新型自保溫砌塊的研制

0新型墻體材料近年來，隨著我國建筑節(jié)能和墻材料創(chuàng)新的深入，新型墻材料的開發(fā)和研究引起了人們的廣泛關(guān)注。目前，河南廣泛應(yīng)用混凝土多孔磚、蒸壓粉末灰磚、混凝土空心砌塊和非粘土燃燒磚等新材料。然而，很少有能夠符合材料、節(jié)能、環(huán)保等多種功能的優(yōu)質(zhì)新型材料。陶粒是一種人造輕質(zhì)粗集料,一般由頁巖、黏土巖或粉煤灰等經(jīng)粉碎、篩分、再在1000℃高溫左右下燒結(jié)而成,外殼表面粗糙而堅硬,內(nèi)部多孔,具有較小的密度和良好的保溫性能,主要用于配制輕集料混凝土、輕質(zhì)砂漿,也可做耐酸、耐熱混凝土集料。對其開發(fā)、應(yīng)用方面的研究已有相關(guān)報道,但針對其在量大面廣的墻體材料領(lǐng)域的應(yīng)用及其熱工性能的研究還很不夠。本試驗以粉煤灰陶粒為主要原料,研制粉煤灰陶?；炷磷员仄鰤K,對用空心砌塊和空腔填充發(fā)泡水泥砌塊墻體的熱工性能進(jìn)行了研究并進(jìn)行了對比分析。1試驗儀器和設(shè)備水泥:試驗采用鄭州某水泥廠生產(chǎn)的P·C32.5級水泥,其技術(shù)性能應(yīng)符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》的要求,28d抗壓強度36.9MPa。粉煤灰:試驗采用鄭州新力熱電廠的干排III級粉煤灰,燒失量3.07%。陶粒:開封市御錦環(huán)保建材有限公司生產(chǎn)的600級粉煤灰污泥陶粒,顆粒堆積密度520kg/m3,表觀密度780kg/m3,筒壓強度3.0MPa,1h吸水率5.2%,粒徑10mm以下。砂:魯山普通河砂。水:普通自來水。2混凝土自建的力學(xué)能2.1抗壓強度和導(dǎo)熱系數(shù)根據(jù)以往試驗經(jīng)驗,選定輕骨料混凝土配合比為:水泥∶粉煤灰∶砂∶陶?！盟?290kg∶70kg∶420kg∶360kg∶160kg,成型100mm×100mm×100mm立方體抗壓強度試件和250mm×250mm×20mm導(dǎo)熱系數(shù)試件,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行抗壓強度和導(dǎo)熱系數(shù)試驗。粉煤灰陶粒混凝土立方體28d抗壓強度測試結(jié)果為19.7MPa,導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果為0.248W/(m·K),根據(jù)混凝土小型砌塊強度與混凝土試配強度間的關(guān)系,能夠滿足生產(chǎn)MU5.0級以下輕骨料混凝土自保溫砌塊的強度要求,且其具有較低導(dǎo)熱系數(shù)。2.2z型鋼塊型為主塊型為了延長砌塊壁、肋作為冷熱橋的長度,增大熱量沿砌塊壁、肋傳遞的距離,不采用傳統(tǒng)的長方形砌塊塊型,改為Z字型塊型為主塊型,見圖1。2.3抗壓強度分析按上述選定的配合比作為陶?；炷疗鰤K的生產(chǎn)配合比,并在河南建安新型建材有限公司制混凝土砌塊生產(chǎn)線上進(jìn)行批量試生產(chǎn)。試生產(chǎn)的砌塊選取一批在空腔中填充密度不大于400kg/m3的發(fā)泡水泥,進(jìn)行抗壓強度和墻體傳熱系數(shù)試驗,并進(jìn)行對比分析?？箟簭姸劝凑誈B/T4111—1997《混凝土小型空心砌塊試驗方法》進(jìn)行檢測,2種砌塊的抗壓強度結(jié)果見表1。由表1可以看出,隨機選取的5塊帶空腔粉煤灰陶?；炷疗鰤K抗壓強度平均值為4.4MPa,單塊最小值3.5MPa,而用發(fā)泡水泥填充空腔的砌塊抗壓強度平均值為4.6MPa,單塊最小值3.1MPa,能夠滿足GB/T15229—2011《輕集料混凝土小型空心砌塊》中MU3.5級的要求,也就是說,利用質(zhì)輕的粉煤灰陶粒做骨料生產(chǎn)自保溫砌塊是完全可行的。對于空腔填充發(fā)泡水泥的砌塊,其抗壓強度平均值僅比為填充的高0.2MPa,排除試驗誤差的影響,可以認(rèn)為,二者強度基本一致,陶?；炷量招钠鰤K空腔填充發(fā)泡水泥并不能提高其強度。3性能測試方法陶?；炷磷员仄鰤K的熱工性能測試按照GB/T13475—2008《絕熱穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測定標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》進(jìn)行,測試墻體為粉煤灰陶粒混凝土空心砌塊砌筑,砌筑砂漿和抹面砂漿均采用1∶0.5∶2.5水泥混合砂漿,砌筑縫厚度10mm,墻體兩側(cè)抹灰層厚度均為10mm。本試驗是采用防護(hù)熱箱法對陶?；炷量招钠鰤K砌筑墻體的傳熱系數(shù)進(jìn)行測試,示意圖見圖1,它是基于一維傳熱原理,模擬現(xiàn)實條件下圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傳熱過程。熱箱模擬室內(nèi)空氣溫度、風(fēng)速和輻射條件,冷室模擬室外空氣溫度和風(fēng)速條件,構(gòu)件放置于冷箱和熱箱之間。熱量傳遞通過試件與箱體各表面的熱輻射和試件表面的熱輻射和試件表面與周圍空氣的對流換熱系數(shù)。傳熱達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,根據(jù)熱平衡有如式(1):式中:U———試件的傳熱系數(shù),W/(m2·K);Qp———總輸入功率,W;M———防護(hù)箱熱箱外壁熱流系數(shù),本試驗設(shè)備為5.306,W/K;Tjis———計量箱內(nèi)表面溫度,K;Tjes———計量箱外表面溫度,K;A———試驗墻體面積,按計量面積計算,m2;Tni———試件熱側(cè)環(huán)境溫度,K;Tne———試件冷側(cè)環(huán)境溫度,K。墻體熱工性能測試采用沈陽紫微機電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的MW-B/WT-1821/1515型門窗穩(wěn)態(tài)綜合檢測設(shè)備,測試墻體厚度為砌塊原厚200mm,兩側(cè)抹面砂漿各10mm,面積2.30m2,試驗裝置見圖3~5。設(shè)定冷室溫度263.00K,熱室溫度303.00K。試驗過程由設(shè)備自動控制,設(shè)定穩(wěn)定狀態(tài)維持時間3~4d,有效數(shù)據(jù)記錄時間3h。試驗期間隨時觀察設(shè)備運行情況,并適當(dāng)調(diào)整設(shè)備冷室和環(huán)境空間冷熱供給量,使各項參數(shù)達(dá)到設(shè)置值。穩(wěn)定結(jié)束后開始記錄數(shù)據(jù),每個0.5h記錄一次各項參數(shù)平均值,共計測量6次,測試結(jié)果如表2、3所示。由表2、3可以看出,空心砌塊墻體的實測傳熱系數(shù)為0.97W/(m2·K),空腔填充發(fā)泡水泥砌塊墻體的傳熱系數(shù)為0.88W/(m2·K),基本能趕上加氣混凝土砌塊墻體的傳熱系數(shù),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燒結(jié)多孔磚墻體的1.90W/(m2·K)左右和普通混凝土多孔磚墻體的2.20W/(m2·K)左右,具有良好的保溫性能。但是同這兩類墻體傳熱系數(shù)的理論計算值相比較,空心砌塊墻體0.45W/(m2·K),空腔填充發(fā)泡水泥砌塊墻體0.61W/(m2·K),還是偏大,考慮這是由于砂漿砌縫成為主要冷熱橋造成的影響。還有一點,理論計算值空腔填充發(fā)泡水泥的砌塊墻體傳熱系數(shù)比空心砌塊高很多,應(yīng)為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)要比發(fā)泡水泥的導(dǎo)熱系數(shù)小得多,但從實測值來看,空腔填充發(fā)泡水泥砌塊的傳熱系數(shù)卻比空心砌塊要低,分析其原因,雖然空氣的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)泡水泥的導(dǎo)熱系數(shù),大概為0.020W/(m·K)左右。但是由于空心砌塊的空洞是上下貫通的,試驗墻體大概高約1.6m左右,在試驗墻體內(nèi)部,空腔其實相當(dāng)于一個個1.6m的小煙囪,靠近熱室一側(cè)的空氣受熱向上方運動,到空腔頂部運動受阻轉(zhuǎn)向冷室方向,而靠近冷室一側(cè)的空氣遇冷則向下方運動,到空腔底部運動受阻轉(zhuǎn)向熱室方向,于是空腔內(nèi)的空氣層在溫度的作用下來回上下左右循環(huán),在空腔內(nèi)部形成了一個個內(nèi)部環(huán)流層,加速的熱量由熱室往冷室傳遞的速遞過程,因此,雖然空氣的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于發(fā)泡水泥,但是填充發(fā)泡水泥還是能夠增強砌塊的保溫性能。4墻體保溫性能(1)利用粉煤灰陶粒作為骨料可以生產(chǎn)出MU3.5級的陶?；炷磷员仄鰤K。與當(dāng)前的普通混凝土多孔磚相比,粉煤灰陶?；炷炼嗫状u具有較小的密度和良好的保溫性能,其采用普通砂漿砌筑墻體的實測傳熱系數(shù)就能夠