泡沫混凝土保温板在预制夹芯复合外墙中的应用.pdf

全 国中文核心期刊 钎 建蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 泡沫混凝土保温板在预制 夹蔺复合夕 IlI墙巾硇应用 管文 【 上海市建筑科学研究院 ( 集团) 有 限公司， 上海2 0 0 0 3 2 ] 摘要 ： 对泡沫混凝土保温板的抗压强度、 体积吸水率、 软化系数和干燥收缩性能进行了 研究。并以泡沫混凝土保温板作为夹芯 材料预制成保温板夹芯复合墙体， 进一步试验研究了该复合墙体的热工性能、 体积吸水率、 冻融循环、 燃烧等性能， 结果表明， 泡沫 混凝土保温板在夹 芯复合墙体中的应用是 安全 的， 可为装配式住宅预制夹芯复合保温 外墙 的发展提供技术支撑 。 关键词： 装配式住宅； 预制夹芯复合墙体； 泡沫混凝土； 耐久性能； 热工性能 中图分类号： T U 5 2 8 ． 2 ， T U 5 5 1 ． 3 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 — 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 1 0 — 0 0 7 4 — 0 3 Ap p l i c a t i o n o f f o a m e d c o n c r e t e i n s u l a t i o n b o a r d i n p r e f a b r i c a t e d s a n d wi c h c o m p o s i t e wa l l G N We n ( S ha n g h a i Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Bu i l d i n g S c i e n c e ， S ha n g h a i 2 0 00 3 2 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Th e c o mp r e s s i y e s t r e n g t h， v o l u me o f wa t e r a b s o r p t i o n， s o f t e n i n g c o e ffi c i e n t ， d r y s h rin k a g e o f t he f o a m c o n c r e t e i n s u l a t i o n b o a r d we r e s t u d i e d．An d s a n d wi c h c o mp o s i t e wa l l wi t h f o a me d c o n c r e t e i n s u l a t i o n wall wa s p r e f a b ric a t e d ．Th e r ma l p e r f o rm a n c e ， v o l u me of wa t e r a b s o rpt i o n， f r e e z e - t h a w c y c l e ， e o mbu ~i o n a n d o t h e r p e rf o rm a n c e s o f t h e s a n d wi c h c o mp o s i t e wall we r e f u r t h e r r e s e a r c h e d ．Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a p p l i c a t i o n of t h e foa m c o n c r e t e i n s u l a t i o n b o a r d i n s a n d wi c h c o mp o s i t e wall i s s a f e ， p r o v i d i n g t e c h n i c al s u p p o r t for t h e d e v e l o p me n t of p r e f a b ric a t e d s a n d wi c h c o mp o s i t e wa l l i n a s s e mb l e d r e s i d e n t i a l b u i l d i n g s ． Ke y wo r d s ： a s s e m b l e d r e s i d e n t i al b u i l d i n g s ： p r e f abr i c a t e d s a n d w i c h c o m p o s i t e w a l l ： f o am e d c o n c r e t e ： d u r a b i l i t y ： t h e r m al p e rfo r man c e 0 前言 2 0 1 1 年， 上海市建设交通委、 市住房保障房屋管理局等7 部门在《 关于“ 十二五” 期间本市加快推进住宅产业现代化发 展节能省地型住宅的指导意见》 中提出稳步推动装配式工业 化住宅体系应用， 在满足保温材料防火、 耐久性能的前提下， 优化外保温体系和与全装修住宅相适应的内保温体系，着重 研究开发适合上海地区的墙体结构自保温和墙体夹芯保温体 系。所谓装配式住宅【l 】 是指工业化生产统一、 标准的房屋单元 或构件， 然后运至工地现场装配就位而生产的住宅。 而工厂化 生产的预制混凝土构件， 无论强度、 品质、 耐久性等均大大高 于现场浇注的混凝土结构， 也更能满足“ 节能” 和“ 环境友好 基金项目： 上海市科学技术委员会资助项目 ( 1 0d z 0 5 8 3 6 03 、 1 0 d z 0 5 8 3 7 0 5 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 8 — 2 4 作者简介 管文， 女， 1 9 7 5 年生， 湖北蕲春人， 工程师。 地址： 上海市申 富路 5 6 8号 ， E — ma i hg u a n w e n n @v i p ． s i n a ． c o rn。 7 4 新型建筑材料 2 0 1 2 ．1 0 型” 设计的要求。在装配式住宅中， 预制泡沫混凝土保温板夹 芯复合墙体事先像夹心饼干一样置于混凝土墙体中，泡沫混 凝土保温板不易受外界环境侵蚀， 因此， 建筑的保温耐久性能 和安全性也更好。 国内的夹芯复合墙体多采用聚苯板、 聚氨酯 等有机材料作为保温层嘲 ， 而对于不燃型泡沫混凝土保温板作 为夹芯保温层材料却研究不多。本文主要对预制夹芯复合墙 体中泡沫混凝土保温板的性能以及整个夹芯复合墙体的热工 性能进行研究，为装配式住宅夹芯保温复合墙体的发展提供 技术支撑。 1 实验 1 ． 1 原材料 泡沫混凝土保温板： 以普通硅酸盐水泥为无机胶凝材料， 辅以 粉煤灰或硅灰为掺合料，同时加入发泡剂和其它外加剂 经搅拌、 化学发泡、 浇注成型， 并经过养护、 机械切割的闭孔轻 质无机保温板。 1 ． 2 主要仪器设备 电热鼓风干燥箱： 最高温度2 0 o ℃； 压力试验机： 精度不 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 管文： 泡沫混凝土保温板在预制夹芯复合外墙 中的应用 低于 2 ％； 立式收缩仪： 精度为0 ．0 1 m l n ； 低温冷冻箱： 最低工 作温度一 3 0 ℃以下。 1 - 3 试件制备及试验方法 ( 1 ) 试件尺寸： 1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m m； 干密度、 抗压强 度、 导热系数参照J G ／ T 2 6 6 —2 0 1 1 《 泡沫混凝土》 的试验方法 进行；其中抗压强度试验是将泡沫混凝土试件在标准养护条 件【 ( 2 0 2 ) o C 、 相对湿度9 0 ％以上】 养护2 8 d ， 取出测试2 8 d 抗压强度； 泡沫混凝土经2 8 d 标准养护后， 再经自然养护条 件下养护至5 6 d 和9 0 d ， 分别测试5 6 d 和9 0 d的抗压强度。 ( 2 ) 体积吸水率测试方法： 泡沫混凝土试块在( 6 0 5 )℃ 条件下烘干至恒重， 置入干燥器中， 冷却至室温， 称量烘干后 的试件质量％， 精确至0 ． 1 g ； 将泡沫混凝土试块完全浸入水 温为( 2 0 5 ) o C 的恒温水槽内， 浸泡时间为3 h 。 取出试块后立 即放在拧干水分的毛巾上排水 1 0 m i n ，用海绵吸取每个试块 表面的 水分， 每 次吸 水前用力挤出 海绵中的 水。 待试块各表面 残余水分吸干后， 立即称量试块的质量 ， 精确至’ 0 ． 1 g 。 体积 吸水率按式( 1 ) 计算： WR = ~ s - Mo ) ~ l O S ／ V ( 1 ) 式中： 。 广体系吸水率， ％； ‰一试块烘干后质量， g ； 一 试块吸水后质量， g ； —— 试块体积， m m 。 试验结果按3 个试块的算术平均 值进行评定， 体积吸水 率的计算精确至0 ． 1 ％。 ( 3 ) 干燥收缩性能试验参照 G B ／ T 1 1 9 6 9 --2 0 0 8 《 蒸压加 气混凝土性能试验方法》 ( 快速法) 进行。 ’ ( 4 ) 软化系数试验参照J G 1 5 8 --2 0 0 4 《 胶粉聚苯颗粒外 墙外保温系统》 的试验方法进行。 ( 5 ) 干湿循环试验将泡沫混凝土试块标准养护 2 8 d 后， 置于( 6 0 5 ) ℃烘箱干燥 8 h ， 然后马上浸入温度为( 2 O 3 ) o C 的水中1 6 h 作为1 个循环， 共进行 1 5 次循环后， 测试其强度 损失。 ( 6 ) 冻融循环试验： 模拟复合夹芯保温墙体的构造形式， 成型面积为3 0 0 m m x 3 0 0 m m的夹芯泡沫混凝土复合试块， 试 块构造为： 6 0 m m厚钢筋混凝土+ 1 2 0 m m厚泡沫混凝土保温 板+ 6 0 m m厚钢筋混凝土， 四周用抗裂砂浆密封( 上下钢筋混 凝土两面3 0 0 m m x 3 0 0 m m除外) ，然后涂刷环氧树脂，养护 2 8 d 后进行 2 5 次冻融循环。 冻融循环结束后观察试块外表面 是否有裂缝， 测试整个试块是否有质量损失， 然后剖开取出泡 沫混凝土保温板测试含水率、 抗压强度， 并计算强度损失率。 ( 7 ) 燃烧性能试验： 参照 G B 8 6 2 4 --2 0 0 6 《 建筑材料及制 品燃烧性能分级》 进行。 2 结果与讨论 2 ． 1 泡沫混凝土保温板的物理力学性能 ( 见表 1 ) 表 1 泡沫混凝土保温板的基本物理力学性能 干密度、 导热系数、 抗压强度是泡沫混凝土的3 个主要性 能参数， 这3 个参数互相制约。一般干密度越小， 导热系数也 越低， 其保温效果越好， 但意味着其强度也越低， 在一定程度 上限制了泡沫混凝土的应用。 因此， 实际工程应用中必须同时 兼顾工程对泡沫混凝土的密度、 抗压强度、 导热系数等性能的 综合要求确定。 根据实践经验， 夹芯复合墙体预制过程中夹芯 保温层材料的抗压强度大于0 ． 4 M P a 时，在施工过程中夹芯 保温层材料不易损坏。因此， 选用2 2 0 k g ／ m 泡沫混凝土保温 板用于预制夹芯复合保温墙体中，并以该密度的试块继续下 列耐久性试验研究。 2 ． 2 泡沫混凝土保温板的耐久性试验 2 ．2 ． 1 长期抗压强度试验 泡沫混凝土保温板为轻质多孔结构， 因此， 有必要研究泡 沫混凝土保温板的长期抗压强度。 根据试验结果( 见图1 ) ， 当 泡沫混凝土保温板超过2 8 d 标准养护期后， 其强度基本趋于 稳定。 Z8 b b O 养护龄期／ d 图 1 泡沫混凝土保温板各龄期抗压强度 2 ．2 ．2 体积吸水率与干燥收缩值 吸水率是衡量泡沫混凝土保温板耐久性的一项重要技术 指标。 泡沫混凝土保温板吸水后其保温效果急剧下降； 在低温 寒冷天气条件下， 则会因冻融而造成强度和结构的破坏， 严重 影响泡沫混凝土保温板的耐久性。 因此， 要求泡沫混凝土保温 板的 吸水率 控制在一定范围。 根据本 试验结果， 2 2 0 k g ／ m 3 泡 沫混凝土保温板的体积吸水率为9 ． 5 ％。 采用快速法测得泡沫混凝土保温板的干燥收缩( 见表 2 ) 在超过3 d 后基本趋于稳定， 其干燥收缩值为1 ． 1 3 I I I I ~ I T I 。 N E W BUl L DI NG M ATE R I AL S 7 5 6 5 4 3 2 1 0 0 0 O O O 日 莹＼ 骶幽 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 管文： 泡沫混凝土保温板在预制夹芯复合外墙中的应用 表 2 泡沫混凝 土保温板的干燥收缩 m m ／ m 浸水 7 2 h 1 d 2 d 3 d 4d 7 d 1 6 d 0 0 ．93 1 ． 0 6 1 ． 1 3 1 ． 1 3 1 ． 1 3 1 ． 1 3 2 ．2 ．3’ 软化系数 泡沫混凝土保温板的基准抗压强度为0 ． 5 6 M P a 时， 浸水 4 8 h 后， 测得其抗压强度为0 ． 4 6 M P a ， 计算得泡沫混凝土保温 板的软化系数为0 ． 8 2 。 2 ． 2 ． 4 干湿循环 泡沫混凝土保温板经l 5 次干湿循环试验后，抗压强度由 0 ．5 6 M P a 降低到0 ． 4 4 M P a ， 抗压强度损失率达到2 1 ％， 这表明 泡沫混凝土保温板具有一定抵抗环境温、 湿度度变化的能力。 2 ． 2 ． 5 冻融循环 综合考虑泡沫混凝土保温板的体积吸水率、 软化系数、 抗 压强度及泡沫混凝土保温板在夹芯复合墙体系统中的实际应 用情况，模拟复合夹芯保温墙体的构造形式，成型面积为3 0 0 m m x 3 0 0 m m的夹芯泡沫混凝土复合试块进行2 5 次冻融循环。 夹芯泡沫混凝土复合试块经2 5 次冻融循环试验后， 混凝 土表面状况良 好， 无裂缝发生。经测试， 整个试块的质量损失 率为0 。将冻融循环后的试块剖开后取出内部的泡沫混凝土 保温板， 测试其体积含水率和抗压强度。经测试， 冻融强度损 失率为7 ． 1 ％， 体积含水率为 1 ． 6 ％， 而泡沫混凝土保温板自身 的体积吸水率为9 ． 5 ％， 软化系数为0 ． 8 2 。这说明复合夹芯保 温墙体两边的钢筋混凝土对内部的泡沫混凝土保温板有很好 的保护作用。 从冻融循环的角度来说， 泡沫混凝土保温板在夹 芯复合墙体中的应用是安全的。 2 ． 2 ． 6 燃烧性 能 燃烧性能检验依据G B 8 6 2 4 --2 0 0 6 《 建筑材料及制品燃 烧性能分级》 、 G B 厂 I 5 4 6 4 --2 0 1 0 ( 建筑材料不燃性试验方法》 、 G B ／ T 1 4 4 0 2 --2 0 0 7 《 建筑材料及制品的燃烧性能 燃烧热值的 测定》 进行综合判定， 经国家建筑工程材料质量监督检验中心 检测， 结果见表3 。 表 3 泡沫混凝土保温板 的燃烧性能 根据表 3 结果得知，泡沫混凝土保温板的燃烧性能符合 G B 8 6 2 4 --2 0 0 6中建筑材料A 1 级的要求。 3 试点工程及复合保温外墙热工性能计算 3 ． 1 试点工程简介 7 6 新型建筑材料 2 0 1 2 ． 1 0 上海市预制装配式建筑研发中心2号试验楼是采用了 P C 和绿色建筑技术应用为特色的实验性作品， 坐落于上海市 奉贤区海港综合经济开发区。本工程以较大面积的中高档商 品房户型为原型， 采用全预制装配式框架结构体系， 外挂预制 混凝土夹芯保温复合墙体， 依托于中国台湾润泰技术体系， 根 据大陆的实际情况进行调整。 本工程占 地面积3 9 0 ． 6 n l ， 建筑 总面积 1 2 9 8 ． 2 m ， 由上海市城市建设设计研究院设计， 上海 市城建市政集团施工。其中泡沫混凝土保温板夹芯复合墙体 由上海市住总工程材料有限公司预制， 其各项力学性能、 耐久 性和热工性能均能满足该工程的设计要求。 3 ． 2 泡沫混凝土夹芯复合保温外墙热工性能 3 ．2 ． 1 设计要求与计算依据 ( 1 ) 上海市地方标准D G J 0 8 —2 0 5 —2 0 1 1 《 居住建筑节能 设计标准》 按建筑节能6 5 ％要求外墙平均传热系数K m ≤1 ． 2 W／ ( m K ) ： ( 2 ) 外墙平均传热系数 的计算方法均按上海市地方 标准D G J 0 8 —2 0 5 —2 O l 1 中的附录A规定； ( 3 ) 夹芯保温墙体各构成材料的热物理性能指标按表 4 取值。 表 4 夹芯保温墙体各构成材料 的导热系数计算值 c 导热系数／ [ W／ ( m K ) 】 夹芯保温墙体各构成材料———— 标准值 A 计算值 A c 注 ： 泡沫混凝土保温板导热系数设计计算值 的修正系数为 1 ． 2 。 ( 4 ) 采用预制泡沫混凝土保温板夹芯复合墙体做外墙时， 墙体内外表面均不再作粉刷层或保温层。 ( 5 ) 试点工程中， 泡沫混凝土保温板夹芯外墙作为框架结 构的外挂墙板，因而其主墙体传热系数即为墙体的平均传热 系数。 3 ． 2 ．2 复合保温外墙热工性能计算 泡沫混凝土保温板夹芯复合外墙的构造形式为： 钢筋混 凝土6 0 m m + 泡沫混凝土保温板7 0 m m + 钢筋混凝土6 0 m m 。 其热工计算结果见表5 。 表 5 泡沫混凝土夹芯复合保温外墙的热工 眭能 材料热阻4 m 2 K ／ W] 主墙体传热阻 Rd ( mz ． K ) ， W 主墙体传 热系数／ [ W／ ( m z ． K ) 】 平均传热系数 K 田 ／ [ w， ( m 2 K ) ] 0 ．03 4 5 0 ． 9 72 0 ．03 4 5 Ro = O．0 3 4 5 + 0 ． 9 7 2 + 0．0 3 4 5 + 0 ． 1 5 =1 ． 1 91 0 ． 8 4 0 0 ． 8 4 0 ( 下转第 8 0页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 梅胜， 等： 膨胀珍珠岩蒸发层厚度对屋面蒸发隔热效果的影响分析 p 赠 模 块 厚厦 ／ m m 图 5 模块 1 ～ 模块 6厚度及隔热温度 通过图5 对比发现， 最大值温差、 平均温差与隔热层厚度 呈现明显的线性变化特征，平均温差与模块厚度的关系为 △ f = 0 ．0 1 6 h + 4 ． 6 5 0 ， 相关系数 = 0 ． 7 1 2 ； 最大值温差与隔热层 厚度的关系为： A t 2 = O ． 0 1 6 h + 1 7 ． 2 2 ， 相关系数R 2 = 0 ． 5 6 7 。 4 结语 相对于裸露屋面，加设膨胀珍珠岩的屋面无论对室外温 度的衰减还是对温度波的延迟， 均表现出良好的隔热性能； 通 过对不同厚度膨胀珍珠岩模块的隔热性能分析，发现膨胀珍 珠岩隔热屋面需要一定的厚度， 厚度太小， 太阳辐射易穿透， 隔热不稳定， 起不到良 好的隔热效果； 但厚度也不能过大， 厚 度大虽然白 天隔热效果 好， 但是晚 上散热效果差， 对于夜间使 用的建筑不利， 其最佳厚度有待进一步研究。 参考文献 ： [ 1 】 涂 逢祥 ， 王 庆一 ． 我 国建筑 节能现 状及 发展【 J J ． 新 型建筑 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隔热模块蒸发特性 实验 研究【 J J ． 新型建筑材料， 2 0 1 2 ( 9 ) ： 5 8 — 6 0 ． A ( 上接第 7 6页) 由表5可见， 热工计算结果 为0 ． 8 4 0 ， 符合( D G J 0 8 — 2 0 5 —2 0 1 1 中附录A规定K m < 1 ． 2 W ／ ( m K ) 的要求， 表明泡沫 混凝土保温板夹芯复合外墙能满足夏热冬冷地区墙体节能 6 5 ％要求。 4 结论 ( 1 ) 当泡沫混凝土保温板超过2 8 d 标准养护期后， 其强 度基本趋于稳定。 ( 2 ) 2 2 0 k g ／ m 泡沫混凝土保温板的体积吸水率为9 ． 5 ％， 干燥收缩( 快速法) 为 1 ． 1 3 m m ／ m 。 ( 3 ) 泡沫混凝土保温板作为夹芯保温层应用于夹芯保温 8 0 新型建筑材料 2 0 1 2 ． 1 0 复合墙体中， 在墙体两边钢筋混凝土的保护下经2 5 次冻融循 环其抗冻性合格，即泡沫混凝土保温板在夹芯复合墙体中的 应用是安全的。 ( 4 ) 6 0 m m厚钢筋混凝土+ 7 0 m m厚2 2 0 k m 3 泡沫混凝 土保温板+ 6 0 m m厚钢筋混凝土的预制夹芯复合墙体能满足 夏热冬冷地区建筑节能6 5 ％ 要求。 参考文献 ： [ 1 ] 梁桂保， 张友志． 浅谈我国装 配式住宅 的发展进程【 J J ． 重庆工学院 学报 ， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 5 0 — 5 2 ． 【 2 】 周丽红， 李寿德． 夹芯复合墙体研究与探讨l J 】． 墙材革新与建筑节 能， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 4 1 — 4 3 ． A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m