泡沫混凝土复合墙板的制备与吊装工艺研究*

□□ 宋子豪，彭红涛，卞立波，巴合卓力·克孜尔开勒迪，王重阳，马国星 (.中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 00083；.北京建筑大学 土木与交通工程学院，北京 066)

引言

随着我国人民物质生活质量水平的不断提高，人们对家庭住宅舒适度的要求也在不断提高，我国的住宅建筑空间能耗水平呈现逐年激增的增长趋势，已经超过欧美日等大国[1]。能耗的不断增加以及建筑资源的逐渐枯竭都将使当今建筑业面临严峻的环境挑战，因此，如何真正做到有效减少建筑能耗，资源的综合利用等已成为当前建筑业亟待解决的重大问题。节能型建筑[2-3]是时代与经济发展的必然要求，也是现代经济社会发展的必然需要。事实上，高层建筑物的大部分能耗是由于高层建筑围护结构的保温性不好、安装密闭度和性能差等原因而导致建筑内部的热量大量流失[4]。围护结构由墙体、门窗组成，其中主要部分为墙体，实施节能工程必须极大地改善围护结构的热工能力，特别是隔墙的热工能力。因此，开发出一种强度高、质量轻、保温隔热性能好的节能环保型墙板对推动我国建筑业转型、实现建筑材料改革都是当务之急。泡沫混凝土复合墙板是一种新型环保节能的内隔墙材料，它两侧设置有企口，安装时只需要把复合墙板立起，榫头和榫槽间涂上少量基层嵌缝防水砂浆后将板对接拼装即可。本文研究的泡沫混凝土复合墙板由自然养护而成，其内芯以石膏、水泥为胶凝材料，以粉煤灰为矿物混合料，加入泡沫剂发泡后形成的混凝土，墙板两侧是保护层，其组成为抗裂砂浆-玻璃纤维网格布-抗裂砂浆。该复合墙板生产过程快捷、节能、环保、轻质、吸振、保温隔热、阻燃、可降低墙体成本，完全符合新型建筑对建筑材料的要求。

1 泡沫混凝土性质

(1)质量轻

泡沫混凝土密度小，一般为300～1 800 kg/m3，工程中的泡沫混凝土密度一般为300～1 200 kg/m3，近几年密度为160 kg/m3的超轻泡沫混凝土也已经在工程中得到了广泛应用。由于泡沫混凝土的密度很小，在修建柱子、内外墙、楼面等建筑结构时运用泡沫混凝土，可使建筑自重减少25%左右，有时甚至可以减少结构总质量的30%～40%。且采用泡沫混凝土后，建筑结构的质量减轻，大大减轻了结构构件所需承受的荷载，提高结构构件的耐久性。

(2)热工性能好

由于泡沫混凝土中含有大量闭合的孔隙，孔隙率极低，可有效阻断热量的流失，所以其具有优良的保温隔热性能。其导热系数为0.08～0.30 W/(m·k)，热阻一般为普通混凝土的10～20倍。将泡沫混凝土运用到墙体、屋面、地面中，可以达到优良的保温效果。

(3)良好的阻燃性能

泡沫混凝土是一种无机建材，不易燃烧，具有很好的耐火性，在建筑物中使用，符合建筑物的阻燃要求。

(4)良好的抗震性

通常地基的荷载越小，结构抗震性就越强。地基受到的荷载与墙体材料质量直接相关，墙体质量越轻，建筑物地基受到的荷载就越少。平时应用到实际工程中的泡沫混凝土密度一般为300～1 200 kg/m3，与传统材料相比，建筑自重减少了1/3～2/5，因此泡沫混凝土的抗震能力极佳[5]。

(5)泡沫混凝土的生产快捷

泡沫混凝土不仅可以在工厂中预制成各种建材，还可以在现场现浇到屋面、墙体和地面上。

泡沫混凝土由于其质轻、抗冲击、保温性好，故在新型节能环保墙板中得到了广泛应用，并在其他方面也得到了应用。目前，泡沫混凝土在实际工程中的应用领域不断扩大，不仅是运用于墙板中，在轻质回填材料、夹芯构件、垃圾箱桌凳、运动场和田径跑道中都能看到它的身影。

2 复合墙板的研究现状

复合墙板是建筑业转型生产的新型节能环保建筑内隔墙板。它不是单一的一种材料，而是由多种面层叠加组成，其具有明显的绿色、节能、无污染、质量轻、抗震、阻燃、隔热、施工便捷等优点。

陈诚[6]研究了各种原材料，通过正交试验设计研究了发泡剂掺量、发泡温度和催化剂掺量对泡沫混凝土复合墙板性能的影响。结果表明，各因素的影响程度排序为：发泡剂掺量>催化剂掺量>发泡温度。同时，对轻质隔墙板与加气混凝土在隔音、保温、力学性能方面做了对比研究。结果表明，密度为800 kg/m3的墙板的导热系数为0.176 2 W/(m·k)，最大力位移值为0.78 mm，倍频程隔声损失为53 dB，优于同密度的加气混凝土。

张玉等[7]提出了以菱镁胶凝材料为主体的无机发泡隔墙板的制备方法。在发泡保温材料中加入速凝剂、增稠剂、防水剂等改性剂，研究了不同改性剂的掺量与无机发泡隔墙板干密度、导热系数、发泡量、吸水率和抗压强度的关系。对基体内部的力传递路径进行了优化，得到了具有良好保温性能和力学性能的配方。

申亚楠[8]通过理论研究、性能试验和有限元分析相结合，研制出一种具有优良保温性能的预制夹芯保温复合墙板。该复合墙板中间芯料选用泡沫玻璃板，厚度为100 mm；两侧结构层选用以陶粒陶砂为骨料的轻集料混凝土，厚度为50 mm；墙板总厚度为200 mm。经计算，墙板的热惰性指数为2.83，传热系数为0.369 W/(m2·k)。利用DeST能耗模拟软件对四种墙板应用于住宅建筑和公共建筑的能耗进行了数值模拟，结果表明，预制夹芯保温复合墙板具有良好的节能效果。

余其俊等[9]以硅酸钙板为两侧结构层，纤维增强泡沫混凝土为中间保温层，制备泡沫混凝土复合墙板。研究了泡沫混凝土体积密度和聚丙烯纤维含量对复合墙板抗压性能的影响。结果表明，随着芯材密度的增加(400～600 kg/m3)，复合墙板的受压破坏逐渐由结构层和保温层的分别破坏向整体破坏转变，复合效应增强，抗压强度显著提高，抗压韧性指数略有提高；且随着芯材中纤维含量的增加(0～2 kg/m3)，复合墙板受压破坏时，芯材的可见大裂纹明显减少，说明纤维能够很好地阻止裂缝的扩展和延伸。

3 泡沫混凝土复合墙板的生产

泡沫混凝土复合墙板的生产包括配料配比、投料搅拌、输入泡沫、转运机运送、安装清洗模具、铺玻璃纤维网格布、注入模具、成型、拆模、养护等过程，如图1所示。

图1 泡沫混凝土复合墙板生产流程框图

具体制备步骤如下：

(1)完成开机前的准备工作，确定原料是否充足。

(2)配小料，提前将A(增强剂)、B(缓凝剂)、C(固化剂)等组分小料称重，称出够一个班生产的量，每组一袋备用。各组分小料分别需要增强剂3.5 kg、缓凝剂0.4 kg、固化剂2 kg。

(3)开始投料前关闭放料阀，搅拌机四壁用水喷湿清理挂料。投入350 kg水进入搅拌机，投入10 kg棕丝纤维，投入称好的A、B、C小料，用粉料输送泵输送水泥100 kg、石膏750 kg、粉煤灰150 kg，之后反复进行几次开关门，清空称重料斗。

(4)加入发泡剂2 000 mL，发泡用水10 kg，配制定量泡剂。浆料搅拌均匀后加入定量泡剂，搅拌均匀后放料到转运搅拌机。然后立即对搅拌机清洗，干净后加入下一锅水进去。

(5)进行模具的安装和清洗，之后在模具两侧均匀涂抹上抗裂砂浆，然后在抗裂砂浆层上满铺玻璃纤维网格布，最后在玻璃纤维网格布上再涂抹一层抗裂砂浆，将其覆盖。

(6)将浆料倒入模具，刮平分层，盖上模具扣紧，反应2 h后拆模。

(7)拔管，拆模，用绑带捆绑墙板后用叉车运送至养护区域进行养护。

本文制备的泡沫混凝土复合墙板两侧结构层由抗裂砂浆与玻璃纤维网格布组成，中间保温层为泡沫混凝土，实物图如图2所示。

该墙板保温层的泡沫混凝土是以石膏、水泥为胶凝材料，粉煤灰为掺合料，松香酸钠为发泡剂，增强剂、缓凝剂、固化剂为外加剂，以及掺入棕丝纤维来制备而成的。因为泡沫混凝土是脆性材料，且强度不高，所以在泡沫混凝土保温层两侧增设由抗裂砂浆与玻璃纤维网格布组成的加强面层，制成复合墙板，可以增加墙板的抗裂强度，提高墙板的抗冲击性能，泡沫混凝土复合墙板的成功生产证明，保温层和结构层能够牢固结合，不会发生芯板与玻璃纤维网格布分离的现象。

4 泡沫混凝土复合墙板的吊装工艺

泡沫混凝土复合墙板的吊装，必须事先将墙板绑扎起来，使其成为牢固整体，最大程度地减少墙板可能受到的受拉或弯曲破坏。因此，对泡沫混凝土复合墙板的吊装技术研究可分为吊装方案设计、选取吊装材料、选取吊装设备等阶段。

4.1 吊装方案设计

方案设计对象为“一”字形泡沫混凝土复合墙板。墙板质量约204.12 kg，墙板尺寸为2 800 mm×600 mm×120 mm(长×宽×厚)。考虑到泡沫混凝土复合墙板为细长型，拟将吊装带绑扎在墙板1/3和2/3处，吊装方案设计如图3所示。

图3 吊装方案设计

4.2 选取吊装材料

选用织带宽度为50 mm的涤纶绑带作为吊装带，根据工厂提供的数据可知，该涤纶绑带最大抗拉强度为25 kN，最小破断力为50 kN，且自带收紧器作为接头装置。

4.3 选取吊装设备

由于墙板为轻质隔墙板，形状呈细长的“一”字形，跨度较大而宽度较小，因此可选择小型叉车起吊。首先操纵叉车将前端的货叉进行抬升，抬到1.5 m以上；然后把货叉挂钩对准吊装带上部的接头装置；最后将货叉匀速缓慢伸进吊装带的接头装置，保持货叉静止，控制叉车档位，低速匀速起吊。

5 结语

随着节能环保意识日渐深入人心，泡沫混凝土复合墙板具有轻质保温效果的建筑材料越来越受到人们的关注。不断涌入新型墙板市场的用户，正是泡沫混凝土复合墙板备受瞩目的证明。对于中国市场，大家更是翘首以待，国内巨大的市场潜力，政府积极的政策支持，众多的科研人员和先进的科研设备，以及技术进步所带来的结构性产业机遇，将为中国新型墙板行业带来极大的商机。泡沫混凝土复合墙板作为一种节能环保型材料，兼具轻质、保温等良好的性能，必将拥有广阔的应用前景。