蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究与应用_段鹏选

蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究

山西大学学报(自然科学版)32(4):649～654,2009

Journal o f Shanxi U nive rsity(N at.Sci.Ed.)

　文章编号:0253-2395(2009)04-0649-06

蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究与应用

段鹏选＊,王肇嘉,郭建平,肖彩霞,何光明

(北京建筑材料科学研究总院,北京100041)

摘　要:研究了蒸压加气混凝土作为外墙保温材料所必须具有的技术条件和能达到的墙体保温效果以及加气混凝土配套砌筑砂浆和抹灰砂浆所必须具有的技术性能.研究结果表明,蒸压加气混凝土是目前国内唯一一种能够满足建筑节能65%设计要求的单一墙体材料,专用砌筑砂浆、抹灰砂浆是解决加气混凝土应用中质量通病的有效手段,加气混凝土单一材料外墙保温体系是一种技术性能、经济效益和社会效益都十分显著的新型墙体节能保温体系.

关键词:蒸压加气混凝土;外墙保温;专用砂浆

中图分类号:T U528　　　文献标识码:A

目前,我国建筑节能墙体以外墙外保温为主,主要外保温体系有:膨胀聚苯板外保温体系、大模内置聚苯板外保温体系以及胶粉聚苯颗粒外保温体系等,其共同点都是在外围护结构外粘结一层聚苯乙烯泡沫材料.这几种外保温体系的作法存在三大弊病:其一,聚苯乙烯属于石油制品,会加剧能源紧张;其二,受石油价格影响,工程造价波动大、价格高;其三,保温体系的耐久性(包括耐火性)受到了质疑[1].

加气混凝土是一种实现了资源、性能与成本最佳组合的新型墙体材料,具有节能、资源综合利用、循环使用等诸多优点,其中最突出的优点是节能.加气混凝土是我国寒冷地区唯一一种能够满足65%节能要求的单一墙体材料,300mm厚、500kg/m3容重的加气混凝土已经能满足65%节能标准中对墙体传热系数的要求,这一点往往被忽视.许多时候被人们理解为围护结构填充用,与陶粒砌块等各种砌块混为一谈,从而陷入一种低档次的恶性竞争.加气混凝土保温体系非石油制品,耐久性能(包括耐火性)不容置疑,在作为围护材料的同时又起到保温的作用,综合造价明显低于以上的几种保温体系,是墙体保温材料的最佳选择.所以,进行加气混凝土外墙自保温体系研究,对促进外墙保温体系的技术进步,推动加气混凝土产业的发展都具有积极作用.

1　蒸压加气混凝土基本力学性能

在加气混凝土外保温体系中,加气混凝土即是墙体围护材料又是保温材料,其力学性能和热工性能会直接影响加气混凝土保温体系的性能.

1.1　基本力学性能

表1　蒸压加气混凝土基本性能

Table1　The substantial properties of AAC

体积密度级别B03B04B05B06B07

密度(kg/m3)300400500600700

抗压强度M pa1.02.03.55.07.5

拉伸强度M Pa0.160.220.310.420.47

抗冻性

质量损失,%

冻后强度,M Pa

5.0%

0.81.62.02.84.0

导热系数,(W/m·K)0.100.120.140.160.18收缩率,mm/m0.5

＊收稿日期:2009-08-02

作者简介:段鹏选(1963-),男,陕西人,教授级高工,长期从事建筑干混砂浆、建筑节能、工业废弃物综合利用等领域新产品、新技术研究.

DOI:10.13451/ ki.shan xi.univ(nat.sci.).2009.04.021

蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究

表1为现行国家标准中蒸压加气混凝土砌块的基本性能要求[2].由表1可看出,加气混凝土体积密度越低,强度越低,导热系数越小,保温隔热性能越好.但B03级加气混凝土尽管具有较低的导热系数,但其抗压强度只有1.0MPa,特别是冻后强度只有0.8M Pa,如果抗压强度不进一步提高,则不足以抵抗变形应力,会产生空鼓、开裂等质量问题,不适合做墙体保温材料.B04级以上可以用作单一墙体外保温材料.

1.2　加气混凝土与其他墙体材料导热性能比较

表2　加气混凝土砌块与几种墙体材料导热系数比较

Table2　The thermal conductivity comparison of AAC block and other wall materials

种类密度(kg/m3)导热系数(W/m·K)种类密度(kg/m3)导热系数(W/m.K)加气混凝土400～7000.12～0.18烧结多孔砖8000.28

烧结实心砖16000.81蒸压灰砂砖14000.4～0.64烧结多孔砖12000.43钢筋混凝土23001.75

由表2可以看出,加气混凝土在目前我国主要的外墙材料中导热系数最低、密度最轻.

1.3　加气混凝土墙体传热系数

表3　B04加气混凝土砌块应用于外墙

Table3　The B04AAC block application of external wall

编号保温材料厚度(mm)外墙总厚度(mm)主断面传热阻

(m2·K/W)

传热系数W/(m2·K)热惰性指标

12002301.440.704.16 22402701.690.594.91 32502801.750.575.10 43003302.060.496.05 53503802.370.427.00

表4　B05加气混凝土砌块应用于外墙

Table4　The B05AAC block application of external wall

编号保温材料厚度(mm)外墙总厚度(mm)主断面传热阻

(m2·K/W)

传热系数W/(m2·K)热惰性指标

12002301.200.834.00

22402701.400.724.70

32502801.450.694.88

43003301.700.595.76

53503801.950.516.64

由表3、表4可以看出,加气混凝土墙体传热系数随墙体厚度的增加而显著降低.按照北京地区65%节能标准对墙体传热系数限值0.60W/(m2·K)的要求,B04加气混凝土厚度240m m,内外抹灰厚度30mm,墙体总厚度270mm;B05加气混凝土厚度300m m,内外抹灰厚度30mm,墙体总厚度330m m;即可满足65%墙体节能要求,不需要增加其他绝热材料或空气隔热层.同时由于加气混凝土具有良好的热惰性,有利于保持室内空气温度的稳定,提高居室的舒适性.

1.4　加气混凝土耐火性能

由表5可以看出,各种工艺生产的加气混凝土产品都具有良好的耐火性.加气混凝土墙壁一面暴露在1000℃的明焰达150 min后,另一面的温度也只有85℃.由于其生产原料完全是不可燃的无机材料,当其接触到大于1600℃的火焰趋于熔化时,也不产生任何烟气或有毒、有害气体.

1.5　粉煤灰加气混凝土的传热系数

表5　加气混凝土耐火性能

Table5　The fire resistant performance of AAC

砌块生产用原料体积密度级别厚度(mm)耐火极限(h)水泥、矿渣、砂B05

1003.75

1505.75

2008.0

水泥、石灰、粉煤灰B06

1006.0

2008.0水泥、石灰、砂B05

1504.0

200大于4.0

650山西大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　32(4)　2009　

蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究

表6　粉煤灰加气混凝土墙体传热系数

Table 6　The heat transfer coef ficient of wall made of autoclaved fly ash aerated concrete

编号加气混凝土密度(kg /m 3

)

砌体规格(mm )灰缝厚度(mm )抹面厚度(mm )砌体含水率(%)传热系数W /(m 2·K )

1416

1020×980×24051018.860.562416

1020×980×24051025.270.61

3

416

1020×980×240

15

10

4.49

0.51

由表6可以看出,粉煤灰加气混凝土砌体的传热系数和砌体的含水率关系较大,随着砌体含水率的降低,砌体的传热系数值降低.400级粉煤灰加气混凝土在平衡含水条件下240mm 墙厚传热系数达到了0.51W /(m 2·K ),完全能够满足北京地区65%节能设计外墙导热系数限值0.60W /(m 2·K )的要求.

2　配套专用砂浆研究

加气混凝土自身具有孔隙率高、吸水速度慢、吸水量大、孔洞多为椭圆形结构等特点.加气混凝土目前常用的抹灰技术[3]是首先在加气混凝土表面多次淋水,要求水渗透到规定的湿度,但一般很难做到均匀足量吸水;然后用界面剂封闭拉毛,由于界面剂性能及施工方法的不同,很难做到封闭完整、界面牢固;最后用116或114混合砂浆分层抹灰.这种现场抹灰很难保证石灰膏和砂子的质量,很难保证水泥、石灰、砂的配合比,很难保证所用砂浆的强度均匀,这些因素都将直接影响抹灰层的质量.由于这种施工方法施工程序繁琐,施工条件苛刻,材料质量、施工质量难以有效控制,从而导致加气混凝土抹灰层空鼓、开裂、剥落等质量问题经常发生,严重影响了加气混凝土使用者的信心,阻碍了加气混凝土的发展.应用高性能的加气混凝土专用砂浆是解决这一应用难题最经济、最简便的有效措施[4].2.1　配套砂浆性能特点

2.1.1　加气混凝土抹灰砂浆性能特点

(1)加气混凝土所具有的持续吸水性对其抹灰施工影响较大.加气混凝土表面孔隙虽多,但吸水速度却大大低于黏土砖.这是由于加气混凝土的气孔多为“墨水瓶”式的结构,口小肚大,毛细管作用较差所致.因此,黏土砖墙抹灰前表面浇水使其吸足水量的作法,在加气混凝土墙上往往不能奏效.加气混凝土表面看似浇水不少,实则吸水不多,抹灰后仍继续从砂浆中吸收水分,造成抹灰层干裂;同时砂浆中的胶凝材料因失水而不能充分水化导致强度降低,造成抹灰层的开裂和空鼓.因此,加气混凝土专用砂浆必须具有很高的保水性,才能保证抹灰层不空鼓、开裂[5].

(2)加气混凝土自身强度和弹模较低,与强度和弹性模量较高的砂浆之间容易产生较大的剪应力,导致界面破坏.因此,抹灰砂浆的强度和弹性模量应保持与加气混凝土的一致性.加气混凝土的标号一般为2.5～4.0M Pa 左右,所以抹灰砂浆的标号以4.0～7.0M Pa 为宜.

(3)根据“蒸压加气混凝土砌块”和“轻质隔墙板”行业标准规定,加气混凝土制品的干燥收缩值应小于或等于0.5m m /m ,专用砂浆的干燥收缩值应小于或等于加气混凝土的收缩指标.2.1.2　加气混凝土砌筑砂浆性能特点

砌筑砂浆硬化体密度会引起保温墙体灰缝影响系数的变化,影响墙体的保温性能.灰缝的砌筑宽度,也会影响墙体的保温性能.砌筑砂浆的保水性会影响其施工性能,进而影响砌体灰缝的饱满度、气密性和砌体的劈剪强度.配制低密度、低传热系数、高粘结强度、高保水率的砌筑砂浆是保证加气混凝土外保温体系性能的关键因素之一[6].表7是不同砂浆体积密度对灰缝影响系数的影响关系.

651

　　　　　　　　　　　段鹏选等:蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究与应用

蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究

表7　砌筑砂浆密度与灰缝影响系数

Table7　The m asonry density and effective

coeff icient of mo rtar joints

砂浆密度(kg/m3)导热系数灰缝影响系数18000.871.26

15000.761.21

12000.631.16

10000.461.10

8000.291.04

　注:1、加气混凝土砌块按B05级计算.2、灰缝宽度按15mm计算

表8　灰缝宽度与灰缝影响系数

Ta ble8　the width and effective

coefficient of mortar joints

灰缝宽度(mm)灰缝影响系数

151.257

101.186

51.056

31.006

　注:1、加气混凝土砌块按B05级计算.2、砂浆密度1800kg/m3

由表7可以看出,砂浆密度越低,导热系数越低,灰缝影响系数越小.在保证砂浆必须的物理力学性能的前提下,砂浆密度越低越有利于墙体保温性能的提高.表8是灰缝砌筑宽度对导热影响系数的影响关系.

由表8可以看出,灰缝宽度越小,对导热系数的影响越小.灰缝为5mm时灰缝的影响系数只有1.056.当灰缝宽度为3mm时对导热系数的影响系数接近于1,此时在进行热工计算时基本上可以不考虑灰缝的影响.

2.2　加气混凝土专用砂浆的配制

2.2.1　加气混凝土砌筑砂浆

根据加气混凝土性能特点,用普通硅酸盐水泥、建筑用砂、外加剂等配制的加气混凝土专用砌筑砂浆的主要性能如表9.

表9　加气混凝土专用砌筑砂浆性能

Table9　The properties of AAC special mortar

编号保水率(%)干密度(kg/m3)抗压强度(M pa)粘结强度(M pa)

177.5510994.730.26(基材破坏)

277.3111304.980.27(基材破坏)

376.2112105.870.29(基材破坏)

477.2312945.970.28(基材破坏)

575.4213507.390.24(基材破坏)

675.2713877.840.23(基材破坏)

774.8714058.520.23(基材破坏)

　注1.粘结强度所用基材为北京现代建材公司B04粉煤灰加气混凝土砌块.

2.“基材破坏”指拉伸粘结强度断裂处在加气混凝土砌块上.

由表9可以看出,加气混凝土专用砌筑砂浆的抗压强度随砂浆干密度的提高而增加.表9中的砌筑砂浆均具有较高的粘结强度,拉伸粘结的破坏面均发生在加气混凝土砌块上.结果表明,本研究所配制的专用砌筑砂浆能够实现对加气混凝土的牢固粘结.

表10　加气混凝土抹灰砂浆性能

Table10　the properties of AAC plastering mortar

编号保水率(%)抗压强度(M Pa)弹性模量(N/mm2) 183.084.471608

286.336.941750

390.197.181987

2.2.2　加气混凝土抹灰砂浆

本研究配制的加气混凝土抹灰砂浆的主要性能指标如表10.

表10实验结果表明,本研究所配制的加气混凝土专用抹灰砂浆抗压强度在4～7M pa之间,与加气混凝土砌块强度基本匹配;弹性模量在1600～2000N/mm2之间,与加气混凝土的弹性模量基本相配[6];保水率在80%以上,适用于加气混凝土的薄层抹灰和厚层抹灰.

652山西大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　32(4)　2009　

蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究

表11　粘结强度及破坏形式

Ta ble 11　The adhesive strength and its damage patterns 砌块加气05现代04现代05

编号粘结强度(M P a )破坏形式粘结强度(M Pa )坏形式粘结强度(M Pa )

破坏形式1#0.479基材0.225基材0.432基材2#0.412砂浆0.249基材0.343砂浆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:砂浆指砂浆层破坏;基材指加气混凝土砌块破坏;脱落指砂浆与砌块界面脱落.　　专用抹灰砂浆对不同厂家加气混凝土作基材的拉伸粘结强度如表11.试验所用的加气混凝土砌块分别为北京市加气混凝土厂生产的05级砌块与北京市现代建筑材料公司生产的04级和05级砌块.

试验结果表明,专用抹灰砂浆对不同品种的加气混凝土都具有良好的粘结性能.拉伸粘结的破坏界面均发生在加气混凝土基材上(如图1所示);砂浆与加气混凝土界面脱落基本上没有发生;砂浆自身破坏也发生较少.拉伸强度的高低随加气混凝土体积密度而变化,体积密度大拉伸强度高.

图1　加气混凝土砌块破坏形式

Fig .1　T he damag e patterns of A AC blo ck

3　热桥部位的处理

对于加气混凝土外墙梁、柱等框架结构

的“热桥”部位,用外贴膨胀聚苯板进行“断

桥”处理,保证墙体良好的热工性能.用聚合

物粘结砂浆粘贴聚苯板于“热桥”部位,并用

锚固钉进行适当固定,聚苯板表面用聚合物

砂浆加玻纤网格布保护.聚苯板技术要求

见表12,传热系数见表13.表12　膨胀聚苯板Table 12　The Expansion Polyphenyl Bo ard 项目指标项目指标表观密度,kg /m 3≥18水蒸气透湿系数,ng /Pa ·m ·s ≤4.5压缩强度,M Pa ≥0.1尺寸稳定性,%≤0.2抗拉强度,M Pa ≥0.1吸水率,%≤4断裂弯曲负荷,N ≥25氧指数,%≥30弯曲变形,mm ≥20导热系数,W /m ·k ≤0.041

表13　膨胀聚苯板用于热桥部位热物理性能

Table 13　The properties of the Expansion Polyphenyl Board used at heat bridge

膨胀聚苯板厚度d /mm 传热阻R0(m 2·K /W )传热系数k (W /m 2·K )

热桥部位基层墙体701.650.60

801.850.54

902.050.49

1002.250.44

1102.450.41

钢筋混凝土

　注:保温层修正系数1.2,膨胀聚苯板导热系数按0.042＊1.2=0.05W /m 2·K 计算　　聚合物砂浆和耐碱玻纤网格布技术指标应符合JG149～2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中相关技术指标要求.653

　　　　　　　　　　　段鹏选等:蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究与应用

蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系研究

654山西大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　32(4)　2009　

4　加气混凝土外墙自保温体系在寒冷地区公共建筑的应用实例

4.1　粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系在北京金隅集团技术中心大楼的应用

该建筑属于公共建筑,地上5层,地下2层,总建筑面积33952m2,其中地上23485m2,地下10467 m2.外墙为混凝土框架加气混凝土填充结构体系,加气混凝土为400级粉煤灰加气混凝土,砌筑抹灰砂浆为加气混凝土专用砂浆.梁、柱等热桥部位采用外贴70m m模塑聚苯板断桥处理.空调冷源为2台单机制冷量为1392kW的螺杆机组,采暖热源为2台单机供热量为120×104kcal/h的燃气热水锅炉.

经北京市建筑工程研究院进行“民用建筑能效测评标识”,该建筑外墙传热系数达到0.56W/m2·K;与20世纪80年代建筑的能耗相比较,该建筑节能率达到65.1%.

4.2　粉煤灰加气混凝土外墙自保温体系在其他公共建筑的应用

自2007年以来,北京金隅集团生产的400级、500级加气混凝土和专用砂浆配套,用于外墙自保温体系和分户墙保温,施工面积超过10万平方米,取得了很好的应用效果.主要工程实例有:残奥会训练馆、奔驰汽车厂、北京医院行政楼、地坛体育馆、王府井百货大楼改造工程、北京金隅股份技术中心大楼、廊坊体育馆、石家庄开元广场、沈阳明城佳园.

5　结语

(1)蒸压加气混凝土是唯一一种能满足65%节能设计标准要求的单一墙体材料,其具有节能、利废、环保、隔热、保温、耐火、隔音、造价低等诸多优点.

(2)加气混凝土专用砌筑、抹灰砂浆可明显提高砂浆与加气混凝土的粘结强度,解决加气混凝土抹灰墙面空鼓、开裂的质量通病,提高墙体保温性能和砌体质量.

(3)对加气混凝土墙面的“热桥”部位,采用粘贴膨胀聚苯板进行“断桥”,可提高墙面的热工性能.

(4)蒸压加气混凝土单一材料外墙保温体系是一种技术性能、经济和社会效益都十分显著的墙体节能保温体系,具有广阔的应用前景.

参考文献:

[1]　住房和城乡建设部科技发展促进中心.结构自保温体系推广应用的研究与实践[G].首届新型建筑结构体系—节能与结

构一体化技术研讨会,2009.

[2]　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.G B11968-2006《蒸压加气混凝土砌块》[S].北京:中国标准出版社,

2006.

[3]　DBJ/T01～73-2003《干拌砂浆应用技术规程》[S].北京:北京市建设委员会,2006.

[4]　程鹏选.建筑干混砂浆综合技术及质量控制体系的研究[Z].北京:北京市建筑材料科学研究院,2004.

[5]　段鹏选.压蒸加气混凝土保温体系研究[C].2006年中国国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集.北京:中国干混

砂浆委员会,2006.

[6]　程鹏选.04级蒸压加气混凝土研究[Z].北京:北京市建筑材料科学研究院,2004.

The Studies and Application of the External S elf Thermal Insulation

System of Autoclaved Fly-ash Aerated Concrete

DUAN Peng-xuan,WANG Zhao-jia,G UO Jian-ping,XIAO Cai-xia,H E Guang-ming

(Beijing B ui ld ing Materials Academy,Bei jing100041,China)

A bstract:The technical conditio ns and insulation effect of the auto claved aerated concrete(AAC)as the ex-ternal insulation w ere studied.The technical conditions o f special maso nry m ortar and plastering m ortar w hich match the AAC w ere also studied.The results show ed the A AC w as the single w all material w hich can reach building energy efficiency design of65%.The utilizatio n of special m asonry m ortar and plastering mo rtar w as an effective m easure to so lve the quality problem of the AAC applicatio n.The ex ternal self thermal insulation sy stem of AAC w as a new ene rg y-saving system w hich had significant economic and so-cial effectiveness.

Key words:autoclaved aerated co ncrete(AAC);ex te rnal thermal insulatio n;special mo rtar

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/viz1.html