斷熱節(jié)能復合自保溫砌塊熱工性能與結構構造研究

陳海陽， 亓學濤， 何飛， 蘭功峰

（1.中國石油大學（華東），山東 青島 266580；2.青島西海岸新區(qū)建筑工程質量監(jiān)督站，山東 青島 266580；3.青島地質工程勘察院（青島地質勘查開發(fā)局），山東 青島 266071；4.山東世德工程檢測有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

隨著國家對建筑節(jié)能的越來越重視，更多節(jié)能新材料并被廣泛應用于建筑工程中，《民用建筑節(jié)能設計標準》等各地方標準對建筑物墻體圍護結構提出較高的節(jié)能要求。自保溫砌塊又稱微孔輕質混凝土斷熱節(jié)能復合砌塊，是新型A級防火保溫材料，采用纖維混凝土包裹聚苯乙烯保溫芯材，達到理想的阻燃防火效果。自保溫砌塊外層使用纖維混凝土板，由主體砌塊、外保溫層、保溫芯材、保護層及“保溫連接柱銷”、“L型T型點狀連接肋”組成[1]，選用高性能輕質保溫混凝土并輔以鋼絲加強，連接牢固可靠。自保溫砌塊是國家住房建設部墻體革新與建筑節(jié)能改革辦公室首推的綠色環(huán)保節(jié)能新型材料之一。斷熱節(jié)能自保溫砌塊于2008年12月24日通過由甘肅省科技廳組織，甘肅省建設廳和甘肅省墻改辦共同主持的省級科技成果鑒定，鑒定結論為“填補了國內外空白，達到國際領先水平”。

1 生產(chǎn)工藝及技術指標

復合自保溫砌塊設計為A級防火，采用不燃的混凝土作框架，內部混凝土支架構造體系空腔填充EPS保溫材料[2]。保溫砌塊砌筑完成后，EPS保溫材料外側封閉混凝土保護層厚度必須大于50mm，絕燃效果好。見圖1、圖2、表1、表2。復合節(jié)能砌塊的拉筋：采用2.5mm熱鍍鋅低碳鋼絲制成。拉筋設置可以將斷熱節(jié)能砌塊保溫層、塊體、面層形成整體并牢固聯(lián)接。保溫板有效厚度為保溫板總厚減燕尾槽一側槽深折算厚度為計算熱工值的依據(jù)。

圖1 砌塊效果

圖2 砌塊結構

表1 斷熱節(jié)能復合砌塊的主要性能指標

表2 砌塊的熱工性能

灰縫壓條：復合保溫砌塊保溫層設計專用配件，用阻燃聚苯乙烯泡沫塑料制成，用以阻斷水平灰縫熱橋，使整個保溫層在墻體內形成一體。

排氣孔：為外墻體與室內濕度較大的廚房、衛(wèi)生間及防止在雨季施工時雨水進入墻體內等專為排水、排濕功能設計的技術方案。也可防止梁、柱、窗臺下等部位產(chǎn)生結露、發(fā)霉。

接口槽：為組合砌筑時對接塊與塊設有的防止豎縫砂漿熱橋的技術。

防裂槽：為保溫異型塊設計的端頭面層裂縫的有效措施。復合節(jié)能砌塊采用半封底結構，便于鋪灰漿，也可提高砌體的抗剪能力。

采用ABAUS有限元軟件計算孔洞率均為60%的模型熱阻，研究發(fā)現(xiàn)，隨著孔洞排數(shù)的增加，復合保溫砌塊熱阻增加如圖3所示，熱阻一般容易沿著實體部分進行傳遞，保溫砌塊縱肋不規(guī)則排列，打亂并延長傳熱路徑，導致砌塊熱阻增加。保溫砌塊熱阻隨著實體材料導熱系數(shù)增大而明顯降低如圖4所示。保溫砌塊的熱阻值隨著保溫材料導熱系數(shù)的增大而顯著降低如圖5所示。根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)與山東省居住建筑節(jié)能設計標準的要求，對圍護結構進行建筑節(jié)能的權衡計算，如表3所示。

圖3 孔洞率對熱阻的影響

圖5 保溫材料導熱系數(shù)對熱阻的影響

表3 不同墻體材料能耗對比

2 工程應用實例

青島中德生態(tài)園德國企業(yè)中心項目占地2.83萬m2，總建筑面積約7.5萬m2，項目最大的特點就是突出了新能源應用和節(jié)能減排降耗功能，該項目成為國內首個獲得中國綠色建筑三星級標準和德國DGNB金獎雙認證項目。建筑節(jié)能砌塊在該項目中應用，取得良好的節(jié)能效果。

3 斷熱節(jié)能砌體結構構造要求

3.1 梁、柱、剪力墻等熱橋部位保溫處理

根據(jù)外墻尺寸提前制作排版圖，以少規(guī)格、模數(shù)化為原則[3]。以墻體分段尺寸為依據(jù)繪制節(jié)能保溫砌塊排列施工圖，砌塊排版以主砌塊為主，輔以響應的輔助砌塊，上、下砌塊L/2搭接長度錯縫搭砌，每兩皮為一循環(huán)，電線盒、門窗等預留位置在排塊圖上標注。根據(jù)建筑設計圖紙，對保溫砌塊進行排版，對外凸柱、剪力墻等異型保溫板，量好尺寸，提前對接，保溫砌塊進行錯縫搭接排列，與自保溫墻體形成完整的斷熱節(jié)能保溫體系。

3.2 墻體構造要求

（1）框架柱、邊柱、構造柱的周圍自保溫砌塊垂直方向每隔500mm設26mm拉結鋼筋，抗震設防烈度為VI度、VII度時，拉結筋水平長度沿墻全長貫通且≥1.0m，VIII度時必須全長貫通設置。

（2）斷熱節(jié)能砌塊使用專用抹面砂漿，當外墻大面積抹灰時，為避免大面積抹面砂漿脫離，采取縱橫方向設置分隔縫，分隔縫水平距離≤6m，垂直距離≤30m2，分隔縫的設置能保證應力有效釋放，縫內采用密封材料嵌縫。

（3）自保溫砌塊墻體長度＞5m，墻頂與梁設置拉結；墻體長度＞8m或層高2倍時，宜設置鋼筋混凝土構造柱，柱截面≥240mm×180mm且砌塊填充墻頂部宜與主體結構的梁或頂板有可靠的拉結；墻高＞4m，在1/2墻高位置設置沿墻貫通且與主體結構柱、梁連接的且沿墻全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁。

（4）砌筑斷熱節(jié)能砌塊，在墻體轉角和縱橫墻交接位置，沿墻體縱向每兩皮砌塊設置26mm末端留有直鉤的拉結筋[4]，拉結筋埋入長度自墻體轉角和交接計算且＞1.0m。

（5）當門窗洞口寬度≥2.1m時，洞口兩側應加設邊柱，洞口過梁宜與邊柱整體連接，固定外門窗時，應將錨固件指定位置的砌塊里面一側空腔全部或部分用C20細石混凝土灌實。門窗框、洞口砌體縫隙應使用高效保溫材料填塞，并使用防水密封材料、密封膠等嵌縫。

（6）斷熱節(jié)能砌塊砌至頂面最后一皮，與上部結構接觸位置宜采用微孔水泥保溫塊填塞，頂部均勻布置三角形木楔壓實頂緊后用干硬性水泥砂漿捻實。

（7）自保溫砌塊與混凝土墻柱等交接處采用后熱鍍鋅電焊網(wǎng)或耐堿網(wǎng)格布加抗裂砂漿進行加強處理，防止墻體產(chǎn)生裂縫。找平層結束后，外墻面層抹灰采用聚合物抹面砂漿壓入耐堿玻纖網(wǎng)格布的薄抹灰系統(tǒng)。墻體外側貼砌節(jié)能復合砌塊形成復合圍護墻體，節(jié)能砌塊與承重墻采用鋼筋網(wǎng)片連接，分別在底層、各層樓層采用鋼制托件進行承重處理。采用螺釘塑料膨脹螺栓錨固，塑料螺釘和帶圓壓盤的塑料膨脹套管應采用原生工程塑料制成，不得使用再生料[5]，與聚合物抹面砂漿配套使用，用于增強聚苯板面薄抹灰防護層抗裂和抗沖擊能力。

（8）如果當自保溫砌塊外墻墻體室內吊掛重量較大的物件時（如熱水器、吊柜、洗面盆等），應將錨固件指定位置的砌塊內側空腔全部或部分用C20混凝土灌實。

（9）安裝空調外機等設備時，應利用陽臺、混凝土擱板等構件，施工完成后嚴格在外墻墻體上吊掛設備和重物。

（10）自保溫砌塊外墻體水平方向突出部位如雨篷、出檐等應滿足建筑節(jié)能要求，還需綜合考慮泛水、滴水等設置，避免積水導致干濕交替、局部凍融循環(huán)造成損壞。墻體施工時承重墻與砌塊同時施工，對于一些結構熱橋部位應進行保溫構造要求。

4 結語

斷熱節(jié)能復合保溫砌塊符合國家建筑節(jié)能技術要求，能夠降低建筑能耗，具有環(huán)保、利廢、低碳等綜合優(yōu)勢，耐久性好，可與建筑物主體同壽命。由于采用外墻內保溫形式，提高整體結構的抗風性能。產(chǎn)品塊型及尺寸設計合理利用，且無需再做輔助保溫，施工工藝簡便，易操作，為斷熱節(jié)能砌塊的推廣應用提供依據(jù)。