严寒、寒冷地区农牧建筑节能墙体主要模式及性能分析-论文

严寒、寒冷地区农牧建筑节能墙体主要模式及性能分析[摘要]现代农牧业建筑已经不是传统意义上的猪舍、鸡窝和牛棚。而是一种必须满足:经济、实用、环保、节能、防火、高强、耐久、安全、防鼠害等要求的现代化环保节能型厂房。本文就目前用于农牧业建筑节能墙体的两种主要模式（即240mm厚的普通混凝土砌块墙体，外贴厚度80mm的密度小于15kg/m3聚苯乙烯泡沫塑料板的传统建筑节能墙体模式；240mm厚的特殊形状混凝土砌块砌筑的墙体，在其厚度180mm的孔洞内，现场浇筑聚苯颗粒泡沫混凝土保温浆料后，形成的新型建筑节能墙体模式）进行比较分析，旨在探索出既符合新版《建筑设计防火规范》GB50016规定的、提高现代农牧业建筑节能墙体的防火性能和建筑保温、隔热性能，又能降低运行过程中的运营成本，实现节能与结构一体化，保温材料与建筑物同寿命的新型农牧业建筑节能墙体，满足日益发展的农牧节能建筑的需要。[关键词]农牧建筑节能墙体；外墙外保温；聚苯颗粒泡沫混凝土保温浆料；自保温复合砌块墙体；保温；环保；耐久；防火；防鼠害；节能墙体模式前言随着现代农牧养殖业的快速发展，现代农牧养殖建筑已经不是传统意义上的猪舍、鸡窝和牛棚。农牧养殖建筑必须满足如下要求：经济、实用、环保、节能、防火、高强、耐久、安全、防鼠害。在我国的严寒、寒冷地区，目前的农牧建筑节能墙体，普遍采用公民建的外墙外保温模式，即：墙体采用240mm厚度的普通混凝土砌块砌筑，在外墙体外侧粘贴80mm厚度的、密度为12-15kg/m3的聚苯乙烯泡沫泡沫塑料板，其表面薄抹灰处理的传统节能墙体模式；还有一种新型的农牧建筑节能墙体模式，正在我国严寒地区的农牧建筑节能墙体得到施工应用，该种农牧建筑节能墙体模式，采用特殊形状的普通混凝土砌块砌筑，在其孔洞内现场浇筑聚苯颗粒泡沫混凝土保温浆料180mm厚，不需要进行内外抹灰和外保温处理，形成一种由聚苯颗粒泡沫混凝土保温浆料填充的保温与结构一体化的、复合保温节能墙体模式。通过将这种新型农牧建筑节能墙体模式与传统的农牧建筑节能墙体模式进对比分析，选出一种适合现代农牧建筑节能墙体模式，满足建筑节能与结构一体化技术，保温材料与建筑物同寿命，防火、环保与防鼠害相结合要求，探索出一条现代农牧节能建筑在隔热、保温低运行成本的新途径，推动我现代农牧业的快速、健康的发展。传统农牧建筑节能墙体模式2.1传统农牧建筑节能墙体模式构成传统农牧建筑节能墙体模式，由混凝土承重砌块墙体1、模塑聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS)2、玻璃纤维聚合物抗裂砂浆薄抹灰层3、内抹灰层4、室外涂料层5和室内涂料层6构成，如图1所示。2.2混凝土承重砌块块型混凝土承重砌块2块型主要有两种:主块和半块。主块规格尺寸为390mm×240mm×190mm；半块规格尺寸为190mm×240mm×190mm，壁厚为30mm，如图2所示；密度等级为1200kg/m3,强度等级为MU5.0；抗冻性满足F50要求；炭化系数大于0.85；软化系数大于0.85，吸水率小于15%。2.3混凝土承重砌块墙体砌筑与梁、柱节点混凝土承重砌块墙体采用混凝土砌块1砌筑，以主块型为主，半块主要用于错缝压槎，砂浆图2主块图3采用混合砂浆，±0以下采取水泥砂浆砌筑，该种砌块砌筑在下圈梁上，与上圈梁7和构造柱8砌筑在同一个平面内，在砌筑好的砌块砌体1的外侧粘贴80mm后的密度12kg/m3或15kg/m3的模塑聚苯乙烯泡沫板2，在聚苯乙烯泡沫板2的外侧铺设玻璃纤维网格布聚合物抗裂砂浆薄抹灰层3，在薄抹灰层上涂刷外墙装饰涂料层5，在室内，混凝土承重砌块砌体1与混凝土构造柱8平齐，采用水泥砂浆抹灰，在内抹灰层4上粉刷内墙装饰涂料6，如图3，图4所示。2121图4传统农牧建筑节能墙体模式施工2.4模塑聚苯乙烯泡沫塑料板的性能指标1）240mm厚的普通混凝土砌块墙体，外贴80mm厚模塑聚苯乙烯泡沫塑料板；2）密度为12kg/m3的模塑聚苯乙烯泡沫塑料板的导热系数（检测值）为：λ=0.044W/(m•K)；压缩强度为45kPa；体积吸水率为8.2%；3）密度为15kg/m3的模塑聚苯乙烯泡沫塑料板的导热系数检测值为：λ=0.042W/(m•K)；压缩强度为51kPa；体积吸水率为7.0%；3.新型农牧建筑节能墙体模式3.1新型农牧建筑节能墙体模式构成新型农牧建筑节能墙体，由混凝土承重砌块9，和位于其孔洞内的聚苯乙烯泡沫塑料颗粒泡沫混凝土保温浆料10构成，不需要内、外抹灰，水平灰缝合竖直灰缝只做勾缝处理即可。如图5、图6所示。3.2混凝土承重砌块块型混凝土承重砌块9的性能，应符合行业标准《自保温混凝土复合砌块》JG/T407，《普通混凝土小型空心砌块》GB/T8239，《复合保温砖和复合保温砌块》GB/T29060规定。主要有主块，其规格尺寸为：390mm×240mm×190mm；半块，其规格尺寸为：190mm×240mm×190mm，其块型结构如图7～图9所示；抗压强度等级：MU5.0；MU7.5；抗冻性D50，强度损失小于25%；质量损失小于5%；抗渗性符合GB/T8239的要求；吸水率符合GB/T8239的要求；放射性符合GB6566的规定；吸水率不大于12%；炭化系数和软化系数不小于0.85；图591910图6承重砌块砌体的孔洞内现场浇筑聚苯颗粒泡沫混凝土保温浆料图7主块图8半块承重砌块主块承重砌块半块图9主要块型3.3聚苯乙烯泡沫塑料颗粒泡沫混凝土保温材料在特殊形状混凝土承重砌块的孔洞内，现场浇筑绝干密度小于290kg/m3的聚苯乙烯泡沫颗粒泡沫混凝土保温浆料，在泡沫混凝土浆料中掺入一定量的聚苯乙烯泡沫颗粒骨料，其作用是：一是减轻泡沫混凝土的密度，有利于提高现场浇筑泡沫混凝土墙体的高度，不足以产生鼓板或墙体坍塌事故，提高现场浇筑效率；二是这种骨料掺入后，大大提高泡沫混凝土浆料的保温、隔热性能；三是泡沫混凝土的干燥收缩值会减小很多，有利于墙体的热稳定性。经国家建筑工程质量监督检验中心检测，绝干聚苯乙烯泡沫颗粒泡沫混凝土保温浆料的密度为:283kg/m3，其导热系数为:λ=0.0696W/(m•k),检测样品规格尺寸为：300mm×300mm×40mm，如图10-图11所示。应符合行业标准《泡沫混凝土》JG/T266的有关规定。抗压强度不小于0.4MPa；干燥收缩值不大于3.0；垂直于板面的抗拉强度不小于100KPa；软化系数和炭化系数不小于0.7；体积吸水率不大于10%；放射性满足GB6566的规定。图10用于检测聚苯颗粒泡沫混凝土保温材料的样品图11从现场施工墙体中取出的聚苯颗粒泡沫混凝土保温材料的防水性能3.4新型农牧建筑节能墙体模式的主要建筑节点3.4.1构造柱节点处理构造柱位置砌筑时采用主砌块和半块混砌，错缝搭接；并按照规定预留拉结筋（间隔400mm或600mm预埋拉结钢筋）,利用混凝土承重砌块内凹槽与构造柱形成整体，提高结构安全性，在内凹槽部位粘贴50mm宽，50mm厚，高度同构造柱的保温板。支设构造柱侧模板进行灌筑，在构造柱外侧模板拆除后，粘贴和砌筑复合保温贴面砌块，使之与先前砌筑好的混凝土承重砌块墙体在一个平面内，并进行原浆勾缝处理。混凝土承重砌块墙体砌筑好后，要进行勾缝处理，内外墙面不需要再抹灰，如图12所示。图12构造柱节点处理3.4.2门、窗洞口节点门、窗洞口采取专门的洞口主块和洞口半块与混凝土承重砌块配合砌筑，采用反砌法施工。第一皮的洞口两侧采用洞口主块砌筑，第二皮采取洞口半块砌筑，依次类推；压槎错缝砌筑，洞口以外采取混凝土承重砌块主块和半块压槎错缝砌筑。采取原浆边砌筑边勾缝，在洞口主块和洞口半块形成的竖直孔洞内插入芯柱钢筋，芯柱钢筋与灌孔混凝土形成一个与上下圈梁相连接的钢筋混凝土芯柱，门、窗，或者排风设备可固定该芯柱上，非常安全可靠，如图13所示。图13门、窗洞口侧面固定点采取特殊洞口砌块砌筑3.4.3门上口、窗上下口节点外墙门口过梁、窗口过梁及窗台板（实心砖或混凝土窗台板）要求外侧凹进墙面40mm，保证粘贴保温板与墙面平齐。外墙门口过梁、窗口过梁及伸入洞口块200mm,并且过梁两端设有预制好的直径100mm的圆孔，以便洞口两侧的芯柱钢筋穿过，外墙门口过梁、窗口过梁与门窗洞口两侧的钢筋混凝土芯柱浇筑成一个整体，确保门窗或通风设备的稳定性和安全性，如图14所示。图14外墙门口过梁、窗口过梁及窗台板处理3.4.4圈梁处节点处理圈梁下如无空隙，则在混凝土承重砌块上直接打圈梁即可，采用（节点一）进行施工，进行施工，有保温浆料溢出高于混凝土承重砌块上沿的应清理。圈梁以下如有空隙使用标准砌块或标准砖补充砌筑，标准砖外侧与圈梁平齐，必须保证梁下封堵严密，采用（节点二）进行施工，如图15所示。圈梁外侧粘贴复合保温贴面砌块，并勾缝处理，复合保温贴面砌块应与混凝土承重砌块墙体在同一平面内。图15圈梁与混凝土砌块砌体的节点处理3.4.5框架梁部位保温节点处理框架梁以下空隙使用标准砖进行砌筑，标准砖外侧与框架梁平齐，必须保证梁下封堵严密，有保温浆料溢出高于混凝土承重砌块上沿的应清理干净。如图16所示。图16框架梁部位保温处理3.4.6水平系梁节点处理对于有水平系梁的情况，混凝土承重砌块砌到水平系梁底，进行保温浆料的浇筑，浇筑完成后开始水平系梁模板支设，浇筑混凝土，水平系梁要求外侧凹进墙面40mm（粘贴保温板后与墙体平齐），如图17所示：图17水平系梁节点保温处理3.4.7地梁节点处理对于钢筋混凝土地梁在±0.00以上的，对于地梁外侧及地梁与混凝土承重砌块墙体通缝处保温节点施工，采用混凝土复合保温贴面砌块粘贴施工，也可以采用外墙外保温系统施工，如图18所示。图18地梁节点保温处理3.4.8电气管线节点处理混凝土承重砌块墙体砌筑完成后，在泡沫混凝土保温浆料浇筑前，将电气管线预埋到砌块内部，所有管线预埋完成后，开始进行保温浆料的浇筑，如图19所示。图19电气线路节点处理3.4.9混凝土承重砌块墙体与拐角构造柱节点处理混凝土承重砌块墙体与拐角构造柱连接构造，混凝土承重砌块外凸拐角构造柱60mm,构造柱与混凝土承重砌块采用软连接，中间采用水平系列连接，保证墙体的出平面的稳定性；或者采用应连接，每隔三皮加一组拉结筋；拐角构造柱的保温处理，采用混凝土复合保温贴面砌块粘贴并勾缝；也可以采用外墙外保温系统处理，如图20所示。图20混凝土承重泡沫混凝土自保温砌块墙体与拐角构造柱节点处理4热工性能指标对比新型农牧建筑节能墙体模式的热工性能新型农牧建筑节能墙体采用特殊的混凝土砌块，其墙体厚度240mm，混凝土砌块空腔厚度180mm;(混凝土砌块尺寸390×240×190壁厚30mm)，混凝土砌块空腔内现场浇筑聚苯颗粒、泡沫混凝土混合保温浆料，其保温浆料的导热系数λ=0.0696W/（m.K）（国家建筑工程质量监督检验中心的实测值），其密度为≤290kg/m3；混凝土砌块现浇保温浆料自保温复合墙体的传热系数：K=0.40W/（m2•K）;热阻R=2.36(m2•K)/W；传统农牧建筑节能墙体模式的热工性能墙体为240mm厚度的普通混凝土砌块(混凝土砌块尺寸为390×240×190)，外贴80mm厚度的模塑聚苯乙烯泡沫塑料；密度为12kg/m3的模塑聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数检测值为：λ=0.044W/(m•K)；密度为15kg/m3的模塑聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数检测值为：λ=0.042W/(m•K)；普通混凝土砌块砌体外贴80mm厚度的模塑聚苯保温板墙体的传热系数为：1）外贴密度为15kg/m3的聚苯保温板的墙体传热系数：K=0.44W/(m2.K)；热阻R=2.11(m2.K)/W;2）外贴密度为12kg/m3的聚苯保温板的墙体传热系数：K=0.46W/(m2.K);热阻R=2.02(m2.K)/W;5.经济指标对比新型农牧建筑节能墙体模式与传统农牧建筑节能墙体的经济指标对比见表1所示。表1新型农牧建筑节能墙体模式与传统农牧建筑节能墙体模式经济对比项目传统保温墙体模式经济指标（元/m2）新型保温墙体模式经济指标（元/m2）空心砌块38.438.4砌筑砂浆材料费12.18.5抹灰砂浆材料费88砌筑人工费4848抹灰人工费3628现浇复合保温浆料成活价75传统保温材料费45（B2级）传统保温人工费30合计217.5205.96.防火性能对比6.1根据国家设计防火规范GB50016-2014中6.7.8规定，采用B1、B2保温材料时，防护层厚度首层不应小于15mm,其他层不应小于5mm。从已经采用传统农牧建筑节能墙体模式建造的厂房进行实地调查看，防护层最厚的不到3mm,最薄的1mm左右，单层玻璃纤维网格布，并不是耐碱的，质量极差，聚苯板为B2级可燃保温材料，发生火灾的风险极大。6.2新型农牧建筑节能墙体模式，采用在混凝土砌块砌筑的墙体内，现场浇筑聚苯颗粒泡沫混凝土混合保温浆料，保温材料属于A级不燃材料，再说保温材料的外层有30mm的混凝土保护层。防火性能完全满足国家设计防火规范GB50016-2014的要求。7.耐久性能对比7.1传统农牧建筑节能墙体模式的耐久性极差，从实际调查来看，使用不到两年的农牧建筑，有的已经发生脱落开裂，墙体进水保温材料潮湿，导致保温效果下降，老鼠打洞破坏保温层，导致保温材料缺失等。如图21-图31所示。图21窗台下口部位破裂图22墙体中部发生破裂图23门口保温层防护层破裂图24防护层破裂图25防护层破裂修复后又破裂图26防护层破裂图27防护层破裂图28门口保温防护层破裂图29防护层破裂图30防护层施工质量不合乎建筑设计防火规范图31门口防护层破裂7.2新型农牧建筑节能墙体模式，由于采用混凝土承重砌块砌筑的墙体，并在其孔洞内浇筑聚苯颗粒泡沫混凝土混合保温浆料，不但起到防火保温隔热作用，还大大增强了墙体的整体稳定性和墙体的刚度，通过实地对墙体的锯切和凿孔试验，证明了这一点。保温材料与建筑物同寿命，保温与结构一体化，如图32-图36所示。图32新型农牧建筑节能墙体模式构造图33新型农牧建筑节能墙体模式垂直刨面结构图34建造过程中的新型农牧建筑节能墙体图35正在建造的由新型农牧建筑节能墙体模式构成的建筑图36新型农牧建筑节能墙体模式的施工现场8.防鼠害性能对比凡是农牧建筑必须考虑防鼠害，通过实地调查，传统农牧建筑节能墙体模式的防鼠害的效果最差，投入不到两年的传统农牧建筑节能墙体模式的建筑物，到处有老鼠盗打的洞穴，白色的聚苯板小块或颗粒到处都是，据有关的技术人员讲，墙体聚苯保温层破坏达到50%以上，个别的农牧建筑节能墙体的保温层破坏达80%，问题相当严重。老鼠破坏保温层的现象也时有发生在工业与民用建筑的外墙外保温系统工程，而农牧建筑外墙保温工程则与工业和民用建筑外墙外保温工程的使用环境和居住对象完全不同。在考虑农牧建筑节能墙体模式时，必须重点考虑：保温、防火、耐久、防鼠害四项功能，必要时，防鼠害放在第一位考虑。传统农牧建筑节能墙体模式深受鼠害的情况到处发生，如图37-图45所示。从新型农牧节能墙体模式结构和样板房的使用情况来看，完全达到保温、防火、耐久、防鼠害的四项功能，效果最佳。目前农牧建筑采用的节能墙体模式的性能指标对比见表2