（華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640）

　　摘要：提出灰砂磚與加氣混凝土磚復(fù)合砌筑墻體的構(gòu)造，采用標(biāo)定熱箱法測(cè)定其傳熱系數(shù)，計(jì)算了相關(guān)的K、D 值。通過(guò)測(cè)試和比較分析證明，灰砂磚和蒸壓加氣混凝土磚復(fù)合墻體不僅熱工性能優(yōu)越、價(jià)格便宜，而且能夠在一定程度上減輕單一加氣混凝土墻體吸濕和開(kāi)裂的問(wèn)題，施工操作簡(jiǎn)單，是一種可以在廣州地區(qū)建筑工程上大力推廣應(yīng)用的新型節(jié)能墻體。

　　關(guān)鍵詞：灰砂磚；加氣混凝土；復(fù)合墻體；標(biāo)定熱箱法；傳熱系數(shù)

　　隨著建筑節(jié)能在我國(guó)的廣泛開(kāi)展，墻體作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要部分，與墻體有關(guān)的節(jié)能技術(shù)在建筑節(jié)能中發(fā)揮著重要作用，墻體節(jié)能材料和構(gòu)造的研究與開(kāi)發(fā)受到越來(lái)越多的關(guān)注。長(zhǎng)期的實(shí)踐和研究經(jīng)驗(yàn)表明，單一墻體由于蓄熱系數(shù)和傳熱系數(shù)難以兩全，通常通過(guò)高效保溫材料（EPS、XPS 等）與墻體材料組成復(fù)合墻體的形式實(shí)現(xiàn)墻體節(jié)能，而對(duì)2 種不同墻體材料復(fù)合的研究相對(duì)較少。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試與性能分析探討灰砂磚與加氣混凝土磚的復(fù)合效果。

1 墻體材料的構(gòu)造方式

　　灰砂磚和加氣混凝土磚都是我國(guó)大力發(fā)展代替黏土磚的新型墻體材料。灰砂磚是一種密實(shí)硅酸鹽混凝土磚，強(qiáng)度高，耐用性好，蓄熱能力強(qiáng)，排氣好，是很好的承重墻體材料。加氣混凝土磚是一種應(yīng)用較多的新型輕質(zhì)建筑材料，其密度僅相當(dāng)于普通混凝土密度的1/5，并且強(qiáng)度較大，導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫效果好，以上2 種材料各具特色，是組成復(fù)合節(jié)能墻體的理想選擇。

　　本文提出灰砂磚與加氣混凝土磚組合砌筑新型復(fù)合墻體，厚度為180 mm。其中灰砂磚位于墻體外側(cè)，加氣混凝土磚位于墻體內(nèi)側(cè)?；疑按u尺寸為240 mm×115 mm×53 mm；蒸壓加氣混凝土磚由實(shí)驗(yàn)室特制，尺寸也為240 mm×115 mm×53
mm。灰砂磚干密度為1900 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為1.1 W/（m·K），蓄熱系數(shù)為12.72 W/（m2·K）；加氣混凝土磚干密度為700 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.22 W/（m·K），蓄熱系數(shù)為3.59 W/（m2·K）。磚體間縫隙用水泥砂漿填充，墻體內(nèi)外表面各抹25 mm 厚水泥砂漿。復(fù)合墻體構(gòu)造方式見(jiàn)圖1。

圖1 復(fù)合墻體構(gòu)造方式示意

2 復(fù)合墻體傳熱性能測(cè)試

　　2.1 測(cè)試原理

　　本測(cè)試基于一維穩(wěn)態(tài)傳熱原理，模擬實(shí)際條件下圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傳熱。構(gòu)件放置于冷箱和熱箱之間，在兩箱體內(nèi)分別建立室內(nèi)外環(huán)境條件進(jìn)行測(cè)試，其中，熱箱模擬室內(nèi)空氣溫度、風(fēng)速和輻射條件，冷箱模擬室外空氣溫度和風(fēng)速。熱量傳遞通過(guò)試件與箱體各表面的熱輻射和試件表面與周圍空氣的對(duì)流換熱進(jìn)行。傳熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，根據(jù)熱平衡有如下公式：

　　K=（Q-M1·Δθ1-M2·Δθ2）/（A·Δt）

　　式中：K———試件傳熱系數(shù)，W（/ m·2 K）；

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　　Q———電暖氣加熱功率，W；

　　M1———由標(biāo)定測(cè)試確定的熱箱外壁熱流系數(shù)，W/K；

　　M2———由標(biāo)定測(cè)試確定的試件框熱流系數(shù)，W/K；

　　Δθ1———熱箱外壁內(nèi)、外表面加權(quán)平均溫度之差，℃；

　　Δθ2———試件框熱側(cè)和冷側(cè)表面加權(quán)平均溫度之差，℃；

　　A———試件面積（按試件外邊緣尺寸計(jì)算），m2；

　　Δt———熱箱空氣與冷箱空氣平均溫度之差，℃。

　　這種測(cè)試方法綜合考慮了對(duì)流和輻射的傳熱過(guò)程，不單獨(dú)考慮某一種傳熱方式，很好的模擬了墻體實(shí)際的環(huán)境條件，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用非常有參考價(jià)值。

　　2.2 測(cè)量裝置

　　檢測(cè)裝置主要由熱箱、冷箱、試件框和環(huán)境空間4 部分組成，見(jiàn)圖2。

圖2 測(cè)試裝置

　　試件框用于支撐試件，而且是試件側(cè)面迂回?zé)釗p的通路，是可能造成誤差的重要因素，因此是一個(gè)重要的部件，由低導(dǎo)熱系數(shù)材料做成。防護(hù)箱的作用是在計(jì)量箱周圍建立溫度較為穩(wěn)定的空氣環(huán)境，保證測(cè)試更少的受到外界干擾。

　　2.3 測(cè)試過(guò)程

　　測(cè)試條件要根據(jù)最終的使用條件和對(duì)準(zhǔn)確度的影響進(jìn)行綜合考慮，并且熱、冷箱空氣溫度的最小溫差不能小于20 ℃。由于本次測(cè)試以屬于夏熱冬暖熱工分區(qū)的廣州應(yīng)用為對(duì)象，測(cè)試熱箱溫度設(shè)定為18 ℃，溫度波幅不大于0.1 ℃；冷箱溫度設(shè)定為- 10 ℃，溫度波幅不大于0.2 ℃。熱箱空氣為自然對(duì)流，其相對(duì)濕度控制在30%左右。試件冷表面風(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定平面內(nèi)3.0 m/s。為減少熱箱和環(huán)境空間之間的熱傳遞對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，把環(huán)境空間溫度設(shè)定為18 ℃。

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　　試驗(yàn)開(kāi)始后需約為9 h 使傳熱達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)冷箱、熱箱和環(huán)境空氣溫度達(dá)到設(shè)定值范圍，監(jiān)控溫度使冷熱箱和環(huán)境空氣溫度維持穩(wěn)定。并在4 h 內(nèi)，逐時(shí)測(cè)量，得到熱箱和冷箱空氣平均溫度每小時(shí)變化的絕對(duì)值分別不大于0.1 ℃和0.3 ℃，且上述變化不是單項(xiàng)變化，則表示傳熱過(guò)程已經(jīng)穩(wěn)定。穩(wěn)定之后每隔15 min 測(cè)量相關(guān)參數(shù)，共測(cè)6 次。測(cè)試前還進(jìn)行如下操作，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確與合理：

　　（1）為防止試件中傳熱受到所含水分影響導(dǎo)致傳熱系數(shù)的變化，試件在測(cè)量前要自然晾干；

　?。?）為防止試件與試件框之間因存在縫隙，導(dǎo)致熱箱與冷箱之間流通產(chǎn)生熱量交換，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，測(cè)試前將試件與試件框進(jìn)行良好密封。

3 測(cè)試結(jié)果和分析

　　復(fù)合墻體的熱工性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

　　由表1 可以看出，本次測(cè)量的復(fù)合墻體的傳熱系數(shù)均為1.21 W/（m2·K）。廣州地區(qū)屬于夏熱冬暖地區(qū)，依據(jù)JGJ 75—
2003《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，外墻應(yīng)滿足K≤1.5 W/（m2·K），D≥3.0。由于灰砂磚與加氣混凝土磚的
蓄熱系數(shù)都大于3.0，本次測(cè)定的復(fù)合墻體滿足《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》要求。

　　根據(jù)材料參數(shù)，計(jì)算得到180 mm厚灰砂磚內(nèi)外抹灰25mm 厚墻體的傳熱系數(shù)為2.582 W/（m2·K），單純用灰砂磚不能達(dá)到廣州地區(qū)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，在工程中不能單獨(dú)使用。同理計(jì)算得到180 mm 厚加氣混凝土砌塊（700 kg/m3）內(nèi)外抹灰25 mm 厚墻體的傳熱系數(shù)為0.976 W/（m2·K），較本文復(fù)合墻體的傳熱系數(shù)小。但本復(fù)合墻體與單一加氣混凝土砌塊墻體相比，有其特有優(yōu)勢(shì)：

　?。?）加氣混凝土雖然是一種很好的新型保溫隔熱材料，但由于其屬于多孔材料，孔隙率可達(dá)70%～80%，吸水率高達(dá)65%，浸在水中最初1 h 內(nèi)含水率可達(dá)到吸水率的50%，并且氣孔呈密閉型，水分滲入后很難釋放出來(lái)。試驗(yàn)表明，加氣混凝土導(dǎo)熱系數(shù)與其含水率密切相關(guān)，含水率為46.5%狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)約為平衡含水率（3.6%～3.8%）狀態(tài)下的3 倍[1]。廣州屬于濕熱地區(qū)，年平均相對(duì)濕度為79%，加之加氣混凝土的吸水特性，如果下雨時(shí)沒(méi)有很好的防范措施，加氣混凝土磚實(shí)際含水率可以達(dá)到其吸水率。這將使加氣混凝土導(dǎo)熱系數(shù)大大增加，嚴(yán)重影響外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能。本復(fù)合墻體中的加氣混凝土磚在室內(nèi)一側(cè)，可以杜絕加氣混凝土由于降雨而導(dǎo)致含水率增加，保證了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能。

　?。?）加氣混凝土導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.22 W/（m·K），線膨脹系數(shù)為8×10- 6 mm/（m·℃），而普通抹灰砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.93 W/（m·K），線膨脹系數(shù)為10- 4 mm/（m·℃）左右。由此可見(jiàn)，普通抹灰砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)都比加氣混凝土材料大很多[2]。在廣州地區(qū)，夏季西墻外表面溫度可達(dá)50 ℃，夜間圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面溫度可降至27 ℃以下，溫差達(dá)20 多℃。

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　　在這種導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)差異引起熱脹冷縮而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力的每天反復(fù)作用下，加氣混凝土墻面抹灰層出現(xiàn)大面積開(kāi)裂及脫落。這不僅影響建筑美觀，還會(huì)進(jìn)一步影響到建筑的整體性能。由于重型圍護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗外界空氣溫度波動(dòng)能力比輕型結(jié)構(gòu)強(qiáng)，因此，復(fù)合墻體的灰砂磚砌在室外一側(cè)可以很好減弱室外溫度波動(dòng)對(duì)加氣混凝土磚的影響?；疑按u的溫度劇烈波動(dòng)層厚度為86.5 mm，而復(fù)合墻體中灰砂磚平均厚度為84 mm，加之墻面外抹灰對(duì)溫度波動(dòng)的消減作用，可以認(rèn)為內(nèi)側(cè)的加氣混凝土磚在溫度劇烈波動(dòng)層以外。從而有效減少加氣混凝土磚與抹灰砂漿由于線膨脹系數(shù)相差較大而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，在一定程度上緩解墻體開(kāi)裂問(wèn)題。

　　（3）據(jù)調(diào)查，在廣東地區(qū)，灰砂磚0.17 元/塊，約合115 元/m3；加氣混凝土砌塊170～180 元/m3。由于復(fù)合墻體中兩者使用率大概是1∶1，所以，復(fù)合墻體要比單獨(dú)使用加氣混凝土砌塊有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

　　通過(guò)測(cè)試和比較分析證明，灰砂磚和蒸壓加氣混凝土磚復(fù)合墻體不僅熱工性能優(yōu)越、價(jià)格便宜，而且能夠在一定程度上減輕單一加氣混凝土墻體吸濕和開(kāi)裂的問(wèn)題，施工操作簡(jiǎn)單，是一種可以在廣州地區(qū)建筑工程上大力推廣應(yīng)用的新型節(jié)能墻體。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1] 王秀芬.加氣混凝土性能優(yōu)化及的試驗(yàn)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2006：41- 48.
　　[2] 唐京華.夏熱冬冷地區(qū)加氣混凝土節(jié)能墻體研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2006.