书城科普读物低碳建筑:绿色城市的守望
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第29章 你都知道哪些节能材料?(3)

将由玻璃纤维增强水泥(GRC)面层与高效保温材料复合而成的保温板材置于外墙主体结构外侧的墙板称为外墙外保温板,简称“GRC外保温板”。该板有单面板与双面板之分,将保温材料置于GRC槽形板内的是单面板,而将保温材料夹在上下两层GRC板中间的是双面板,由玻璃纤维增强水泥(GRC)面层与高效保温材料复合而成的外墙外保温板材目前尚无定型产品。GRC外墙外保温板所用原材料同GRC外墙内保温板,其生产工艺一般采用反打喷射成型或反打铺网抹浆工艺来制作GRC外保温板面向室外的板面。所谓反打成型工艺是指墙板的饰面朝下与模板表面接触的一种成型方法,其优点是墙板饰面的质量较高,也容易保证。

2.聚苯乙烯泡沫混凝土保温板

聚苯乙烯泡沫混凝土保温板是以颗粒状聚苯乙烯泡沫塑料、水泥、起泡剂和稳泡剂等材料经搅拌、成型、养护而制成的一种新型保温板材,它重量轻,保温隔热性能好,具有一定的强度,施工简单,适用于各类墙体的内保温或外保温,平屋面和坡屋面的保温层。

3.金属面夹芯板

金属面夹芯板是指上、下两层为金属薄板,芯材为有一定刚度的保温材料,如岩棉、硬质泡沫塑料等,在专用的自动化生产线上复合而成的具有承载力的结构板材。该类板材的特性突出表现为质轻、高强、绝热性能好、施工方便快速、可拆卸、重复使用、耐久性好。夹芯复合板特别适用于空间结构和大跨度结构的建筑。

金属面夹芯板的金属面材采用彩色喷涂钢板、彩色喷涂镀锌钢板等金属板。一般彩色喷涂钢板是在其外表面为热固性聚酯树脂涂层,内表面(黏结侧)为热固性环氧树脂涂层,金属基材为热镀锌钢板。彩色涂层采用外表面两涂两烘、内表面一涂一烘工艺。

芯体保温材料有聚氨酯硬质泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉板等,面材与芯材之间可用聚氨酯黏结剂、酚醛树脂黏结剂或其他适用的黏结剂黏合。

金属面夹芯板按面层材料分有镀锌钢板夹芯板、热镀锌彩钢夹芯板、电镀锌彩钢夹芯板、镀铝锌彩钢夹芯板和各种合金铝夹芯板等。按芯材材质分有金属泡沫塑料夹芯板(如金属聚氨酯夹芯板、金属聚苯夹芯板)、金属无机纤维夹芯板(如金属岩棉夹芯板、金属矿棉夹芯板、金属玻璃棉夹芯板)等。按建筑结构的使用部位分有层面板、墙板、隔墙板、吊顶板等。

金属面夹芯板是一种多功能建筑材料,除具有高强、保温、隔热、隔声、装饰等性能外,更重要的是它的体积密度小,安装简捷,施工周期短,特别适合用作大跨度建筑的围护材料。其应用范围为无化学腐蚀的大型厂房、车库、仓库等,也可用于建造活动房屋、城镇公共设施房屋、房屋加层以及临时建筑等。金属复合板一般不用于住宅建筑,泡沫塑料夹芯板不用于防火要求较高的房屋。

四、利废节能墙体材料

近年来,我国利废墙体材料产业取得了可喜的成绩,在新型墙体材料中,利用各种工业固体废弃物1.2亿吨,利用固体废弃物生产的新型墙体材料1300亿块。砖瓦企业掺加工业固体废弃物量在30%以上的约7000家。目前,黏土实心砖总量已呈下降趋势,空心制品每年以10%~30%的速度增长。

1.煤矸石空心砖

煤矸石空心砖是综合利用煤矿废渣——煤矸石烧制的有贯穿孔洞、孔洞率大于15%的砖。性能与黏土砖相近,其中部分性能指标优于黏土多孔砖,试验表明,煤矸石空心砖具有良好的抗压强度以及较好的保温性能。

(1)煤矸石空心砖对原料的要求

用煤矸石生产空心砖,对原料的化学成分、物理组成要求与生产普通砖时相近,因成型时在出口处装有刀架、芯头等,所以对泥料的粒度、塑性指数等要求相应提高,否则将影响制品的成型质量。

(2)煤矸石空心砖的生产工艺

用煤矸石生产空心砖时,可根据原料性能的差别和建厂投资的不同选择不同的生产方式。投资额高时,选择机械化、自动化程度较高的生产工艺;投资额较低时,选择机械化、自动化程度较低但能满足制品质量要求的生产工艺。

以煤矸石为原料生产空心砖的生产工艺,主要包括原料破碎、原料塑性及成型性能的调整、成型、人工干燥、烧成、成品检验等几个主要环节,只有每一环节正常运行,才能保证生产线的正常生产。

(3)产品规格及标号

煤矸石空心砖的外观、性能和型号应符合《烧结空心砖和空心砌块》(GB13545)要求。

煤矸石空心砖的标号有200、150、100、75,按建筑时孔洞的方向,可分为竖向和水平空心砖两种,其容重为1100~1450kg/m3。

煤矸石空心砖型号分为两种:第一种是240mm×115mm×90mm承重煤矸石多孔砖,孔洞率大于25%,折标准砖1.7块;第二种是240mm×190mm×115mm、240mm×240mm×115mm非承重煤矸石空心砖,孔洞率大于40%,分别折标准砖3.6块、4.5块。

(4)性能及应用前景

黏土砖是一种保温、隔热性能差,而热惰性指标大的墙体材料。而轻质聚苯乙烯泡沫塑料是一种保温性能较好而热惰性极差的高效保温材料。由此可见,热阻值大、热惰性指标大在同一材料上几乎是矛盾的,不可同时兼得,而煤矸石空心砖却是热阻值大、热惰性指标也大,两者兼而有之的材料。显而易见,煤矸石空心砖热阻值大的热物理特性对节省建筑能耗是有利的,热惰性指标大的热物理性能可以提高墙体表面热稳定性,对改善室内热环境质量特别有利,同时提高了室内环境的舒适感。实践已证明,煤矸石空心砖不单是承重和围护用的建筑材料,重要的还是保温材料。这在当前我国经济水平尚不发达的条件下,是一种既可作承重又可作保温用的较为经济又实际的首选墙体材料。

利用煤矸石制造空心砖与同等规模年产6000万块黏土砖的砖厂进行对比,煤矸石空心砖比黏土砖节约土地3.34hm2,少占地0.17hm2,节约运费25万元。年节约煤炭6000万吨,煤矸石制砖每年消耗煤矸石16万吨,减少煤矸石自燃产生的有害气体395.2万立方米,避免了环境的污染。用空心砖砌墙可节约砂浆10%~15%,砌墙率提高30%~40%。

2.农业废弃物绿色墙体材料

利用农业废弃物生产的墙体材料具有轻质、高强、节能利废、保温隔热、防火等高性能和多功能,综合利用农业废弃物生产绿色高性能墙体材料,可以变废为宝,保证资源、能源和环境协调发展,是我国发展绿色墙体材料的重要方向之一。有突出材性性能和经济效益,市场上常见的包括稻草、稻壳类砖和板材、纸面草板、秸秆轻质保温砌块和麦秸均质板等。

(1)稻草、稻壳类砖和板材

稻壳内含有20%左右无定形硅石,可以提高墙体材料的防水性和耐久性,故经常被利用作为制墙体材料的原料。将稻壳灰与水泥、树脂等均匀混合后,再经快速压模制成稻壳砖块,或者将其通过球磨机再度细磨后,与耐火黏土、有机溶剂混合制造稻壳绝热耐火砖。稻壳砖具有防火、防水、隔热保温、重量轻、不易碎裂等优点,这种砖可广泛用于房屋的内墙和外墙。

稻草板材则是以水泥为基料,按其质量分数加入30%~80%的稻草或稻草屑为配料,经搅拌、浇注、加压成型后再脱模养护,按一定规格尺寸制成。

若在生产时将玻璃纤维布预先放入模型上面或下面,或在轻质水泥稻草板上复合彩色水泥板,还可以提高轻质水泥稻草板的抗压强度和装饰效果。这种轻质水泥稻草板具有轻质、隔热、隔声、防冻及便于加工切割等特点,可用作建筑物的内墙板和屋面板。

高强难燃纤维板是将农业、林业废弃的稻草、草秸秆、椰子壳、甘蔗渣、林木锯屑等有机纤维废物与废纸浆混合成浆料,加入一定量的硬化剂混合,用通风机、自然风干等方法对混合物进行预干燥,或在干燥成型后浸渍硬化剂,再干燥成型,然后浸渍硅酸盐溶液制成。测试结果和实践证明,这种高强难燃纤维板具有传统纤维板无法比拟的高强度和难燃性,可用于建筑物的内墙和隔墙。

(2)纸面草板

稻草是粮食作物水稻的茎秆,是季节性的农业副产品。每年都有大量生产,我国年产量上亿吨,绝大部分被烧掉。稻草是分散的资源,要靠收购集中,购进的稻草要求除去草根、稻穗、稻叶、杂草和泥土等杂质,水分不宜超过15%。麦草及其他草类纤维也可以代替部分稻草板。麦草也是季节性粮食作物的茎秆,结构状况与稻草相近,但茎和节较硬,脆性比稻草大。从化学组成上看,麦草纤维素多些,灰分少些,其他区别不是太大。

纸面草板是以天然稻草、麦秸秆为原料,经加热挤压成型外表面再粘贴一层棉纸而成的板材。与砖墙建筑相比,这种纸面草板可降低造价30%,减轻自重75%~80%;又由于墙面薄,可增加使用面积约20%,施工速度快2倍,节约建筑能耗90%,具有质轻、保温、隔热防寒、隔声、耐燃性好和防虫防蛀等优点。

该板主要用于建筑物的内隔墙、外墙内衬、吊顶板和屋面板等,也可作外墙(但须加可靠的外护面层)。纸面草板可分为纸面稻草板和纸面麦草板。

纸面草板的外表面为矩形,上、下面纸分别在两侧面搭接,端头是与棱边方向垂直的平面,且用封端纸包覆。

贴面纸是稻草板的主要原材料之一,既是草板表面装饰必需的,也是使草板保持结构完整和符合强度要求的重要因素,要求贴面纸纸质柔软,有较高的抗拉强度。常用的有牛皮纸、沥青牛皮纸、石膏板纸及其他板纸。最好的纸应达到纵向抗拉强度大于25kg/15mm纸带,脆裂强度大于84×105Pa。根据纸张来源情况,也可用强度稍低的类似的纸代替。生产稻草板所用黏结胶很少,主要用于黏结纸和封头,不是用于稻草黏结的。要求糊纸胶有一定的抗水能力,可以使用脲醛树脂混合胶液和聚乙烯醇缩甲醛胶液。纸面草板的生产过程包括原材料处理及输送、热压成型、切割和封边,生产工艺具有设备简单、能耗低、用胶少等特点,生产中不用蒸汽、不用煤、不用水,仅需少量电能。

(3)秸秆轻质保温砌块

将秸秆切割、破碎后再对植物表面进行改性处理,再与水泥、粉煤灰或矿渣、水、减水剂混合,经搅拌、加压成型、脱模养护后制成砌块。秸秆轻质保温砌块也可用废弃的秸秆粉末或锯末为轻质原料(占总体积65%~70%),以聚苯乙烯泡沫塑料为夹芯保温材料,以改性镁质水泥为胶凝材料,按一定材料配合比制成。此类秸秆保温砌块具有自重轻、强度高、抗冲击、防火、防水、隔声、无毒、节能、保温等特点,并可增加建筑物使用面积,加快施工速度。该板材可广泛用于内外墙,目前北方地区保温材料纯陶粒砌块售价在320元/m3左右,聚苯乙烯复合砌块售价在340元/m3左右,而秸秆轻质保温砌块的售价仅220元/m3左右,大大低于目前市场上其他保温墙体材料,其保温和节能效果却明显高于其他保温墙体材料,并可综合利用农业废弃物和工业废渣等,因此尤其适用于北方寒冷地区的外墙。

3.沉砂淤泥墙体材料

用淤泥替代传统的原材料生产环保型新型墙体材料(主要是烧结多孔砖)的处理工艺和生产工艺,并在实际建设中应用,可以减少因堆放淤泥的耕地占用,避免和减少砖瓦企业对农田的取土破坏,是变废为宝的有效处理方法,对资源循环利用、保护耕地资源和生态环境具有重要意义。

淤泥是由山体岩层自然风化和地表上随雨水冲刷及江湖水运动时夹带的泥沙,流经河湖而多年沉积的矿物质。其化学成分及矿物组成多数与一般黏土(泥)、泥岩、黏土质岩相似。从矿物组成来看主要是以高岭土为主,其次是石英、长石及铁质,有机质含量较少。淤泥的颗粒大多数在80um以下,并含有粗屑垃圾及细砂,塑性指数均低于8。淤泥化学成分含量随分布而异,同一水域随水源流域不同,而有一定的差异。

淤泥比较实际经济的用途是用于开发人造轻集料(淤泥陶粒)及制品。用人造轻集料作骨料的轻集料混凝土比普通混凝土具有更高的强度,无碱集料反应,可广泛在建筑物的梁、柱及桥面板上使用。用人造轻集料加工生产的混凝土内外墙板、楼板、砌块具有隔热保温、隔声的功能,是建筑节能的主要材料。

4.再生骨料混凝土空心节能砌块

随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高,老城区改造和新城区建设的工程量也在高速增长。随之而来的是各种建筑垃圾的大量产生,不仅给城市环境带来极大危害,而且为处理和堆放这些建筑垃圾需要占用大量宝贵的土地。

将建筑垃圾(如拆除旧房形成的碎砖、碎混凝土、碎瓷砖、碎石材等和新建筑工地上的废弃混凝土、砂浆等各种建筑废弃物)制成再生集料,然后和胶凝材料、外加剂、水等通过搅拌、加压振动成型、养护便可制成再生骨料混凝土新型墙体材料,可广泛应用于各种建筑目的。

建筑垃圾虽然比较容易被破碎,但在破碎的同时也会产生很多粉状物。如果粒径小于0.15mm的粉状物太多(超过20%),将影响制品的物理机械性能。为避免破碎后粒径单一和粉状物料过多问题,采用了模仿人工敲击的锤式破碎技术,通过调整出料口筛网间距达到控制再生集料颗粒级配的目的。

由于再生骨料具有孔隙率大、吸水率高的特点,按普通混凝土配合比设计方法设计的再生混凝土坍落度降低,为了获得比较理想的坍落度必须增加用水量和水泥用量。因此在现有正在研究的各种再生骨料混凝土新型墙材中,利用再生骨料生产混凝土空心砌块(称为再生混凝土空心砌块)是比较合理的。这是因为一方面再生混凝土空心砌块对混凝土的工作性能要求较低;另一方面,再生骨料密度比天然骨料低,热导率低。

五、窗框材料

目前,我国常用的窗框材料有木材、钢材、铝合金、塑料。木材、塑料的隔热保温性能优于钢材、铝合金。但钢材、铝合金经热处理后,如果进行喷塑处理,与PVC塑料或木材复合,则可以显着降低其传热系数,这些新型的复合材料是目前常用的品种。

1.木门窗