混凝土充填复合保温砌块的设计思路、性能及工程应用

随着混凝土空心砌块空气间层宽度减小，其空气间层热导率不断降低，砌块保温性能持续改善。空气间层宽度达到25mm时，空气热导率降至0.152W/（m·K）​，但砌块生产变得困难。若进一步增加砌块孔洞排数，即降低空气间层宽度，砌块将无法生产。研究表明，在优化砌块基体空腔结构基础上充填保温材料，可显著提高砌块的平均热阻，制备出热工性能更佳的保温砌块，突破因优化空气间层宽度只能有限提升砌块热工性能的技术瓶颈。

充填保温材料对砌块平均热阻的增幅取决于基材和保温材料热导率、基体结构、充填率等。保温材料充填率越高或孔洞充填排数越多，砌块平均热阻越高。当基体结构、保温材料品种、充填率相同时，基材热导率对砌块平均热阻影响显著。组合利用“优选基材组成、优化基体结构和充填保温材料”技术研发混凝土充填复合保温砌块（简称充填保温砌块）时，砌块热工性能提升同样会出现叠加效果​。

（1）设计思路
充填保温砌块由空心基体和充填保温材料“互穿”组成，其物理力学性能和耐久性取决于基体结构和性能，热工性能则与基体结构和材质、保温材料热导率密切相关。因此，研制充填保温砌块新品种应从基体和保温材料两方面着手，充分考虑两者的相容性、匹配性以及地域性、经济性、适用性及产业化可行性。空心基体制备通常采用普通混凝土和轻骨料混凝土，若选用装饰混凝土作为基材，充填保温砌块则变成装饰保温砌块。基体空腔结构设计应考虑到充填保温砌块的物理力学性能、保温性能、生产工艺以及保温材料充填方式等。保温材料是决定充填保温砌块热工性能提升效果的关键因素，其热导率是优先指标，还应考虑应用地区的建筑节能标准要求、空心基体结构、充填工艺特殊性等，兼顾防火等级要求。

（2）发泡水泥充填混凝土复合保温砌块及其应用
发泡水泥充填混凝土复合保温砌块（简称发泡水泥充填保温砌块）是一种典型的充填保温砌块，采用“优选基材组成、优化基体结构和充填保温材料”技术研制而成。发泡水泥充填保温砌块采用轻骨料混凝土制备带空腔的基体，通过在线充填发泡水泥制成，具有质轻、保温隔热、A级不燃、比强度高、耐久性好、利废等特点。
① 空心基体的结构优化与性能　
空心基体的生产原料包括水泥、轻骨料、掺合料、外加剂和水，其生产工艺与普通混凝土砌块相同。其结构优化应从肋厚和壁厚、孔洞率和孔形等方面进行：a.外壁必须达到一定厚度，保证坯体和成品的结构稳定性、强度和吊挂力；b.空腔中部设置加强断肋，在保证基体结构稳定性的同时，为发泡水泥料浆流动提供通道；c.在基体一个外表面的内侧设有一排空气间层，满足施工和装修要求。图6-3为包含上下通孔、中间带断肋的“∞”形空腔的轻骨料混凝土空心基体。
② 充填用发泡水泥性能　
充填用发泡水泥是在水泥、掺合料、外加剂、改性剂和水等制成的料浆中掺入发泡剂，通过化学反应产生气体使料浆膨胀，经硬化形成的具有多孔结构的无机保温材料，其热导率直接决定空心基体热工性能提升效果。
③ 发泡水泥充填保温砌块的生产　
发泡水泥充填保温砌块的生产过程包括空心基体制备、发泡水泥浆体制备与在线充填、发泡水泥充填保温砌块养护等几个工序。其中，发泡水泥浆体制备与在线充填是关键工序，另两个工序与普通混凝土砌块相同。发泡水泥充填保温砌块采用“发泡水泥在线充填”工艺生产，现已实现工业化和自动化生产。采用具有我国自主知识产权的发泡水泥在线充填浇注系统​，实现发泡水泥在线充填、发泡、成型，解决已有技术充填效果差、效率低、产品质量不稳定等问题。
④ 技术性能　
发泡水泥充填保温砌块的主规格尺寸为390mm×240mm×190mm，密度等级、强度等级、砌体传热系数和燃烧性能应符合要求，吸水率、干燥收缩率、抗冻性、碳化系数、软化系数、放射性核素限量则应满足表6-4的规定。发泡水泥充填保温砌块砌体传热系数小于0.80W/（m2·K）​，可满足夏热冬冷和夏热冬暖地区的建筑节能要求。
⑤ 工程应用　
发泡水泥充填保温砌块主要用作框架结构的外墙砌筑材料，产品执行标准GB/T 29060—2012《复合保温砖和复合保温砌块》和JG/T 407—2013《自保温混凝土复合砌块》​。截至2016年底，已生产和销售发泡水泥充填保温砌块12万米3，综合利用灰渣7万吨。产品应用于江苏、湖南、贵州等地建筑工程，取得了显著的社会经济效益和环境效益。

（3）其他品种充填保温砌块
因基体结构、充填材料、充填方式等不同，充填保温砌块可派生出多个品种。