(修改稿)彩色混凝土EPS复合外墙自保温装饰砌块的研制与应用.doc

彩色混凝土/EPS复合外墙自保温装饰砌块的研制与应用王洪镇 西北民族大学土木工程学院摘要：本文介绍了彩色混凝土/EPS复合外墙自保温装饰砌块的材料组成、结构特点、生产工艺技术和制品性能。阐述了其建筑保温装饰一体化系统的应用构造作法。关键词： 外墙自保温装饰砌块 彩色装饰混凝土 建筑节能保温构造 Development and application of self-insulation decorative block of color concrete/EPS WANG hong-zhen （School of Civil Engineering, Northwest University for Nationalities，Lanzhou 730124，china）Abstract：This article describes the composite material , structure characteristics , production technology and product performance of self-insulation decorative block of color concrete/EPS. Elaborate decoration of its building insulation construction practices in the application of integrated system.Keyword：self-insulation decorative block；colored decorative concrete； building energy-saving insulation structure 前言随着能源资源问题的日益突出，国家大力提倡节约资源和建筑节能，利用彩色混凝土自身装饰性获取自然典雅的建筑饰面，减免建筑物的二次装饰装修不但可节约大量资源，还具有饰面耐久性好、墙面维护成本低、减少环境污染、施工快捷的特点。同时为了获得更高效的保温性能，实现建筑物墙体结构和保温装饰一体化，我们研制开发了性能优良的彩色混凝土/EPS复合外墙自保温装饰砌块（以下简称自保温装饰砌块）。本文主要介绍该型砌块结构特点、材料组成、配合比、性能指标和生产工艺技术及其建筑装饰保温一体化墙体的构造和作法。自保温装饰砌块是由彩色混凝土与EPS材料无间隙复合而成，充分集成了两种材料的优良特性，具有轻质高强、高效保温、装饰面耐久性好的特点，是一种集装饰、保温、承重（或非承重）功能为一体的新型墙体材料。其创新点为彩色混凝土的制备和彩色混凝土与EPS材料以断热结构形式实现无间隙复合成一体。彩色混凝土不同装饰效果通过采用水泥、不同颜色骨料和颜料等材料以模塑、凿毛与劈离等工艺获得。其表面装饰效果包括不同色彩颜色、材质质感和组合搭配，以及不同的饰面形状，如平面、随即条纹、劈离、凿毛、方格、沟槽等。所复合的高效保温节能芯材为EPS材料，采用符合绝热用模塑聚苯泡沫塑料（GB/T10801.1-2002）标准要求的阻燃型聚苯板。1 自保温装饰砌块结构特点及规格彩色混凝土装饰基材聚苯保温板芯材图1 产品外观结构自保温装饰砌块以彩色混凝土为外部基体，承受荷载并提供装饰性，并与EPS板保温芯层采用独特的浇注工艺，实现燕尾榫式无间隙整体复合成一体。主尺寸采用我国中型砌块的通用规格尺寸（长*宽*厚），有600*300*200；600*300*120；600*300*100；600*300*90等规格。断面结构分为两种，如产品结构如图1所示。自保温装饰砌块可独立砌筑或与其它墙体材料配合砌筑，形成复合墙体结构，墙的内叶和外叶间用钢筋拉结件连接为一体。适用于框架填充、剪力墙外模内置或贴砌、砖混承重墙配砌、自承重自保温砌体等不同装饰保温墙体的建造。采用普通砌筑砂浆砌筑须用EPS灰缝压条提高灰缝处热工性能。也可采用保温砌筑砂浆砌筑。砌缝用防水勾缝剂沟填密实。2. 原材料及配合比2.1 原辅材料（1） 胶凝材料自保温装饰砌块采用浇注模制工艺，所制备的彩色混凝土浆料是一种的流态料自密实浆体，彩色混凝土可采用普通硅酸盐水泥，但其碱度较高，容易造成泛碱、褪色影响装饰效果，同时其硬化慢，不能满足浇注工艺的快速脱模要求。本研制采用低碱度硫铝酸盐水泥，其澄清水溶液PH值小于11，碱度低，保色好，且本身色泽较浅也易着色。同时该种水泥凝结快、早期强度高，有利成型模具周转。故一般应选用42.5低碱度硫铝酸盐水泥。（2） 集料应选用石英砂和色石渣与膨胀珍珠岩配合使用，以降低彩色混凝土容重。骨料为自然级配，由于制品壁厚限制，最大粒径应小于10mm。为降低成本，可尽量选用带色废渣作集料。在实际研制中，我们采用钢厂粒化高炉水渣和废砖渣与石英砂和色石渣及膨胀珍珠岩砂配合使用制备不同色泽的彩色混凝土均取得了良好的效果。例如：用钢厂粒化高炉水渣和膨胀珍珠岩可配制轻质绿、黄色彩色混凝土；用废红砖渣和膨胀珍珠岩可配制轻质红色、桔红色彩色混凝土。（3） 颜料彩色混凝土着色效果主要取决于颜料和水泥浆的固有颜色，应选用耐碱好的氧化铁系无机颜料。颜料的细度对其在水泥中的分散性、着色力和遮盖力影响较大，应控制颜料的细度小于水泥细度，一般应使颜料颗粒直径为水泥颗粒直径的1/10左右。同时颜料的用量应控制在水泥量的28%，过低着色效果差，过高达到饱和，不会进一步提高效果，而徒增成本。（4） 增强纤维选用8mm长无机矿物与聚丙烯短切复合纤维，经采用自行研制的高效分散剂处理后，具有很好的分散性，可均匀分散于彩色混凝土中减小干缩，提高抗裂性。（5） 保温芯材可选用符合绝热用模塑聚苯泡沫塑料（GB/T10801.1-2002）标准要求阻燃型聚苯乙烯泡沫板，一般多选用聚苯乙烯泡沫板芯材的单位体积质量为1518 kg/m3，导热系数为0.041w/mk。（6） 高效减水剂和脱模剂采用高效减水剂可降低水灰比，减小泛霜可能性；提高流动度，增强浇注密实度。一般应选用SM高效减水剂。脱模剂选用自制的HF-2型乳化油皂液，具有无毒味、高隔离和不污面性能，可使用于喷涂工艺。（7）填充料可采用重钙或一级粉煤灰和矿渣微粉作无机矿物外加剂，不但可增加彩色混凝土强度和耐久性，还可以吸收游离Ca(OH)2避免泛碱析白，降低体系碱度起到保色增色的作用。2.2 彩色混凝土配合比以淡黄色容重700级自保温装饰砌块为例：每立方米制品材料用量低碱水泥 200kg粒化高炉水渣集料 250kg粉煤灰（一级干灰） 100kg重钙 50kg氧化铁黄颜料 10kg短纤维 0.5kg憎水保色胶粉（HF2000水溶性） 0.5kgEPS芯材（15kg/m3） 0.5m3SM高效减水剂 1kg 水灰比0.6，控制料浆容重1400 kg/m33 生产工艺技术自保温装饰砌块采用成组模浇注成型工艺，可模塑出各种纹理形状的彩色混凝土饰面，我们采用吸塑工艺制成不同风格饰面模板，安装在钢制模板上，可较方便的变换生产出多种规格饰面的产品。同时还可采用模制脱模后劈离、凿毛等二次加工工艺获取不同的装饰面。以及将预成型装饰板，内置在模中浇注混凝土粘结一体化后获取装饰面工艺。自保温装饰砌块可采用先进的工艺技术以实现大规模工业化生产。2009年我们在兰州市设计建成了年产5万立方米自保温装饰砌块生产线，在该生产线的设计中采用了吸塑制模板、成组模成型车、微机自控配料搅拌制浆、可控分料浇注机、自动脱模吊机、隔离剂喷涂车、顶推模车入窑和低温干热养护等多项专利工艺技术。并在此基础上成功的设计开发了自保温装饰砌块成套机械设备，新研发配置了彩色混凝土料浆微机调色系统、文化石预制面板成型系统、燕尾榫聚苯板切割机、远红外辐射养护系统、自动中隔板脱装系统、成组模自动清理系统、移坯分垛系统、自动码垛机系统等实现了生产的全线自动化，新获国家专利十六项，并建设了示范性自保温装饰砌块自动化生产线和相关应用技术培训基地。极大地提高了自保温装饰砌块生产工艺技术水平，同时研发了彩色混凝土饰面憎水防污剂，编制了工程标准设计图集，促进了其在建筑保温装饰工程的推广与应用。自保温装饰砌块生产工艺流程见图2胶凝材料骨料及粉料纤维胶粉水及外加剂分料浇注机微机自控配料搅拌制浆色浆制配饰面成组模车成型安插燕尾榫聚苯芯材颜料及助剂低温干热养护清理组模喷涂隔离剂成品包装出厂堆放养护二次劈离、凿毛整体脱模 图2 生产工艺流程4 自保温装饰砌块性能及其建筑保温装饰系统构造作法4.1主要性能指标自保温装饰砌块技术性能指标见表1 表1砌块密度级别B06B07B08干燥收缩值标准法, mm/m0.5快速法, 0.8抗冻性质量损失率% ,5.0冻后强度损失率% ,25彩色混凝土基体抗压强度Mpa，5.07.510砌体热阻m2.K/W 145mm厚, 2.01.91.9225mm厚 , 3.13.03.0空气声计权隔声量(dB）145mm厚, 45 225mm厚, 55耐火极限(h) 225mm厚, 2.5抗渗性（mm）标准实验条件下水面下降高度， 10说明:测定砌体热阻、隔声量和耐火极限时自保温装饰砌块单面（非装饰面）粉刷25mm水泥砂浆层。4.2 自保温装饰砌块热工计算根据实际热工测试数据，考虑不利因素影响修正后，自保温装饰砌块（试验用水渣、砖渣与膨胀珍珠岩复配骨料）的当量导热系数计算如下：EPS保温芯材的表观密度为1518kg/m3，实测导热系数不大于0.041w/mk，计算按0.042 w/mk取值。120型砌块EPS板厚取80mm；200型砌块EPS板厚取150mm。轻集料彩色混凝土基体体积密度为1200、1400、1600 kg/m3三个等级。经实测后，其导热系数计算值分别取0.36、0.58、0.81 w/mk。依此进行自保温装饰砌块热工计算，结果见表2 表2砌块规格EPS板厚mm砌块密度等级kg/m3砌块断面总热阻m2.K/W砌块当量导热系数w/mk120型806002.0160.0607001.9740.0618001.9540.061200型1506003.7100.0547003.6580.0558003.6330.055由表2可见，自保温装饰砌块的保温性能主要由EPS保温层承担，不同容重轻集料彩色混凝土的导热系数取值虽然相差较大，但对砌块当量导热系数影响不大，远小于不同规格砌块因轻集料混凝土与EPS保温层厚度比例不同所造成的影响。砌块平均当量导热系数0.058 w/mk，修正系数取值1.25，平均当量导热系数计算取值为0.072 w/mk。200厚砌块自保温墙体（单面粉刷25mm水泥砂浆，计内外表面换热阻0.15 m2.K/W）主断面传热系数0.34w/m2k，可能满足国家寒冷地区65%建筑节能对外墙围护结构传热系数0.5w/m2k的限制要求，故自保温装饰砌块热工性能良好。4.3 墙体装饰保温一体化系统构造作法自保温装饰砌块适用于框架填充、剪力墙外模内置或贴砌、砖混承重墙配砌等不同节能保温墙体，其建筑保温装饰一体化系统的构造和作法如图2所示，(a)为剪力墙结构体系建筑装饰保温一体化墙体构造作法；(b)砖混结构体系建筑承重保温装饰一体化墙体构造作法；(c)框架结构体系建筑自保温装饰一体化墙体构造作法。其建筑装饰保温系统的热工的设计计算可依据民用建筑热工设计规范（GB50176-93）、公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）和甘肃地方标准采暖居住建筑节能设计标准（DB62/T25-3033-2006）进行。a)为剪力墙结构体系建筑装饰保温一体化墙体构造作法(b)砖混结构体系建筑承重保温装饰一体化墙体构造作法(c)框架结构体系建筑自保温装饰一体化墙体构造作法4.4 自保温装饰砌块施工要点外装饰墙面及清水墙面的外露面除端头、转角等部位外，宜全部由主规格（600*300*120或200）条面组成；利用不同饰面、颜色、纹理质感、规格尺寸的砌块块型组成装饰图案的砌块墙体，可将建筑的转角、门窗洞口、檐口、女儿墙或斜屋面等凹凸部位作为砌块装饰的重点，但砌块应上下错缝搭砌，一般搭接长度为200mm，个别部位不应小于100mm，并符合有关结构构造要求；砌筑砂浆应掺加憎水剂提高抗渗性，装饰面灰缝应作成凹圆或V形缝，不宜采用平缝或凸圆缝；装饰面表面应喷涂有机硅防护剂以增强防水防污性能。5 结语自保温装饰砌块结构设计独特合理，材料来源广泛，饰面效果丰富多彩，生产工艺成熟可靠，适于工业化规模生产，制品热工性能指标卓越，其建筑保温装饰一体化墙体系统适用性强，耐久性可与建筑主体同寿命，是可满足国家第三步（65%）建筑节能目标要求的理想的装饰保