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加气混凝土单一保温节能墙体体系
加气混凝土行业在我国得到了很大发展，但在人们的心目中都仅把它看成是一种轻质墙体材料，很少把它与节能联系起来。甚至有些城市还不敢把它用作外墙。反思我们几十年来发展单一墙体保温体系的实践，充分认识加气混凝土在节能体系中的地位，弥补现有复合体系的不足，发挥其独特的优势是具有现实和长远意义。
O引言
2005年，本人曾在《中国建筑报》发表过一篇题为《应大力研发和应用单一保温墙体节能体系》的拙作。旨在节约资源，简化施工工序，降低造价，推崇加气混凝土单一保温墙体的外墙节能体系其实这一作法在20世纪30年代的北欧就开始实践，这种材料的发明起源于德国。它们在20世纪20年代研制了灰砂砖，将磨细石灰和砂子经过混合、成型，高压养护制成一种实心砖以替代传统的黏土砖。1924年，瑞典人在这些材料中加入铝粉制成加气混凝土，1929年并以工业化方法生产，最初的商品名为“伊通”(YTONG，Y是这个厂址所在城市的第一个字母。TONG是瑞典文水泥的后缀)。后来，在瑞典又发展了另一种叫“西波列克斯”(siporex)品牌的加气混凝土，后来在德国、英国、荷兰等地发展了各种品牌的加气混凝土制品，尤其在二次大战后，在世界各国大量发展起来。用这种制品最早修建的建筑是20世纪30年代初建于瑞典，至今已有70多年历史。在20世纪90年代我们曾去参观过，是建于斯德哥尔摩远郊的一幢2层住宅，内承重墙和外墙均采用B05级的产品。我国于1965年引进了瑞典“siporex”专利，1967年正式投产，至今也已有40多年历史(其实我国在引进国外专利之前，已研发了这种产品，主要是板材。1966年，在北京第三建筑公司修建了一幢由加气混凝土板材承重的3层宿舍楼，780m2建筑面积)。引进后，最早的产品也是板材，屋面板应用在北京月坛一条街，大部分墙板用于几个大型发电厂的外墙(军粮城电厂、涉县电厂、娘子关电厂和内蒙106电厂)。从20世纪70年代开始，北京大量推行这种节能墙体，主要是内外墙板。应用建筑有北京加气厂的办公楼、自家庄建材局的家属宿舍楼(以上2幢建筑内、外墙、屋面板、楼板都是加气混凝土制品)以及一大批高层住宅和公共建筑。例如安定门小区、总参住宅、东大桥l0#楼、交通部住宅、糖业烟酒公司、储运公司仓库等。20世纪80年代修建了著名的大型公共建筑——建筑面积达25000m2：的国际展览中心，它都是一体化外墙，只是当时没有突出“节能”这个名称而已。20世纪90年代，北京正式执行节能30％的标准。北京建筑设计院与北京市加气混凝土三厂(后改名为北京现代建筑材料有限责任公司)合作，在北京市科委、建委的支持下，在该厂修建了一植3300m2：的6层“抗震、节能新体系住宅”：外墙采用B06级墙厚300mm的加气混凝土砌块、屋顶采用加气混凝土屋面板，承重墙采用粉煤灰砖，该建筑物节能指标超过50％，至今已使用l6年，效果良好。
近20年来，加气混凝土行业在我国得到了很大发展，但在人们的心目中仅把它看成是一种轻质墙体材料，很少把它与节能联系起来，甚至有些城市还不敢把它用作外墙。近10年，各种外墙保温体系发展迅速，绝大部分都是复合墙体，即将保温材料复合在传统墙体材料的外表或内表，较为普遍采用的保温材料是泡沫聚苯乙烯板。保温墙体的应用无疑对推动我国建筑节能事业是一大进步，但是其所使用保温材料其原材料属有机化工材料，大部分来源于石油，生产制造中高能耗，随着油价和电价的飙升以及这种复合保温体系在施工上较为复杂，难免造成工程质量中的许多问题。因此，反思我们几十年来发展实践，弥补现有复合体系的不足，充分认识加气混凝土单一墙体保温体系在建筑节能中的位置，发挥其独特的优势是具有现实和长远意义的。其优势表现为：第一，我国大部分加气混凝土企业原材料主要是工业废料——粉煤灰。我国煤炭资源丰富，火电是主要发电方式，粉煤灰资源丰富，分布面广；第二，制造工业化程度高，产品质量有保证；第三，施工简单，工序少，效率高；第四，在造价上比外保温复合体系有很大优势；第五，耐久性好。在瑞典，20世纪30年代就开始使用，已有70多年的历史。原上海杨浦硅酸盐制品厂麻毅同志考证的上海国际饭店内墙，福州大楼外墙，使用年限基本和瑞典同步，也长达70余年。麻毅同志还陪同我们参观过这个生产厂的遗址——原上海国棉六厂；第六，产品可一材多用：既可以做成板材f用作外墙、隔墙、屋面甚至于楼板)，又可做砌块(用作外墙、内墙、隔墙)，还可制造保温材料f用作屋面、地面以及复合外墙。尤其是近年研发出的B03、B04级轻质制品，保温特性更优化)，最近又开发出的钢结构防火板，使其应用的领域更加广泛。
笔者2005年曾发表过上述观点后，陆续听到各方面的意见和建议。本文想就保温和墙体合一的保温体系做一些补充阐述。
l复合保温体系在我国不同气候区应用的可行性
保温和墙体合一的复合保温体系能否在全国使用，取决于材料性能能否符合各地不同气候区的节能规范。我国现行节能规范从建筑类型上分为“公共”和“居住“2类；从不同气候区来分，目前已发布的规范有章可循的分作4个地区：即夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、寒冷地区和严寒地区(又分A区和B区)；从节能率来看，可分为节能50％和个别城市节能65％地区（详见表1、表2和表3)。从表中可以看出，外墙传热系数要求最高的是严寒地区A类公共建筑和居住建筑，要求达到≤0．4w／(m2·•k)，要求最低的是夏冷冬暖地区的居住建筑，当D≥3．0时，其传热系数仅要求2．0W／(m2•k)。当然这一数值也不是绝对的，最终以单位面积耗能量判定，各部位可以调整，但为便于对问题的探讨，暂以此指标为界定值。由此我们再回过头来审视各类级别、各种厚度的加气混凝土砌块墙的热工指标，能否满足上述要求。级别由B04级至B06级；墙厚由200mm~500mm共7种；墙体砌筑灰缝厚度又可分15mm和3mm2种，详见表4、表5。从表中可以看出墙厚400mm、灰缝3mm的B04级砌块，其传热系数就能达到0．37W／(m2·k)，满足严寒地区公建和居建指标0．4W／(m2•k)。其他地区当然更没有问题。

所以可以认为，加气混凝土作为单一保温墙体能满足当前全国各个地区节能标准，哪怕是最寒冷的严寒地区A区的各类建筑。但墙厚是400mm，按传统而言，在我国严寒地区墙厚370mm或490mm较普遍，但当时是小砖砌筑，在技术上没有问题；现在加气混凝土砌块体积大、分量重是否给施工带来困难，但这一问题也不难解决，砌筑时可分2层砌筑，如250mm+150mm或200mm+200mm，技术上应该没有问题。与保温复合墙比，相对减薄墙厚，减少建筑面积，增大使用面积等方面，复合墙体有优势。从单方造价而论，单一墙体占绝对优势，如何取舍，这需要分析；损失使用面积(或加大建筑面积)合算，还是降低造价合算?这取决于投资者的决策。当然在技术上还有别的选择，即将加气混凝土墙也做成复合墙，尤其做内复合墙，优势十分明显，当然也可做夹心保温墙。
2复合保温体系在经济上的可行性
本人对全国建筑造价材料价格不太了解，仅就北京地区作过分析。将北京经常使用的4种墙体与保温板(EPS板)复合后的墙厚、热工性能和造价3个方面与密度为B04、B05、B06和砌筑灰缝为≤15mm、≤3mm的不同加气混凝土墙厚作比较，发现差不多同样墙厚、同样热工性能的单一墙体材料较为突出的是B05、B06级产品比复合墙体材料的造价要低45％左右，如当轻骨料混凝土和混凝土空心砌块复合墙的墙体厚度为275~288mm，传热系数≤058W／(m2•k)时，造价为142．90～147．59元／m2(其中防护层作法已包括人工)。同样传热系数≤0．58W／(m2•k)，采用B05、B06级产品灰缝≤3mm，墙厚为325mm的单一墙体造价分别为65．90～75．90元／m2，如采用B04级产品，灰缝≤3mm，墙厚为225～275mm的单一墙体，造价分别为75．90~89．10元／m2(其中材料费虽不包含人工费但已包括砌筑砂浆和内外墙抹灰材料)，详见表6。故在寒冷地区，如节能65％的北京，单一节能墙体在经济上占有绝对优势。
3复合保温体系在技术上的可行性
3．1“热桥”问题
“热桥”是保温体系普遍存在的问题，关键是什么样的“热桥”不允许?当然是会产生结露的热桥是不允许的。与复合墙体比较，加气混凝土单一墙体的某些部位不存在“热桥”问题，如女儿墙、窗户外侧周边墙。当然，在梁、柱、构造柱等处，由于其外表因2种不同材料处于同一表面所产生的“热桥”问题同样存在，若产生结露，也要解决。对于会产生结露的地区，一般是粘贴保温板，为防止界面处开裂，还需要特殊处理(如玻纤网格布聚合物水泥砂浆)，所以比较麻烦。当前国外的处理方法是在该部位采用复合材料外部为低密度加气混凝土薄板内贴聚苯乙稀保温板的配件，这样在该部位的外表与墙体是同一材料。目前我国的生产水平已有可能生产这种配件，如能将B04级的产品切割成厚度为3mm的薄片，这样工厂就能专门制作解“热桥”问题应该注意。因为其热工性能好，所以墙身可以薄，但相应带来的问题是灰缝距离短，如用普通砂浆灰缝厚，在该部位易于产生“热桥”，解决方法有3种：一是采用具有一定保温性能的砌筑砂浆，如过去现代公司生产的AM1砌筑砂浆；二是采用密缝黏结砂浆，灰缝≤3mm，但前提是砌块尺寸必须精确；三是将墙加厚，但这要做各方面的分析。还‘热桥”部位是出挑构件(如阳台的楼板、挡板、分户墙板以及门头的雨罩、空调机隔板等等)，这也是保温体系的普遍问题。这一问题应从建筑设计的根本抓起，如有些可有可无的出挑构件能否取消，另外能否将构件与墙的面接触改成点接触以减少“热桥”面积；再一个方法是根据加气混凝土制品的特点，它本身就是保温构件，如墙板、屋面板、楼板等等，那么出挑的阳台楼板、挡板、雨罩等应该全能用加气混凝土板材解决。
3．2墙厚问题
从表1～6来看，加气混凝土作为单一保温节能墙体，在寒冷地区及其以南地区，在满足当地热工性能条件下，比复合墙体有优势。在严寒地区也有相当优势，就是在A区，其传热系数要达到0．4W／(m2·k)，如采用B04级加气混凝土单一材料则厚度要达到400mm。而复合墙体最厚达到340mm(KP1多孔砖)，最薄的仅为295mm(混凝土墙)见表7，在造价上单一材料还是占优势，但至今还没有对严寒地区墙厚的限制规定。这里涉及的因素较多，有技术问题、经济问题以及施工等问题，只有通过一段实践再作定论。按理来说，根据严寒地区的传统习惯，墙厚在400mmn左右应该可以接受，据说某些严寒地区墙厚可放宽到≤500mm，这样，灰缝≤15mm的B05级产品其传热系数就能达到0．38W／(m2~·k)，灰缝≤15mm和≤3mm的B04级产品分别就能达到0．31~0．25W／(m2·k)。如果一定要减薄，如前所述，加气混凝土也能做复合墙，尤其做内复合墙，不仅能减薄墙厚，提高热工性能，而且可以克服大部分“热桥”。如果墙体本身是保温材料，有些传统墙体材料的内外保温复合体系存在的“热桥”问题它并不存在。内复合却可克服其他体系的各种缺点(On部分出挑构件以及灰缝的“热桥”)。而且还带来其他的优点，采用内复合后，在建筑外立面可以自由做各种附墙装饰f如线条、柱式、窗套、饰面砖等1且内复合造价比外复合低得多，施工也简单得多。

至于在南方地区的应用优势，在此不再作赘述，它可以最薄的墙身满足该地区的热工性能。在南方主要是解决隔热，虽然加气混凝土既有良好的保温性能又有良好的隔热性能，但同时满足值和D值的要求是必要条件，因此在应用时，需要对加气混凝土的密度作适当的调整。当然在南方地区除对围护结构要充分满足其热工性能外，还得在设计中考虑其他问题，如窗墙比、遮阳和通风等，也是十分重要的。
3.3墙面裂缝问题
这一问题讨论已久，已有不少文章见诸报端，综合来看引起开裂的原因有以下几方面：
①产品质量，如收缩和强度，根据中国建设东北设刷石膏抹灰，各项指标已有不少介绍。在软件方面，计研究院冯埔生等同志的研究，粉煤灰制品自出釜含水率40％到平衡含水率5％，其收缩值仅为0．12mm／m，品弹性模量)，而制品抗拉强度为2．5kg/cm2(随着生产技术的发展有些产品均高于此值)，不致由于收缩使制品拉裂，除非是不合格产品。尤其在应用技术规范上将上房含水率作了限制，这就更减小了由材性收缩引起墙体开裂的风险。
②建筑构造失当，如薄弱部位没有加强(如窗口下部、墙体角部)以及2种不同材料的界面未作处理、墙身偏高过长以及结构变形对墙身的影响等构造措加气混凝土的发展在我国寒冷及严寒地区发展施不当。
③施工工艺。如上房含水率偏高、砌筑灰缝不够饱满(尤其是竖缝)，抹灰未按规程顺序，成品缺乏养护等。
④抹灰材料和砌筑砂浆，界面处理和缺损填补等所用材料的材性与加气混凝土材性不太相容等。
经过几十年的研究，加气混凝土的应用技术几乎都有章可循，如与材料特性相容的配套产品。如北京建材院生产的外墙干粉料砂浆，其强度控制在4．0~7．0MPa之间，压折比≦3．0，弹性模量在1600~2000N／mm2，与加气混凝土强度为2．0~4．0MPa，干燥收缩值为≤5×10-4mm／m，且这种砂浆具有较好的保水性(80％)，符合加气混凝土的性能。内墙采用粉刷石膏抹灰，各项指标已有不少介绍。在软件方面，如标准、规程、图集均已陆续出版或正在报批、修订，已出版的有砌块标准、砌块国家标准图以及公共建筑国家标准图，各种配套材料和零部件有不少已投入工业化生产，如内外墙抹灰材料、锚固件、施工工具等都己投入市场。设计施工只要按规程、图集办事，按加气混凝土特性选用配套材料，墙体开裂是不难解决的。当前问题是一旦出现问题就不加分析，笼统地归罪于材料产品本身，这不是科学的态度，重要的是加以分析，从实践来看，近年来这些问题都在逐渐克服。
4．4严寒地区应用问题
加气混凝土的发展在我国寒冷及严寒地区发展施不当。的较早，如沈阳、长春、哈尔滨和齐齐哈尔等城市。但随着时间的推移，逐渐形成今天南盛北衰的局面，究其主要的原因之一是由于在发展材料生产技术的同护等。时，忽视对材料应用技术的研究。在严寒地区较突出的问题是冻害。20世纪80年代，我们曾对东北地区所用材料的材性与加气混凝土材性不太相容等。进行过考察，在建筑某些部位的破坏比较突出，如窗坎墙、檐口、凸出于外墙的装饰线脚、面砖等受冻害影响较大。但同样处于严寒地区的北欧，我们在考察中没有见到这种情况。在日本北海道广泛应用情况良好，从加气混凝土材料性能而言，其饱水时抗冻性能是良好的。从最近北京现代公司开发的B04级产品的检测报告看，强度为2．2MPa，干密度为417kg／m3的产品经抗冻试验，其质量损失仅为2％(标准值为5％)，冻融后强度为1．9MPa(标准值为≥1．6MPa)，证明了它是较好的抗冻产品。问题是这一产品受局部冻融易破坏。当时对这一问题可能认识不足，如窗槛墙当时还没有单框双玻或三玻窗，在东北地区大部分采用2层单玻木窗，中间留出较大空隙，加之当时采暖制度大部分为间歇采暖，窗户玻璃上结的露水往2层单玻窗之间的空隙流淌，居民在其间放置锯末或毛巾，因无防水措施，窗台和窗坎墙受局部冻融严重冻坏。同时灰缝‘热桥”也相当严重(当然有些产品质量也太差)。有些采用加气混凝土板出挑的檐口破坏也很严重。当然还有一些加气混凝土应用中的普遍问题，如抹灰问题、门窗及物件固定问题，等等。但是在今天技术发展的水平上看都不应该是发展这一产品的障碍，是不会影响在这地区发展单一墙体节能体系。当然加气混凝土制品的应用除地区概念外，与建筑结构体系和商业经济观都有关系，如有些南方沿海地区地耐力差，但高层多，且大部分为框架结构，为减轻建筑自重用加气混凝土作填充墙是较好选择。现在不少多层和低层民居也用框架，底层商用，上层居住，这也是南方加气混凝土的发展比北方迅速的原因之一。
4．5强度问题
为提高单一墙体的热工性能，减薄墙厚，在北方地区发展低密度加气混凝土制品是大势所趋。目前，北京2家加气厂B04级产品已能规模化生产，B03级产品也已开发成功。2007年，北京建材研究院修建了一座33956m2，高18m的办公楼，外墙采用B04级产品，经检测该产品干密度为425kg／m3，强度>2．0MPa，热导率0．09W／(m·k)，指标均高于GB11968--2006标准。墙厚250mm，经计算其传热系数为0．605W／(m·k)，满足北京公建甲类标准(≤0．8)。问题的焦点可能是对强度的看法，即I>2．0MPa的产品能否做围护结构，有些地区提出要求3．5MPa，甚至5．0MPa，从国外实践经验看，几十年来瑞典均使用B05级强度为3．0MPa的制品，在20世纪70年代我们也是采用B05级的产品，但根据大量试验数据来看，加气混凝土制品的特点是强度虽然不高，但其砌体强度较高。去年在中国加气混凝土27次年会上，中国建筑东北设计研究院高连玉同志作了一篇关于A类加气混凝土砌体性能的研究报告，试验结果证明，制品强度虽然偏低，但砌体强度的利用率平均值高达70％。而砖砌体的利用率仅为30％片右。由此推论，强度为2．0MPa的B04级加气混凝土砌块其砌体强度为1．4MPa，接近MU5．0砖的砌体强度。所以对加气混凝土制品的强度，不仅应以其制品本身的强度来判断，而还应看到其构性特点。它不同于一般墙体材料，目前一些墙体材料如轻骨料砌块质量良莠不齐，对产品强度作强制性规定可以理解。当然制品强度偏低在安装运输和施工过程中易于破损，这就有待于完善包装运输，改进施工方法来解决，有人说对加气混凝土制品的施工不应把它以砌筑小砖叠墙的概念来对待加气，而应该把它看作像加工木材，应精雕细凿的由木工来“砌”墙。当然对墙体局部易于磕碰的部位，如首层外墙、阳角、门口等部位，应加强保护，一般部位如无特殊要求，可按传统作法。
4结语
(1)加气混凝土制品作为单一墙体材料节能体系，运用不同密度和厚度的产品可以满足当前我国各个气候区规范对外墙的热工性能要求。
(2)目前几种典型的外保温复合墙体与单一加气混凝土墙体节能体系比较，在采用近似墙厚和热工性能的前提下，无论社会效益和经济效益，单一墙体节能体系优势明显。具有利废、节能、施工简单快捷、工序少、工期短、产品工业化方法生产，产品质量有保证、制品性能好，单位面积墙体造价低于复合墙体。
(3)加气混凝土生产技术已取得长足进步，低密度产品已能批量规模化生产，在应用技术方面配套构件以及有关产品标准、规程、规范、国家标准图集均已陆续出台，有的正在修订完善。因此大力推广应用加气混凝土单一墙体节能体系的条件已经成熟。
(4)但也应该清醒地认识到，加气混凝土单一墙体材料节能体系并不是万能的，它较适合应用于框架结构(包括部分短支剪力墙体系)以及低层和多层砖混结构的外墙在严寒地区，特别是A区的应用虽有优势，但不能简单地仅靠增加墙厚来解决所有问题，还应补充其他措施。随着我国节能标准不断提高，目前不少执行节能设计标准50％的地区，正准备提高标准，由此带来新的挑战，我们应该认真面对。