微孔混凝土六面包覆有机芯材复合体热工与防火性能研究

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随着“双碳目标”的提出,我国对建筑节能要求不断提高,通过增强建筑围护结构的隔热保温性能减少能耗的措施已经取得瞩目的成效。但是,十多年来一直推广的外墙外保温薄抹灰体系经常出现有机保温材料着火及无机保温材料开裂脱落等问题,按照《外墙外保温工程技术标准》(JGJ144-2019)规定,该体系使用年限不低于25年即可满足要求,实际情况是绝大部分达不到25年。显然,该体系所涉及的单一功能的墙体材料已不能满足我国建筑节能高质量发展的要求。本文提出的微孔混凝土六面包覆有机芯材的复合保温模板,是一种用于框架结构梁柱部位和剪力墙部位外墙,施工阶段当着外模板使用,随后不用拆除,直接与建筑物墙体终身服役,承担保温、隔热、防火等多种功能,代替原来主体完成后进行二次施工实现保温的薄抹灰体系,实现外墙保温层与建筑物同寿命,防火同等级。该保温模板通过材料紧密复合,充分发挥了无机保温材料的防火性能和有机发泡材料的绝热保温性能,实现外墙外保温墙体的多功能。为了更好地探究复合保温模板对墙体热工和防火性能的影响,本文将从材料、复合体的构造形式两个方面对复合保温模板展开研究,具体内容如下:(1)制备600~1200 kg/m~3微孔混凝土,对其抗压强度、导热系数及吸水率进行测试。结果表明:随着微孔混凝土容重的增加,抗压强度与导热系数呈现增大趋势,其吸水率呈现降低趋势,并经过研究获得容重与性能之间的关系,形成关系式。在此基础上,进一步研究了微孔混凝土孔结构与性能之间的关系,结果表明:孔结构与微孔混凝土的抗压强度和导热性能密切相关。细小、均匀、致密的孔结构对微孔混凝土强度增高、导热系数和吸水率降低非常有利。(2)通过理论计算、热箱法试验和ANSYS数值模拟相结合的方法,研究了微孔混凝土容重、模板构造对复合保温模板墙体传热阻及传热系数的影响,结果表明:保温模板的构造形式对传热性能影响较大,其次是微孔混凝土容重;有限元模拟数值与试验数值仅有5%以内的误差,表明模拟的结果具有一定的参考价值,通过理论计算数值与有限元模拟结果得出修正系数为1.18,该修正系数的确立保证了一维计算的准确度。(3)模拟火灾高温环境,研究了600~1200 kg/m~3微孔混凝土暴露在高温环境中,其质量损失、抗压强度及导热系数的变化规律,结果表明:随着温度的提高,微孔混凝土的质量损失增加,抗压强度和导热系数整体降低;容重等级对微孔混凝土的耐高温性能影响较大,但在800℃时,各容重等级微孔混凝土基本性能趋于一致。(4)自主设计了复合体单面受热试验和抗高温热冲击试验,模拟火灾高温及受到明火燃烧时,微孔混凝土容重及复合体构造形式对复合保温模板的防火性能的影响,两组试验结果均表明:高容重微孔混凝土防护性能优于低容重微孔混凝土;15mm、20mm厚微孔混凝土防护层在两组试验中均出现内部芯材不同程度的融化,而25mm厚微孔混凝土防护层防护性能优异,内部芯材没有受到损失。复合保温模板在耐火极限满足要求的情况下,当微孔混凝土容重为1200 kg/m~3、厚度大于25mm时,复合制品的燃烧性能可等同于均质材料的A级进行评定。另外,微孔混凝土和普通混凝土分别与聚苯板形成夹芯制品,对防火性能进行比较,微孔混凝土15mm厚的保护层厚度,优于50mm普通混凝土保护层厚度。
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