A级防火高效均质节能自保温砌块研制★

董泽群 孟昭博 杨乐华 么传杰 常秀丽

(1.聊城大学建筑工程学院,山东 聊城 252000； 2.山东聊建集团有限公司,山东 聊城 252000)

·绿色环保·建筑节能·

A级防火高效均质节能自保温砌块研制★

董泽群1孟昭博1*杨乐华1么传杰2常秀丽2

(1.聊城大学建筑工程学院,山东 聊城 252000； 2.山东聊建集团有限公司,山东 聊城 252000)

对比分析了A级防火高效均质节能自保温砌块与普通自保温砌块优缺点，提出了6种A级防火的高效均质自保温砌块配比方案，论证了新型A级防火均质高效自保温砌块的技术有效性。研究表明：该砌块具有A级防火、高效节能、抗冻性、耐久性及性价比高等特点，是一种无机均质的新型自保温材料，可以有效解决外墙自保温砌块的防火问题。

A级防火，均质，节能，自保温砌块

0 引言

随着国家对节能标准和外墙节能保温要求的逐步增高，节能建筑占城镇民用建筑面积比重逐年增加[1]。北京、天津、河北、山东、新疆等地开始在城镇新建居住建筑中实施节能75%强制性标准[2]。建筑节能与结构一体化技术推广具有很强关联性[3]，由此可见，绿色建筑是现代化发展的必然趋势。我国房屋建筑材料中70%是墙体材料，砌块是墙体的组成单元，设计和制作满足节能的砌块是解决墙体节能问题的关键[4,5]。目前，市场上的保温砖主要为由泥土烧制而成的中空烧制泥砖、复合型自保温砌块和以水泥、沙子、石灰石颗粒为原料配制成的免烧水泥砖。复合型自保温砌块，即混凝土砌块和有机保温材料(聚苯板、挤塑板、聚氨酯)等材料复合搭配，但复合型自保温砌块易燃，防火能力较弱，给居民的生命财产带来严重的威胁[6-10]，如辽阳市某一楼房自保温砌块墙体发生燃烧，造成重大事故。针对现有砌块存在非均质、节能效率低、防火性能差等问题，本文采用对比分析、室内试验等方法，研制了一种A级防火高效均质自保温砌块。

1 A级防火高效均质节能自保温砌块与普通自保温砌块性能对比分析

1.1普通自保温砌块墙体优点及不足

1)耐久性良好。自保温墙体不同于传统的外墙保温方法，其本身和建筑物的主体结构连接在一起，且自保温砌块的原材料大部分是无机材料，耐久性好，不易老化，使用年限长[11]。

2)防火性能和抗冲击性能优良。自保温墙体主要是由砌块以及砌筑砂浆构成，两者都是无机不燃材料，防火性能优良。自保温墙体既扮演着基层墙体的角色，作为保温结构，抗冲击能力强，并且采用嵌入式砌筑方式，显著提高了砌体强度，既安全又可靠。

3)施工工艺简单。自保温墙体施工主要为砌筑工艺,普通建筑人员均可操作,不需要精确的喷涂和粘贴等工艺技术。

4)性价比高。自保温墙体的成本虽然高于外保温墙,但自保温砌块墙体可以降低施工难度，有效减少施工人员的劳动强度，缩短工期，节约劳动力成本，很大程度上减少了建设投资,另外自保温墙体使用寿命长,不需要维护，这也大大减少了维护费用。

5)质量可靠。外墙保温的施工程序复杂,在有些地区时常出现保护层脱落、开裂等问题，贴板类材料大多为有机物，防火能力很弱，而自保温砌块墙体很好地解决以上问题，保证人们的生命财产安全。并且与加气砌块相比，可以减少95%以上因温度应力、干湿应力产生的墙面裂纹裂缝。

6)环境友好。自保温砌块从制作材料到生产、使用等各个环节，对环境没有造成较大破坏，在一定程度上有效的保护了环境，有利于建筑行业健康发展。

7)普通自保温砌块存在两方面不足：内部有机材料仍存在一定的安全隐患，在一定条件下仍然可以发生火灾，无法达到A级防火的要求；砌块的保温材料上下裸露，保温效果差，而且在堆砌成墙体后，上下层之间砌筑砂浆的实际粘结面太小，会造成上下层砌块之间的粘合力太小，从而降低墙体的安全性。

1.2A级防火均质节能自保温砌块优点

A级防火高效均质自保温砌块不仅含有普通自保温砌块的优点，还具有防火、节能等优点。普通自保温砌块和A级防火高效均质自保温砌块的实物分别如图1,图2所示。

1)达到A级防火标准。A级防火高效均质自保温砌块解决了普通自保温砌块的不防火问题，降低了外墙保温填充墙的火灾发生几率，同时解决了节能75%的问题，符合国家关于对外墙外保温产品的耐火等级要求和更高的节能标准要求。该砌块生产过程简单，具有较高的推广价值和非常广阔的市场前景。

2)性能优良。A级防火的高效均质自保温砌块的主要技术指标是：抗压强度不小于2.5 MPa，导热系数不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干缩值不大于0.6 mm/m，软化系数不小于0.85，抗冻性及耐候性符合要求。

3)节能。A级防火的高效均质自保温砌块有较高强度、较低导热系数、较强耐水性能和耐候性能，而且采用的无机材料，多为建筑废弃材料，从而有效解决了此类废弃物固体污染问题，节能环保。

2 A级防火均质高效自保温砌块制备及结构机理

2.1制备原材料

1)胶凝材料。选取普通硅酸盐水泥为砌块壳体的主要胶凝材料，低碱快硬硫铝酸盐水泥或普通硅酸盐水泥为泡沫混凝土的主要胶凝材料。普通硅酸盐水泥来源广泛、价格低廉、耐水性能好、强度高、耐久性优异，硫铝酸盐水泥凝结快、强度高、微膨胀和耐久性好等基本特性适宜于泡沫混凝土的性能要求[12]。

2)保温材料。陶粒具有密度小、强度高、保温隔热、耐火等特点，用途广泛[13]。轻质陶粒及其碎片与珍珠岩既可作为骨料又能作为保温材料并进行级配，同时采用陶粒和陶粒碎块颗粒合理级配优化了保温材料兼骨料的抗压特性，解决了陶粒粒径过大造成的抗压强度不够的问题。

3)防水材料。研发了一种珍珠岩改性剂，该改性剂由甲基硅酸盐憎水剂和硅烷憎水剂混合而成。甲基硅酸盐憎水剂在水和二氧化碳的作用下，生成甲基硅酸醇，甲基硅酸醇在结构材料表面和内部生成几个分子厚的不溶性的防水高分子化合物，网状的有机硅树脂膜，具有很好的防水作用。同时，硅烷憎水剂释放出乙醇并与基材结合转化为有机硅树脂聚合物，最终在基材的毛细孔表面形成一层憎水的硅树脂膜，进一步增强了憎水性能。

4)其他材料。为有效改善壳体混凝土性能及界面的结合，提高砌块的力学性能、热工性能、防水性能、抗冻性能，还添加了炉渣、粉煤灰、减水剂、珍珠岩、珍珠岩粉等材料。这些材料解决了导热系数和抗压强度的矛盾，又抑制了珍珠岩吸水率高的特性，使吸水率、抗冻性和耐候性得到保障。

2.2结构机理

1)砌块机理。用水泥作为胶凝材料，采用陶粒及其碎片以及珍珠岩作为骨料兼保温材料，并进行合理级配，以粉煤灰、炉渣等作为填料，添加相应添加剂改善砌块的各防水性能、抗冻性能，力学性能，使之达到此类建材产品的技术要求和节能75%的指标。由于使用的都是无机材料，都属于不燃材料，故本发明的耐火等级可达到A1级。

2)砌块结构。砌块由主体砌块、外保温层、保温芯料、保护层及保温连接柱销组成。主体砌块的内、外壁及主体砌块与外保护层通过“L型T型点状连接肋”和“贯穿保温层的点状柱销”组合为整体，在柱销中设置有钢丝。保温砌块是以高性能混凝土空心砌块为壳体，在其孔腔内复合填充泡沫混凝土和聚苯板等轻质保温材料。通过生产工艺使砌块壳体与保温材料注塑成整体而形成的混凝土砌块，具有保温隔热性能好、自重轻、强度高、隔音、防火、防水抗渗、收缩率低、施工简单等特点[14]，特别是采用泡沫混凝土和聚苯板的有机组合，既提高了砌块保温性能，又改善了蓄热性能和隔声性能[15]。

3 制备方案及结果分析

3.1制备方案

A级防火均质高效自保温砌块采用6种不同配比方案制作试件，配比方案如表1所示，砌块尺寸为390 mm×270 mm×190 mm(长×宽×高)，采用标准养护，气温保持在21 ℃，相对湿度保持在90%，时间28 d。砌块制备包括以下五个步骤：

1)按照质量配比称取原料，如方案1中陶粒和陶粒碎块颗粒26%，炉渣3.4%，珍珠岩34%，珍珠岩粉9%，水泥20%，粉煤灰5%，硅灰1.7%，减水剂0.4%，氯化铁防水剂0.3%，粉末减缩剂0.2%，水的重量占固体原材料总重量的50%；

2)把称取的陶粒和陶粒碎块颗粒、炉渣、珍珠岩、珍珠岩粉、水泥、粉煤灰、硅灰、减水剂、防水剂、粉末减缩剂混合，用搅拌机搅拌均匀；

3)将称取的水和珍珠岩改性剂混合均匀，加入步骤2)中搅拌均匀的物料中，继续搅拌，直到手抓成团不散开；

4)将经过步骤3)处理的物料送入砌块挤压设备成型设备，以2∶1左右的压缩比例挤压成型；

5)将步骤4)中挤压成型的料浆(带有模具)送入养护室养护3 d，即得A级防火高效均质节能自保温砌块。A级防火高效均质自保温砌块制备工艺流程示意如图3所示。

表1 方案1～方案6的原材料配比方案

3.2结果分析

由表2可知，各方案的砌块抗压强度不小于2.5 MPa，导热系数不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干缩值不大于0.6 mm/m，软化系数不小于0.85，抗冻性及耐候性等均符合要求，耐火等级达到A1，节能水平达到75%。各方案砌块的主要技术指标值相差不大，干缩值、耐火等级、节能等受各材料配比较小。方案3砌块抗压强度最小，导热系数最低，吸水率最高。

表2 自保温砌块的主要技术指标

4 结语

1)研制了一种由凝胶材料、保温材料、防水材料和其他材料组成的A级防火高效均质节能自保温砌块，对比分析了现普通自保温砌块存在的不足。A级防火高效均质节能自保温砌块的整体材料均为无机材料，克服了传统自保温砌块防火性差、材料不均的缺陷。

2)各方案的砌块抗压强度不小于2.5 MPa，导热系数不大于0.11 W/(m·K)，吸水率不大于15%，干缩值不大于0.6 mm/m，软化系数不小于0.85，抗冻性及耐候性等均符合要求，耐火等级达到A1，节能水平达到75%。

[1] 中华人民共和国住房城乡建设部.建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划[Z].

[2] DB 37/5026—2014，居住建筑节能设计标准[S].

[3] 乔明云，乔洪森，李贵学，等.浅谈一种新型自保温砌块项目推广发展的可行性[J].建设科技，2014(14)：76-78.

[4] 李晓健.自保温砌块、空心砖墙体的优势[J].砖瓦，2007(8)：61-63.

[5] 李 南，陈 晨，李国忠.我国建筑自保温砌块的发展现状与应用前景[J].山西建筑，2016，42(7)：17-18.

[6] 张玮珂，赵永生.高层建筑火灾蔓延途径与防控措施探讨[J].聊城大学学报(自然科学版)，2016，29(2)：107-110.

[7] 陈 力．建筑外保温材料火灾灭火技战术探讨[J].消防科学与技术，2014(2)：201-203.

[8] 赵永峰，段海娟，赵金城，等.在建高层建筑外保温材料立体燃烧的火灾蔓延规律[J].消防科学与技术，2013，32(2)：1319-1322.

[9] 李军生，赵永生.FS外模板与结构一体化施工工艺与质量控制[J].聊城大学学报(自然科学版),2012,25(4)：93-95.

[10] 李 勇,李忠芬，鲁艳丽.新型外墙外保温复合系统在节能住宅中的应用[J].新型建筑材料,2006(3):66-67.

[11] 张 伟，孙道胜，丁 益.墙体自保温砌块的研究进展[J].新型建筑材料，2009，36(1)：13-15.

[12] 王建军，张自力，万善奎.硫铝酸盐水泥的发展现状与展望[J].新世纪水泥导报，2011，17(6)：51-53.

[13] 林丽娟，刘 伟，田国华，等.建筑垃圾及陶粒生产轻质自保温砌块的研究[J].墙材革新与建筑节能,2013(11)：39-41.

[14] 张泽平，马 欣，孙 亮.蒸压粉煤灰加气混凝土复合聚苯板保温砌块[J].混凝土，2014(7)：37-40.

[15] GB 50003—2016，砌体结构设计规范[S].

Developmentofenergy-savingselfthermalinsulationblockwithA-classfirepreventionandefficienthomogeneous★

DongZequn1MengZhaobo1*YangYuehua1YaoChuanjie2ChangXiuli2

(1.SchoolofArchitectureandCivilEngineering,LiaochengUniversity,Liaocheng252000,China; 2.ShandongLiaojianGroupCo.,Ltd,Liaocheng252000,China)

The advantages and disadvantages of A-class fire prevention high-efficiency homogenized energy-saving self-insulation block and ordinary self-insulation block were analyzed. Six kinds of A-class fire-resistant high-efficiency homogeneous self-insulation block ratio schemes were put forward and the technical effectiveness of the new A-class fireproof homogenization and self-insulation block was demonstrated. The research show that the block has the characteristics of A-level fire protection, high efficiency energy saving, frost resistance, durability and cost performance. It is a new kind of inorganic self-insulation material with inorganic homogenization, which can effectively solve the fire problem of self-insulation block.

A-class fire prevention, homogeneous, energy-saving, self-insulation block

1009-6825(2017)28-0194-03

2017-07-23★：聊城大学大学生创新创业校级项目(项目编号：CXCY2016099)；2015年度山东省本科高校教学改革研究重点项目(项目编号：2015203)

董泽群(1994- )，男，在读本科生

孟昭博(1977- )，男，副教授

TU502

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