泡沫混凝土保温板保温构造试验研究.pdf

2 0 1 4年 第 6期 (总 第 2 9 6 期 ) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 CoNCRETE P RoDUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 6 0 3 8 泡沫混凝土保温板保温构造试验研究 陈代果 ，姚勇 ，王海军 ，邓勇军 ，朱榆萍 ( 西南科技大学 土木工程与建筑学院 ，四川 绵阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘 要： 利用带凹槽的泡沫混凝土板作为模板现浇屋面或剪力墙 ， 可以减少大量施工工序 、 降低工程造价 、 提高结构保温隔热性 能。 通过对 3 类保温系统墙体的传热系数进行测试分析， 得出： 由生物酶水解蛋白类泡沫剂配制泡沫混凝土保温板导热系数低、 强度 高 ， 是一种新型无机保温墙材 ； 泡沫混凝土保温板保温隔热性能低于 E P S 保温板 ， 但其热稳定性 、 热惰性指标和技术经济特征值均 优于 E P S 保温板 ， 满足建筑节能 6 5 要求， 该保温墙材具有较好的市场应用前景。 关键词 ： 泡沫混凝土保温板 ；保温构造；热工性能 ；试验 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 1 3 3 0 4 Co n c r e t e f o a m i n s u l a t i o n b o a r d e x p e r i m e n t a l s t u d y o n i n s ul a t i o n s t r u c t u r e C H E NDa i g u o ， Y A O Y o n g ， WA NGHa ij u n ， D E NG Y o n g j u n ， Z HUY u p i n g ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e ， S o u t h w e s t U n i v e r s i t y o f S c i e n c e and T e c h n o l o g y ， Mi a n y a n g 6 2 1 0 1 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T he u s e of foa m c o n c r e t e s l a b wi t h g r o o v e s c a s t r o o fo r wa l 1 a s a t e mp l a t e c a l l r e d u c e t h e a mo u nt o ft he c o ns t r u c t i o n p r o c e s s ， t h e c o s t o f p r o j e c t and i mp r o v e t h e s t r u c t u r a l th e r m a l i n s u l a t i o n p r o p e rt i e s T h r o u g h t h e t e s t a n d ana ly s i s o f t h r e e k i n d s o f w a l l i n s u l a t i o n s y s t e m h e a t t r an s f e r c o e ffi c i e nt ， d r a wn： W i t h t he bi o l og i c a l e n z y me h y d r o l y z e d p r o t e i n f o a mi n g a g e n t c o nfig u r e d c o n c r e t e f oam i ns u l a t i o n b o a r d ， wh i c h wi l l h a v e a l o w t h e r ma l c o n d u c t i v i ty a n d a h i g h s t r e n g t h， i s a n e w kin d o f i n o r g a n i c i n s u l a t i o n wa l l ma t e r i a 1 T h e i n s u l a t i o n p e r f o rm anc e o f c o n c r e t e foa m i n s u l a t i o n b o a r d i s l o we r than E P S i n s u l a t i o n b o ard ， b u t i t s t h e rm a l s t a b i l i ty， t h e r ma l i n e r t i a i n d e x a n d the c h a r a c t e ris t i c va l ue o f t e c h n ol o g i c a l e c o n o mi c a r e b e t t e r t h an EPS i n s ul a t i o n b o ard， me e t the r e q ui r e me n t s o fb u i l d i ng e ne r gy c o ns e r v a t i o n 6 5， wi l l ha v e a g o o d ma r k e t a p pl i c a t i o n p r os p e c t Ke y w o r d s ： c o n c r e t e foa m i n s u l i o n b o ard ； t h e r ma l i n s u l a t i o n s t r u c t u r e ； the r ma l p e rfo rm an c e ； t r i a l 目前 ， 我国既有建筑和新建建筑中能够达到采暖建筑 节能设计标准的不足 2 1 8 亿 m ， 仅 占全部城 乡建筑 面积的 0 8 存在着保温隔热性和气密性差 、 供热系统热效率低 下等能耗问题 。 建筑节能是影响能源安全 、 优化能源结构 、 提高能 源利用率 的关键 因素 ， 须对既有建筑 的节能改造 、 新建建筑按节能标 准进行建设 和设计 ， 以及发展建筑节能 产业等方式降低建筑能耗。 发展新型墙体保温材料对建筑 节能 、 节地 、 减少资源消耗 、 保护生态环境 、 促进建筑业和 住宅产业 现代化 的重大意义 。 在建筑耗能位置来看 ， 外墙 和屋面处的热桥耗能 占到较大比例 。 对于其保温隔热性能 的研究 已经相 当成熟 ， 开发了一些导热系数较低的保温材 料， 如模塑聚苯乙烯保温板 、 挤塑聚苯乙烯保温板等有机 材料 。 但 由于这些有机材料 的燃烧性能达不到 A级 ， 易发 生火灾事故， 被列入限制 目录。 泡沫混凝土由于其具有轻 质、 保温隔热、 防火 、 低成本等优点 ， 而被建设部列为推广 类保温墙材 。 收稿 日期 ：2 0 1 3 1 2 - 0 1 基金项目：“ 十二五” 国家科技支撑计( 2 0 1 1 B A E 1 4 B 0 5 0 2 ) 生物酶水解蛋 白类泡沫剂是 国家建筑材料工业技术 监督研究 中心和西南科技大学进行 的探索性研究 ， 该泡沫 剂成本较低 ， 能大量生产 ， 且不易变质 ， 对环境友好 ， 泡沫 的稳定性较好 ， 其性能指标达到 国际先进水平3 1 。 由该泡沫 剂配制 的泡沫混凝土密度低 ， 抗压强度较高 ， 导热系数较 低嗍 ， 适合中低层建筑外墙维护或现浇屋面保温 。 通过对建 筑外墙或屋面进行适当的构造设计 ， 研究其传热性能， 为该 泡沫混凝土在外墙外保温体 系和屋 面保温 中的推广应用 提供一些试验参考 。 1混凝 土 制备 1 1 泡沫混凝土制备 试 验 中， 泡沫混凝 土水 泥基为 3 2 5 R水 泥 ， 骨料 为表 观密度 2 2 g c r n ， 的热 电厂 I 级粉煤灰 ， 泡沫剂为生物酶水 解蛋白类泡沫剂 ，减水剂为 P C 4 5 5聚羧酸系高效减水剂。 为增加混凝土 的抗裂性能 ，掺入少量 P P纤维 ，同时添加 H C S A膨胀剂 ， 其主要成分为C A3 S 、 C a O、 C a S O 4 。 试 验仪器 包括混 凝土搅 拌器 、 发泡机等 ， 搅拌方 式为 1 3 3 卧搅 ， 振捣方式为微震 。 用高压发泡机将泡沫剂制成细小 泡沫 ， 按一定 比例与 搅拌好 的水泥料浆混合均匀 ， 然后现场浇筑 。 泡沫混凝土 制备流程见图 1 。 普蓍 泵 泥 I I 銎 、 l l粉 煤 灰 ll水 II发 泡 剂 lI水 普 硅 水 泥 l IP P 纤 维 l Il II 刑 lI小 搅拌机预拌 l l 发泡剂机械制泡 I I 现 场浇 注 l 图 1 泡沫混凝土的制备工艺流程示意图 1 2 普通混凝土制备 试验用普通混凝土水泥为 3 2 5 R水泥 ， 质量配合 比为 1 1 4 ： 1 4 6 ： 2 7 2 ： 5 4 ( 水泥： 砂： 石子： 水 ) 。 1 3 材料 性能测试 抗 压强 度测试 ：将 泡 沫混凝 土和普 通 混凝 土注 入 1 5 0 m mx l 5 0 mmx l 5 0 1 T U T I 的模具 中， 养护 2 4 h 后拆模 ， 养护 ( 养护条件见 表 1 ) 至规定龄期 ， 用 S Y E 2 0 0 0 型数显压 力 试验机测试试块抗压强度。 泡沫混凝 土和普通混凝土强度 参照 G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 水泥胶砂强度检验方法 I S O法 进行测试。 表 1 材料性能测试结果 导热系数测试 ： 将泡沫混凝土制备成尺寸为 2 0 0 m i l l 2 0 0 m mx 2 0 m m( 一块 ) 、 2 0 0 m mx 2 0 0 m mx 5 0 仃 n ( 两块 ) 的 标准试模 ， 将制备好的试模进行养护 ， 养护条件 ( 见表 1 ) 与 抗压强度试验相 同。 到达预定养护龄期 3 d 前 ， 将试模放入 电热鼓风干燥箱 中 ， 在 ( 1 0 5 5 ) 温度下连续烘干 3 d ， 然 后立即将试模取出， 放入干燥器中冷却至室温， 在 J T R G I I I 建筑材料热流计式 导热仪上进行 导热系数测定 嘲 ， 具体测 试方法参照 G B T 1 0 2 9 4 -2 0 0 8 4 绝热材料稳态热阻及有关 特性 的测定防护热板法 。 材料性能测试结果见表 l ， 从泡沫混凝土和普通混凝 土的导热系数可知 ， 泡沫混凝土是一种优 良的保 温隔热材 料 ， 但其抗 压强度较低 ， 不能承受较 大竖 向荷载 ， 只能在填 充墙 或保 温板中使 用 ， 若 与钢筋网做成保 温板 ， 并 与剪力 墙或屋顶整体浇筑 ， 施工方便 ， 保温性能 良好 。 2 保 温构造设 计 2 1 外保温 系统 泡沫 混凝 土外保 温系统以现浇混凝 土外墙或屋面结 构层作为基础 ， 泡沫混凝土板为保温层 。 泡沫混凝土板 内 表面( 与现浇混凝土接触 的表面 ) 开有矩形齿槽 ， 内、 外表 1 3 4 面均满涂界面砂浆 。 图 2为常见 的 2类外保温体系 ， 其 中 保温层 和隔空层组成 的双重保温体 系可 以大大减小 室内 外 的热能交换 ， 满足节能 6 5 的设计要求。 水泥砂 浆抹灰 钢筋 混凝 土结构层 隔空层 泡沫混凝土保温板 水 泥砂 浆找平层 面层 水泥砂 浆抹灰 ( a ) 外 墙保 温 系 统 钢 筋混凝 土结构层 厂 堕 窒 星 泡 沫 混 凝土 保 温板 l l r 水 堡： 防 水 层 6 2 水 泥砂浆 找平 层 一 面层 【 b ) 屋 向 保 温 系 统 图 2 外保温系统示意图 施工时将泡沫混凝土板置于外模板内侧 ， 并安装辅助 固定件 。 浇筑混凝土后 ， 墙体与泡沫混凝土板 以及锚 栓( 锚 栓每平方米宜设 2 3 个) 结合为一体。 泡沫混凝凝土板表 面做抹面胶浆薄抹面层 ， 抹面层 中满铺玻纤 网， 外表 以涂 料或饰面砂浆为饰面层 。 泡沫混凝土是高流动性浆料 ， 施工难度较 大 ， 需设置 水平分隔缝和垂直分隔缝 ， 一般分隔缝 留在 阴角部位 。 现 浇泡沫 混凝土保温板 宜采用刚制 大模 板施工 ， 一 次浇筑 高度不宜大于 1 I T I 。 为减少建筑热能损耗， 保温层 中的辅 助 固定件孔 洞应使用保 温材料填塞 ， 泡沫 混凝土板 缺损 图 3 试验装置示意图 或表面不平整处宜使用胶粉泡沫混凝土颗粒保温浆料加 以修补 。 2 2传 热 性 能 测 试 目前 ，建筑材料传热性能检测主要在试验室完成 ， 即 稳态下测试结构的传热性能 ， 其常用方法有冷热箱法嘲 和 热 流计法 ， 而工程实 际中结构 因所处的环境不 同， 其传热 性能及节能效果会有很大差异 7 。 为了较准确的测试如 图2 所示墙体或屋 面在恒定温差下的传热性能 ， 设计了如图 3 的试验装置和表 2的试验试件 ， 其中试验装置和试件通过 滑槽组装 ， 试件钢 筋混凝土结构层 和保温层 厚度分别 为 2 0 0、 1 0 0 r n n q 表 2 试验试件 从 图 3 可 以看出 ，试件的两侧分别 为热箱和冷箱 ， 用 于模拟夏热冬冷地 区建筑物冬季室 内外环境。 H S 5 0传感 器用 于测量通 过贴点试 件 中心截 面 的热 流密度 ， T型和 K型热电偶分别用 于测量试件壁面温度和室 内外环境温 度。 HS 5 0 传感器的尺寸为 5 0 m mx 5 0 m m，相对于试件平 面尺寸( 1 0 0 0 m m l 0 0 0 i n r l 1 ) 小得多 ， 其导热属 于大平壁 导热 ， 即热量沿墙截面稳态一维传导 。 3 热 工性 能分析 衡量建筑材料或结构是否符合建筑物节能要求 的热 工性能参数主要有材料的导热系数 A 、 结构的热阻R、 蓄热 系数 s 和热惰性 指标 D E s ， 其中材料导热系数可 以直接通 过仪器测试( 见表 1 ) ， 热阻和蓄热 系数可 以通过测量试件 热流量和温度波 ， 再经计算求得 ， 热惰 性指标 为热阻和蓄 热系数的乘积。 建筑 围护结构热工性能参数能为建筑物的 全年能耗分析提供依据嘲 。 3 1理 论 分 析 房屋 围护结构时刻受到室 内外的热作用 ， 不断有热量 通过 围护结构传进或传 出。 在冬季 ， 室 内温度高于室外温 度 ， 热量 由室 内传向室外 ； 在夏季则正好相反 ， 热量主要 由 室外传向室内。 试验中， 通过围护结构的传热要经过三个 过程 ， 即内表面从室内吸热 、 结构本身传 热、 外表面向室外 空 间散发热量 。 在表面热转移过程 中， 既有表面与附近空 气之间的对流和导热 ， 又有 表面与周围其他表面间的辐射 换热 。 图 4显 示 了试 件 传热 过程 中墙 体 传热 系数 的变 化 规律。 在试验 的前 1 0 h ， 通过墙体的传热系数呈下降趋 势且处 于紊 乱状态 ， 即紊 乱 区。 紊乱 区墙 体传 热受 到 了 温室加热仪器、 初始环境 、 墙体含水率 、 热流计本身误差 等的影响， 墙体冷热两侧温度波波动较大 ， 为稳态传热 形 成 阶段 。 稳 态传热 形成后 ， 墙 体传 热系 数变化 进 入稳 定 区。 墙体在该 区域 的传 热系数 在 K = ( K ) 2上下 呈变幅值正弦波变化 ， 其 中最大传热系数为 K ， 最小 传 热 系 数 为 ， 则 可 以认 为 K 为该 墙 体 的平 均 传 热 系数 。 蠢 垃 O ， l U m l n 图 4 墙体传热系数变化规律 3 2传 热 系数 传热系数 K表征了围护结构两侧空气( 室内外环境) 通过围护结构 的传热能力， K值越小则保温隔热性能越 好 ， 传热过程越弱。 从传热系数分布( 图 5 ) 来看， 3 类试件的传热系数分 别为 1 5 5 、 0 5 2 、 1 6 6 w ( m ) ， E P S 外保温系统保温隔热 性能最好 ， 能够阻止大量热量损失 ， 其能耗不足泡沫混凝 土保温系统的 1 3 。 5 = ) 籁 1 覆 3 0 O0 9 0 1 2U l 5 U l 8U ， 10m i n 图 5 试件传热系数 分析 A K = K r一 K 可知 ： E P S外保温体系传热系数波 动较小 ， 周期较大 ， 热稳定性较差 。 相反 ， 泡沫混凝土保温 系统波动较大 ， 周期较小 ， 墙体对温度 的敏感性较强。 综合分析可知 ， 泡沫混凝土保温板 的传热性能强 于同 厚度的 E P S 板 ， 影 响墙体传热性能 的主要 因素是材料 的导 热系数 ( E P S的导热系数不及泡沫混凝 土的 2 0 ) 。 3 3传 热 阻 传热阻表征 了围护结构阻抗传热能力 的物理量。 传热 阻越大 ， 墙体的保温隔热性能越好。 图 6 8 反应了传热阻 和室 内外温差的变化规律 。 从曲线的变化趋势来看 ： 传热阻和室内外温差呈现一 40 35 、 望3 0 电、 翟 删 2 5 2 0 ， 1 0mi n 图 6 试件 A传热阻一 室内外温差变化规律 宣 基 蕞 1 35 6O 5 5 望 意5 0 45 连 丑 I 血】 蜓 窖 念 上 H 1 褪 O 4 1 31 61 91 l 0mi n 7 试件 B传热阻一 室内外温差变化规律 、 羞 恭 基 蕞 址 图 8 试件 C传热阻一 室内外温差变化规律 致性 的变化规律 ， 即在室 内外温差恒定时 ， 试件 的传热 阻 也处 于相对恒定状 态 ， 当温差 出现 波动时 ， 传热 阻也 随之 大幅波动( 图 7 ) 。 从传热阻曲线的波动性来看 ， 泡沫混凝 土保温系统的 稳定性较好 。 影响墙体保温系统热阻的主要因素 由材料导 热系数 、 保温形式 和室 内外温差 。 从此可知 ， E P S 外保温系 统热阻最大， 对环境的影响较小 ， 但 由于 E P S材料的蓄热 系数为 0 3 6 W ( m ) ， 远远小于泡沫混凝土的蓄热系数 ( 3 4 w ( m2 ) ) ， 由其作为维护结构 的房间抵抗外 部温 度波动的能力较弱 ， 热稳定性相对较差 。 3 4热惰性指标 试件 的热惰性指标 D反应维护结构对温度波衰减快 慢程度 ， 通过式 ( 1 ) 求得 。 D R Js ( 1 ) 分析表 3的热惰性 指标 ， E P S外保 温系统 的 D值最 小 ， 表 明温度 波在墙体 中的衰减较慢 ， 墙体 的热稳定性较 差 ， E P S 保 温板做成的维护结构抵抗温度波的能力 弱于泡 沫混凝土保温系统。 综合分析 3 类墙体的 D值发现 ， 泡沫 混凝土外保温系统 的热稳定性较好 。 表 3 试件热惰性指标和技术经济特征值 3 5 技 术经济特征 量 保温材料的技术经济特征量法( A) 反应保温系统的技 术经济效果 ， 其值越小 ， 技术经济效果就越好 ， 市场推广 的 前景就越好 。 1 36 A= A H ( 2 ) 式 中： H保温材料的单位体积价格。 依据发改委最新物价统计 ， 泡沫混凝土单位体积价格 为 6 9 O 3 元 ( ( m K) ( w m2 ) ) ， 泡沫混凝土单位体积价格 为 1 0 8 8 9 元 ( ( m2 K) ( W m2 ) ) 。 由式( 1 ) 可知 ， 泡沫混凝 土保温系统具有较 好的市场 推广前景 。 4结论 通过对 钢筋混凝 土外墙泡沫混凝 土保温系统 的构造 设计研究和热工性能测试 ， 得 出以下结论 ： ( 1 ) 由生物酶水解蛋 白类泡沫剂配置的带 凹槽 的泡沫 混凝土保温板具有施工迅速 、 工序简单 、 导热系数低和强 度高的特点 ， 是一种新型无机保温墙材。 ( 2 ) 泡沫 混凝土保温板保 温隔热性 能低于 E P S保 温 板 ， 但其热稳定性较高， 墙体抵抗温度波的能力较强。 ( 3 ) 泡沫 混凝土保 温板热惰 性指标 和技术 经济特 征 值均优于 E P S 保 温板 ， 该保 温系统具有较 好的市场推 广 前景。 参 考文献 ： 1 】 张林峰， 李志国 我国建筑节能的发展【 J 】 建筑技术， 2 0 0 5 ( 1 0 ) ： 72 8 -7 3 0 2 郑鸿 夏热冬冷地区； 昆 凝土小型空心砌块墙体保温与节能分析l J 1 杭州 ： 浙江大学 ， 2 0 0 6 f 3 13尹冰， 刘才林， 等动物蛋白类混凝土发泡剂的制备与发泡性能 测试【 j 1 新型建筑材料 ， z o o 6 ( 7 ) ： 8 - 1 1 4 石行波， 霍冀川， 等 动物蛋白发泡剂制备泡沫混凝土的研究 J 1 硅酸盐通报， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 3 ) ： 6 0 9 6 1 2 转6 2 3 【 5 】蔡娜 超轻泡沫混凝土保温材料的试验研究【 D 】 重庆 ： 重庆大学， 2 0 0 9 6 杨鼎宜， 陈峰 ； 昆凝土空心砌块砌体保温隔热性能测试【 J J 建筑 砌块与砌块建筑， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 1 1 - 1 3 【 7 】费慧慧， 段恺 建筑节能现场检验方法及其影响因素J 1 施工技 术 ， 2 0 0 0 。 2 9 ( 7 ) ： 3 1 3 3 8 G B 5 0 1 7 6 9 3 ， 民用建筑热工设计规范 s 【 9 】潘雷 ， 陈宝明 ， 方肇洪， 等 围护结构热阻的现场检测和数据处 理方法I J 1 建筑热能通风空调 ， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 6 ) ： 8 0 8 4 1 o J 潘阳， 屈睿瑰， 彭小云， 等 关于围护结构传热系数及特征值的 分析和讨论【 J J 华东交通大学报， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 1 ) ： 2 作者简介： 联系地址 联 系 电话 陈代果( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 硕士研究生， 主要从事建筑材料、 工程检测与评估等方面的研究。 四川省绵阳市西南科技大学土木工程与建筑学院 ( 6 2 1 0 1 0 ) 1 3 7 9 5 7 7 061 6 图柏 如 加 =2