新型建筑材料脱硫石膏砌块砌体性能研究

摘 要： 随着建筑节能环保意识的不断增强，本文研究了脱硫石膏砌体为改进墙体材料，可提高墙体保温隔热性能和不燃性性能。

关键词： 新型；建筑材料；脱硫石膏

利用工业废弃物脱硫石膏生产脱硫石膏砌块，是“禁实限黏”新型墙体材料的未来发展趨势，国家设立的墙体材料改革基金和各地政府出台的墙体材料改革工作条例对新型墙体材料的推广起了巨大的作用。国家主管部门发挥导向作用，出台有关鼓励高强节能墙体材料的优惠政策，并拨出适量的科研费用解决一些关键技术、材料和设备等问題，并将其发展应用纳入国家的技术发展政策。中国是一个工业大国，如何充分利用好工业废弃物脱硫石膏，任重而道远。

1.新型脱硫石膏砌块保温隔热性能研究

建筑墙体的热物理性能反应了本身保温隔热性能的好坏，无论在国外还是在国内，墙体的热物理性能作为主要的性能指标，建筑墙体的保温性能也是墙体的绿色节能主要指标之一。因此，研究新型脱硫石膏砌块墙体就必须研究墙体的保温隔热性能。墙体作为建筑空间的维护结构及空间的隔断结构，其保温隔热性能的好坏直接影响建筑物的良好使用。在研究墙体的保温隔热性能时，经常用导热系数来衡量。导热系数是指单位时间内垂直于传热方向的单位面积1m，厚度1m，内外表面温度相差1℃时，通过传导方式所传递的热量。导热系数越大，单位体积的导热量就越多，材料的保温隔热性能越差；导热系数越小，材料的保温隔热性能越好。依靠墙体材料自身较高的热惰性和热阻来达到保温隔热以及节能的要求。

1.1新型脱硫石膏砌块热阻值计算

脱硫石膏砌块作为新型墙体材料，使用在建筑的内隔墙中，材料的保温性能直接影响后期使用中建筑空间的保温性能。下面就新型脱硫石膏砌块的保温隔热性能，分析研究砌块本身的热阻值，以及脱硫石膏砌块墙体的热阻值和导热系数。根据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）建筑围护结构节能要求，50%建筑外墙的导热系数小于等于1.5W/（m2·K），热阻应大于等于0.67（m2·K）/W。

围护结构的传热阻是墙体处于自然环境中，围护结构和两侧空气边界共同阻抗热量传递的能力。根据建筑节能规范：墙体内表面换热阻Ri=0.11（m2·K）/W；外表面换热阻Re=0.04（m2·K）/W。空气层的热阻值在4cm 之前是随空气间层厚度的增加而增长，超过4cm，空气层热阻基本不发生变化。所以，砌块间孔洞的空气热阻为0.18（m2·K）/W。脱硫石膏砌块作为新型墙体材料，要满足建筑节能的要求，通过砌块中孔洞的设置可以增加砌块的导热性能，砌块中加入塑料泡沫颗粒，能够达到绿色节能的效果。现就脱硫石膏空心砌块的热阻值按照《民用建筑热工设计规范》（GB50176-1993）规定的方法进行计算：脱硫石膏空心砌块的主规格尺寸为500mm×300mm× 200mm。

1.2新型脱硫石膏砌块墙体热工性能研究

本文中为了和其他墙体材料的热工性能进行比较，砌筑 240 厚的墙，在20厚水泥砂浆外粉刷和20 厚的混合砂浆内粉刷情况下，分析脱硫石膏砌块墙体的传热值。混合砂浆的导热系数为0.87W/（m·K） ， 水泥砂浆的导热系数为0.93W/（m·K）。热阻表示的是维护结构墙体和两侧空气边界层共同阻抗热量传递的能力，等于在热传递的过程中热流从墙体的一侧传递到另一侧所受到的阻力之和。

作为居民建筑中的墙体，其传热阻值越大，导热系数越小，墙体的保温隔热性能越好。新型脱硫石膏砌块墙体的传热组值为 1.00 （m2·k /W），导热系数为1.00W /（m2·k）。通过与其他砌块热阻值的比较，新型脱硫石膏砌块墙体的保温隔热性能满足标准的要求，且其保温性能比标准要求要好很多。

2.新型脱硫石膏砌块燃烧性能试验

2.1建筑材料不燃性试验

该试验仪器的安放及操作步骤等均严格按照GB/T5464-2010《建筑材料不燃性试验方法》来实施。试验步骤如下：按照标准的规定使加热炉温度平衡；试验前确保整台装置处于良好的工作状态；将按照规定制备的试样放入试样架；再将试样（随机抽取不同生产批次的砌块）放入炉内规定位置，并立即启动计时器；记录热电偶等温度变化；进行30 分钟试验；记录相关数据变化以及残留物等；最后按照规定共测试五组试样。根据试验情况以及记录下的数据，进行如下分析：

（1）温升

按照热电偶温升公式ΔT = Tm-Tf （ Tm 炉内最高温度，整个试验期间最高温度的离散值； Tf 炉内最终温度，试验过程最后1 分钟的温度平均值），五组试样的平均值 Tm =787.4℃， T =779.7℃，则最终温升为7.7℃。根据标准要求，温升ΔT ≦30℃，显然这点符合要求。

（2）质量损失率

按照GB/T5464-2010《建筑材料不燃性试验方法》中的7.5.1 规定测量的各组试样的质量损失，以试样初始的质量的百分数表示。经过天平量出试样剩下部分的质量，求出五组试样的质量损失部分，再除以初始质量，最终计算出Δm 为8%，远远小于标准要求的50%。故质量损失率符合要求。

（3）火焰

根据GB/T5464-2010《建筑材料不燃性试验方法》中7.5.2 的规定，记录连续火焰的持续时间。连续火焰是指试件表面的火焰燃烧时间持续5s 或者超过5s，对于持续火焰的记录要精确到秒[103]。对于该新型脱硫石膏砌块试样的持续燃烧时间为tf = 0，及无持续燃烧。

通过上述三个重要数据以及整个试验的过程及观察，可知该新型脱硫石膏砌块为不燃性材料。

2.2新型脱硫石膏砌块热值的测定

所谓热值指的是单位质量的材料燃烧所产生的热量。而总热值指的是单位质量的材料完全燃烧，并当其燃烧产物中的水（包括材料中所含水分生成的水蒸气和材料组成中所含的氢燃烧时生成的水蒸气）均凝结为液态时放出的热量，被定义为该材料的总燃烧热值，用PCS 表示。

具体实验步骤如下：

1）检查两个电极和点火丝，确保其接触良好，在氧弹中倒入10ml 的蒸馏水，用来吸收试验过程中產生的酸性气体；

2）拧紧氧弹密封盖，连接氧弹和氧气瓶阀门，小心开启氧气瓶，给氧弹充氧至压力达到3.0Mpa～3.5Mpa；

3）将氧弹放入量热仪内筒；

4）在量热仪内筒中注入一定量的蒸馏水，使其能够淹没氧弹，并对其进行称重；

5）检查并确保氧弹没有泄露；

6）将量热仪内筒放入外筒；

7）从量热仪中取出氧弹，放置10min 后缓慢泄压，打开氧弹。如氧弹中无煤烟状沉淀物且坩埚上午残留碳，便可确定试样发生了完全燃烧；

8）若采用坩埚法进行试验，试样不能完全燃烧，则采用“香烟法重新进行试验。

2.3 建筑材料或制品单体燃烧试验

（1）单体燃烧试验装置

单体燃烧试验相对来说是燃烧性能试验中最为复杂的部分，无论是从试验装置、试验步骤还是试验结果的分析与处理，相对而言都是需要做好许多相关工作的。其中试验装置主要为SBI 装置，包括燃烧室、试验设备（小推车、燃烧器、集气罩、收集器和导管）、排烟系统和常规测量装置。

脱硫石膏砌块的燃烧试验是在燃烧实验室中进行，该实验室的外围墙由标准砖砌筑而成墙厚为240mm，室内高度为2.4m，室内地面为3.0m×3.0m 平面，在墙体的一侧留有一个1.5m×2.5m 的洞口，该洞口是装有燃烧砌块的小推车进出实验室的通道。在燃烧试验过程中，小推车固定在一个U 型卡槽处，燃烧试件的表面与试验室墙体之间要保持一定的距离。

（2）单体燃烧试验原理

由两个成直角的垂直翼组成的试样暴露于直角底部的主燃烧器产生的火焰中，火焰由丙烷气体燃烧产生，丙烷气体通过砂盒燃烧器并产生（30.7±2.0）kw 的热输出。试样的燃烧性能通过20min 的试验过程来进行评估。主要性能参数包括：热释放、产烟量、火焰横向传播和燃烧滴落物及颗粒物。

在点燃主燃烧器前，应利用离试样较远的辅燃烧器对燃烧器自身的热输出和产烟量进行短时间的测量[108]。一些参数测量可自动进行，另一些则可通过目测法得出。排烟管道配有用以测量温度。光衰减、O2 和CO2 的摩尔分数以及管道中引起压力差的气流的传感器，这些数值是自动记录的并用以计算体积流速、热释放速率和产烟率。对火焰的横向传播和燃烧滴落物及颗粒物可采用目测法进行测量。

参考文献

[1]GB 8624-2012， 建筑材料及制品燃烧性能分级[S]. 北京：中国标准出版社，2012.

[2]杨玉发，李兴华，赵建华. 纸面石膏板-石膏砌块复合墙体隔声性能研究与试验[J]. 墙材革新与建筑节能，2007，10：21-23+3.

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