6專題論述-蒸壓粉煤灰加氣混凝土外墻自保溫體系研究與應(yīng)用.

1、蒸壓粉煤灰加氣混凝土外墻自保溫體系研究與應(yīng)用王肇嘉段鵬選張曄【摘要】本文研究了蒸壓加氣混凝土作為外墻保溫材料所必須具有的技術(shù)條件和能達(dá)到的墻體保溫效果，研究了加氣混凝土配套砌筑砂漿和抹灰砂漿所必須具有的技術(shù)性能。研 究結(jié)果表明，蒸壓加氣混凝土是目前國(guó)內(nèi)唯一一種能夠滿足建筑節(jié)能65%設(shè)計(jì)要求的單一墻體材料，專用砌筑砂漿、抹灰砂漿是解決加氣混凝土應(yīng)用中質(zhì)量通病的有效手段，加氣 混凝土單一材料外墻保溫體系是一種技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都十分顯著的新型墻 體節(jié)能保溫體系。【Abstract 】This article studied the tech nical con diti ons and

2、the wall thermal in sulati on effectof the autoclaved aerated concrete must be have as the outside wall insulation material. The article also studied the tech nical performa nee which must be had by the autoclaved aerated concrete match ing masonry mortar and mortar for coat ing. The results showed

3、that autoclaved aerated concrete is currently the only one single-wall materials which can meet the design requirements for buildi ng en ergy-sav ing 65% in china, the special masonry mortar and mortar for coati ng is a | kind of effective method to solve com mon quality problems in autoclaved aerat

4、ed con crete application, aerated concrete outside wall insulation system is a kind of new wall energy-saving insula- tio n system which has a sig ni fica nt effect at the aspects of tech ni cal performa nee, econo mic and social ben efits.節(jié)能是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，建筑節(jié)能已成為政府、建筑建造者與建筑使用者的共識(shí)。目前， 我國(guó)建筑節(jié)能墻體以外墻外保溫為主，主

5、要外保溫體系有：膨脹聚苯板外保溫體系、大模內(nèi)置聚苯 板外保溫體系以及膠粉聚苯顆粒外保溫體系等，其共同點(diǎn)都是在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)外粘結(jié)一層聚苯乙烯泡 沫材料。這幾種外保溫體系的作法存在三大弊病：其一，聚苯乙烯屬于石油制品，會(huì)加劇能源緊張；其二，受石油價(jià)格影響，工程造價(jià)波動(dòng)大、價(jià)格高；其三，保溫體系的耐久性（包括耐火性）受到 了質(zhì)疑。加氣混凝土是一種實(shí)現(xiàn)了資源、性能與成本最佳組合的新型墻體材料，具有節(jié)能、資源綜合利 用、循環(huán)使用等諸多優(yōu)點(diǎn)，其中最突出的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。加氣混凝土是我國(guó)寒冷地區(qū)唯一一種能夠滿 足65%節(jié)能要求的單一墻體材料，300mm厚、500kg/m3容重的加氣混凝土已經(jīng)能滿足65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中

6、對(duì)墻體傳熱系數(shù)的要求，這一點(diǎn)往往被忽視。許多時(shí)候被人們理解為圍護(hù)結(jié)構(gòu)填充用，與陶粒砌 塊等各種砌塊混為一談，從而陷入一種低檔次的惡性競(jìng)爭(zhēng)。加氣混凝土保溫體系非石油制品，耐久 性能（包括耐火性）不容質(zhì)疑，在作為圍護(hù)材料的同時(shí)又起到保溫的作用，綜合造價(jià)明顯低于以上 的幾種保溫體系，是墻體保溫材料的最佳選擇。所以，進(jìn)行加氣混凝土外墻自保溫體系研究，對(duì)促 進(jìn)外墻保溫體系的技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)加氣混凝土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都具有積極作用。1蒸壓加氣混凝土基本力學(xué)性能在加氣混凝土外保溫體系中，加氣混凝土既是墻體圍護(hù)材料又是保溫材料，其力學(xué)性能和熱工 性能會(huì)直接影響加氣混凝土保溫體系的性能。1.1基本力學(xué)性能表1蒸壓加氣混

7、凝土基本性能密度級(jí)別B03B04B05B06B07密度（kg/m 3）300400500600700抗壓強(qiáng)度Mpa1.02.03.55.07.5拉伸強(qiáng)度MPa0.160.220.310.420.47抗凍 性質(zhì)量損失，%5.0%凍后強(qiáng)度，MPa0.81.62.02.84.0導(dǎo)熱系數(shù)，(W/m.K)0.100.120.140.160.18收縮率，mm/m0.5表1為現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中蒸壓加氣混凝土砌塊的基本性能要求2。由表1可看出，加氣混凝土干密度越低，強(qiáng)度越低，導(dǎo)熱系數(shù)越小，保溫隔熱性能越好。B03級(jí)加氣混凝土盡管具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，但其抗壓強(qiáng)度只有I.OMPa,特別是凍后強(qiáng)度只有0.8MPa,如果

8、抗壓強(qiáng)度不進(jìn)一步提高，則不足以抵抗變形應(yīng)力，會(huì)產(chǎn)生空鼓、開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題，不適合做墻體保溫材料。B04級(jí)以上可以用作單一墻體外保溫材料。1.2加氣混凝土與其他墻體材料導(dǎo)熱性能比較表2加氣混凝土砌塊與幾種墻體材料導(dǎo)熱系數(shù)比較種類密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.K )種類密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.K)加氣混凝土4007000.12 0.18燒結(jié)多孔磚8000.28燒結(jié)實(shí)心磚16000.81蒸壓灰砂磚14000.4 0.64燒結(jié)多孔磚12000.43鋼筋混凝土23001.75由表2可以看出，加氣混凝土在目前我國(guó)主要的外墻材料中導(dǎo)熱系數(shù)最低、密度最輕。1.3加氣混凝土墻體傳熱系數(shù)表3 B0

9、4加氣混凝土砌塊應(yīng)用于外墻編號(hào)保溫材料厚度(mm)外墻總厚度(mm)主斷面?zhèn)鳠嶙? (m .K/ W)傳熱系數(shù)2W/ (m .K)熱惰性指標(biāo)12002301.440.704.1622402701.690.594.9132502801.750.575.1043003302.060.496.0553503802.370.427.00表4 B05加氣混凝土砌塊應(yīng)用于外墻編號(hào)保溫材料厚度(mm)外墻總厚度(mm)主斷面?zhèn)鳠嶙?m2.K/W)傳熱系數(shù)2W/ ( m .K )熱惰性指 標(biāo)12002301.200.834.0022402701.400.724.7032502801.450.694.88430

10、03301.700.595.7653503801.950.516.64由表3、表4可以看出，加氣混凝土墻體傳熱系數(shù)隨墻體厚度的增加而顯著降低。按照北京地區(qū)65%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)墻體傳熱系數(shù)限值0.60 W/( m2.K)的要求，B04加氣混凝土厚度240mm,內(nèi)外抹灰厚度30mm，墻體總厚度270 mm ； B05加氣混凝土厚度 300mm，內(nèi)外抹灰厚度 30mm，墻體總厚 度330mm ;即可滿足65%墻體節(jié)能要求，不需要增加其他絕熱材料或空氣隔熱層。同時(shí)由于加氣混 凝土具有良好的熱惰性，有利于保持室內(nèi)空氣溫度的穩(wěn)定，提高居室的舒適性。1.4加氣混凝土耐火性能表5加氣混凝土耐火性能砌塊生產(chǎn)用原料體

11、積密度級(jí)別厚度(mm)耐火極限(h)水泥、礦渣、砂B051003.751505.752008.0水泥、石灰、粉煤灰B061006.02008.0水泥、石灰、砂B051504.0200大于4.0由表5可以看出，各種工藝生產(chǎn)的加氣混凝土產(chǎn)品都具有良好的耐火性。加氣混凝土墻壁一面 暴露在1000C的明焰達(dá)150min后，另一面的溫度也只有85C。由于其生產(chǎn)原料完全是不可燃的無(wú)機(jī)材料，當(dāng)其接觸到大于1600 C的火焰趨于熔化時(shí)，也不產(chǎn)生任何煙氣或有毒、有害氣體。1.5粉煤灰加氣混凝土的傳熱系數(shù)表6粉煤灰加氣混凝土墻體傳熱系數(shù)編號(hào)加氣混凝土密度 kg/m3砌體規(guī)格mm灰縫厚度mm抹面厚度mm砌體含水率%

12、傳熱系數(shù)2 W/ (m .K)14161020 980 X24051018.860.5624161020 80 X24051025.270.6134161020 80 24015104.490.51由上表可以看出，粉煤灰加氣混凝土砌體的傳熱系數(shù)和砌體的含水率關(guān)系較大，隨著砌體含水率的降低，砌體的傳熱系數(shù)值降低。400級(jí)粉煤灰加氣混凝土在平衡含水條件下 240mm墻厚傳熱系數(shù)達(dá)到了 0.51 W/ ( m2.K),完全能夠滿足北京地區(qū) 65%節(jié)能設(shè)計(jì)外墻導(dǎo)熱系數(shù)限值 0.60 W/ (m2.K) 的要求。2配套專用砂漿研究加氣混凝土自身具有空隙率高、吸水速度慢、吸水量大、孔洞多為橢圓形結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)

13、。加氣混 凝土目前常用的抹灰技術(shù)3是首先在加氣混凝土表面多次淋水，要求水滲透到規(guī)定的濕度，但一般 很難做到均勻足量吸水；然后用界面劑封閉拉毛，由于界面劑性能及施工方法的不同，很難做到封 閉完整、界面牢固；最后用116或114混合砂漿分層抹灰。這種現(xiàn)場(chǎng)抹灰很難保證石灰膏和砂子的質(zhì)量，很難保證水泥、石灰、砂的配合比，很難保證所用砂漿的強(qiáng)度均勻，這些因素都將直接影響 抹灰層的質(zhì)量。由于這種施工方法施工程序繁瑣，施工條件苛刻，材料質(zhì)量、施工質(zhì)量難以有效控 制，從而導(dǎo)致加氣混凝土抹灰層空鼓、開(kāi)裂、剝落等質(zhì)量問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生，嚴(yán)重影響了加氣混凝土使 用者的信心，阻礙了加氣混凝土的發(fā)展。應(yīng)用高性能的加氣混凝土專

14、用砂漿是解決這一應(yīng)用難題最 經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)便的有效措施5。2.1配套砂漿性能特點(diǎn)2.1.1加氣混凝土抹灰砂漿性能特點(diǎn)加氣混凝土所具有的持續(xù)吸水性對(duì)其抹灰施工影響較大。加氣混凝土表面孔隙雖多，但吸水速度卻大大低于粘土磚。這是由于加氣混凝土的氣孔多為墨水瓶”式的結(jié)構(gòu)，口小肚大，毛細(xì)管作用較差所致。因此，粘土磚墻抹灰前表面澆水使其吸足水量的作法，在加氣混凝土墻上往往不能奏 效。加氣混凝土表面看似澆水不少，實(shí)則吸水不多，抹灰后仍繼續(xù)從砂漿中吸收水分，造成抹灰層 干裂；同時(shí)砂漿中的膠凝材料因失水而不能充分水化導(dǎo)致強(qiáng)度降低，造成抹灰層的開(kāi)裂和空鼓。因 此，加氣混凝土專用砂漿必須具有很高的保水性，才能保證抹灰層

15、不空鼓、開(kāi)裂。加氣混凝土自身強(qiáng)度和彈模較低，與強(qiáng)度和彈性模量較高的砂漿之間容易產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，導(dǎo)致界面破壞。因此，抹灰砂漿的強(qiáng)度和彈性模量應(yīng)保持與加氣混凝土的一致性。加氣混凝土的標(biāo)號(hào)一般為 2.54.0 MPa左右，所以抹灰砂漿的標(biāo)號(hào)以4.07.0 MPa為宜。根據(jù)“蒸壓加氣混凝土砌塊”和“輕質(zhì)隔墻板”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，加氣混凝土制品的干燥收縮值應(yīng) 小于或等于0.5mm/m，專用砂漿的干燥收縮值應(yīng)小于或等于加氣混凝土的收縮指標(biāo)。2.1.2加氣混凝土砌筑砂漿性能特點(diǎn)砌筑砂漿硬化體密度會(huì)引起保溫墻體灰縫影響系數(shù)的變化，影響墻體的保溫性能?；铱p的砌筑 寬度，也會(huì)影響墻體的保溫性能。砌筑砂漿的保水性會(huì)影響其

16、施工性能，進(jìn)而影響砌體灰縫的飽滿 度、氣密性和砌體的劈剪強(qiáng)度。配制低密度、低傳熱系數(shù)、高粘結(jié)強(qiáng)度、高保水率的砌筑砂漿是保 證加氣混凝土外保溫體系性能的關(guān)鍵因素之一5。表7是不同砂漿體積密度對(duì)灰縫影響系數(shù)的影響關(guān)系。表7砌筑砂漿密度與灰縫影響系數(shù)砂漿密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)灰縫影響系數(shù)18000.871.2615000.761.2112000.631.1610000.461.108000.291.04注：1、加氣混凝土砌塊按 B05級(jí)計(jì)算。2、灰縫寬度按15mm計(jì)算。由表7可以看出，砂漿密度越低，導(dǎo)熱系數(shù)越低，灰縫影響系數(shù)越小。在保證砂漿必須的物理 力學(xué)性能的前提下，砂漿密度越低越有利于墻體保溫性

17、能的提高。表8是灰縫砌筑寬度對(duì)導(dǎo)熱影響系數(shù)的影響關(guān)系。表8灰縫寬度與灰縫影響系數(shù)灰縫寬度（mm）灰縫影響系數(shù)151.257101.18651.05631.006注：1、加氣混凝土砌塊按 B05級(jí)計(jì)算。2、砂漿密度1800 kg/m3由表8可以看出，灰縫寬度越小，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響越小。灰縫為5mm時(shí)灰縫的影響系數(shù)只有1.056。當(dāng)灰縫寬度為3mm時(shí)對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響系數(shù)接近于1，此時(shí)在進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)基本上可以不考慮灰縫的影響。2.2加氣混凝土專用砂漿的配制2.2.1加氣混凝土砌筑砂漿根據(jù)加氣混凝土性能特點(diǎn)，用普通硅酸鹽水泥、建筑用砂、外加劑等配制的加氣混凝土專用 砌筑砂漿的主要性能如表 9。表9加

18、氣混凝土專用砌筑砂漿性能編號(hào)保水率（）干密度（kg/nl）抗壓強(qiáng)度（MPa）粘結(jié)強(qiáng)度（MPa）177.5510994.730.26 （基材破壞）277.3111304.980.27（基材破壞）376.2112105.870.29（基材破壞）477.2312945.970.28（基材破壞）575.4213507.390.24（基材破壞）675.2713877.840.23（基材破壞774.8714058.520.23（基材破壞）注1粘結(jié)強(qiáng)度所用基材為北京現(xiàn)代建材公司B04粉煤灰加氣混凝土砌塊。2.基材破壞”指拉伸粘結(jié)強(qiáng)度斷裂處在加氣混凝土砌塊上。由表9可以看出，加氣混凝土專用砌筑砂漿的抗壓強(qiáng)度隨

19、砂漿干密度的提高而增加。表9中的砌筑砂漿均具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，拉伸粘結(jié)的破壞面均發(fā)生在加氣混凝土砌塊上。結(jié)果表明，本研 究所配制的專用砌筑砂漿能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加氣混凝土的牢固粘結(jié)。222加氣混凝土抹灰砂漿本研究配制的加氣混凝土抹灰砂漿的主要性能指標(biāo)如表10。表10加氣混凝土抹灰砂漿性能編號(hào)保水率（）抗壓強(qiáng)度（MPa）彈性模量（MPa）183.084.471608286.336.941750390.197.181987表11粘結(jié)強(qiáng)度及破壞形式砌塊加氣05現(xiàn)代04現(xiàn)代05編號(hào)粘結(jié)強(qiáng)度（MPa）破壞形式粘結(jié)強(qiáng)度（MPa）破壞形式粘結(jié)強(qiáng)度（MPa）破壞形式1#0.479基材0.225基材0.432基材2#0

20、.412砂漿0.249基材0.343砂漿3#0.394基材0.225基材0.323基材4#0.427基材0.296基材0.318基材5#0.473基材0.286基材0.436基材6#0.490基材0.318基材0.390基材注：砂漿指砂漿層破壞；基材指加氣混凝土砌塊破壞；脫落指砂漿與砌塊界面脫落。表10實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本研究所配制的加氣混凝土專用抹灰砂漿抗壓強(qiáng)度在47 MPa之間，與加氣混凝土砌塊強(qiáng)度基本匹配；彈性模量在16002000 MPa之間，與加氣混凝土的彈性模量基本相配；保水率在80%以上，適用于加氣混凝土的薄層抹灰和厚層抹灰。專用抹灰砂漿對(duì)不同廠家加氣混凝土作基材的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度如表1

21、1。試驗(yàn)所用的加氣混凝土砌塊分別為北京市加氣混凝土廠生產(chǎn)的05級(jí)砌塊與北京市現(xiàn)代建筑材料公司生產(chǎn)的04級(jí)和05級(jí)砌塊。試驗(yàn)結(jié)果表明，專用抹灰砂漿對(duì)不同品種的加氣混凝土都具有良好的粘結(jié)性能。拉伸粘結(jié)的破壞界面均發(fā)生在加氣混凝土基材上（如圖1所示）；砂漿與加氣混凝土界面脫落基本上沒(méi)有發(fā)生；砂漿自身破壞也發(fā)生較少。拉伸強(qiáng)度的高低隨加氣混凝土體積密度而變化，體積密度大拉伸強(qiáng)度高。圖1加氣混凝土砌 塊破壞形式3熱橋部位的處理對(duì)于加氣混凝土外墻梁、柱等框架結(jié)構(gòu)的熱橋”部位，用外貼膨脹聚苯板進(jìn)行斷橋”處理，保證墻體良好的熱工性能。用聚合物粘結(jié)砂漿粘貼聚苯板于熱橋”部位，并用錨固釘進(jìn)行適當(dāng)固定，聚苯板表面用聚

22、合物砂漿加玻纖網(wǎng)格布保護(hù)。聚苯板技術(shù)要求見(jiàn)表12,傳熱系數(shù)見(jiàn)表13。表12膨脹聚苯板項(xiàng)目指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)表觀密度，kg/m3 18水蒸汽透濕系數(shù)，ng/Pa m-s 0.1尺寸穩(wěn)定性，% 0.1吸水率，% 25氧指數(shù)，% 30彎曲變形,mm 20導(dǎo)熱系數(shù)，w/m - k 0.041表13膨脹聚苯板用于熱橋部位熱物理性能膨脹聚苯板厚度d傳熱阻 R0 ( m2.K/ W )傳熱系數(shù)2 k ( W/m .K)熱橋部位基層墻體701.650.60鋼筋混凝土801.850.54902.050.491002.250.441102.450.41注：保溫層修正系數(shù)1.2,膨脹聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)按0.042X 1.2=

23、 0.05 W/m2.K計(jì)算聚合物砂漿和耐堿玻纖網(wǎng)格布技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合JG1492003膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)中相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。4加氣混凝土外墻自保溫體系在寒冷地區(qū)公共建筑的應(yīng)用實(shí)例4.1粉煤灰加氣混凝土外墻自保溫體系在北京金隅集 團(tuán)技術(shù)中心大樓的應(yīng)用該建筑屬于公共建筑，地上5層，地下2層，總建筑面積 33952平方米，其中地上 23485平方米，地下10467平方米。外墻為混凝土框架加氣混凝土填充結(jié)構(gòu)體系，加氣混凝土為400級(jí)粉煤灰加氣混凝土，砌筑抹灰砂漿為加氣混凝土專用砂漿。梁、柱等熱橋部位采用外貼70mm模塑聚苯板斷橋處理?？照{(diào)冷源為2臺(tái)單機(jī)制冷量為1392kW的螺桿機(jī)組，采暖熱源為2臺(tái)單機(jī)供熱量為120X104 kcal/h 的燃?xì)鉄崴仩t。經(jīng)北京市建筑工程研究院進(jìn)行 “民用建筑能效測(cè)評(píng)標(biāo)識(shí) ”，該建筑外墻傳熱系數(shù)達(dá)到 0.56W/m 2.K ；與 80 年代建筑的能耗相比較，該建筑節(jié)能率達(dá)到65.1%。4.2 粉煤灰加 氣混凝土外 墻自保 溫體系在其他公共建筑的 應(yīng)用自 2007 年以來(lái)，北京金隅集團(tuán)生產(chǎn)的 400 級(jí)、 500 級(jí)加氣混凝土和專用砂漿配套，用于外墻自 保溫體系和分戶墻保溫，