墙体自保温砌块的研究进展_张伟

0前言
面对能源日益紧缺的情况，目前我国部分地区，如北京、 天津等已经开始实施第三步节能设计标准，即节能率达到 65%[1]。传统的普通混凝土小型空心砌块保温隔热性能较差， 为了满足建筑节能设计的要求，墙体自保温砌块应运而生。
墙体自保温砌块是在普通混凝土砌块的基础上，通过一 些有效措施来提高砌块的保温隔热性能的一种功能砌块，即 用该砌块所砌筑的单一墙体体系（自保温墙体）既可以起到 保温隔热又可起到墙体结构围护的作用。
图 3 保温混凝土砌块试样
图 1 2 种孔型设计较合理的块型
·14· 新型建筑材料
2009．1
图 4 断桥式复合自保温砌块
张伟，等：墙体自保温砌块的研究进展
另外，为了提高空心砌块的热工性能，常采用在孔内填
入导热系数较小的保温隔热材料的方法，如灌注泡沫混凝土
或内插聚苯板等措施。张芳等[5]对采用不同措施后的墙体热
表 2 空气间层热阻值
空气间层厚度/mm
5 10 20 30 40 50 ≥60
热流垂直空气间层热阻
（/ m2·K/W）
0.10 0.14 0.16 0.17 0.18 0.18 0.18
N E W B U I L D I N G M A T E R I A L S ·13·
张伟，等：墙体自保温砌块的研究进展
[3] 王沁芳，王智，张朝晖.轻集料混凝土空心砌块热工性能及其改 善措施[J].新型建筑材料，2006（6）：58-60.
[4] 夏斌贝，宋志晨，赵旸.关于影响砌块节能效果的因素分析[J].建 筑节能，2005（3）：95-96.
[5] 张芳，何水清，吴梅.两个气候区混凝土砌块热工性能[J].砖瓦世 界，2007（12）：21-25.
本文通过对近年来国内自保温砌块的研究进展进行综 述，分别从墙体自保温砌块的块型设计、原材料选择 2 方面 分析和总结，并对现有的墙体自保温砌块所存在的问题进行 了归纳。
1 墙体自保温砌块的研究现状
为了提高普通砌块的保温隔热性能，就要改变传统砌块 的传热系数高的缺点，Yang Dingyi、SunWei 等[2]归纳出从 2 个 方面进行改进：（1）改变砌块的孔洞排列和形状大小；（2）改变 所用原材料。现有的自保温砌块分别从块型设计和原材料的 选择上进行了研究和改进。下面分别从这 2 个方面阐述墙体
参考文献：
[1] 田斌守，章岩，杨树新，等.节能 65%目标与自保温混凝土砌块[J]. 混凝土与水泥制品，2008（1）：49-52.
[2] Yang Dingyi，Sun Wei，Liu Zhiyong，et al.Research on improving the heat insulation and preservation properties of small -size concrete hollow blocks [J].Cement and Concrete Research， 2003，33：1357-1361.
75×25，130×25，75×25
0.631
0.781
240 mm 厚双排孔
115×75，190×75； 115×75，190×75
0.491
0.641
80×30，120×30，80× 240 mm 厚三排孔 30；150×70，150×70；
80×30，120×30，80×30
0.642
0.792
随着我国墙体自保温砌块在实际工程中的不断应用，也 突显出了一些存在的问题：
（1）由于自保温砌块墙体的水平灰缝和竖向灰缝处很容 易形成热桥，大大削减了砌块的保温性能。夏斌贝等[4]对竖向 灰缝处容易形成热桥的现象采取了对砌块的聚苯板进行二 次插入的方法，即在每层砌块砌筑完后在砌块之间水平插入 聚苯板（见图 5），这相对增大了施工难度。而且在砌块层与层 之间的水平灰缝处如何采取有效措施，还需要进一步的深入 研究。
表 1 不同孔型单排空心砌块的平均传热系数
项目 平均传热系数/[W（/ m2·K）]
矩形 0.207
菱形 正方形 圆形 0.360 0.404 0.425
（2）由 GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》可知，砌 块中封闭空气层的厚度达到 20 mm 后，随着封闭空气层厚度 的增大，空气间层热阻的增量越来越小；特别当封闭空气层厚 度超过 40 mm 后，间层热阻趋于常量（见表 2）。因此，一味加 大封闭空气层厚度来增加热阻，作用不大；反之，若增加孔洞 排数，则可显著提高热阻。因此，就热工方面进行块型设计时， 对于相同的砌块厚度，宜使砌块的空气层数增多。
（3）从块型规格、砌块的成型和施工等方面考虑，我国现 阶段的自保温砌块多采用单排孔、双排孔和三排孔。在理论 上，空心砌块中平均传热系数的大小与垂直热流方向的孔洞
行列数有关，即孔洞行列数越多，砌块的平均传热系数越小，
保温效果越好。因此，在满足空心砌块的壁厚及肋厚要求的 前提下，最大限度地增加孔洞排列数，可以减少热辐射，有助 于增强混凝土空心砌块的保温性能[4]。为了比较不同孔排数 对砌块墙体热阻的影响，张芳等[5]对 190 mm 厚和 240 mm 厚 2 种规格的混凝土砌块不同孔排数的墙体热阻值进行了测定 （见表 3）。可以发现，调整排孔数可使空心砌块墙体热阻值有 所提高。
图 2 节能型复合墙体砌块结构
1.2 原材料 为进一步提高空心砌块墙体的热阻，就必须从砌块所用
的原材料入手。此处原材料包括 2 个方面的内容：（1）砌块所 用基材；（2）在砌块孔洞中填充的材料。
如普通砌块一样，墙体自保温砌块的基材既可以用普通 的混凝土材料，也可以为了提高砌块的热工性能而选用加气 混凝土、泡沫混凝土或一些轻集料，如各种陶粒、膨胀珍珠岩、 煤矸石和粉煤灰等。从节能环保方面考虑，在保证砌块结构承 重的情况下，应充分考虑掺加一些工业废料、生活废弃物，如 废弃的泡沫塑料等。李崇景等[8]利用废旧泡沫塑料研制的保温 混凝土砌块（见图 3），试验结果表明其保温性能明显优于加 气混凝土和烧结黏土砖。另外，由中科大新材料有限公司研制 的断桥式复合自保温砌块[9（] 见图 4），利用无机硅酸盐发泡保 温材料与基材相结合，其保温材料基本上阻断了热流的线路， 热阻值可达 1.16 m2·K/W，但其密度仅为普通混凝土的 1/3， 具有很好的应用前景。
关键词：自保温；砌块；墙体；研究进展；存在问题
中图分类号：TU522.3
文献标识码：B
文章编号：1001-702X（2009）01-0013-03
Research progress of wall self thermal insulation block ZHANG Wei1，SUN Daosheng1，2，DING Yi2
收稿日期：2008-11-09 作 者 简 介 ：张 伟 ，男 ，1982 年 生 ，安 徽 青 阳 人 ，硕 士 研 究 生 。
自保温砌块的发展情况。 1.1 块型设计
（1）传统中比较常见的空心砌块，其孔洞形状绝大多数为 圆形、正方形和矩形。为了比较不同孔型对砌块传热性能的影 响，王沁芳等[3]测定了在孔洞率相同的单排孔空心砌块中不同 孔型的平均传热系数（见表 1）。从表 1 可知，矩形孔的平均传 热系数最小，菱形孔、正方形孔的次之，圆形孔的最大。原因是 矩形孔中的空气容易形成长路对流，而菱形、方形、圆形孔中 的空气依次不易形成长路对流。所以，在墙体自保温砌块的孔 洞形状设计中要首先考虑以矩形为主，其它形状次之。
3结语
相对于传统墙体，已有的自保温砌块墙体减少了传热面 积和热桥的形成，其隔热保温性能优良。而且与其它外墙保温 体系相比有许多优点，但同时，我们也要看到其中存在的问 题。在研究和发展新型墙体自保温砌块时，要以理论为指导， 并结合墙体构造的特点和组成材料的性能及功能要求，从系 统技术的层面，突出各地区特点。将墙体作为一个整体，系统 地研究各组成材料所起的作用。解决墙体在使用过程中存在 的问题，才能使自保温墙体材料获得广泛应用的生命力。
从表 3 可以看出，240 mm 厚的三排孔砌块，其最大热阻 值仅为 0.642 m2·K/W，不能完全满足建筑节能 50%目标，即 部分寒冷地区热阻值（0.65～0.81 m2·K/W）以及夏热冬冷地区 北墙热阻值（0.68 m·2 K/W）要求。
所以，从块型设计上，可以总结出以矩形孔型为主，并采 用多排孔的方式提高砌块的保温隔热性能，有研究总结提出 孔型设计比较合理的块型[4（] 见图 1）。但在研究中并不要局限 于此，只要在结构功能和热工性能方面有特别的优点，也可 以不断创新，如律宝莹等[6]提出的粉煤灰挤塑泡沫复合砌块， 从块型上根本改变了传统的形状，其产品的传热系数也仅为 0.79 W（/ m·2 K）；如程建杰[7]提出的节能型复合墙体砌块，其外 形上使用燕尾形状的聚苯板与砌块基材相接（见图 2），墙体 热阻为 1.11 m·2 K/W。
图 5 苯板阻断热桥示意
（2）混凝土剪力墙采用自保温砌块会使整个墙体的厚度 增大，例如太原市现有的节能 50%，需要用 250 mm 自保温砌 块砌筑在混凝土剪力墙的外侧[10]，但因有混凝土挑檐板增加 传热的影响，仍不满足平均传热系数 0.52 W（/ m2·K）的要求。 所以，在建筑物剪力墙部位如何使用自保温砌块仍然是一个 急需研究的问题。
[6] 律宝莹，张双喜，张剑平，等.粉煤灰挤塑泡沫复合砌块保温性能 的优化研究[J].新型建筑材料，2007（10）：76-78.
2 应用前景及其存在问题
与其它墙体保温形式相比，墙体自保温砌块的保温形式 有其自身的优势，如减少了热桥和传热面积，明显改善墙体 的保温隔热性能；在砌筑墙体时，一次性成型，非常方便，易 于保证工程质量，而且不需要采用其它任何特殊的保温隔热 措施，解决了建筑保温隔热墙体的整体性和耐候性，使墙体 保温系统的使用寿命与建筑物一致；自保温墙体与水泥的粘 结强度高，其外墙饰面施工简单、稳固，解决了其它保温墙体外 墙饰面容易空鼓脱落的问题。同时，自保温墙体造价低，且便于 检测和控制质量，降低了保温系统的建筑造价。总之，由于上述 的诸多优点，墙体自保温砌块将具有广阔的应用前景。