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高性能复合保温材料在异型屋面工程的应用
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摘要： 高性能复合保温材料在异型屋面工程中的应用 关键词： 保温材料 屋面 上海锦秋加州花园是由香港远东发展有限公司投资兴建的一个大型住宅小区，其最大的建筑特点是引入美国加州小别墅建筑理念，采用外形充满浪漫情调的异形屋面形式(圆拱型屋面)。但这给屋面保温层的施工带来了诸多麻烦，对保温材料的热工性能、耐久性以及经济性提出了更高的要求。（参考《建筑中文网》）
该工程共分4期，一期工程已于1997年底建成并投入使用，其屋面保温采用的方案是：10cm厚普通混凝土 2cm厚砂浆十5cm厚珍珠岩保温板 2.5cm厚砂浆。该方案存在的缺陷是：
(1)保温材料耐久性不好
(2)施工程序复杂，施工速度太慢
(3)保温材料热绝缘系数较小(仅为0.75 m2.K／w)，达不到《上海市新型墙体材料试点小区节能住宅建筑热工设计暂行规定》对屋面保温材料热工性能的规定(该规范要求屋面保温材料热绝缘系数不小于0.9lm2，K／W)
(4)珍珠岩板保温工程经济性不良。此外，该工程在保温层上钉2层彩色防水瓦防渗，要求保温层具有良好的可钉性。但该方案中砂浆层性脆，可钉性达不到要求。为此，建设单位迫切要求对这一保温方案进行技术改进，克服上述缺陷。基于目前这一课题的普遍性，我们承担了这一课题的研究攻关任务。
2.高性能复合屋面保温材料的试验研制
《屋面工程技术规范》(GB 50207-94)将目前普遍使用的屋面保温层分为松散材料保温层(主要有膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等)、板状材料保温层(主要有高分子材料泡沫板、膨胀珍珠岩板等)和整体保温层(主要有水泥膨胀珍珠岩、沥青膨胀珍珠岩等)。总结上述各种保温材料在上海各类建筑工程中的实际应用效果，我们发现：由于与之相应的施工工艺的局限性以及这些材料固有的缺陷，使上述各种保温材料往往达不到《屋面工程技术规范》提出的技术要求：“屋面保温材料应具有吸水率低、表观密度和导热系数较小，并有一定强度。”综合目前国外屋面保温材料的发展动向以及高分子保温材料和混凝土技术的新成果，尤其是考虑到陶粒混凝土具有质轻、保温、耐久性和可钉性好的优点，我们发现采取“高分子保温材料板十高性能陶粒混凝土”技术路线可实现规范对屋面保温材料的各项技术要求，而且可加快施工进度，并取得良好的经济效益。
2.1 试验用原材料及其性能
(1)高分子保温材料板：根据异形屋面特点、尺寸以及屋面工程对保温层热绝缘系数的要求在上海某化工厂定制。这种材料密度为20kg／m3，导热系数0.04l W／(m.K)，其吸水率为3%，耐水性良好，并具有一定的塑性和强度。
(2)陶粒：常州产粘土陶粒。其筒压强度为4.3MPa,堆积密度为525kg／m3，颗粒表观密度为890kg／m3，空隙率为41%，吸水率为8.2%。
(3)细骨料(A料)：为提高经济性，并贯彻执行上海市政府关于综合利用工业废料的有关政策，选用一种工业废渣代替陶砂。这种废渣除颗粒级配不理想外，其它性能均满足《轻集料混凝土技术规程》(JGJ 51-90)对轻细集料的要求。
(4)水泥：上海水泥厂产425#矿渣硅酸盐水泥。
(5)掺合料(B料)：一种微细工业废料粉。适量掺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。
(6)冷拔钢丝：直径为4mm的冷拔钢丝。
(7)特种纤维(C料)：适量掺入可显著提高陶粒混凝土的抗拉强度，防止在结构突变部位产生裂缝。
(8)高效减水剂(D料)：一种引气型高效萘系减水剂。
2.2 高性能复合保温材料的研制
2.2.1 高性能复合保温层的组成方案
参照《上海市新型墙体材料试点小区节能住宅建筑热工设计暂行规定》对屋面保温材料热工性能的规定，再根据建设单位提出的要求以及我们选用的材料的性能，我们提出的高性能复合保温材料组成方案为：5cm厚高分子材料保温板 3.5cm厚高性能陶粒混凝土，其中高性能陶粒混凝土的配制是关键。
2.2.2 高性能陶粒混凝土的配制
(1)工程对陶粒混凝土的技术性要求
28d抗压强度达到CLl5等级，干密度不大于1250kg／m3，陶粒混凝土屋面不能开裂，异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
锦秋加州花园采用“圆拱型”屋面型式，这种屋面型式坡度大，结构上又有突变部位，上浇薄层陶粒混凝土，并使之达到上述技术要求，对配合比设汁提出了新的要求。按照《轻集料混凝土技术规程》(JG51-90)设计的陶粒混凝土(代号为ES-1)无法实现上述目标，为此我们利用现代高性能混凝土和纤维混凝土技术的有关成果进行优化设计和反复试配，配制了2组代号分别为ES-2和ES-3(用于结构突变部位)的高性能陶粒混凝土，满足了工程要求。上述3组陶粒混凝土的配合比及有关性能见表1。
2.3 样板工程试验研究
为了对我们设计的施工方案和研制的高性能复合屋面的保温材料进行检验和评估，进行了样板工程的试验研究。样板工程的结构尺寸和形状与实际房型一模一样，浇筑样板工程的屋面结构层并养护至规定龄期后，在结构层上面进行保温层的试验研究。试验研究内容共分3部分：
(1)对施工方案的可操作性、工作效率以及对工程质量的影响等因素进行综合分析，并对其加以改进和完善
(2)按现场施工条件完成屋面保温层的施工，并测定其有关性能
(3)从技术性和经济性两方面对新老屋面的保温方案进行对比研究。
2.3.l 施工方案的确定
根据实际施工操作顺序，我们设计了施工方案，通过对现场施工遇到的问题进行研究，并考虑施工工艺对保温材料性能的影响，对方案进行了补充和完善，最终采用方案如下
(1)用特殊材料和特殊工艺高效快速固定保温板，保温板错缝布置，可防裂并加快浇筑陶粒混凝土速度
(2)在保温板上绑扎冷拔钢丝，并使冷拔钢丝从保温板上垫起3cm，固定冷拔钢丝网，使之与保温板形成一个整体，可改善施工质量
(3)严格按规范对陶粒进行预湿处理，严格控制砂率大小及外加剂掺量，按规范和我们研制的配合比浇筑陶粒混凝土
(4)48h后洒水养护14 d。
2.3.2 新老屋面保温方案对比研究
我们制定的新屋面保温方案为：10cm厚普通混凝土(第1层) 5cm厚高分子材料保温板(第2层) 3.5cm厚高性能陶粒混凝土(第3层)。新老保温方案的耐久性优劣已为实践和研究所证实，因此本文主要对这2个保温方案的热工性能和经济性进行对比研究.
工程应用举例
通过样板工程的试验研究，保温材料的配制得到“了优化，施工工艺得到了改进，香港远东发展有限公司对我们的试验结果非常满意，同意在锦秋加州花园二期屋面工程采用这项科研成果。锦秋加州花园二期屋面工程总建筑面积为29705m2，要求在10~11月完成施工。上海l0~11月份阴雨天气比较多，施工难度较大，但由于我们选用的材料具有很好的耐水性，可以克服阴雨天气给施工带来的不利影响，因此施工单位在45d内就完成了29705m2的屋面保温工程施工任务。而按老方案进行屋面保温工程施工，至少需要 75d才能完成施工任务(据一期工程推算)。达到规定龄期后，经质检部门鉴定，该屋面保温工程各项性能指标均达到或超过有关规范规定的数值。
结 论
(1)本项目采用新保温方案，使上海锦秋加州花园二期屋面保温工程取得了良好的技术经济效果。
(2)配制满足工程需要的陶粒混凝土是新保温方案实施的关键，为此，必须借鉴高性能混凝土的有关成果和结论。
(3)通过样板工程对施工工艺和保温材料配制方案进行检验、改进和评估是一种非常有效的房建应用研究力法。
来源: 《建筑中文网》.
该工程共分4期，一期工程已于1997年底建成并投入使用，其屋面保温采用的方案是：10cm厚普通混凝土 2cm厚砂浆十5cm厚珍珠岩保温板 2.5cm厚砂浆。该方案存在的缺陷是：
(1)保温材料耐久性不好
(2)施工程序复杂，施工速度太慢
(3)保温材料热绝缘系数较小(仅为0.75 m2.K／w)，达不到《上海市新型墙体材料试点小区节能住宅建筑热工设计暂行规定》对屋面保温材料热工性能的规定(该规范要求屋面保温材料热绝缘系数不小于0.9lm2，K／W)
(4)珍珠岩板保温工程经济性不良。此外，该工程在保温层上钉2层彩色防水瓦防渗，要求保温层具有良好的可钉性。但该方案中砂浆层性脆，可钉性达不到要求。为此，建设单位迫切要求对这一保温方案进行技术改进，克服上述缺陷。基于目前这一课题的普遍性，我们承担了这一课题的研究攻关任务。
2.高性能复合屋面保温材料的试验研制
《屋面工程技术规范》(GB 50207-94)将目前普遍使用的屋面保温层分为松散材料保温层(主要有膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等)、板状材料保温层(主要有高分子材料泡沫板、膨胀珍珠岩板等)和整体保温层(主要有水泥膨胀珍珠岩、沥青膨胀珍珠岩等)。总结上述各种保温材料在上海各类建筑工程中的实际应用效果，我们发现：由于与之相应的施工工艺的局限性以及这些材料固有的缺陷，使上述各种保温材料往往达不到《屋面工程技术规范》提出的技术要求：“屋面保温材料应具有吸水率低、表观密度和导热系数较小，并有一定强度。”综合目前国外屋面保温材料的发展动向以及高分子保温材料和混凝土技术的新成果，尤其是考虑到陶粒混凝土具有质轻、保温、耐久性和可钉性好的优点，我们发现采取“高分子保温材料板十高性能陶粒混凝土”技术路线可实现规范对屋面保温材料的各项技术要求，而且可加快施工进度，并取得良好的经济效益。
2.1 试验用原材料及其性能
(1)高分子保温材料板：根据异形屋面特点、尺寸以及屋面工程对保温层热绝缘系数的要求在上海某化工厂定制。这种材料密度为20kg／m3，导热系数0.04l W／(m.K)，其吸水率为3%，耐水性良好，并具有一定的塑性和强度。
(2)陶粒：常州产粘土陶粒。其筒压强度为4.3MPa,堆积密度为525kg／m3，颗粒表观密度为890kg／m3，空隙率为41%，吸水率为8.2%。
(3)细骨料(A料)：为提高经济性，并贯彻执行上海市政府关于综合利用工业废料的有关政策，选用一种工业废渣代替陶砂。这种废渣除颗粒级配不理想外，其它性能均满足《轻集料混凝土技术规程》(JGJ 51-90)对轻细集料的要求。
(4)水泥：上海水泥厂产425#矿渣硅酸盐水泥。
(5)掺合料(B料)：一种微细工业废料粉。适量掺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。
(6)冷拔钢丝：直径为4mm的冷拔钢丝。
(7)特种纤维(C料)：适量掺入可显著提高陶粒混凝土的抗拉强度，防止在结构突变部位产生裂缝。
(8)高效减水剂(D料)：一种引气型高效萘系减水剂。
2.2 高性能复合保温材料的研制
2.2.1 高性能复合保温层的组成方案
参照《上海市新型墙体材料试点小区节能住宅建筑热工设计暂行规定》对屋面保温材料热工性能的规定，再根据建设单位提出的要求以及我们选用的材料的性能，我们提出的高性能复合保温材料组成方案为：5cm厚高分子材料保温板 3.5cm厚高性能陶粒混凝土，其中高性能陶粒混凝土的配制是关键。
2.2.2 高性能陶粒混凝土的配制
(1)工程对陶粒混凝土的技术性要求
28d抗压强度达到CLl5等级，干密度不大于1250kg／m3，陶粒混凝土屋面不能开裂，异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
锦秋加州花园采用“圆拱型”屋面型式，这种屋面型式坡度大，结构上又有突变部位，上浇薄层陶粒混凝土，并使之达到上述技术要求，对配合比设汁提出了新的要求。按照《轻集料混凝土技术规程》(JG51-90)设计的陶粒混凝土(代号为ES-1)无法实现上述目标，为此我们利用现代高性能混凝土和纤维混凝土技术的有关成果进行优化设计和反复试配，配制了2组代号分别为ES-2和ES-3(用于结构突变部位)的高性能陶粒混凝土，满足了工程要求。上述3组陶粒混凝土的配合比及有关性能见表1。
2.3 样板工程试验研究
为了对我们设计的施工方案和研制的高性能复合屋面的保温材料进行检验和评估，进行了样板工程的试验研究。样板工程的结构尺寸和形状与实际房型一模一样，浇筑样板工程的屋面结构层并养护至规定龄期后，在结构层上面进行保温层的试验研究。试验研究内容共分3部分：
(1)对施工方案的可操作性、工作效率以及对工程质量的影响等因素进行综合分析，并对其加以改进和完善
(2)按现场施工条件完成屋面保温层的施工，并测定其有关性能
(3)从技术性和经济性两方面对新老屋面的保温方案进行对比研究。
2.3.l 施工方案的确定
根据实际施工操作顺序，我们设计了施工方案，通过对现场施工遇到的问题进行研究，并考虑施工工艺对保温材料性能的影响，对方案进行了补充和完善，最终采用方案如下
(1)用特殊材料和特殊工艺高效快速固定保温板，保温板错缝布置，可防裂并加快浇筑陶粒混凝土速度
(2)在保温板上绑扎冷拔钢丝，并使冷拔钢丝从保温板上垫起3cm，固定冷拔钢丝网，使之与保温板形成一个整体，可改善施工质量
(3)严格按规范对陶粒进行预湿处理，严格控制砂率大小及外加剂掺量，按规范和我们研制的配合比浇筑陶粒混凝土
(4)48h后洒水养护14 d。
2.3.2 新老屋面保温方案对比研究
我们制定的新屋面保温方案为：10cm厚普通混凝土(第1层) 5cm厚高分子材料保温板(第2层) 3.5cm厚高性能陶粒混凝土(第3层)。新老保温方案的耐久性优劣已为实践和研究所证实，因此本文主要对这2个保温方案的热工性能和经济性进行对比研究.
工程应用举例
通过样板工程的试验研究，保温材料的配制得到“了优化，施工工艺得到了改进，香港远东发展有限公司对我们的试验结果非常满意，同意在锦秋加州花园二期屋面工程采用这项科研成果。锦秋加州花园二期屋面工程总建筑面积为29705m2，要求在10~11月完成施工。上海l0~11月份阴雨天气比较多，施工难度较大，但由于我们选用的材料具有很好的耐水性，可以克服阴雨天气给施工带来的不利影响，因此施工单位在45d内就完成了29705m2的屋面保温工程施工任务。而按老方案进行屋面保温工程施工，至少需要 75d才能完成施工任务(据一期工程推算)。达到规定龄期后，经质检部门鉴定，该屋面保温工程各项性能指标均达到或超过有关规范规定的数值。
结 论
(1)本项目采用新保温方案，使上海锦秋加州花园二期屋面保温工程取得了良好的技术经济效果。
(2)配制满足工程需要的陶粒混凝土是新保温方案实施的关键，为此，必须借鉴高性能混凝土的有关成果和结论。
(3)通过样板工程对施工工艺和保温材料配制方案进行检验、改进和评估是一种非常有效的房建应用研究力法。
来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200610/5579.htm
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