轻骨料混凝土保温砌块的研究进展

轻骨料混凝土保温砌块的研究进展

西安建筑科技大学材料0601班张丹

摘要：基于大量的研究成果，对目前轻骨料保温混凝上空心砌块的性能、研制、应用作了详细的阐述和说明，分析了研究现状，存在问题，提出了改进措施，预测了未来发展趋势。 关键词：砌块，混凝土砌块，轻骨料混凝土，保温，建筑节能

0前言

轻骨料混凝土小型空心砌块是以水泥和轻质集料为主要原料，按一定的配合比拌制成轻骨料混凝土拌合物，经砌块成型机成型与适当养护制成的轻质墙体材料。

轻骨料混凝土小砌块一般都具有轻质高强、保温隔热性能好、抗震性能好等特点。如今全市范围内禁止使用红砖，轻骨料混凝土小砌块必然在各种建筑的 墙体中得到广泛应用，特别在保温隔热要求较高的维护结构上的应用。所以近年来轻骨料混凝土小砌块的品种和应用飞速发展，据有关资料介绍，我国各种轻骨料混凝土小砌块的年产量将达到500万而，约占全国混凝土小砌块总产量的20%。随着墙改和建筑节能的发展。轻骨料混凝土小砌块将成为我国很有发展前景的新型墙体材料。

1. 研究进展

1．1轻骨料混凝土小型空心砌块性能研究

1．1．1轻骨料分类

轻质骨料根据其来源可以划分为三类[1]:①天然轻骨料; ②工业废渣轻骨料; ③人造轻骨料。

天然轻骨料一般有浮石、火山渣等。浮石是一种蜂窝状结构的火山喷出岩是轻质的天然岩石，吸水率可达20%-40%,收缩值也较大; 火山渣也是蜂窝结构的，产自火山的轻质天然岩石，其特性与浮石基本相同。

工业废渣轻骨料[2-6]一般有煤渣、自燃煤研石等，煤渣、自燃煤研石都是工业废渣，属于轻质材料，这些材料在砌块生产中得到应用既可以节约生产原料又可以达到保护环境的目的。

人造轻骨料[7]一般有粘土陶粒、页岩陶粒粉煤灰陶粒等。

1．1．2轻骨料混凝土小型空心砌块性能的研究

轻骨料混凝土小砌块，按其孔的排数分为单排孔、双排孔、三排孔和四排孔等四类。按其密度，等级分为[8]500. 600 . 700 .800、900、1000、1200、1400八个等级。按其强度等级[9-10]分为1.5、2.5. 3.5. 5.0、7.5.10.0六个等级。

按尺寸允许偏差、外观质量分为优等品、一等品和合格品三个等级。

主规格尺寸为390mm x 190mm x190mm

，其它规格尺寸可由双方商定。尺

允许寸允许偏差符合表1。

注:非采暖地区指最冷月份平均气温高于一5℃的地区;

（6）抗冻性

小砌块的抗冻性应符合表6的要求[12-13]采暖地区系指最冷月份平

均气温一5℃的地区。

（7）碳化系数和软化系数

加入粉煤灰等掺合料的小砌块，其碳化系数[]不应小于0.8; 软化系

数不应小于0.75。

（8）放射性

放射性应符合田9196“掺工业废渣建筑材料产品放射性物质控制

标准”的规定。

1.1.3工艺

轻骨料混凝土小砌块的生产工艺除了所用的粗细集料不同外，其它工艺基本

[14]上与生产普通混凝土小砌块相同。生产步骤为①原材料的计量配料、②拌合

物的搅拌、③砌块成型机成型、④养护。

1.2 轻集料混凝土小型保温空心砌块研制与应用

1.2.1轻集料混凝土小型保温空心砌块的研制

（一）混凝土集料及孔型的选择

利用废料，选用工业锅炉废渣—炉渣，符合发展原则。块体设计有单排双孔，空心率达40%以上(含夹心部分) 。降低了砌块容重，增加了热阻，提高了保温隔热性能。

（二）夹心材料的选择

按照50%建筑节能标准的要求进行热工设计[17]，选用国产聚苯乙烯泡沫塑料作为夹心保温材料。经测试，热阻值达到1.12 (㎡·K) /W，保温性能接近800mm 厚砖墙的效果。

(三) “附着力”的研究

“附着力”是指混凝土材料与夹心材料的粘结力。夹心材料[ 18-20]把混凝土材料分成两部分，其间全靠特殊设计的燕尾式桦型结构联结，这种特定的结构型式，决定了心层材料必须满足附着力的指标，才能达到可靠的联结。

选择聚苯乙烯泡沫塑料作为夹心材料，其力学性能、热工指标都较为理想。使制成的砌块达到了性能上的互补，完全根除了目前大多数的混凝土空心砌块自身热工性能极差的弊病。砌成墙体，保温材料在其中形成热传导的“断桥” [21]，(采取简单的措施) 甚至连砌筑灰缝都可以杜绝“热桥”。在建筑施工中可以取消复杂的墙体保温[22-23]施工工艺，这是研制此种砌块的根本目的。

为了取得理想的“附着力”，使混凝土材料与聚苯乙烯保温材料之间联结可靠，调整了联结结构的燕尾桦宽度、深度及角度，使层面之间的联结达到最佳效果，实测附着力达到

巧kN /㎡。国内查新检索称:该项目中的砌块保温层解决断层问题，从而提高了整个墙体的保温效果。

(四) 产品性能

其主要性能为:容重小于800kg/m3，热阻值1.12 (㎡·K) /W,附着力大于10 kN /㎡。

[15-16]

(五) 块型的研究

为了满足建筑施工砌筑对块型的要求，重新设计了模具，现可同机生产1/2, 1/4, 3/4的辅块。目前，生产的保温砌块主要有190和240两种系列8种规格(见表1) 。

根据建筑施工的需要，还配有实心块140 x 120/60mm和190x120x60mm 两种，用于墙与混凝土梁的结合部位。另外还有安装门、窗用的锚固块。

1998年轻集料混凝土小型保温空心砌块投人生产。同年7月24日经专家鉴定:该产品的研制，成功地填补了我国集维护结构与保温于一体的墙体材料的空白，保温性能符合我国二步节能指标的要求，其产品属国内首创，并达到了国际先进水平。

1.2.2、轻集料混凝土小型保温空心砌块的应用探讨

轻集料混凝土小型保温空心砌块，已在多层、高层住宅建筑建筑中应用，达到的效果很好。1999年在建设部建筑节能试点小区绮华里(多层) 住宅工程上应用，2000年2月实测，外墙主体部位传热系数为0.70 W/ (m2·K) ，外墙平均传热系数为0.78 W/ (m2·K) ，小于第二阶段外墙传热系数限值1.16 W/(mz}K)要求。

[24-25] 为了在今后更加广泛地应用保温砌块于建设节能住宅，现将保温砌块在

建筑应用中需要注意的问题讨论如下:

(一). 保温砌块外墙与混凝土梁、柱的处理方法[26-28]

(1)与梁的处理方法。如梁下空隙较大，应使用适当的配块，实施斜砌或顶砌，外侧与梁平齐并做保温处理，保温层的厚度不应小于保温砌块的保温层厚度(见图2) 。采用190系列保温砌块需对梁做内保温处理。

(2)为了增强墙体的整体性能，在墙体高度方向，每隔600mm 设置2}6拉结筋。具体方法有多种，较为方便的可在浇筑混凝土柱时予埋钢筋，也可予埋铁件，砌筑前再焊拉结筋。

(3)与柱的处理方法。根据柱子形状不同，一般采取以下几种方法:(见图3) 对于矩形柱:

①全包柱，保温砌块将柱全包在里面。

②半包柱，保温砌块的保温层凸出柱的外缘，对柱另做

外保温处理并与墙体平齐。

③半露柱，保温砌块与柱的外缘平齐，对柱做内保温处理。

④异型柱，采取半包的方法，(等同于矩形柱的半包方法

)

采用240系列保温砌块，墙体与柱的内缘平齐，可做到室内、外墙面平整，不露柱角。采用190系列对柱做内保温处理。

2. 门窗口、窗台的处理

保温砌块与门窗口的处理方法很多，可根据工程的具体需要确定。

(1)门、窗洞口宽分别在1000mm, 1800mm内，一般直接固定。

(2)洞口过大，可在砌筑墙体时砌人混凝土锚固块。最好与生产厂联系将炉渣混凝土改成细石混凝土，这种砌块强度可达l OMpa ，强度提高很多，保温性能降低微乎其微。最好在施工图设计时就要考虑进去，相关专业要加强联系、密切配合。因为细石混凝土材料的密度相对增加要予以足够的重视。

对于窗台可采取以下两种方法处理。

①直接抹水泥砂浆，简单易行。

②放置预制窗台板，室内侧做好保温。

（二）. 室内吊挂件与保温砌块墙体的处理

主要指散热器等挂钩的处理。一般情况下可直接钻孔装人膨胀螺栓紧固即可，吊挂质量较大的散热器，应在砌筑墙体时改砌细石混凝土保温砌块，再钻孔装入膨胀螺栓紧固，也可根据设计将挂钩予埋墙体内。

（三）. 砌筑中还应注意的问题[28]

(1)采用专用的砌筑砂浆，可方便砌筑，达到灰缝饱满。

(2)应坚持反砌。即保温砌块孔洞面积较小的一面向上，这样可比另一面向上砌筑增加铺灰面积，便于铺设砌筑砂浆，减少掉灰，从而保证水平灰缝砂浆[29]的饱满。当然碰头砂浆也

一定要饱满。以提高墙体的整体性。

(3)应坚持对孔错缝砌筑，避免形成垂直通缝和砌错。保温砌块中的聚苯乙烯泡沫塑料要与相邻保温砌块中的聚苯乙烯泡沫塑料衔接，上下层保温砌块之间应砌人聚苯乙烯泡沫塑料条，这样砌成墙后才能形成一个整体的保温层，才能充分发挥保温材料的功能。因此，必须坚持对孔错缝砌筑，把保温砌块中的聚苯乙烯泡沫塑料一侧朝向室外砌筑，绝对不能砌错。

(4)凡直接对外门窗的框与墙之间应做好保温气密处理，以免产生热桥。还要针对门窗的热胀冷缩性能(特别是塑料窗) ，考虑预留伸缩量。墙与框之间应填充弹性保温密封材料。

(5)墙体孔洞或较大缝隙的部位，应填充保温材料或保温砂浆，以免产生热桥。

(6)墙体竖向形成通缝的部位，应采取增强措施处理，以免产生裂缝，可采取常用的钢丝网增强。

(7)对可能产生热桥的部位，应采取保温措施，避免结露。保温砌块墙体砌筑完毕，应注意保护，严禁剔凿。.

2、目前砌块在节能建筑中存在的问题

2.1存在问题分析[30]

随着烧结粘上砖在建筑市场中逐渐被取缔，各种节能材料竞相出场。砌块作为一种墙体材料，越来越多地用于节能建筑，同时人们对一砌块的保温效果要求也越来越高。通过对诸家砌块的保温性能检测，发现日前砌块生产厂对砌块的保温性能及保温原理[31]知之甚少，很多厂家盲目生产一些保温性能不能满足生能要求的产品，造成不必要的浪费，还有一些厂家对非节能砌块做了一些改进，但其缺乏对热工性能的了解，往往事倍功半。在此，就目前市场上砌块所存在的问题加以分析，为今后砌块的改造提出可借鉴的建议。

砌块在节能建筑中，存在的问题有：①砌块孔型设计安排的不合理，没有达到良好的保温效果；②砌块的砌筑缝成为热桥，人人削减了砌块的保温性能；③炉渣过多，陶粒过少[31-32]。

2.2砌块孔型设计如何充分利用空间，达到最佳保温效果[33]

传热分为三种形式[7]：①热传导；②热对流；③热辐射。目前市场上的砌块有单排孔和多排孔。多排孔的保温效果明显好于单排孔。其原因是：

( 1) 单排孔浪费有限空间，没有充分利川空气间层热阻。砌块中热的传导垂直于空气间层，在冬季一般空气间层的热阻值见表11 -I。

空气间层超过4mm 、热阻值并小随着空气间层的加大而增大。这是因为随着空气间层的加人，热传u 减弱，但空气的对流加剧。因此砌块中的大孔热阻值并不大。例如一纯陶粒

砌块(骨料全部为页岩) 导热系数为0.22 /(m·K), 主块型为640mm X 320mm X 190mm 为单排孔，热阻只有0. 65㎡·K /w，而砌块主块型为390mmX290mm X 190mm 、为三排孔，热阻为0. 81㎡· K /W,单排孔墙比三排孔厚30mm 但热阻却低0.16㎡·K /W,可见单排孔的砌块对保温非常不利。把大孔分为为三排小孔，孔间距为40mm ，孔部分的热阻由0. 18㎡· K /W变' 为0.54㎡· K /W这样化整为零加人热阻。

( 2) 增加孔的排数，可减少热辐射。热辐射是处于一定温度下的物质所发射的能量，和传导与对流不同，辐射换热不需要有物质媒介，一个表而所能发射的最大能流密度由斯蒂芬一波尔兹曼定律给出

式中：

物体表而的绝对温度; 斯蒂芬一波尔兹曼常数

5. 67 X 10 "W /( m K;);

表面的发射率，其值为0~1

增加砌块孔的排数，热辐射在肋间进行，肋的材质及表而形状相同，从室内向外，肋的表而温度逐渐降低，即

变小，从而热辐射减弱。 3. 结论与展望

当前中国的经济建设以前所未有的高速度迅猛发展，导致能耗和气体排放在世界上占有日益显著的地位。中国的节能减排不仅是国内经济可持续发展的需要，也是对改善世界环境的一大贡献。近年来，随着我国经济建设迅速发展，全国城乡兴建了和正在兴建大量房屋，人民生活得到改善。但是高能耗建筑十分普遍，建筑能耗占全国能耗的1/4，并将逐步增加到1/3 。因此，在严峻的能源形

势下，除了必须重视工厂内部生产过程的节能减排，还需高度重视建筑的节能。主要措施应是在建筑工业中，积极采用新材料、新技术，推进建筑节能科技进步。

由于轻骨料棍凝土不仅可降低建筑物自重，而且还兼具“保温”特性，因此，适用于制作各种保温用建筑砌块。虽然陶粒等人造轻骨料在生产过程中要消耗能源，但是质量好，在建筑物长期使用条件下，却可大量节约能源。在有的国家又将轻骨料誉为“节能材料”。所以建筑中应用轻骨料保温砌块具有重大意义。

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