A級(jí)防火高效均質(zhì)節(jié)能自保溫砌塊研制★

董澤群 孟昭博 楊樂(lè)華 么傳杰 常秀麗

(1.聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院,山東 聊城 252000； 2.山東聊建集團(tuán)有限公司,山東 聊城 252000)

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A級(jí)防火高效均質(zhì)節(jié)能自保溫砌塊研制★

董澤群1孟昭博1*楊樂(lè)華1么傳杰2常秀麗2

(1.聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院,山東 聊城 252000； 2.山東聊建集團(tuán)有限公司,山東 聊城 252000)

對(duì)比分析了A級(jí)防火高效均質(zhì)節(jié)能自保溫砌塊與普通自保溫砌塊優(yōu)缺點(diǎn)，提出了6種A級(jí)防火的高效均質(zhì)自保溫砌塊配比方案，論證了新型A級(jí)防火均質(zhì)高效自保溫砌塊的技術(shù)有效性。研究表明：該砌塊具有A級(jí)防火、高效節(jié)能、抗凍性、耐久性及性價(jià)比高等特點(diǎn)，是一種無(wú)機(jī)均質(zhì)的新型自保溫材料，可以有效解決外墻自保溫砌塊的防火問(wèn)題。

A級(jí)防火，均質(zhì)，節(jié)能，自保溫砌塊

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和外墻節(jié)能保溫要求的逐步增高，節(jié)能建筑占城鎮(zhèn)民用建筑面積比重逐年增加[1]。北京、天津、河北、山東、新疆等地開(kāi)始在城鎮(zhèn)新建居住建筑中實(shí)施節(jié)能75%強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)[2]。建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)推廣具有很強(qiáng)關(guān)聯(lián)性[3]，由此可見(jiàn)，綠色建筑是現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)房屋建筑材料中70%是墻體材料，砌塊是墻體的組成單元，設(shè)計(jì)和制作滿足節(jié)能的砌塊是解決墻體節(jié)能問(wèn)題的關(guān)鍵[4,5]。目前，市場(chǎng)上的保溫磚主要為由泥土燒制而成的中空燒制泥磚、復(fù)合型自保溫砌塊和以水泥、沙子、石灰石顆粒為原料配制成的免燒水泥磚。復(fù)合型自保溫砌塊，即混凝土砌塊和有機(jī)保溫材料(聚苯板、擠塑板、聚氨酯)等材料復(fù)合搭配，但復(fù)合型自保溫砌塊易燃，防火能力較弱，給居民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的威脅[6-10]，如遼陽(yáng)市某一樓房自保溫砌塊墻體發(fā)生燃燒，造成重大事故。針對(duì)現(xiàn)有砌塊存在非均質(zhì)、節(jié)能效率低、防火性能差等問(wèn)題，本文采用對(duì)比分析、室內(nèi)試驗(yàn)等方法，研制了一種A級(jí)防火高效均質(zhì)自保溫砌塊。

1 A級(jí)防火高效均質(zhì)節(jié)能自保溫砌塊與普通自保溫砌塊性能對(duì)比分析

1.1普通自保溫砌塊墻體優(yōu)點(diǎn)及不足

1)耐久性良好。自保溫墻體不同于傳統(tǒng)的外墻保溫方法，其本身和建筑物的主體結(jié)構(gòu)連接在一起，且自保溫砌塊的原材料大部分是無(wú)機(jī)材料，耐久性好，不易老化，使用年限長(zhǎng)[11]。

2)防火性能和抗沖擊性能優(yōu)良。自保溫墻體主要是由砌塊以及砌筑砂漿構(gòu)成，兩者都是無(wú)機(jī)不燃材料，防火性能優(yōu)良。自保溫墻體既扮演著基層墻體的角色，作為保溫結(jié)構(gòu)，抗沖擊能力強(qiáng)，并且采用嵌入式砌筑方式，顯著提高了砌體強(qiáng)度，既安全又可靠。

3)施工工藝簡(jiǎn)單。自保溫墻體施工主要為砌筑工藝,普通建筑人員均可操作,不需要精確的噴涂和粘貼等工藝技術(shù)。

4)性價(jià)比高。自保溫墻體的成本雖然高于外保溫墻,但自保溫砌塊墻體可以降低施工難度，有效減少施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短工期，節(jié)約勞動(dòng)力成本，很大程度上減少了建設(shè)投資,另外自保溫墻體使用壽命長(zhǎng),不需要維護(hù)，這也大大減少了維護(hù)費(fèi)用。

5)質(zhì)量可靠。外墻保溫的施工程序復(fù)雜,在有些地區(qū)時(shí)常出現(xiàn)保護(hù)層脫落、開(kāi)裂等問(wèn)題，貼板類材料大多為有機(jī)物，防火能力很弱，而自保溫砌塊墻體很好地解決以上問(wèn)題，保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。并且與加氣砌塊相比，可以減少95%以上因溫度應(yīng)力、干濕應(yīng)力產(chǎn)生的墻面裂紋裂縫。

6)環(huán)境友好。自保溫砌塊從制作材料到生產(chǎn)、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)環(huán)境沒(méi)有造成較大破壞，在一定程度上有效的保護(hù)了環(huán)境，有利于建筑行業(yè)健康發(fā)展。

7)普通自保溫砌塊存在兩方面不足：內(nèi)部有機(jī)材料仍存在一定的安全隱患，在一定條件下仍然可以發(fā)生火災(zāi)，無(wú)法達(dá)到A級(jí)防火的要求；砌塊的保溫材料上下裸露，保溫效果差，而且在堆砌成墻體后，上下層之間砌筑砂漿的實(shí)際粘結(jié)面太小，會(huì)造成上下層砌塊之間的粘合力太小，從而降低墻體的安全性。

1.2A級(jí)防火均質(zhì)節(jié)能自保溫砌塊優(yōu)點(diǎn)

A級(jí)防火高效均質(zhì)自保溫砌塊不僅含有普通自保溫砌塊的優(yōu)點(diǎn)，還具有防火、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。普通自保溫砌塊和A級(jí)防火高效均質(zhì)自保溫砌塊的實(shí)物分別如圖1,圖2所示。

1)達(dá)到A級(jí)防火標(biāo)準(zhǔn)。A級(jí)防火高效均質(zhì)自保溫砌塊解決了普通自保溫砌塊的不防火問(wèn)題，降低了外墻保溫填充墻的火災(zāi)發(fā)生幾率，同時(shí)解決了節(jié)能75%的問(wèn)題，符合國(guó)家關(guān)于對(duì)外墻外保溫產(chǎn)品的耐火等級(jí)要求和更高的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。該砌塊生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，具有較高的推廣價(jià)值和非常廣闊的市場(chǎng)前景。

2)性能優(yōu)良。A級(jí)防火的高效均質(zhì)自保溫砌塊的主要技術(shù)指標(biāo)是：抗壓強(qiáng)度不小于2.5 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干縮值不大于0.6 mm/m，軟化系數(shù)不小于0.85，抗凍性及耐候性符合要求。

3)節(jié)能。A級(jí)防火的高效均質(zhì)自保溫砌塊有較高強(qiáng)度、較低導(dǎo)熱系數(shù)、較強(qiáng)耐水性能和耐候性能，而且采用的無(wú)機(jī)材料，多為建筑廢棄材料，從而有效解決了此類廢棄物固體污染問(wèn)題，節(jié)能環(huán)保。

2 A級(jí)防火均質(zhì)高效自保溫砌塊制備及結(jié)構(gòu)機(jī)理

2.1制備原材料

1)膠凝材料。選取普通硅酸鹽水泥為砌塊殼體的主要膠凝材料，低堿快硬硫鋁酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥為泡沫混凝土的主要膠凝材料。普通硅酸鹽水泥來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、耐水性能好、強(qiáng)度高、耐久性優(yōu)異，硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)快、強(qiáng)度高、微膨脹和耐久性好等基本特性適宜于泡沫混凝土的性能要求[12]。

2)保溫材料。陶粒具有密度小、強(qiáng)度高、保溫隔熱、耐火等特點(diǎn)，用途廣泛[13]。輕質(zhì)陶粒及其碎片與珍珠巖既可作為骨料又能作為保溫材料并進(jìn)行級(jí)配，同時(shí)采用陶粒和陶粒碎塊顆粒合理級(jí)配優(yōu)化了保溫材料兼骨料的抗壓特性，解決了陶粒粒徑過(guò)大造成的抗壓強(qiáng)度不夠的問(wèn)題。

3)防水材料。研發(fā)了一種珍珠巖改性劑，該改性劑由甲基硅酸鹽憎水劑和硅烷憎水劑混合而成。甲基硅酸鹽憎水劑在水和二氧化碳的作用下，生成甲基硅酸醇，甲基硅酸醇在結(jié)構(gòu)材料表面和內(nèi)部生成幾個(gè)分子厚的不溶性的防水高分子化合物，網(wǎng)狀的有機(jī)硅樹(shù)脂膜，具有很好的防水作用。同時(shí)，硅烷憎水劑釋放出乙醇并與基材結(jié)合轉(zhuǎn)化為有機(jī)硅樹(shù)脂聚合物，最終在基材的毛細(xì)孔表面形成一層憎水的硅樹(shù)脂膜，進(jìn)一步增強(qiáng)了憎水性能。

4)其他材料。為有效改善殼體混凝土性能及界面的結(jié)合，提高砌塊的力學(xué)性能、熱工性能、防水性能、抗凍性能，還添加了爐渣、粉煤灰、減水劑、珍珠巖、珍珠巖粉等材料。這些材料解決了導(dǎo)熱系數(shù)和抗壓強(qiáng)度的矛盾，又抑制了珍珠巖吸水率高的特性，使吸水率、抗凍性和耐候性得到保障。

2.2結(jié)構(gòu)機(jī)理

1)砌塊機(jī)理。用水泥作為膠凝材料，采用陶粒及其碎片以及珍珠巖作為骨料兼保溫材料，并進(jìn)行合理級(jí)配，以粉煤灰、爐渣等作為填料，添加相應(yīng)添加劑改善砌塊的各防水性能、抗凍性能，力學(xué)性能，使之達(dá)到此類建材產(chǎn)品的技術(shù)要求和節(jié)能75%的指標(biāo)。由于使用的都是無(wú)機(jī)材料，都屬于不燃材料，故本發(fā)明的耐火等級(jí)可達(dá)到A1級(jí)。

2)砌塊結(jié)構(gòu)。砌塊由主體砌塊、外保溫層、保溫芯料、保護(hù)層及保溫連接柱銷組成。主體砌塊的內(nèi)、外壁及主體砌塊與外保護(hù)層通過(guò)“L型T型點(diǎn)狀連接肋”和“貫穿保溫層的點(diǎn)狀柱銷”組合為整體，在柱銷中設(shè)置有鋼絲。保溫砌塊是以高性能混凝土空心砌塊為殼體，在其孔腔內(nèi)復(fù)合填充泡沫混凝土和聚苯板等輕質(zhì)保溫材料。通過(guò)生產(chǎn)工藝使砌塊殼體與保溫材料注塑成整體而形成的混凝土砌塊，具有保溫隔熱性能好、自重輕、強(qiáng)度高、隔音、防火、防水抗?jié)B、收縮率低、施工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[14]，特別是采用泡沫混凝土和聚苯板的有機(jī)組合，既提高了砌塊保溫性能，又改善了蓄熱性能和隔聲性能[15]。

3 制備方案及結(jié)果分析

3.1制備方案

A級(jí)防火均質(zhì)高效自保溫砌塊采用6種不同配比方案制作試件，配比方案如表1所示，砌塊尺寸為390 mm×270 mm×190 mm(長(zhǎng)×寬×高)，采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，氣溫保持在21 ℃，相對(duì)濕度保持在90%，時(shí)間28 d。砌塊制備包括以下五個(gè)步驟：

1)按照質(zhì)量配比稱取原料，如方案1中陶粒和陶粒碎塊顆粒26%，爐渣3.4%，珍珠巖34%，珍珠巖粉9%，水泥20%，粉煤灰5%，硅灰1.7%，減水劑0.4%，氯化鐵防水劑0.3%，粉末減縮劑0.2%，水的重量占固體原材料總重量的50%；

2)把稱取的陶粒和陶粒碎塊顆粒、爐渣、珍珠巖、珍珠巖粉、水泥、粉煤灰、硅灰、減水劑、防水劑、粉末減縮劑混合，用攪拌機(jī)攪拌均勻；

3)將稱取的水和珍珠巖改性劑混合均勻，加入步驟2)中攪拌均勻的物料中，繼續(xù)攪拌，直到手抓成團(tuán)不散開(kāi)；

4)將經(jīng)過(guò)步驟3)處理的物料送入砌塊擠壓設(shè)備成型設(shè)備，以2∶1左右的壓縮比例擠壓成型；

5)將步驟4)中擠壓成型的料漿(帶有模具)送入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)3 d，即得A級(jí)防火高效均質(zhì)節(jié)能自保溫砌塊。A級(jí)防火高效均質(zhì)自保溫砌塊制備工藝流程示意如圖3所示。

表1 方案1～方案6的原材料配比方案

3.2結(jié)果分析

由表2可知，各方案的砌塊抗壓強(qiáng)度不小于2.5 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干縮值不大于0.6 mm/m，軟化系數(shù)不小于0.85，抗凍性及耐候性等均符合要求，耐火等級(jí)達(dá)到A1，節(jié)能水平達(dá)到75%。各方案砌塊的主要技術(shù)指標(biāo)值相差不大，干縮值、耐火等級(jí)、節(jié)能等受各材料配比較小。方案3砌塊抗壓強(qiáng)度最小，導(dǎo)熱系數(shù)最低，吸水率最高。

表2 自保溫砌塊的主要技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

1)研制了一種由凝膠材料、保溫材料、防水材料和其他材料組成的A級(jí)防火高效均質(zhì)節(jié)能自保溫砌塊，對(duì)比分析了現(xiàn)普通自保溫砌塊存在的不足。A級(jí)防火高效均質(zhì)節(jié)能自保溫砌塊的整體材料均為無(wú)機(jī)材料，克服了傳統(tǒng)自保溫砌塊防火性差、材料不均的缺陷。

2)各方案的砌塊抗壓強(qiáng)度不小于2.5 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干縮值不大于0.6 mm/m，軟化系數(shù)不小于0.85，抗凍性及耐候性等均符合要求，耐火等級(jí)達(dá)到A1，節(jié)能水平達(dá)到75%。

[1] 中華人民共和國(guó)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃[Z].

[2] DB 37/5026—2014，居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

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[15] GB 50003—2016，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Developmentofenergy-savingselfthermalinsulationblockwithA-classfirepreventionandefficienthomogeneous★

DongZequn1MengZhaobo1*YangYuehua1YaoChuanjie2ChangXiuli2

(1.SchoolofArchitectureandCivilEngineering,LiaochengUniversity,Liaocheng252000,China; 2.ShandongLiaojianGroupCo.,Ltd,Liaocheng252000,China)

The advantages and disadvantages of A-class fire prevention high-efficiency homogenized energy-saving self-insulation block and ordinary self-insulation block were analyzed. Six kinds of A-class fire-resistant high-efficiency homogeneous self-insulation block ratio schemes were put forward and the technical effectiveness of the new A-class fireproof homogenization and self-insulation block was demonstrated. The research show that the block has the characteristics of A-level fire protection, high efficiency energy saving, frost resistance, durability and cost performance. It is a new kind of inorganic self-insulation material with inorganic homogenization, which can effectively solve the fire problem of self-insulation block.

A-class fire prevention, homogeneous, energy-saving, self-insulation block

1009-6825(2017)28-0194-03

2017-07-23★：聊城大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)校級(jí)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：CXCY2016099)；2015年度山東省本科高校教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2015203)

董澤群(1994- )，男，在讀本科生

孟昭博(1977- )，男，副教授

TU502

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