高性能復合保溫材料在異型屋面工程中的應用

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摘要：高性能復合保溫材料在異型屋面工程中的應用

　　關鍵詞：保溫材料  屋面

　　上海錦秋加州花園是由香港遠東發(fā)展有限公司投資興建的一個大型住宅小區(qū)，其最大的建筑特點是引入美國加州小別墅建筑理念，采用外形充滿浪漫情調的異形屋面形式（圓拱型屋面）。但這給屋面保溫層的施工帶來了諸多麻煩，對保溫材料的熱工性能、耐久性以及經濟性提出了更高的要求。

　　該工程共分4期，一期工程已于1997年底建成并投入使用，其屋面保溫采用的方案是：10cm厚普通混凝土+2cm厚砂漿十5cm厚珍珠巖保溫板+2.5cm厚砂漿。該方案存在的缺陷是：

　　（1）保溫材料耐久性不好

　?。?）施工程序復雜，施工速度太慢

　?。?）保溫材料熱絕緣系數(shù)較?。▋H為0.75 m2.K／w），達不到《上海市新型墻體材料試點小區(qū)節(jié)能住宅建筑熱工設計暫行規(guī)定》對屋面保溫材料熱工性能的規(guī)定（該規(guī)范要求屋面保溫材料熱絕緣系數(shù)不小于0.9lm2，K／W）

　　（4）珍珠巖板保溫工程經濟性不良。此外，該工程在保溫層上釘2層彩色防水瓦防滲，要求保溫層具有良好的可釘性。但該方案中砂漿層性脆，可釘性達不到要求。為此，建設單位迫切要求對這一保溫方案進行技術改進，克服上述缺陷。基于目前這一課題的普遍性，我們承擔了這一課題的研究攻關任務。

　　2.高性能復合屋面保溫材料的試驗研制

　　《屋面工程技術規(guī)范》（GB 50207-94）將目前普遍使用的屋面保溫層分為松散材料保溫層（主要有膨脹珍珠巖、膨脹蛭石等）、板狀材料保溫層（主要有高分子材料泡沫板、膨脹珍珠巖板等）和整體保溫層（主要有水泥膨脹珍珠巖、瀝青膨脹珍珠巖等）?？偨Y上述各種保溫材料在上海各類建筑工程中的實際應用效果，我們發(fā)現(xiàn)：由于與之相應的施工工藝的局限性以及這些材料固有的缺陷，使上述各種保溫材料往往達不到《屋面工程技術規(guī)范》提出的技術要求：“屋面保溫材料應具有吸水率低、表觀密度和導熱系數(shù)較小，并有一定強度。”綜合目前國外屋面保溫材料的發(fā)展動向以及高分子保溫材料和混凝土技術的新成果，尤其是考慮到陶?；炷辆哂匈|輕、保溫、耐久性和可釘性好的優(yōu)點，我們發(fā)現(xiàn)采取“高分子保溫材料板十高性能陶?；炷?rdquo;技術路線可實現(xiàn)規(guī)范對屋面保溫材料的各項技術要求，而且可加快施工進度，并取得良好的經濟效益。

　　2.1試驗用原材料及其性能

　?。?）高分子保溫材料板：根據(jù)異形屋面特點、尺寸以及屋面工程對保溫層熱絕緣系數(shù)的要求在上海某化工廠定制。這種材料密度為20kg／m3，導熱系數(shù)0.04l W／（m.K），其吸水率為3％，耐水性良好，并具有一定的塑性和強度。

　?。?）陶粒：常州產粘土陶粒。其筒壓強度為4.3MPa，堆積密度為525kg／m3，顆粒表觀密度為890kg／m3，空隙率為41％，吸水率為8.2％。

　?。?）細骨料（A料）：為提高經濟性，并貫徹執(zhí)行上海市政府關于綜合利用工業(yè)廢料的有關政策，選用一種工業(yè)廢渣代替陶砂。這種廢渣除顆粒級配不理想外，其它性能均滿足《輕集料混凝土技術規(guī)程》（JGJ 51-90）對輕細集料的要求。

　　（4）水泥：上海水泥廠產425#礦渣硅酸鹽水泥。

　　（5）摻合料（B料）：一種微細工業(yè)廢料粉。適量摻入可改善陶粒混凝土施工性能和耐久性，尤其可提高混凝土拌和物的稠度。

　?。?）冷拔鋼絲：直徑為4mm的冷拔鋼絲。

　　（7）特種纖維（C料）：適量摻入可顯著提高陶?；炷恋目估瓘姸龋乐乖诮Y構突變部位產生裂縫。

　?。?）高效減水劑（D料）：一種引氣型高效萘系減水劑。

　　2.2高性能復合保溫材料的研制

　　2.2.1高性能復合保溫層的組成方案

　　參照《上海市新型墻體材料試點小區(qū)節(jié)能住宅建筑熱工設計暫行規(guī)定》對屋面保溫材料熱工性能的規(guī)定，再根據(jù)建設單位提出的要求以及我們選用的材料的性能，我們提出的高性能復合保溫材料組成方案為：5cm厚高分子材料保溫板+3.5cm厚高性能陶粒混凝土，其中高性能陶?；炷恋呐渲剖顷P鍵。

　　2.2.2高性能陶粒混凝土的配制

　?。?）工程對陶粒混凝土的技術性要求

　　28d抗壓強度達到CLl5等級，干密度不大于1250kg／m3，陶?；炷廖菝娌荒荛_裂，異型屋面陶粒混凝土施工不使用模板。

　　（2）高性能陶粒混凝上的配制

　　錦秋加州花園采用“圓拱型”屋面型式，這種屋面型式坡度大，結構上又有突變部位，上澆薄層陶粒混凝土，并使之達到上述技術要求，對配合比設汁提出了新的要求。按照《輕集料混凝土技術規(guī)程》（JG51-90）設計的陶?；炷粒ù枮镋S-1）無法實現(xiàn)上述目標，為此我們利用現(xiàn)代高性能混凝土和纖維混凝土技術的有關成果進行優(yōu)化設計和反復試配，配制了2組代號分別為ES-2和ES-3（用于結構突變部位）的高性能陶?；炷粒瑵M足了工程要求。上述3組陶?；炷恋呐浜媳燃坝嘘P性能見表1.

　　2.3樣板工程試驗研究

　　為了對我們設計的施工方案和研制的高性能復合屋面的保溫材料進行檢驗和評估，進行了樣板工程的試驗研究。樣板工程的結構尺寸和形狀與實際房型一模一樣，澆筑樣板工程的屋面結構層并養(yǎng)護至規(guī)定齡期后，在結構層上面進行保溫層的試驗研究。試驗研究內容共分3部分：

　　（1）對施工方案的可操作性、工作效率以及對工程質量的影響等因素進行綜合分析，并對其加以改進和完善

　?。?）按現(xiàn)場施工條件完成屋面保溫層的施工，并測定其有關性能

　　（3）從技術性和經濟性兩方面對新老屋面的保溫方案進行對比研究。

　　2.3.l施工方案的確定

　　根據(jù)實際施工操作順序，我們設計了施工方案，通過對現(xiàn)場施工遇到的問題進行研究，并考慮施工工藝對保溫材料性能的影響，對方案進行了補充和完善，最終采用方案如下

　?。?）用特殊材料和特殊工藝高效快速固定保溫板，保溫板錯縫布置，可防裂并加快澆筑陶?；炷了俣?/p>

　?。?）在保溫板上綁扎冷拔鋼絲，并使冷拔鋼絲從保溫板上墊起3cm，固定冷拔鋼絲網，使之與保溫板形成一個整體，可改善施工質量

　?。?）嚴格按規(guī)范對陶粒進行預濕處理，嚴格控制砂率大小及外加劑摻量，按規(guī)范和我們研制的配合比澆筑陶粒混凝土

　　（4）48h后灑水養(yǎng)護14 d.

　　2.3.2新老屋面保溫方案對比研究

　　我們制定的新屋面保溫方案為：10cm厚普通混凝土（第1層）+5cm厚高分子材料保溫板（第2層）+3.5cm厚高性能陶?；炷粒ǖ?層）。新老保溫方案的耐久性優(yōu)劣已為實踐和研究所證實，因此本文主要對這2個保溫方案的熱工性能和經濟性進行對比研究。

　　工程應用舉例

　　通過樣板工程的試驗研究，保溫材料的配制得到“了優(yōu)化，施工工藝得到了改進，香港遠東發(fā)展有限公司對我們的試驗結果非常滿意，同意在錦秋加州花園二期屋面工程采用這項科研成果。錦秋加州花園二期屋面工程總建筑面積為29705m2，要求在10~11月完成施工。上海l0~11月份陰雨天氣比較多，施工難度較大，但由于我們選用的材料具有很好的耐水性，可以克服陰雨天氣給施工帶來的不利影響，因此施工單位在45d內就完成了29705m2的屋面保溫工程施工任務。而按老方案進行屋面保溫工程施工，至少需要75d才能完成施工任務（據(jù)一期工程推算）。達到規(guī)定齡期后，經質檢部門鑒定，該屋面保溫工程各項性能指標均達到或超過有關規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

　　結論

　?。?）本項目采用新保溫方案，使上海錦秋加州花園二期屋面保溫工程取得了良好的技術經濟效果。

　?。?）配制滿足工程需要的陶?；炷潦切卤胤桨笇嵤┑年P鍵，為此，必須借鑒高性能混凝土的有關成果和結論。

　　（3）通過樣板工程對施工工藝和保溫材料配制方案進行檢驗、改進和評估是一種非常有效的房建應用研究力法。