装配式泡沫混凝土防火墙板的研究

装配式泡沫混凝土防火墙板的研究

张永航,李航,于永学,刘鸿玮

吉林建筑大学，吉林  长春  130118

摘要：本课题主要研究的是适用于装配式建筑发展的预制保温复合墙板，内容主要包括制备技术和施工技术两个部分。研究制备出的预制墙板制品可适用于各类新型建筑的保温、节能和防火以及老旧建筑。该种墙板可以解决目前市面上主要保温材料的诸多弊端，首先防火方面，由于加工制作材料全部属于无机材料，因此制品可以达到A级防火。其次保温材料使用泡沫混凝土，其中含有大量封闭气孔，所以在保温隔热、隔音方面也有很好的体现。考虑到预制保温墙板在不同地域和不同建筑结构中的使用，我们对其强度、防冻防水以及耐候耐久性能都做出了相应提高。

关键词：泡沫混凝土；纤维增强；复合保温防火墙板；性能分析

1. 概述

众所周知在整个建筑体系当中，建筑物的外部围护结构直接与环境相接触，而且随着外部环境气温的变化，建筑物将与环境进行热量交换从而形成热量损耗。这部分热损耗约占据了整个建筑能源损耗的三分之一，而建筑外墙又占据其中的较大一部分，因此推动建筑墙体节能与保温就变得至关重要。目前在建筑中按结构和所处位置的不同，可将墙体保温系统分为以下四种，即墙体夹心保温系统、墙体自保温系统、外墙外保温系统和外墙自保温系统。基于国家大力发展绿色建筑节能理念之下，本课题将研制一种集保温隔热、防火抗冻、轻质高强于一体的墙体自保温系统，即预制保温夹芯复合防火墙板。

2. 研究目的

在国内，目前大约有80%的建筑能耗是以墙体传热形式而损失的，为此国家出台一系列“节能减排”政策，其中就包括建筑墙体节能技术。这类技术主要就是通过在建筑中使用具有保温隔热性能的材料，来达到建筑节能效果。

在现有建筑保温材料市场方面，以聚氨酯、聚苯板和胶粉颗粒为主的有机类保温材料占据了95%以上。此类保温材料最突出的问题就是防火性能差、具有毒性和耐老化性能差(即保温性能衰减)，且属于不可自然降解的白色“垃圾”。以上问题均直接威胁到人民群众的生命财产安全与社会的稳定，同时也威胁自然环境的平衡系统。此外，制备有机类保温材料的原材料全部源于石油工业的副产品，而现在世界各国的石油资源已逐渐枯竭，所以有机类保温材料势必要一步一步被淘汰出局。

鉴于此形势，本论文目的就是研制出一种以无机材料为主体的预制保温夹芯复合墙板。在制备过程中采用材料复合和结构复合技术，来改变目前墙体材料单一的情况，主要分成结构层和保温层两部分进行研究制备。考虑到两部分在预制保温夹芯复合墙板中所起作用的不同以及成本和资源问题，最终选择使用泡沫混凝土作为复合墙板保温层材料，轻集料混凝土为复合墙板结构层材料。

本文研制出的预制保温夹芯复合墙板能解决市面上现有有机类保温材料的众多缺点，首先墙板本身能够达到A级防火且保温隔热性能优异，其次制品绿色无毒具有长久的使用年限。此外，研制的保温夹芯复合墙板属于装配式建筑材料的范畴，能够实现工业化大规模量产，还可以解决现浇式建筑所带来的环境问题和资源浪费问题。

预制保温夹芯复合墙板的研究也是为了积极响应国家在建筑行业出台的“绿色建筑评价系统”和“节能减排”等各项政策，做到绿色环保、节约资源。本论文研究制备的集保温隔热、防火为一体的墙体保温材料，具有非常可观的市场前景，必将为建筑节能的深入发展起到良好的推动作用。

3. 研究内容

（1）预制保温夹芯复合墙板中结构层部分的水泥、粉煤灰、标准砂、纤维和相关材料的选择及配方调整，保温层泡沫混凝土使用材料的选择及调整。与普通混凝土相比，轻集料混凝土具有良好的保温隔热性能，因此设计并采用轻集料混凝土作为预制保温夹芯复合墙体的结构层，就是希望轻集料混凝土在起承担荷载主要作用的同时，承担一部分保温作用。

（2）探究复合方式对复合墙板力学性能的影响。泡沫混凝土与轻集料混凝土之间的粘结性能，即界面粘结强度，采用适合的嵌合方式来实现结构层与保温层界面的劈裂抗拉强度的大幅度提高。保温夹芯复合墙板结构层与保温层存在界面是复合墙体区别于由单一材料构成墙体的最主要的特征，因此保温夹芯复合墙板的发展取决于对这层界面的研究进展。

（3）研究预制保温复合夹芯墙板的现场施工工艺及安装技术。现阶段装配式建筑存在的最大问题就是如何确保构件安装的稳定性与安全质量，装配式建筑今后如何发展将取决于这一问题如何解决。

4. 预制保温夹芯复合墙板的制备及性能研究

（1）预制保温夹芯复合墙板制备流程图

具体操作方法如下：

1）将普通硅酸盐水泥42.5级、粉煤灰、玄武岩纤维、减水剂、标准砂分别用称量天平进行称量，随后放入混凝土胶砂搅拌机中混合搅拌，使其搅拌均匀。

2）用量筒称量实验所需用水量，倒入上述胶砂搅拌机中充分搅拌至均匀。

3）将搅拌均匀的混凝土拌合物取出部分，放入100×100×100mm的抗压模具和300×300×300mm的导热模具底部，然后将制备好的泡沫混凝土试块放入，把剩余混凝土拌合物倒入模具中填满空余部分，最后抹至与模具齐平后放置室温下等待制品成型。

4）等待制品凝结硬化后，拆模放入混凝土加速养护箱中，调节温度60℃，养护24h后，并对其进行各项性能检测。

（2）预制保温夹芯复合墙板性能研究

实验最终结构层配方：P.O42.5水泥3000g，粉煤灰643g，标准砂520g，水1071g，聚羧酸减水剂3.64g，玄武岩纤维18.2g；保温层配方，P.O42.5水泥：1350g，粉煤灰：150g，水：675ml，减水剂：6g，铝酸钠：13.5g，泡沫：3000ml，纤维素醚：0.75g，改性聚苯颗粒：2000ml。最终性能为：抗压强度：26.1MPa,导热系数：0.1902W/m·k，吸水率：6.4%，循环次数：110次，泡沫混凝土容重380kg/m3。

参考文献

5.结论

（1）在预制保温夹芯复合墙板的制备过程中，使用部分粉煤灰替代水泥，主要是基于两方面考虑。一是废物利用，减少实验用水量，降低混凝土成本；二是提高混凝土制品性能，包括拌合物和易性、混凝土抗渗性和降低导热系数等。

（2）实验使用42.5级普通硅酸盐水泥制备泡沫混凝土，为了保证制品的成形和内部泡孔的稳定性，因此加入铝酸钠与羟丙基甲基纤维素醚。

（3）玄武岩纤维加入结构层混凝土砂浆后，可以抑制预制保温夹芯复合墙板在凝结硬化过程由于应力收缩不同时所产生的裂缝。

（4）在浇筑相同体积的泡沫混凝土制品时，因为聚苯乙烯颗粒的加入会减少对泡沫混凝土的使用，从而降低制品容重，提高保温性能且在一定程度上提高抗压强度。

（5）泡沫混凝土经水预处理后可以改善预制保温夹芯复合墙板的部分性能，例如提高抗压强度和降低吸水率。

参考文献：

[1] 黄乐平,张晓军.桁架式预制复合保温围护墙体性能研究[J].低碳世界，2013，(12):290-291.