掺粉煤灰类轻质自保温墙板的制备研究

摘 要：本研究设计了一种以掺粉煤灰的陶粒混凝土作为内、外叶墙材料，保温层采用聚苯板的高效节能型轻质自保温复合墙板，并对其制备方案与保温性能做了进一步研究。在保证陶粒混凝土强度和抗渗性的前提下，得到了强度为LC30的陶粒混凝土的最优粉煤灰掺量和各组分配合比。以LC30的掺粉煤灰陶粒混凝土和聚苯板浇筑出保温墙板，并通过传热系数的理论计算和热工性能试验得到内、外叶墙、保温层的最优尺寸以保证墙板达到最佳的保温性能。通过试验研究与理论计算证明了其保温性能好，抗渗性能优越，然而强度并不逊于常规混凝土。

关键词：粉煤灰 陶粒混凝土 配合比 热工性能

0、引言

保温墙板是在首先满足房间围护功能要求的前提下，对墙板进行热工性能的改善，使其满足建筑节能的各项要求。目前所研究的墙板保温体系，即外保温体系、自保温体系、内保温体系，由于保温材料研究的时间比较短，很多保温技术都不是很成熟，主要是以eps、xps、聚氨酯这些掺合料为主的有机复合保温材料。虽然这些材料的保温效果能够达到规范指标要求，但是不采取有效的构造措施很难满足防火和耐久性的要求，且存在有毒气体的问题。外墙自保温体系与其他保温体系的区别在于，在保证墙体能承受一定的荷载墙体本身还具有保温性能的前提下，保温材料置于体系内部，具有很高的防火等级。

本研究提出了以聚苯板为内保温层[7]，掺粉煤灰的陶粒混凝土板为外叶墙的JW型轻质复合自保温墙板，结构形式如图1。

1、实验材料与配合比设计

实验材料选用合适材料特性的水泥、陶粒、粉煤灰、砂、水。参照《轻集料混凝土技术规程》JGJ51-2002，采用松散体积法，确定陶粒混凝土基本配比，并通过正交试验分析，最终确定出LC30陶粒混凝土水胶比为0.61，砂率为30%，进而得出制备试块所需水泥、砂、陶粒、水的质量，然后按照粉煤灰代替水泥的量为水泥总量的0、10%、20%、30%的4种工况制备四组LC30陶粒混凝土。

2、配合比的优化选择

2.1 陶粒混凝土强度分析（图2）

2.2 陶粒混凝土渗透性分析

目前，对普通混凝土的抗渗性研究，我们知道粉煤灰能降低混凝土中氯离子的渗透系数，但是，促使普通混凝土的水渗透性和空气渗透性提高不少。其主要原因是粉煤灰拌合时与骨料接触，水化作用前，粉煤灰能降低水泥浆和骨料的黏结，颗粒表面吸附得水膜使过渡区更加多孔。对标准养护28天的四组配合比陶粒混凝土试块进行渗透深度的测试发现，陶粒混凝土中加入粉煤灰提高了陶粒混凝土的抗渗性（图3）。

通过上述对不同粉煤灰掺量的陶粒混凝土标准试块，进行抗压强度、渗透性的测试结果分析发现：①当粉煤灰代替水泥掺入量为20%时，陶粒混凝土试块后期强度增加明显，标准养护龄期为28天时，基本赶上普通陶粒混凝土强度；②不同粉煤灰掺量的陶粒混凝土的抗渗性变化走向与其抗压强度的走向大致相同，粉煤灰替代水泥掺量20%时，粉煤灰充分填充到水泥浆里面，有效提高了陶粒混凝土试块的抗渗性。

3、热工性能分析

3.1 成型及养护

本试验需要制得的自保温墙体厚度为150mm，保温墙体构件尺寸为1000毫米×1000毫米。根据本研究试验步骤，制出如表1所示尺寸的自保温板。

根据前期陶粒混凝土的研究结果，按照粉煤灰掺量为20%的配合比，称量制作试件所需要的掺合料。待试件成型后进行自然养护，三天后进行拆模，然后坚持定期洒水，促进试块水化反应的进行。

3.2传热系数理论计算

本研究主要以《民用建筑热工设计规范》GB50176-93为研究依据，验证本研究所提出的新型轻质自保温复合墙板，复合国家对建筑物65%的节能标准的要求。

本研究墙板应用于夏热冬冷地区，属于三层围护结构，使用《民用建筑热工设计规范》GB50176-93得出传热系数的计算方法，并参考相关研究成果。计算可知PW型试件不满足保温节能要求，可以淘汰掉。经过综合分析， JW-3、JW-4、JW-5型墙板作为我们下一步的研究对象，其传热系数分别为1.06 W/m2K，0.74 W/m2K，0.57 W/m2K。

3.3热工性能试验

通过热工性能试验发现：墙体的保温性能随聚苯板厚度的增加并非线性的。当聚苯板厚度从30mm增大至50mm时，保温层内外温差增加了4.190C，保温效果明显提升；而当聚苯板厚度从50mm增大至70mm时，保温层内外温差仅仅增加了0.240C，保温效果并没有多大差异。因此，在考虑材料协同保温方面的能力和保温稳定性的优势，优先选择JW-4型保温墙板。

4、结论

（1）以粉煤灰部分取代水泥配制陶粒混凝土。以工业废渣粉煤灰取代20%的水泥，减少水泥的消耗，从水泥生产的源头即可降低能耗、减少污染。保温墙板叶墙材料选用陶粒混凝土使得墙板质量较常规墙板质量更轻，并引入粉煤灰以提高陶粒混凝土的抗渗性，同时又提高了墙板的保温性能。

（2）通过理论计算得出JW型和PW型保溫墙板的传热系数，二者进行对比分析，理论证明了JW型自保温墙板的保温性能和耐久性的优越性。

（3）通过热工性能检测试验，研究分析在墙板两侧不同的稳态温度下各板层的温度分布与保温夹心层厚度的关系，确定了一定墙板厚度下所使用保温夹心层的最佳尺寸。

参考文献

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[3]中华人民共和国建设部.轻骨料混凝土技术规程（JGJ51-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社.

[4]中华人民共和国建设部. 民用建筑热工设计规范（GB50176-93）[S].北京，中国建筑工业出版社.

[5]曲秀莉.陶粒聚苯复合外墙保温TJM板施工技术研究[J].北京建筑工程学院学报，2001（35）.

作者简介：黄津麒（1996.02），男，河南开封人，河南大学土木建筑学院2014级本科生，土木工程专业475000。