天然轻集料混凝土保温砌块的应用分析

王宇杰

（中国机械工业建设集团有限公司，北京 100045）

0 引言

在当前的EPS板和XPS板薄抹灰外墙保温工程当中，比较常见的墙体问题是抹面层裂纹。薄抹灰面层出现空鼓情况，当然也时有出现薄抹灰面层脱落和保温层脱落情况。有时候一些工程的薄抹灰外保温工程经过3~5年就需要维修甚至大修工作。所以需要详细分析外墙外保温工程当中的经济性特点。当前如何提升EPS、XPS板薄抹灰外墙外保温工程防火性能，减少房屋的火灾隐患越来越迫切。开发出导热系数更小的，能让墙体变得更薄，施工更加简便，造价适中，寿命几乎可以和建筑相接近的保温墙体材料产品，是当前需要努力研究的方向。

1 天然轻集料的性能

天然轻集料资源十分丰富，在我国拥有着火山渣、浮石等天然轻集料，在吉林、黑龙江、山西以及内蒙古和海南等地都有着丰富的资源。仅仅在辽宁省的宽甸地区青椅山到黄椅山等地区初步探测出的天然轻集料就超过了1000万t。宽甸大川头也有着丰富的浮石储量。

4种产地（1#吉林、2#黑龙江、3#山西、4#辽宁）不同的天然轻集料的化学成分，如表1所示，其化学成分中二氧化硅约占45.9%~56.9%，三氧化二铁占4.1%~13.2%，三氧化二铝占10.2%~17.2%，氧化钙占6.4%~12.2%，三氧化硫占0.1%左右，本研究选用4#作为试制产品。

表1 天然轻集料的化学成分 %

选用4#轻集料，其松散密度为231~279 kg/m3，适用于制作轻集料混凝土保温砌块。其中3#、4#天然轻集料的物理力学性能如表2所示，4#天然轻集料的放射性内照射指数、外照射指数符合GB 2841—1981《天然轻骨料》要求，适合用于生产建筑材料[1]。

表2 天然轻集料的物理力学性能

2 天然轻集料混凝土保温砌块的强度与规格

依照墙体材料的规范化要求，在设计节能建筑时，要求墙体保温符合标准。同时将其与砌筑施工工法、各种建筑模数紧密结合，选出优良的天然轻集料混凝土，以此设计出天然轻集料混凝土保温砌块的强度与规格。依照优选结果与国家在墙体材料方面的要求，将天然轻集料混凝土保温砌块的强度设定为（A3.5~A5.0）级别左右，密度等级＜1200 kg/m3。同时依照现代节能公共建筑与居住建筑对外墙的保温标准，应用与之相匹配的砌筑办法，充分考虑其灵活运用的概率，进而确定出保温砌块的规格[2-3]，如表3所示。

表3 天然轻集料混凝土保温砌块的规格

为了研究分析天然轻集料混凝土保温砌块内空气层和同厚度天然轻集料混凝土的保温作用，选取GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》内的空气间层热阻，进一步计算出和空气间层相同厚度的天然轻集料混凝土热阻，如表4所示。

在表4中，分析垂直空气间层热阻可知，若空气间层厚度为5~40 mm时，热阻随着空气间层厚度的增加而变大，当在＞40 mm的条件下，热阻数值变为一个常数[4-5]。当天然轻集料混凝土厚度＞40 mm，相应地其热阻数值比空气间层热阻数值要大，因此用太厚的空气间层可能降低天然轻集料混凝土砌块的保温性。第一组、第二组天然轻集料混凝土的导热系数分别为0.19、0.16 W/（m·K）。

表4 空气间层热阻和天然轻集料混凝土热阻

从试验、生产方面分析，天然轻集料混凝土保温砌块中形成＜40 mm的多层垂直空气间层有一定难度。并且天然轻集料混凝土保温砌块需要保持其空心率小、壁肋厚度大，如表5所示。

表5 天然轻集料混凝土保温砌块空心率与壁肋厚度

此外，主块A和B的壁肋厚度接近124 mm，和2个端壁厚度+1个灰缝厚度相同，这有利于提升天然轻集料混凝土保温砌块整体的强度。而主块A和B边壁、端壁厚度≥58 mm，处于过渡地带的C块边壁、端壁厚度≥30 mm，在这种条件下非常便于安装、固定门和窗框，并且不必在窗口位置墙壁上砌木砖[6]。

3 天然轻集料混凝土保温砌块的应用分析

天然轻集料混凝土保温砌块能保证砌筑过程中用到的砂浆导热系数与保温砌块导热系数保持一致，避免砂浆缝变成热桥。采用普通砂浆砌筑外墙时，在寒冷区域室中一侧的砂浆缝在气温较低的冬季可能出现积尘、结露热桥，进一步促使外墙的热损失增加[7]。故可以将天然轻集料加工提炼成轻细集料，确保其与水泥、适量复合外加剂融为一体，在具体实践过程中不断筛选出最佳配方，确保其强度、导热系数和所用材料的砂浆保持一致。现今该类型的保温砂浆在国内的试验建筑中已经得到初步应用。观察其应用情况发现，操作性能佳。检验得到这种混凝土保温砌筑砂浆抗压强度为7.5 MPa，和A5.0级别的砌块抗压强度相比高40%左右，故需用保温砂浆砌筑保温砌块，保证砌体的整体强度，其保温砌筑砂浆的干密度达到948 kg/m3，与之相匹配的导热系数是0.17 W/（m·K），说明该砂浆是轻质保温性砂浆。冻融试验使其质量损失率为6%（在4%~7%之间），抗压强度损失率为16%（在14%~17%之间），说明其具有良好的抗冻性，适合用于外墙砌筑。

在砌筑过程中需要注意以下几点：（1）合理安排块体砌筑，对于少数有孔隙的混凝土保温砌块注意保持其口部向下。砌筑外墙时需要选用与之相匹配的保温砌筑砂浆，并确保缝隙饱满。砌筑先从4大角度实施，设置相应的标尺杆。（2）砌筑优先选用主块，针对上下皮砌块需要保持内外层交换位置，前后错缝，并实施上下压缝砌筑。在砌筑门窗洞口墙壁时，不需要用木砖类型的专用块材[8-9]。（3）梁下方最后一皮填皮块，需要采用保温砂浆斜砌方式与C型保温砖材料进行填实。（4）具体在砌筑保温砌块外墙时，必须把墙体和梁、柱的连接筋砌入所用砂浆层内，使其和建筑施工标准相配。针对外墙上面混凝土梁柱的外侧位置，必须依照设计要求，用厚度为90 mm或者120 mm的天然轻集料混凝土保温砌块进行严密包砌，确保其可以切断外墙上方热桥。（5）在外墙上可选用普通的混凝土实施挑梁，在具体设计过程中向内收缩40 mm。而在砌筑或者抹灰的过程中需用保温砂浆抹平压实40 mm宽度的缝隙。

4 结语

长时间以来，建筑物外墙面临的三大重点质量隐患分别是开裂、空鼓和渗水。传统的外墙材料大部分都属于页岩多孔砖或者是加气混凝土砌块。因为存在着毛细情况，如果在砌筑抹灰的过程中浇水不够饱满，会导致砌筑墙体吸收水泥砂浆中的水份，无法完全开展水泥水化反应。如果气体的表面光滑，会导致空鼓现象出现，一旦出现了空鼓问题，水份很容易通过砌体的灰缝直接进入到室内，容易出现外墙渗水情况，维修的难度很大。通过研究发现，天然轻集料混凝土具有多方面的优点，比如：其化学、物理力学性能均佳，并且放射性指数非常低、容重轻、导热系数较小，适合用于保温砌块。将天然轻集料保温砌块应用于具体工程项目中，完成外围护墙主体施工项目，操作简单，且施工时间短，具有较长的使用期限。其墙体选用天然轻集料保温砌块砌筑，属于无机轻质不燃材料类型，起到良好的防火、隔热作用。借助于天然轻集料来实现保温砌块的生产，可以帮助人造轻集料生产能源的节约，还可以降低成本。同时，又属于无机多孔材料墙体，本身具备优越的隔声性、保温性，把这种功能多的轻质保温砌块应用于节能居住建筑外墙，或者节能公共建筑的内外墙、分户墙等。总之，将天然轻集料保温砌块应用于砌筑建筑墙中，一方面，能够降低建造建筑物的能耗；另一方面，又能确保保温层和建筑保持相同使用时间，在客观上也节约了外墙保温工程日常维护的费用，产生了较好的经济与环保双重效益。