LZ型混合纤维聚苯颗粒再生保温混凝土砌块设计研究*

孙 明，胡扬阳，黄 蓉

（湖南科技学院土木与环境工程学院，湖南 永州 425199）

1 研究背景

随着国民生活水平的不断提高，其对于建筑材料节能环保性能的要求也越来越高。自保温混凝土砌块是一种集围护、分隔和保温功能为一体的建筑材料，作为墙体的主要组成部分，能够有效地降低房内外热量的交换，为人们提供更加舒适的居住环境。

现在市场上常用的自保温混凝土砌块中，蒸压加气混凝土砌块因密度小、保温性能好、便于施工而流行于建筑市场，但是这种砌块容易因为干燥收缩变形和温度变形等问题而开裂，影响施工质量[1-2]。混凝土夹芯秸秆砌块将小麦秸秆和玉米秸秆作为砌块内部的原材料，是一种绿色环保的建筑材料，但是理论计算和工地实测的传热系数差异较大，制造质量不稳定，难以满足现行规范的节能要求[3]。

同时，随着建筑工业化的发展，装配式建筑得到了越来越广泛的应用，为了满足自动砌墙机的工业化使用需求，选择比长方体造型更适合机械拼装的几何互锁型砌块。通过砌块间的互锁扣合作用取代竖向灰缝，从而实现提高砌筑效率、缩短施工周期的工业化目的[4]。但是，几何互锁结构由于形状不规则，容易出现局部应力集中，降低砌块承载能力，所以要求材料本身具备足够的强度。混合纤维聚苯颗粒再生保温混凝土的出现，为制造自保温互锁型砌块提供了支持。

混合纤维聚苯颗粒再生保温混凝土，是将聚苯乙烯颗粒与再生混凝土混合搅拌均匀，制成低导热系数的保温砌块。通过掺入钢纤维提高砌块抗拉强度和变形能力，再加入聚丙烯纤维改善砌块的抗裂性能，有效抑制砌块内部裂缝的发生与扩展，进而提升砌块的强度与耐久性。因此，形状和拼装样式设计成为混合纤维聚苯颗粒再生保温混凝土互锁型砌块研制的重点。

2 砌块形态设计

混合纤维聚苯颗粒再生保温混凝土砌块以强度为42.5的普通硅酸盐水泥、再生骨料、聚丙烯纤维、钢纤维、聚苯乙烯颗粒为主要组成材料制作，包括L型砌块和Z型砌块，如图1所示。L型砌块包括一体成型的L-竖块和L-横块，L-竖块和L-横块相互垂直。Z型砌块包括一体成型的Z-竖块、第一Z-横块和第二Z-横块，第一Z-横块垂直设置在Z-竖块上端的一侧，第二Z-横块垂直设置在Z-竖块下端的另一侧。当L型砌块位于Z型砌块前端时，第一Z-横块搭在L-横块上，两者拼合为一体；当L型砌块位于Z型砌块尾部时，L型砌块旋转180°后，将L-横块搭在Z型砌块上方拼合为一体；当多个Z型砌块依次拼接时，后一块的Z型砌块的第一Z-横块搭在前一块的Z型砌块的第二Z-横块上拼合为一体。采用“LZ”组合形状，密封性好，咬合度高，通过L型砌块和Z型砌块互相镶嵌，使二者相互作用，从而保证了安装过程中相邻砌块之间的整体性，工艺简单，降低了对工人砌筑技术的要求，提高了砌墙效率。

图1 Z型砌块和L型砌块示意图

L-竖块的高度与L-横块和第一Z-横块的厚度之和相等，Z-竖块的高度与第一Z-横块和第二Z-横块的厚度之和相等，L-竖块的高度与Z-竖块的高度相等，L-横块的长度与第一Z-横块和第二Z-横块的长度相等，L-竖块、L-横块、Z-竖块、第一Z-横块和第二Z-横块的宽度均相等。这样能让L型砌块和Z型砌块合缝隙拼接，L型砌块和Z型砌块的上下表面处于同一水平面，拼接得到的墙面平整。

3 榫卯细部设计

Z型砌块包括砌块凸榫和凹槽，凸榫为长方体形凸块结构，凹槽为长方体形槽体结构，二者大小相等，砌块侧视图如图2所示。

图2 砌块侧视图

凸榫凸起设置在第一Z-横块远离Z-竖块的一侧，凹槽凹陷设置在Z-竖块上端第一Z-横块的另一侧，如图2（b）所示。这样两块Z型砌块之间通过砌块凸榫和凹槽连接为一体，即后一块Z型砌块的凸榫插入前一块Z型砌块的凹槽内。位于Z型砌块前端的L型砌块为首部L型砌块，如图2（a）所示，位于Z型砌块后端的L型砌块为尾部L型砌块，如图2（c）所示。首部L型砌块包括与Z型砌块凸榫连接的L型砌块凹槽，L型砌块凹槽与Z型砌块凹槽的形状大小相同，凹槽凹陷设置在首部L型砌块的L-竖块上端靠近L-横块的一侧；尾部L型砌块包括与Z型砌块凹槽连接的L型砌块凸榫，凸榫与Z型砌块凸榫的形状大小相同，L型砌块凸榫凸起的设置在尾部L型砌块的L-横块远离L-竖块的一侧。这样L型砌块和Z型砌块之间通过Z型砌块凸榫和L型砌块凹槽连接为一体，即后一块Z型砌块的第一Z型砌块凸榫插入首部L型砌块（前一块L型砌块）的第一L型砌块凹槽内，或者尾部L型砌块（后一块L型砌块）的第一L型砌块凸榫插入前一块Z型砌块的第二Z型砌块凹槽内。通过凸榫和凹槽的设置，砌块之间严丝合缝，提高了密封性，防止了砌块之间松动。

Z型砌块还包括用于定位的Z型砌块定位块和Z型砌块定位槽。定位块为拱形凸块结构，定位槽为拱形槽体结构，定位块和定位槽的大小相等。Z型砌块定位块分别设置在第一Z-横块的上表面和第二Z-横块的上表面；定位槽分别设置在第一Z-横块的下表面和第二Z-横块的下表面，且与Z型砌块定位块互相对应。

L型砌块包括与Z型砌块定位槽对应的定位块，定位块与Z型砌块定位块的形状大小相同，定位槽与Z型砌块定位槽的形状大小也相同，L型砌块定位块和L型砌块定位槽与Z型砌块定位块和Z型砌块定位槽相匹配，设置在L型砌块的L-横块的上表面和下表面处。砌块定位槽可使砌块之间完美衔接在一起，使得在砌墙过程中形成均匀一致的灰缝，避免发生灰缝坍塌、不一致的问题[5]。

L型砌块抹灰附着槽纵向设置在砌块的L-竖块两侧的外表面上；Z型砌块抹灰附着槽纵向设置在砌块的Z-竖块两侧的外表面上。砌块表面同时设有抹灰附着槽，提高了抹灰与墙体的附着度，避免了抹灰的剥离现象，提高了抹灰的效率。

4 结束语

通过对LZ型混合纤维聚苯颗粒再生保温混凝土砌块的形态进行创新设计，运用榫卯结构强化砌块之间的连接，砌筑而成的墙体密实精细、保温性能好、抗剪能力更强，并为混合纤维聚苯颗粒再生保温混凝土制品的推广和应用开拓市场。由于这种砌块造型相对复杂，对生产厂家技术水平要求较高，还有必要对砌块的生产和砌筑工艺进行更为深入的研究。