范軍，胡玉秋，張玉穩(wěn)，張傳杰，劉惠

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271018）

0 引言

圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失占整個(gè)建筑熱損失比例高達(dá)70%～80%，外墻的熱損失占圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失的大部分，提高外墻的保溫性能是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)的關(guān)鍵[1]。建筑外墻的保溫體系分為外保溫、內(nèi)保溫、自保溫3種。外墻外保溫存在成本高、施工復(fù)雜、耐火性差，保溫材料與建筑不同壽命等缺點(diǎn)，外墻內(nèi)保溫存在占用室內(nèi)空間、影響美觀、二次裝修困難等問題，外墻自保溫可實(shí)現(xiàn)與建筑同壽命、造價(jià)低、防火A級(jí)，安全且保溫性能好等優(yōu)點(diǎn)而得到日益重視[2]。自保溫砌塊主要是通過混凝土或輕質(zhì)混凝土空心砌塊，或者是其它輕質(zhì)空心砌塊，在空心處填充保溫材料復(fù)合而成[3-7]。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)開展了秸稈夾芯自保溫混凝土砌塊的相關(guān)研究[8-9]，所研制的砌塊能夠達(dá)到寒冷地區(qū)節(jié)能65%的要求。隨著國(guó)家建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，山東省出臺(tái)了DB 375026—2014《山東省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，將節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)提升到75%，這就對(duì)自保溫砌塊提出了更高的要求。S形斷橋式自保溫砌塊，是在前期的砌塊塊型基礎(chǔ)上提出的一種新的砌塊型式[10]?；炷疗鰤K的肋是自保溫砌塊的主要的熱橋，通過設(shè)計(jì)S形的混凝土砌塊結(jié)構(gòu)，然后將S形的混凝土結(jié)構(gòu)打斷，用玻璃纖維增強(qiáng)筋拉桿連接，達(dá)到阻斷熱橋，增強(qiáng)砌塊整體保溫性能，而且不降低砌塊強(qiáng)度的目的。

1 S形斷橋式自保溫砌塊的研制

S形斷橋式自保溫砌塊的制作工藝，包括以下步驟：

（1）將多根玻璃纖維增強(qiáng)筋用塑料綁帶綁扎好，放入斷橋連接塊模具中。

（2）往模具中填充聚氨酯或聚苯乙烯保溫材料，待成型后從模具中取出，制成的斷橋連接塊，其兩端露出一定長(zhǎng)度的帶彎折的玻璃纖維增強(qiáng)筋便于和混凝土連接，如圖1所示。

圖1 斷橋連接塊及其剖面

（3）將斷橋連接塊放入S形混凝土空心砌塊模具兩端的相應(yīng)連接位置，將干硬性混凝土放入模具內(nèi)，通過振動(dòng)成形機(jī)經(jīng)過振動(dòng)成形S形斷橋式空心砌塊，如圖2所示。

圖2 S形斷橋式空心混凝土砌塊平面示意

混凝土空心砌塊尺寸為390 mm×280 mm×190 mm，所用的材料水泥：P·C32.5，中聯(lián)水泥有限公司；砂：細(xì)度模數(shù)3.0，汶河粗砂；碎石：5～10 mm，道朗石料廠；水：自來水。實(shí)驗(yàn)混凝土的配合比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（碎石）∶m（水）=1∶2.17∶3.85∶0.60。將拆模后的空心混凝土砌塊放入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，砌塊養(yǎng)護(hù)條件為溫度（20±3）℃，相對(duì)濕度90%以上，養(yǎng)護(hù)齡期28 d。

（4）將聚苯板或其它保溫材料填入S形斷橋式空心砌塊的空心處，即制作成S形斷橋式自保溫混凝土砌塊，如圖3所示。

圖3 S形斷橋式自保溫砌塊

S形斷橋式自保溫砌塊具有以下特點(diǎn)：

（1）由于保溫材料對(duì)傳熱的阻礙作用，本砌塊熱量主要是沿S形的混凝土路徑傳遞的，這樣的設(shè)計(jì)延長(zhǎng)了熱量傳遞的路徑，增大了傳熱的熱阻，提高了砌塊整體的保溫性能。砌塊的塊型設(shè)計(jì)，使得砌塊整體力學(xué)性能較好，滿足其承重的要求。

（2）砌塊S形路徑的兩端均設(shè)置有斷橋連接塊，可以更好地阻斷熱量傳遞，保溫效果更好。斷橋連接塊設(shè)置在砌塊的兩端，對(duì)砌塊的整體抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度影響很小。

（3）砌塊斷橋連接塊采用了玻璃纖維增強(qiáng)筋，抗拉強(qiáng)度高（高于同直徑的鋼筋），導(dǎo)熱系數(shù)低，中間填充聚氨酯或聚苯乙烯保溫材料。

2 S形斷橋式自保溫砌塊的性能試驗(yàn)

2.1 S形斷橋式自保溫砌塊強(qiáng)度試驗(yàn)

將養(yǎng)護(hù)齡期為28 d的試件分別取3組進(jìn)行抗壓、抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果平均抗壓強(qiáng)度為5.81 MPa，平均抗彎強(qiáng)度為1.11 MPa。

2.2 S形斷橋式自保溫砌塊的傳熱系數(shù)的計(jì)算

根據(jù)GB 50176—93《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》的方法和式（1）計(jì)算其平均熱阻：

式中：Rj——平壁中各層的熱阻，（m2·K）/W，可由式（2）求得：

式中：λj——平壁中各層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；

dj——平壁中各層的厚度，m。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)總熱阻按式（3）計(jì)算：

根據(jù)GB50176—93，Ri=0.11（m2·K）/W，Re=0.04（m2·K）/W。

由2種以上材料組成的、兩向非均質(zhì)材料的平均熱阻按式（4）計(jì)算：

式中：——平均熱阻，（m2·K）/W；

Fo——與熱流方向垂直的總傳熱面積，m2；

Fi——按平行于熱流方向劃分的各傳熱面積m2；

Rα——各個(gè)傳熱面上的總熱阻，（m2·K）/W；

Ri——內(nèi)表面換熱阻，通常取0.11（m2·K）/W；

Re——外表面換熱阻，通常取0.04（m2·K）/W；

φ——修正系數(shù)，按表4取值。

表1 材料熱阻修正系數(shù)

將砌塊在平行于傳熱方向上分為3條傳熱通道，計(jì)算通道圖如圖4所示。

圖4 S形斷橋式自保溫砌塊的計(jì)算通道

其中有關(guān)面積及各個(gè)傳熱通道熱阻的計(jì)算見表2、表3。

表2 各平壁面積 cm2

表3 各通道的熱阻 （m2·K）/W

根據(jù)文獻(xiàn)[11]，查得所使用細(xì)石混凝土導(dǎo)熱系數(shù)λ1=1.28 W/（m·K），聚苯乙烯泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)λ2=0.037 W/（m·K），聚氨酯硬泡的導(dǎo)熱系數(shù)為λ3=0.022W/（m·K），φ=0.86，代入式（5）得到：

計(jì)算得到傳熱系數(shù)K為：

2.3 S形斷橋式自保溫砌塊墻體的傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

將S形斷橋式自保溫砌塊在HTW-1型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)儀里面砌好墻，兩面用10 mm厚M5級(jí)水泥砂漿抹平，周邊空隙用聚苯板及泡沫材料密實(shí)填充。砌筑完成后放置1個(gè)月，待墻體充分干燥后再進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，選取達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到砌塊墻體的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的傳熱系數(shù)-時(shí)間曲線，如圖5所示。

圖5 S形斷橋式自保溫砌塊墻體傳熱系數(shù)-時(shí)間曲線

圖5可以看出，逐時(shí)傳熱系數(shù)是隨著某一平均值而上下波動(dòng)，這個(gè)平均值就是我們要得到的數(shù)據(jù)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果得到的平均傳熱系數(shù)為：K=0.33 W/（m2·K）。

2.4 對(duì)實(shí)驗(yàn)和熱工計(jì)算的討論

實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的誤差為：×100%=12.1%，相差不大，誤差的主要原因是砌筑墻體時(shí)灰縫成了新的熱橋部位，導(dǎo)致傳熱系數(shù)比單純砌塊要大些。

DB 375026—2014對(duì)外墻傳熱系數(shù)的規(guī)定見表4。

表4 外墻的傳熱系數(shù)限值W/（m2·K）

由表4可見，該砌塊的傳熱系數(shù)符合DB 375026—2014對(duì)外墻傳熱系數(shù)的要求，具有推廣價(jià)值。

3 結(jié)論

（1）S形斷橋式自保溫砌塊具有唯一的S形混凝土熱橋路徑，將該S形熱橋路徑打斷，用高強(qiáng)度低導(dǎo)熱的玻璃纖維增強(qiáng)筋連接起來，連接處空隙填充聚苯乙烯泡沫，既能保證砌塊的整體受力特性，又可大大提高該砌塊的保溫性能。

（2）S形斷橋式自保溫砌塊墻體傳熱系數(shù)實(shí)測(cè)值為0.33 W/（m2·K）；熱工計(jì)算得到的傳熱系數(shù)為0.29 W/（m2·K），二者相差12.1%，吻合較好。該傳熱系數(shù)符合DB 375026—2014（節(jié)能率75%標(biāo)準(zhǔn)），直接用該砌塊砌筑墻體就能滿足規(guī)范要求，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

（3）S形斷橋式自保溫砌塊28 d齡期的抗壓強(qiáng)度為5.81 MPa，抗彎強(qiáng)度為1.11 MPa，具有很好的力學(xué)性能。

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