冷弯薄壁型钢发泡磷石膏外墙板热工性能地域适应性初探

麻鸿 姚斌 骆礼松 零江龙 王亚腾

[摘  要]：庞大的工业副产品磷石膏产量对环境造成了巨大的环保压力，阻碍了磷化产业的发展。该研究利用发泡磷石膏的保温性能作为冷弯薄壁型钢外墙板体系的填充材料，形成装配式保温一体化外墙板。本文通过整理各热工分区的外墙传热系数要求，对应计算出需要的外墙厚度，得出此体系能在较低厚度情况下能满足各热工分区的热工性能要求，同时冷弯薄壁型钢体系的装配式建造方式，使其具备更高的地域适应性。该体系在建筑外墙的应用能促进装配式建筑发展，固废利用有利于减轻磷化企业环保压力，形成经济可持续循环发展。

[关键词]：磷石膏; 冷弯薄壁型钢; 保温一体; 热工性能

TU55+1.39A

我国磷化产业规模大、企业多，每年在湿法制备磷酸过程中会产生大量的磷石膏副产品，相较于巴西、日本等国高达近60%的利用率，我国对其利用仍处于初级阶段，仅为40%左右的利用率，而且主要用于路基填充、水泥生产，大量仍然处于堆积状态，形成了巨大的土壤污染、水体污染、粉尘污染等环保压力，反过来限制了我国磷化产业的可持续发展[1]。因此，对于磷石膏产品的转化利用尤为重要。

冷彎薄壁型钢结构墙体体系在实际应用中具有施工方便、抗震性能好、节能环保等优势，在美国、日本等国家广泛使用。随后，为改善其隔声、保温性能，在传统体系空腔中采取现场喷涂或工厂灌浆的方式加入轻质材料，形成由钢骨架、覆面板、保温填充材料构成的冷弯薄壁型钢组合墙体;覆面板采用稻草板、竹胶板、石膏板、纤维水泥板等;填充材料多采用水泥基材料、保温玻璃棉、聚氨酯泡沫等保温材料，而将发泡磷石膏用作保温填充材料的相关研究和产品目前较少。

本研究利用磷石膏的保温性能优势，普通混凝土的导热系数为2.00 W/（m·K），而磷石膏的导热系数为0.3 W/（m·K），对磷石膏进行生产线加工之后可达到更小的导热系数，本研究将改性发泡磷石膏利用作为墙板填充材料，在原材料利用上能有效处理固体废弃物，在墙板制造过程具有成本低、工艺简单等优点，在产品围护设施使用上能提高建筑保温性能、降低建筑能耗，在施工上实现工厂预制与现场安装。因此，利用改性发泡磷石膏作为冷弯薄壁型钢体系外墙板保温填充材料能够从全生产周期上有利于建筑工业化的健康发展和装配式建筑的推广应用。

1 建筑的相关规范要求

1.1 不同地区居住建筑外墙板热工性能要求

根据国家标准规范对居住建筑围护结构热工性能的相关传热系数规定[3-6]，将不同地区外墙的热工性能要求整理见表1。

1.2 不同地区公共建筑外墙热工性能要求

根据GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》中3.3.1对围护结构热工设计的规定，不同热工分区对外墙传热系数的规范要求见表2。

2 冷弯薄壁型钢发泡磷石膏保温一体墙板体系

保温一体墙板由冷弯薄壁型钢和两侧10 mm厚玻纤增强无机覆面板构成，墙体中间空腔由改性发泡磷石膏作为保温材料填充（图1、表3）。

3 计算原理与计算过程

在不考虑冷热桥的影响下，对复合墙体的主体部分进行热工性能理论计算，根据GB 50176-2016《民用建筑热工设计规范》对匀质组合复合材料传热系数的方法：

R0=δ/λ

R=Re+Ro+Ri

K=1/R

式中：R0为单一匀质材料热阻（m2·K/W）;R为材料层热阻（m2·K/W）;δ为材料层厚度（m）;λ为材料层导热系数（W/m·K）;Re为外表面换热热阻（m2·K/W）;Ri为内表面换热热阻（m2·K/W）。

在每个热工分区，均考虑其最不利情况或最高档要求的情况下，通过热工计算和规范要求数值对比得表4、表5。

4 计算结果分析

由表4可知，冷弯薄壁型钢发泡磷石膏体系具备很好的保温性能，当墙体厚度达到260 mm时，能够满足各分区的热工性能要求;当墙体厚度为180 mm时，即可满足非严寒地区居住建筑外墙的要求。相对传统外墙材料和施工做法，降低墙体厚度能够增加空间内有效使用面积。将保温材料复合入墙体，能够有效提升施工效率，减少现场作业。由于保温复合墙体是工厂预制，保温层厚度能够根据不同热工分区的需要进行适应性变化，具备不同地区的热工性能适应性。

5 结论

根据对冷弯薄壁型钢发泡磷石膏外墙板体系的构成解析和热工理论计算，得出其优点：

（1）保温性能好，能够在较小厚度满足不同热工分区的传热系数要求，提高建筑经济性。

（2）墙体保温复合一体化预制程度高，减少对于现场施工作业的依赖，能够有效减少工期，推广建筑工业化发展。

（3）对磷石膏进行固废利用，降低磷石膏对环境的污染，使得磷化产业可持续发展，形成循环经济。

综上，冷弯薄壁型钢发泡磷石膏体系具备很大的发展潜力，复合了结构、围护、保温隔热功能，能作为承重墙和非承重墙使用，对其下一步的研究中可以复合装饰板功能，同时满足内外部的立面艺术效果。

参考文献

[1] 张汉泉， 许鑫， 胡超杰， 等. 磷化工固体废弃物综合利用技术现状[J]. 中国矿业， 2021， 30（4）： 7.

[2] 王其明. 现浇石膏外墙钢筋砼高层网格盒式筒中筒结构研究与应用[D]. 天津： 天津大学， 2012.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部发布. 中华人民共和国行业标准.严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准[S]. 中国建筑工业出版社， 2018.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部发布. 中华人民共和国行业标准.夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S]. 中国建筑工业出版社， 2010.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部发布. 中华人民共和国行业标准.夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准[S]. 中国建筑工业出版社， 2012.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部发布. 中华人民共和国行业标准.温和地区居住建筑节能设计标准[S]. 中国建筑工业出版社， 2019.