一种保温复合外墙板的制备与性能研究
时间：2023-06-25 17:00:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
方 润 吴 昊 胡焱飞 胡永琪 董康杰 陈一凡 李琮琦
(扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127)
可持续性发展趋势是近年来全球发展的重要趋势，而能耗问题对可持续性发展影响重大，在现有建筑体系内，建筑能耗在很大程度上取决于墙体的热损失，而墙体热工性能为影响墙体热损失主要因素。本文研究基于现有预制轻质外墙板存在的热工性能不良、不易一体化制备等问题，提出一种暗肋夹心式复合轻质保温墙板，墙板内外叶为内置钢筋网片轻骨料混凝土，保温层为聚苯颗粒混凝土。内外叶及芯层材料便于实现墙板一体化制备，保温材料作为芯层设在墙板内外叶之间。
本文提出一种复合保温外墙板，墙板内外叶为内置钢筋网片轻骨料混凝土，保温层为聚苯颗粒混凝土。内外叶及芯层材料便于实现墙板一体化制备；
保温材料作为芯层设在墙板内外叶之间，能够有效降低环境因素对保温层影响，以保证芯层材料保温有效性及耐久性，减少热损失。
本文围绕该种新型墙板制备、材料选择以及材料力学性能开展研究，借助试验分别测试轻骨料混凝土、聚苯颗粒混凝土的力学性能，最终得出轻骨料混凝土与聚苯颗粒混凝土最佳配合比。
1.1 内外叶材料选择
陶粒采用粒径为8mm～10mm的黏土陶粒；
水泥为普通硅酸盐水泥，安定性合格；
粉煤灰为一级粉煤灰；
砂为中砂河砂；
矿渣为S95级；
聚丙烯纤维长度为19mm；
减水剂为粉剂。
1.2 保温层材料选择
聚苯乙烯泡沫采用白色粒径为3mm～5mm的保温颗粒。其他胶凝材料、纤维、外加剂与轻骨料混凝土中材料相同。
2.1 轻骨料混凝土制备
轻骨料混凝土其主要控制参数为密度、抗压强度、坍落度，以保证混凝土的轻质、承载力及良好工作性要求。参照《轻骨料混凝土技术规程》[1]，制备出强度等级为LC30，密度等级为1 800kg/m3，坍落度为80mm～100mm的轻骨料混凝土。
在试验前将陶粒混凝土进行预湿，陶粒混凝土浸泡24h后，在试验前1h捞出晾干表面水分，保证陶粒内部吸水饱和，同时表面无多余水分。
试验步骤，具体如下。
试验前，将所需材料进行称重。
(1)称装完毕后，将陶粒与砂先倒入搅拌机中，再倒入水泥等胶凝材料，打开搅拌机，搅拌1min。
(2)将减水剂等溶液加入到水中，然后缓慢加入到搅拌机中，搅拌时间为3min。
(3)轻骨料混凝土在充分搅拌后，打开阀门将混凝土倒出，然后拿出塌落度桶进行塌落度试验，之后从制备完成的轻骨料混凝土中留作一部分进行表观密度检测试验，其余部分装入模具中以备后续试验。
(4)将轻骨料混凝土试块放入标养室中，进行标养，养护一天后拆模，拆模后将其中一批试块放入标养室，另外一批放入快速养护箱，以备后续试验。
2.2 聚苯颗粒混凝土制备
聚苯颗粒混凝土制备参考JGT158-2013《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统材料》[2]，对规范中试验方法进行改良，以得到满足条件的混凝土。
试验步骤，具体如下。
(1)试验前，将所需材料进行称重。
(2)材料称装完毕后，将水泥与聚苯颗粒缓慢倒入搅拌锅中，为了将其充分均匀混合在一起，干拌1min～2min。
(3)随后加入其他材料后启动混凝土搅拌机，将水和减水剂等原料混合溶液，边搅拌边倒入锅内，与原料充分混合搅匀，搅拌1min～2min。
(4)聚苯颗粒混凝土在充分搅拌后，打开阀门将混凝土倒出，装入不同功能模具，并进行力学性能和物理性能测试。
(5)进行聚苯颗粒混凝土的养护，将装好的聚苯颗粒混凝土钢制模具放入养护室内静置，温度控制在-3℃～5℃。
3.1 轻骨料混凝土力学性能试验
3.1.1 轻骨料混凝土抗压强度测试
(1)试验方法。根据GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[3]，将实验试块放在压力机承压板上， 打开机器连接电脑，调整好加荷速度等参数设置，通过遥控使得压力机上部与试验试块表面接触，匀速加荷至试件破坏，测试多组数据，取平均值[4]。
(2)结果分析。抗压强度试验共进行了7组，7组试验数据如下表1所示。通过实验得出轻骨料混凝土实测立方体抗压强度38.3MPa，达到上文制备LC30级轻骨料混凝土试验要求。
表1 轻骨料混凝土立方体标准抗压强度
3.1.2 轻骨料混凝土轴心抗压强度
本试验测量轴心抗压强度参照《轻骨料混凝土结构设计规程》[5]，采用长宽30cm厚15cm的试块，共计21块。
(1)试验方法。参照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，将实验试块放在压力机承压板上，打开机器连接电脑，调整好加荷速度等参数设置，通过遥控使得压力机上部与试验试块表面接触，匀速加荷至试件破坏，测试多组数据，取平均值[6]。
(2)结果分析。轴心抗压强度试验共进行了8组，8组试验数据如下表2所示，由表中数据可得平均轴心抗压强度为33.7MPa，符合规范[4]规定的20.1MPa，满足设计要求。
表2 轻骨料混凝土轴心抗压强度
3.1.3 轻骨料混凝土配合比
经过上述对轻骨料混凝土物理和力学性能测试，制备出了满足设计条件的轻骨料混凝土，其配合比如下表3。
表3 轻骨料混凝土配合比
3.2 聚苯颗粒混凝土力学性能测试
3.2.1 聚苯颗粒混凝土抗压强度测试
(1)试验方法。参考规程JGJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》，聚苯颗粒抗压强度非常小，当聚苯颗粒混凝土出现细微变形时，可将测得数值作为其抗压强度[7]。
(2)结果分析。聚苯颗粒混凝土抗压强度试验共采取5组试验，每组3个试块共15块，分别对5组试件测试值取平均值，如表4。通过实验得出聚苯颗粒混凝土实测立方体抗压强度0.23MPa，达到上文制备聚苯颗粒混凝土试验要求。
表4 聚苯颗粒混凝土抗压强度
3.2.2 聚苯颗粒混凝土配合比
聚苯颗粒要求抗压强度要≥0.2MPa，经过上述对其抗压强度测试，表明符合规范[8]。聚苯颗粒混凝土配合比见表5。
表5 聚苯颗粒混凝土配合比
本文围绕新型墙板制备，内外叶及保温层材料选择以及材料力学性能开展研究，分别测试了轻骨料混凝土与聚苯颗粒混凝土表观密度、塌落度等物理性能，立方体抗压强度与轴心抗压强度等力学性能，最后得到了满足规范要求的混凝土配合比设计。
(1)陶粒轻骨料混凝土密度小、自重轻、保温能力强，本实验采用最佳配比为水泥368kg，砂640kg，陶粒365kg，净用水量124kg，0.05%pp纤维0.455 0kg，减水剂1.60%，砂率34%，胶材总量460kg，水胶比0.27，坍落度90mm的陶粒轻骨料混凝土作为制备复合墙板外叶材料,其性能表现良好；
但陶粒轻骨料混凝土实测过程中各组数据方差为0.080较大，保温性能不稳定。
(2)聚苯颗粒混凝土造价便宜、施工简便、更加环保，本实验采用最佳配比为聚苯颗粒1.02kg，净用水量2.55kg，比例1.00%硬脂酸锌0.051kg，减水剂0.076 5kg，缓凝剂0.025 5kg，胶材总量5.1kg，水胶比0.5，软化系数0.55的聚苯颗粒混凝土作为制备复合墙板夹心保温层材料，其性能表现良好。聚苯颗粒混凝土各组数据方差为0.011 0较小，保温性能稳定。
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