）/W；外墻裝配式泡沫玻璃復合墻板（泡沫玻璃板厚度190 mm，兩側素水泥漿保護層厚度5 mm）熱阻Rtot=2×0.005/0.17+0.19/0.05=3.859（m2·K）/W；從以上外保溫外墻的熱阻計算結果進行比較可以得出裝配式泡沫玻璃復合墻板的熱阻要大于其他墻體材料。

從以上計算結果分析可得出裝配式泡沫玻璃復合墻板的保溫性能均優于現有常用保溫體系下的內外墻，且墻體厚度較小，大大節省了空間[3]，是優良的墻體材料。

6 技術性分析

裝配式泡沫玻璃復合墻板通過在工廠預制加工，用小塊的泡沫玻璃板復合制成標準可裝配式墻板，提高了泡沫玻璃板的材料利用率，且在可裝配式墻板上預先預埋管線，減少了施工現場開槽、預埋線管施工過程中產生的粉塵污染和建筑垃圾。裝配式泡沫玻璃復合墻板通過膨脹螺栓和專用旋轉鎖緊裝置固定實現了徹底的裝配式施工，使施工現場較少產生建筑垃圾，縮短了施工周期。裝配式泡沫玻璃復合墻板無須再進行抹灰作業，可以直接在墻體表面刮膩子、刷涂料，或者直接在墻體表面鋪貼墻磚、飾面磚，降低了工程造價。裝配式泡沫玻璃復合墻板蒸汽滲透系數小，耐腐蝕（氫氟酸除外）、不霉變，防潮性能優于市場主流墻體材料。

與之相比，蒸壓加氣混凝土砌塊、蒸壓粉煤灰磚施工時需要現場砌筑，設置拉結筋、構造柱、圈梁或配筋帶，砌筑前需預先澆水潤濕，現場拌制砌筑砂漿并用砌筑砂漿粘接。墻體砌筑完成后，在墻體表面開槽安裝各種管線，用水泥砂漿覆蓋填充，然后進行墻體抹灰作業。抹灰工作完成，待墻體表面抹灰層干燥后才能進行涂料作業，施工工藝復雜且施工周期長，砌筑中切割砌塊會產生大量粉塵，污染環境，影響工人健康，砌筑過程中也會產生較多建筑垃圾。

蒸壓加氣混凝土隔墻板也是新型的裝配式墻體材料，但其重量是裝配式泡沫玻璃復合墻板的4 倍，在其表面敷設線管開槽、板材切割時會產生大量的粉塵，開槽、剔槽會產生建筑垃圾。輕鋼龍骨隔墻隔音效果差，使用壽命短，中間填充的巖棉會污染環境，生產和安裝施工人員皮膚長期接觸巖棉易導致職業病，在遇到火災時輕鋼龍骨容易受高溫影響而坍塌，防火性能差。

總體來說，蒸壓加氣混凝土砌塊、蒸壓粉煤灰磚、蒸壓加氣混凝土隔墻板易吸水，防潮性能都不如裝配式泡沫玻璃復合墻板[4]。

7 經濟性分析

目前，泡沫玻璃板市場價約為650 元/m3，蒸壓加氣混凝土板市場價在680 ～780 元/m3，B1 級擠塑板市場價約650 元/m3，作為內墻時用80 mm 厚的裝配式泡沫玻璃復合墻板直接和間接造價約110 元/m2，輕鋼龍骨紙面石膏板隔墻直接和間接造價約 為150 元/m2，采 用100 mm 厚 蒸壓加氣混凝土板做墻體材料直接和間接造價約135 元/m2；采用蒸壓加氣混凝土砌塊做墻體直接和間接造價約170 元/m2（不含因荷載增加的結構費用）。從工程造價方面比較，裝配式泡沫玻璃復合墻板的每平方米單價優于蒸壓加氣混凝土板、輕鋼龍骨紙面石膏板隔墻、蒸壓加氣混凝土砌塊隔墻。采用160 mm 厚裝配式泡沫玻璃復合墻板無須再進行外墻保溫，節省了外墻保溫的成本，從經濟性方面裝配式泡沫玻璃復合墻板有很大優勢[5]。

8 結語

裝配式泡沫玻璃復合墻板實現了管線工廠化預制預埋和施工現場可裝配式施工，可較少產生建筑垃圾，并可替代外墻及外墻保溫材料，作為保溫外墻使用，避免巖棉保溫板外墻保溫二次施工帶來的安全隱患和成本增加，以及減少墻體厚度，增加建筑使用空間，降低工程造價，在技術性、經濟性、施工便捷性、節省空間方面均優于現有的墻體及保溫體系[6]。此外，裝配式泡沫玻璃復合墻板在報廢拆除后，泡沫玻璃板經過粉碎可再次填充實現循環再利用，在保證墻體基本性能的前提下實現了廢舊玻璃的循環再利用。