混凝土夹芯复合砌块

混凝土夹芯复合砌块（精选7篇）

混凝土夹芯复合砌块 篇1

0 引言

目前,我国建筑能耗以每年1%的速度高速增长,已接近社会总能耗的40%[1],并且随着社会的发展和人们对居住环境舒适度要求的不断提高,这一比例在未来还可能进一步上升。因此,建筑节能工作刻不容缓。研究表明:通过建筑围护结构流失的能耗约占建筑总能耗的1/2,而因墙体保温隔热性能不足所造成的能耗损失又超过围护结构流失总能耗的1/2。显然,提高墙体材料的热工性能将是提高建筑节能水平的有效手段。

当前,我国建筑外墙普遍采用外保温做法,该做法不仅施工环节多、易空鼓开裂,且附加的保温材料常因与填充墙体的粘结、锚固不足而脱落,存在安全隐患。因此,研制了一种自保温混凝土复合砌块,通过对其泡沫混凝土芯材配合比及混凝土砌块壳体孔洞排列的优化设计,使该砌块成为一种性能优异的自保温墙体材料。

1 自保温混凝土复合砌块研制

1.1 芯材性能优化设计

1.1.1 原材料

水泥:万年青P·042.5水泥,其主要性能指标见表1。

粉煤灰:南昌电厂Ⅱ级粉煤灰,其主要性能指标见表2

促凝剂:R·SAC。

发泡剂:国内4个不同厂家生产的发泡剂。

减水剂:早强型FDN萘系减水剂。

1.1.2 实验方法

按照泡沫混凝土配合比设计方法计算各种原材料的用量,先将胶凝材料、水和外加剂在专用搅拌机中拌合成均匀浆体,然后将发泡剂按供应商推荐的最大稀释倍数进行溶解或稀释,并采用高压物理发泡工艺制备泡沫。将适量泡沫加入到浆体中搅拌2 min至均匀,再倒入模具,标准养护24 h后拆模,并将试块置于标准养护箱中养护至规定龄期。

泡沫剂的发泡倍数、1 h沉降距和1 h泌水量按JC/T 2199—2013《泡沫混凝土用泡沫剂》进行测试。泡沫混凝土抗压强度、干密度按JG/T 266—2011《泡沫混凝土》进行测试,导热系数按GB 10294—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》进行测试。

1.1.3 超轻泡沫混凝土设计技术指标

本课题研制的灌芯用超轻泡沫混凝土所要达到的设计技术指标为:抗压强度≥0.15 MPa,干密度(260±20) kg/m3,导热系数≤0.065 W/(m·K)。

1.1.4 发泡剂品种选择

本研究采用国内4个不同厂家生产的发泡剂,分别标记为F1、F2、F3、F4。经测试,4种发泡剂主要性能参数见表3。

由表3可以看出,F2和F4发泡剂的1 h沉降距较小,即泡沫稳定性较好,F1和F3发泡剂的沉降距较大,其制备的泡沫稳定性较差;F2的1 h泌水量最小,F1、F3、F4三者相差不大。如果泡沫泌水量过大,与水泥料浆搅拌均匀后会在成型过程中析出水分,从而延长泡沫混凝土的凝结时间,降低早期强度,不利于泡沫混凝土的稳定;F4的发泡倍数最大,有利于提高发泡剂的使用效率。因此,根据泡沫稳定性、泌水量和发泡倍数等性能,宜选用F2和F4发泡剂作为制备超轻泡沫混凝土芯材。

在泡沫混凝土试验中,在水泥中内掺15%粉煤灰和5%促凝剂,其余各组分用量相同,根据浆料搅拌过程中的泡沫情况及浇筑成型后泡沫混凝土的干密度和抗压强度,评价发泡剂与胶凝材料的适应性。试验配合比及试验现象见表4。

从表4可知,F2泡沫尽管从外观上看,稳定性、泌水性及泡沫大小细密均匀程度都比较好,但在泡沫加入到水泥浆体搅拌的过程中却不断出现破泡,且泡沫混凝土成型后出现塌模,说明F2发泡剂中的成分与胶凝材料不相适应;F4泡沫在加入到水泥浆体搅拌的过程中破泡少,制备的泡沫混凝土成型后未出现塌模现象,密度和28 d抗压强度分别为235 kg/m3和017 MPa,满足灌芯用超轻泡沫混凝土设计要求。

1.1.5 泡沫掺量对泡沫混凝土性能的影响

为确定泡沫合理的掺量,固定水泥、促凝剂、粉煤灰、减水剂、水的质量分别为800、50、150、5.0、320 g,研究了不同泡沫掺量对泡沫混凝土性能的影响,结果见表5。

从表5可知,随着泡沫掺量的增加,泡沫混凝土的干密度、导热系数与抗压强度均相应降低。其中,泡沫量为4 L时,泡沫混凝土的抗压强度较高,达到0.3 MPa,但干密度与导热系数均偏大,超过设计要求;当泡沫量在5 L时,泡沫混凝土的干密度、导热系数、抗压强度值均符合设计要求;当泡沫量从5 L增加到7 L时,泡沫混凝土的干密度与抗压强度下降比较明显,均不符合设计要求。因此,用于灌芯的泡沫混凝土在单位胶凝材料用量下,泡沫掺量宜为5 L。

1.1.6 促凝剂掺量对泡沫混凝土性能的影响

固定粉煤灰、减水剂、水的质量分别为150、5.0、320 g,泡沫掺量为5 L,研究促凝剂掺量对泡沫混凝土性能的影响,结果见表6。

从表6可知,促凝剂对泡沫混凝土稳定性有较大影响,当促凝剂掺量为胶凝材料质量的5%时试块未出现塌模,且密度和28 d抗压强度满足设计要求,表明促凝剂对水泥浆料的凝结硬化有促进作用,在泡沫破裂前水泥浆体即已形成强度,因而在泡沫加入30～50 min后,泡沫混凝土就已成型稳定,不会出现塌模情况。同时试验表明,硅酸盐水泥与促凝剂混掺存在一个最佳平衡点[2],超过此平衡点后,由于促凝剂自身凝结硬化快而流动性能又相对较差,致使水泥浆体与泡沫分散不均匀,且产生固体颗粒,减少了包裹泡沫的水泥浆体数量,从而无法有效包裹泡沫,造成泡沫混凝土气孔壁变薄,强度下降,最终导致泡沫破裂、塌模。因此,促凝剂的掺量宜控制在5%左右。

1.1.7 制备灌芯用超轻泡沫混凝土实验配比

在上述试验研究的基础上,自保温混凝土复合砌块采用的泡沫混凝土芯材配比(g)为:水泥:促凝剂:粉煤灰:减水剂:水=800:50:150:5.0:310,泡沫掺量5 L。该泡沫混凝土的密度为245 kg/m3,28 d抗压强度为0.18 MPa,导热系数为0.06W/(m·K)。按此配比制备的泡沫混凝土浆体分散较均匀,易于浇筑,浇筑后泡沫稳定性好,各性能指标均符合设计要求。故以该组配合比试验结果作为本课题自保温混凝土复合砌块灌注芯材的热工设计参数。

1.2 自保温混凝土复合砌块热工性能数值模拟研究

自保温混凝土复合砌块不仅需要合理的芯材保温性能,还需要赋予砌块合理的孔型设计,以实现热工性能和力学性能的统一。研制的自保温混凝土复合砌块以390 mm×240mm×190 mm为主规格尺寸,首先列出若干种砌块孔型设计方案,然后通过ANSYS有限元分析软件[3]分析不同方案热工性能的优劣,以最终确定砌块孔型方案。

1.2.1 数值模拟计算的假定与参数设置

计算采用稳态传热假定。模拟计算时,内、外表面均设置为第三类边界条件,内表面换热系数按GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》取8.7 W/(m2·K),外表面换热系数取23W/(m2·K,砌块两端还应设置温度边界条件(分别为内表面10℃和外表面40℃),以保证两端形成足够的温差;其余四面均为绝热边界条件,因此,热量的进入和流出是相等、平衡的。

模拟计算中所建砌块模型基体材料分别为轻集料混凝土、空气与泡沫混凝土,其材料导热系数如表7所示。

1.2.2 自保温混凝土复合砌块孔型设计方案

首先以目前市面上最常见的灌芯混凝土类产品孔型布置为研究对象[见图1 (a)],这种孔型布置的特点在于完全依靠大孔洞中泡沫混凝土的保温性能来确保砌块获得足够的热阻,却忽视了空气层自身良好的保温性能。由于泡沫混凝土成本较高,因此,这种孔型并不利于企业生产成本的降低,经济性较差。此外,该孔型设计时也没有考虑管线施工,需要开凿墙体方能埋设管线,极易因为处理不当而造成墙体开裂。为此,针对该产品孔洞排列进行了优化[见图1 (b)]。

GX1型砌块:灌芯比例为51.4%,保温浆料填满砌块孔洞,无空气层,热流沿壁、肋连续传递,不便于管线铺设。GX2型砌块:灌芯比例为43.4%,墙体内侧设置3排小空气孔,两侧壁处留设凹槽,阻断热流沿壁、肋连续传递,小排空气孔方便管线铺设。

采用ANSYS进行模拟分析时,应考虑砌筑砂浆、抹面砂浆会对墙体传热产生影响,因此为提高数值模拟计算的精度,建模时必须对砂浆灰缝因素予以考虑。按JG/T 407—2013《自保温混凝土复合砌块》规定的试验方法建立砌体模型,砌筑灰缝与砌体两侧抹灰层均设为10 mm厚的普通水泥砂浆。

从砌体中截取带有砂浆灰缝与抹面层的部分单皮砌体作为研究对象,其模型及网格划分如图2所示。

1.2.3 砌体热工性能模拟结果

按照ANSYS有限元稳态热分析的3个基本步骤:前处理(建模);求解(施加荷载、边界条件、计算);后处理(查看和提取计算结果),得出2种砌块砌体温度云图与热流密度云图,如图3、图4所示。

从图3、图4可以看出:

(1)横向灰缝和竖向灰缝的交汇处,是热流传递的集中区域,热量损失最大。因此在温度云图中,处于高温侧的外表面四个角落温度降低很多,而处于低温侧的内表面四个角落温度升高。外表面中心区域温度高于周边区域,内表面中心区域则属于低温区。

(2)从切片提取的砌块中可以发现,在与热流传递方向平行的混凝土肋、壁处(即砌块的热桥部位)热流密度变化幅度及热流密度值均明显大于填充泡沫混凝土的孔洞部位,等温面在该部位也发生了明显弯曲,表面热量的传递过程主要在该部位进行,且大量聚集于该部位。这是由于泡沫混凝土材料的导热系数仅为0.06 W/(m·K),明显小于壳体轻集料混凝土材料的0.63 W/(m·K),导致热量避开泡沫混凝土而选择从与之相邻的混凝土肋、壁传递。泡沫混凝土的存在有助于提高砌块热阻和保温性能,但也使混凝土肋、壁的热桥效应更加突出。

(3)根据2种保温砌体内、外表面平均热流密度云图可知:GX2砌块内、外侧平均热流密度比GX1小,说明其对热量传递的阻隔作用更明显。

根据上述模拟分析得到砌体两侧平均热流密度值与平均温度值,通过文献[4]及GB 50176—93的计算方法,可进一步得到2种砌体的当量导热系数、传热阻及传热系数,结果见表8。

从表8可以看出:泡沫混凝土灌芯比例更高的GX1砌块,其砌体保温效果反而较差,而GX2保温砌块则通过良好的孔型设计,有效延长了热流在砌块中的传递路径,而且很好地利用空气层保温,这不仅节约了泡沫混凝土保温材料用量,控制了生产成本,也提升了砌块的保温性能,对企业而言无疑是非常有利的。

目前,南昌圣达新型墙材有限公司已采用GX2孔型进行了规模化生产,产品如图5所示。

将该自保温混凝土复合砌块按照JG/T 407—2013进行性能测试,结果见表9。

从表9可知,自保温砌块砌体传热系数为0.87 W/(m2·K),完全满足夏热冬冷地区50%建筑节能设计标准的要求,甚至达到部分建筑65%节能设计的要求。ANSYS数值模拟计算方法得到的传热系数结果与实测相差2.3%,误差小于5%,说明采用ANSYS数值模拟计算方法能很好地适应工程精度的要求。

2 自保温混凝土复合砌块应用评价

以南昌市某楼盘2号楼为模拟对象,进行保温砌块应用效果评价:该楼为条式建筑,朝向为北向90°,建筑总层数为28层,框架剪力墙结构体系,地上高度86 m,建筑面积10 526 m2,建筑表面积12 360m2,建筑体积31 557 m2,体形系数为0.39。

根据该楼盘平面图、立面图信息,首先利用斯维尔建筑节能设计软件建模(见图6)、设定相关参数,然后在围护结构工程构造中,保持其它部分工程做法不变,仅改变墙体构造,通过负荷计算分别得出以烧结多孔砖和自保温混凝土复合砌块为围护结构主材的设计建筑和参照建筑的采暖空调年耗电量,进行结果的对比。

2.1 墙体构造与热工计算

2.1.1 烧结多孔砖外墙外保温体系

外保温体系的保温构造及热工参数如表10～表12所示。

2.1.2 自保温混凝土复合砌块外墙自保温体系

自保温体系的保温构造及热工参数如表13～表15所示。

2.1.3 热工性能权衡计算

由于设计建筑的体形系数没有达到规定指标的要求,根据夏热冬冷地区与江西省居住建筑节能设计标准的要求,必须对围护结构进行建筑节能的权衡计算,结果如表16所示。

2.2结果分析

在外墙墙体总厚度保持不变的情况下,自保温混凝土复合砌块外墙自保温系统方案的节能效果是54.1%,高于烧结多孔砖外墙外保温系统方案的53.0%。且就单季能耗来看,无论是夏季空调能耗,还是冬季采暖能耗,前者也均要优于后者。由于建筑寿命周期多在50年以上,因此推广使用能耗低的自保温混凝土复合砌块外墙自保温系统方案无疑是非常有益的。

造价方面,根据江西省产品定额信息,结合本工程建筑外墙面信息,初步统计出砌块及保温材料价格如表17所示。

从表17可以看出,研制的自保温混凝土复合砌块虽然在单位体积价格上比烧结多孔砖高,但由于使用该保温砌块可以免除外墙主体部位上大量的保温材料,同时还能有效降低热桥部位的保温层厚度,因此,采用自保温混凝土复合砌块外墙自保温系统方案相较于烧结多孔砖外墙外保温系统方案更经济,约可节约主材总价的5.5%。考虑到减少保温面积施工还能降低高昂的人员施工费,因此综合造价还将进一步降低。从性价比角度出发,自保温混凝土复合砌块无疑具备更强的市场竞争力。

3 结语

(1)发泡剂种类对超轻泡沫混凝土的浇注稳定性具有重要的影响,所选发泡剂的稳泡时间必须与胶凝材料硬化时间具有良好的适应性。

(2)单独采用P·042.5水泥作为胶凝材料时浆体容易塌模。通过掺入促凝剂、控制泡沫掺量等措施可制备出浇注稳定性好、性能符合设计要求的泡沫混凝土,其干密度为245 kg/m3,28 d抗压强度达到0.18 MPa,导热系数为0.06 W/(m·K)。

(3)在2种不同孔型结构保温砌块对比中,GX2砌块依靠合理的孔型设计,不仅减少了砌块中灌注的泡沫混凝土芯材用量,降低了生产成本,而且提高了砌块的保温性能,其传热系数的数值模拟结果与热工试验实测值高度吻合,误差仅为2.3%,说明在孔型设计中采用ANSYS数值模拟分析是可行的。

(4)通过模拟南昌某住宅楼节能计算结果的对比可以发现:研制的自保温混凝土复合砌块无论在保温性能方面,还是在节约工程保温造价方面,均优于传统烧结多孔砖类墙体材料,具有很高的推广应用价值。

摘要：为进一步增强墙体的保温性能,提高建筑节能水平,在利用ANSYS有限元分析软件优化传统混凝土砌块孔洞排列的基础上,通过在砌块孔洞中灌注超轻泡沫混凝土芯材,得到一种保温、隔热效果优良的自保温混凝土复合砌块。并以南昌某住宅建筑为例,应用斯维尔建筑节能设计软件,将其与传统烧结多孔砖外墙外保温的节能效果进行对比。结果表明:在外墙总厚度相同的情况下,应用研制的自保温混凝土复合砌块不仅总体节能效果更优,而且还能有效降低外墙保温工程造价,提升建筑保温工程的性价比,具备良好的推广应用价值。

关键词：自保温,混凝土复合砌块,超轻泡沫混凝土,热工性能,节能计算

参考文献

[1]范亚明,李兴友,付祥钊.建筑节能途径和实施措施综述[J].重庆建筑大学学报,2004(5):82-85.(下转第31页)

[2]陈娟,李北星,卢亦焱.硅酸盐-硫铝酸盐水泥混合体系的试验研究[J].重庆建筑大学学报,2007(4):121-124.

[3]Tadeusz S,Nakasone Y,Yoshimoto S.Engineering analysis with ANSYS software[M].Oxford:BuMerworth-Heinermann,2007.

[4]Incropora FP,DeWitt DP,Bergman TL,等.传热和传质基本原理[M].葛新石,叶宏,译.北京:化学工业出版社,2011.

混凝土夹芯复合砌块 篇2

目前, 煤矸石烧结多孔砌块、粉煤灰加气混凝土砌块和混凝土小型空心砌块是吉林省新型墙体材料的主导产品, 其中, 按照当地相关资源的供应情况, 可以采用多种粗细集料为原料的混凝土小型空心砌块还有很大的发展空间。

吉林省圣翔建筑材料有限公司始建于2011年8月, 总投资1.5亿元, 分二期建设, 厂区占地面积5万m2, 具有年产40万m3环保型混凝土空心砌块等多品种系列产品的生产线, 于2012年5月成功开始试生产。企业投资方看好利用长春地区的热电厂煤渣资源生产轻集料混凝土空心砌块的广阔市场前景, 该环保利废项目立项得到国家发展和改革委员会、工业和信息化部的支持, 主要生产设备引进了日本虎牌 (Tiger) 机械有限公司的全自动混凝土制品成型设备, 使整条生产线完全实现自动化, 较大程度保证了的生产质量和生产效率。

其中, 该企业生产的煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块的内部结构设计和生产过程新颖独特, 主要用于框架结构的非承重外墙体, 可满足严寒地区第三阶段围护结构建筑节能65%的要求, 大幅度提高建筑物的居住舒适度, 可替代使用外墙外保温结构, 因而避免了外保温表面饰面层常出现的开裂、渗漏和脱落问题, 解决了有机保温材料与建筑物主体不同寿命的难题。该复合砌块施工方便, 可降低工程造价。复合砌块的砌筑方法和普通砌块基本相同, 施工速度快, 工效较高, 它与EPS外墙外保温技术进行比较, 优势为墙体砌筑与保温层同时完成, 无二次室外作业, 简化施工程序, 缩短工期, 可确保工程质量。

1原材料

1.1原料要求

1.1.1碎石

要求碎石连续粒级的公称粒级5~10 mm, 表观密度约2700 kg/m3, 干堆积密度约1260 kg/m3, 含泥量和针片状颗粒含量等指标应符合GB/T 14685—2011《建筑用碎石、卵石》有关规定。

1.1.2煤渣

目前煤渣已成为仅次于粉煤灰的电厂主要工业固体废弃物。在某些地区, 煤渣的应用还未引起足够重视, 仍在大量积存, 其利用率远低于粉煤灰。

长春热电二厂的煤渣原料粒径分布见表1。但是某些地区热电厂原状煤渣颗粒可能偏粗, 需要磨细, 煤渣细度应与混凝土的细集料天然粗砂接近 (细度模数为3.7~3.1) , 但不宜过细。煤渣的绝干体积密度宜为714~893 kg/m3, 作为混凝土的轻集料, 它的绝干体积密度与较大密度的陶粒 (300~900 kg/m3) 相近。统计表明, 各个地区煤渣粗细程度差别很大, 一般情况, 要求原状煤渣或者磨细煤渣的最大粒径小于5 mm;如果煤渣较粗时, 应考虑砌块薄壁孔洞和肋厚尺寸的影响, 原状煤渣或者磨细煤渣的最大粒径应小于10 mm。煤渣的烧失量等指标应符合GB/T 17431—2010《轻集料及其试验方法》有关规定。

1.1.3粉煤灰

可以采用Ⅱ级粉煤灰, 但为了节约优质灰以及降低成本, 一般采用低等级粉煤灰, 如Ⅲ级灰 (或者技术性能接近于Ⅲ级灰) 。粉煤灰的技术要求应符合GB 1596—91《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定, 但含水量不作规定, 其中45 μm方孔筛筛余量不大于45%, 烧失量不大于15%, 以限制未燃尽碳的含量, 以免碳含量过多使粉煤灰的活性组分减少并导致小型空心砌块强度降低。如果采用低于Ⅱ级的粉煤灰, 应考虑适当增加粉煤灰的用量 (超量系数 δc=1.3) [1]。

1.1.4水泥

采用强度等级32.5的普通硅酸盐水泥或者矿渣硅酸盐水泥。

1.1.5生石灰

要求生石灰中CaO和MgO总含量不少于75%, 1 mm筛筛余不大于1.5%, 技术指标应符合JC/T 480—92《建筑生石灰粉》的规定。由于相对应的粉煤灰不是主要原料, 根据粉煤灰的质量情况, 亦可不使用硫酸盐激发剂, 以降低成本。

1.1.6高效减水剂

采用萘系FDN型, 掺量为水泥用量的0.5%~1.0%。技术指标应符合GB 8076—2008《混凝土外加剂》的规定。

1.1.7聚苯乙烯型材

自熄型阻燃聚苯乙烯泡沫塑料应具备质量轻、结构均匀、 导热系数低、吸水率较小、机械强度高和耐冲击性能较好等特点。根据GB 10801—1989《隔热用聚苯乙烯泡沫塑料》, 应不低于Ⅱ级聚苯乙烯泡沫塑料的技术要求, 表观密度不小于20 kg/m3, 抗压强度在0.15 MPa以上。按照设计要求加工成型材。

1.2配合比设计

原材料质量比为:碎石10%~25%、煤渣30%~70%、粉煤灰15%~35%、水泥12%~16%、生石灰2%~4%;减水剂适量; 水固比为0.14~0.16。

2生产工艺过程的优化

以邻近的辽宁省为例, 2009年10月辽宁省建筑材料监督检验院受辽宁省质量技术监督局的委托, 对沈阳、大连、鞍山等9个地区生产的轻集料混凝土小型空心砌块进行了质量抽查, 共抽查了60个企业 (全部采用煤渣为原料) 生产的产品。检测结果表明, 仅抗压强度问题就占受检总数的70%左右[2,3], 其它质量问题也较为严重, 这些基本问题的频繁发生应引起我们高度重视。

2.1煤渣的来源

煤渣是指燃煤灰渣的简称, 亦可称为炉渣。其中炉渣也包括以块煤为燃料的工业和民用锅炉, 以及冬季采暖锅炉排放的固体废弃物。燃煤灰渣主要有粉煤灰、沸腾炉渣和流化床固硫灰渣 (简称固硫灰渣) 等。粉煤灰和沸腾炉渣是人们比较熟悉的2类燃煤灰渣。固硫灰渣是指含硫煤与固硫剂 (通常为石灰石) 以一定比例混合后在循环流化床锅炉内经850~900 ℃ 燃烧固硫后所产生的固体废弃物, 固硫灰渣成分特殊, 不宜用于生产墙体材料的原料[4]。

火电厂以磨细煤粉为燃料, 平均粒径约50 μm, 小于10 μm和大于100 μm颗粒占煤粉总量的10%左右, 制粉系统磨制的细煤粉, 经燃烧器与送煤粉的一次热风一起喷入炉膛, 煤粉与助燃热空气在炉膛内强烈混扰和悬浮燃烧, 大约经几秒钟的时间就完成了燃烧过程。燃烧室内收集的炉底灰和粗灰约占灰渣总量的10%, 其余经电收尘器收集的粉煤灰占90%左右[5]。

沸腾锅炉燃烧温度均在1000℃以下, 远低于煤粉炉的1400℃, 因此粉煤灰是在高温流态化条件下形成的。而沸腾炉渣生成温度较低, 不会出现较强致密组织, 造成沸腾炉渣表面结构疏松, 吸水性较强。低钙粉煤灰中Al2O3在较高温度下 (1400℃) , 主要形成低活性的莫来石的结晶相, 而沸腾炉渣的Al2O3在较低温度下 (850~900℃) , 主要形成较高活性的偏高岭石。从而使沸腾炉渣的活性明显高于粉煤灰[6]。因此, 本项目的煤渣轻集料是指上述炉底灰 (炉底渣) , 无论是否需要磨细, 其细度远大于粉煤灰, 使它的潜在活性难以发挥, 可看作惰性轻集料。

2.2粗细集料的颗粒级配

本项目的煤渣轻集料作为主要原料, 可看作全部取代天然河砂细集料使用, 并添加少量碎石以弥补粗集料的不足。因此, 粗细集料的适宜颗粒级配可参考表2的美国和日本普通混凝土小型空心砌块推荐标准的内容[7]。

从表2可以看出, 煤渣轻集料的合理颗粒级配应略粗于天然粗砂, 并允许掺加少量粒径小于10 mm的其它粗集料; 如果某一个地区热电厂煤渣颗粒太粗, 应进行磨细处理, 但粒径不宜过细, 并可以不掺加其它粗集料。显然, 上述合理的粗细集料颗粒级配是正确解决小型空心砌块产品的抗压强度、 抗冻性、吸水性、干缩裂缝和其它耐久性等问题的基础。

2.3养护方式

如果采用自然养护, 周围环境的湿度是保证混凝土砌块中水泥正常水化的重要条件。如湿度过低, 混凝土表面会失水, 迫使内部水分向表面迁移, 在混凝土中形成毛细管通道, 结构疏松, 使混凝土的密实度、抗冻性、抗渗性下降, 砌块强度较低;或者混凝土表面产生干缩裂缝, 也影响表面质量和耐久性。生产企业采用自然养护, 很难严格按自然养护工艺的相关要求进行操作, 砌块质量受气候影响较大。企业砌块堆放场地可能无防雨和排水措施, 造成砌块相对含水率超标, 加之砌块强度偏低, 致使砌块砌筑完毕后由于干燥收缩造成墙体开裂。

露天养护时, 需在砌块坯体表面覆盖草垫或塑料薄膜等遮盖物, 并定期浇水养护。当环境温度低于4℃时, 不得浇水养护。因此, 自然养护属于北方企业夏季简易生产方式, 正规的大中型企业应采用蒸汽养护方式, 可保证较长的生产周期和稳定的砌块质量。

3生产工艺过程

3.1生产工艺流程

煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块在模振成型阶段, 先将预制的阻燃型聚苯乙烯保温型材放入模箱中, 再浇注煤渣轻集料混凝土拌合物, 振动成型后经养护, 使保温层、 结构层和面层成为一个整体。生产工艺流程见图1。

3.2生产工艺过程和主要机械设备的特点

3.2.1生产工艺过程的特点

(1) 该生产企业建有仓储和配料用的全封闭大棚, 用于储存碎石、煤渣、粉煤灰和生石灰等原料, 使原料含水率较小并免受冬季大块冰冻的干扰, 以保证混凝土拌合物和砌块成品质量的稳定可靠。

(2) 国内一般的相应墙材企业年人均劳动生产率约为15万标块, 仅为国外先进水平的1/25左右[8]。但该企业生产自动化水平较高, 采用PLC技术集成为一个全自动化系统, 自原材料输送、计量、加水、搅拌、制品成型、湿成品输送、湿成品养护、成品输送、成品码垛完全实现自动化, 保证了产品的生产效率和质量。在设备稳定运行的情况下, 整条生产线仅需4名操作员就可维持正常生产。

(3) 煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块采用类似二排四孔的砌块设计型式, 但在布料之前, 在模箱内首先由一层自熄型阻燃聚苯乙烯泡沫塑料型材就位于固定位置, 从而占据其中的一排二孔的空白空间 (保温型材的厚度大小和厚度方向的型材数量, 还可根据保温标准要求进行调节和变化) , 再经布料和振动成型, 养护后复合砌块中间层的高效保温材料层利用两侧各8个燕尾型榫槽结构 (企口) 分别与两侧的混凝土层形成可靠联结, 三层构造一次成型。

(4) 该企业自制适合严寒地区的常压蒸汽养护窑, 成本低, 而效果较好, 避免了南方某些养护窑产品可能的水土不服现象。该养护窑为长条形隧道窑型式, 内侧设有带孔的蒸汽管, 顶部设有蝶阀的排气孔, 用于排湿和排汽, 底部设有冷凝水排水沟, 墙壁外侧采用聚苯板外保温方式, 门的外侧为纯棉门帘密封, 保温封闭效果较好。

3.2.2主要机械设备特点

采用先进水平的混凝土砌块模振成型设备, 由日本虎牌机械有限公司的全资子公司中国天津虎牌美泰科机械有限公司生产。该设备可生产上百种制品, 包括各类多孔、盲孔砌块、 节能保温砌块、承重砌块、劈裂砌块、装饰墙砖等墙体砌筑材料;园林挡土砌块、彩色地砖、路缘石、植草砖、透水砖、园艺砖、境界石、重载铺地砖等地面工程材料;水工砌块、护路护坡砌块等环保工程材料。

M-8型成型机是先进和经济的模振设备, 配有强有力的振动电机和虎牌公司独有的旋转扒料器。适用于粉煤灰等多种原料, 原料进入模箱迅速而平稳, 布料时间短且均匀, 成型速度快, 产品密实度高。设备设计结构简捷而厚实, 操作简单, 寿命长, 维护保养费用低。

该成型设备配有可调振动器, 并可以手动调频调幅或遥控自动调频调幅, 为生产出省时、水泥耗量低的高质量砌块创造了条件。并安装有横向拉孔装置。成型机可以快速换置模具, 采用手动方式或自动方式, 全过程最快只需2 min。成型机装有先进的控制技术, 整条生产线的生产过程可用图形表示, 并配有电子自动诊断和清除故障控制盘, 使操作运行简便、有效安全。另外, 使用垂直二次布料系统, 可以节省一半以上为达到彩色装饰效果所花费的昂贵的原材料成本, 同时砌块强度不变。并配有高成品率劈裂机, 大大提高了劈裂块的成品率。

采用的M-8型成型机还配有托板运送系统和码垛系统, 主要技术经济指标为振动电机2台或4台, 单次砌块成型数量8块, 成型速度11~13 s, 砌块生产量2600块/h, 年生产量17.5万m3。

4产品性能和经济技术分析

4.1产品性能

目前, 吉林省地方标准规定长春地区 (严寒地区) 的新建住宅工程应满足建筑节能65%的外墙传热系数限值要求, 当体型系数Sc≤0.3时, 建筑节能65%的外墙主体部位传热系数限值为0.45 W/ (m2·K) 。

煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块的主规格为390 mm×190 mm×190 mm, 采用390 mm×190 mm×190 mm+ 390 mm×190 mm×190 mm砌块组砌方式, 自保温复合砌块墙体的传热系数和产品性能见表3。吉林省建筑材料产品质量监督检验站按照GB/T 4111—1997《混凝土小型空心砌块试验方法》对该产品进行检测 (其中放射性按照GB 6566—2010 《建筑材料放射性核素限量》进行检测) , 结果为合格品。

该企业以煤渣轻集料为主要原料生产的普通型混凝土小型空心砌块计有11种规格。此外, 利用先进砌块成型设备、模具和金属刀具优势, 设计开发出掺加无机颜料 (普通型) 的彩色吸声隔音砌块、装饰砌块、转弯劈裂砖、彩色劈裂砖、荷兰砖、荷兰花格砖、透水砖、盲道盲点砖、波浪砖、地砖等符合市场需求的多品种系列产品, 共有建筑砌块、马路方砖、护坡水工砌块、挡土墙、路牙石等5大系列化的优势商品。其中, 彩色或普通色的混凝土劈裂砖为新型产品 (非传统陶瓷类劈裂砖) , 可用于外墙装饰、挡土墙和步道砖等部位, 该砖由相互咬合的凹凸两个部分所组成, 有浑厚、大气、朴素、自然的新颖装饰效果。

4.2复合砌块成本和墙体直接造价分析

按企业年产40万m3煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块进行测算。普通砌块所用原料进厂价114.86元/m3 (砌块) , EPS板原料65.52元/m3, 动力、工资费27.25元/m3, 财务费用12.40元/m3, 资产折旧费19.0元/m3, 税金5.0元/m3;由于仅废料之一的煤渣用量就超过30%, 可以享受国家减免增值税政策, 该砌块合计成本244.03元/m3, 销售价格285元/m3, 利润40.97元/m3, 则利润可达1638.8万元/年。

自保温复合砌块主规格390 mm×190 mm×190 mm, 价格为285元/m3, 390 mm厚墙体每m2墙体的复合砌块用量为0.38 m3, 该墙体直接造价为130.0元/m2, 可达到节能65%的要求;如果采用内部无保温层的普通型混凝土小型空心砌块 (390 mm×190 mm×190 mm) , 价格为255元/m3, 普通型墙体 (390 mm×190 mm×190 mm+390 mm×190 mm×190 mm) 直接造价117.6元/m2, EPS外保温直接造价96元/m2, 则普通型混凝土空心砌块与EPS复合墙体的直接造价为213.6元/m2, 也同样可达到严寒地区建筑节能65%的要求。因此, 自保温复合砌块墙体方案较后者直接造价低83.6元/m2。另外, 假如分别满足严寒地区建筑节能50%和65%的要求, 随着建筑节能标准要求的提高, 对于外墙外保温技术, 上述普通墙体材料和EPS板的厚度可能都要增加;因此, 假如这2种内部构造型式的复合砌块墙体分别与相应的外墙外保温技术进行比较, 直接造价的差距可能进一步增大[9]。

5结语

(1) 煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块有效利用低品质工业废料煤渣 (成本以运费为主) 为主要原料, 原料处理和混合料配合比较为合理, 采用新颖的生产工艺设计理念和先进的混凝土砌块成型设备, 生产自动化水平较高, 为保证产品质量、生产效率和开发符合市场需求的多品种系列化产品, 打下坚实的基础。

(2) 该自保温复合砌块提高了砌块产品的附加值, 相对降低了用户的使用成本。其内部构造由高效保温层材料层、结构层和保护层组成为一个整体, 是集保温和建筑围护功能为一体的外墙材料。施工时墙体的结构与保温部分同时完成, 不需要进行二次施工。产品的热工性能优异, 满足当地严寒地区建筑节能65%的外墙传热系数限值的要求, 块型设计独特, 消除墙体冷桥产生的隐患, 并有根据需要进一步改善产品热工性能的潜力。按照经济技术分析, 企业的经济效益和社会效益显著。

参考文献

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[8]李伟, 朱钒, 陈小刚, 等.新型墙材生产线全集成监控技术研究[J].化工自动化及仪表, 2010, 37 (8) :94-97.

混凝土夹芯复合砌块 篇3

按照选用材料的不同,建筑物墙体自保温材料分为单一墙体材料和复合墙体材料。单一墙体材料,如空心砌块、加气混凝土等,导热系数较大,一般为高效保温材料的20倍,随着我国建筑节能65%标准越来越广泛地推行,单一材料墙体已不能满足保温隔热的要求,而更多采用承重材料与高效保温材料组合而成的复合墙体材料。复合墙体材料很好地结合了2种材料的特性,既不会使墙体材料过厚过重,又具有保温隔热特性。因此,复合墙体材料是一种使用前景广阔的新型节能材料。基于此,本文设计了一种炉渣混凝土保温复合砌块墙体自保温材料,并就其传热性能与其它墙体自保温材料进行了对比研究。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

(1)水泥:32.5级矿渣硅酸盐水泥,亚东水泥厂。

(2)炉渣:来自金三角洗浴中心炉渣,大丰浴室炉渣(烧失量<20%)。密度600~900级,最大粒径10 mm,陈化期达3个月以上,经破碎筛分后粗集料粒径控制在5~10 mm,5 mm以下作细集料,其含泥量、烧失量、含碳量、吸水率、软化系数、筒压强度等均符合JGJ 51—2002《轻集料混凝土技术规程》规定。

(3)炉渣混凝土保温砌块用骨料:(1)石子:辉强新型建材公司,瓜子片;(2)石粉:辉强新型建材公司生产用石粉。二者满足GB/T 14684—2001《建筑用砂》要求。

(4)普通混凝土空心砌块用骨料:(1)石子:粒径必须在5~10 mm内,且是连续级配,需过筛处理,质量符合GB/T14685—2001《建筑用卵石、碎石》要求;(2)砂:细度模数在3.0~2.3内,需过筛处理,质量符合GB/T 14684—2001要求。

(5)保温材料:(1)聚苯板,导热系数小于0.040 W/(m·K),密度不小于20 kg/m3,并且加工成规定的尺寸和形状。聚苯板必须经过陈化,以减少收缩;(2)加气混凝土块,市场采购成品加气混凝土砌块,切割成模具孔径大小要求的尺寸后,备用。

1.2 试验方法

(1)砌块制备:将水泥、炉渣、石子、石粉按计算配合比加水混合均匀成炉渣混凝土;将模具放于振动台上,取出加工好的加气混凝土块,用水冲洗30 s,放在模具的相应孔位置上;将配制的炉渣混凝土慢慢加入模具中,边加边振捣,加至一半时,停止加入,启动振动台,振动30 s;再次加入炉渣混凝土,加满为止,再次启动振动台振动密实,放入标准养护室养护。

(2)力学性能测试:按GB/T 50129—2011《砌体基本力学性能试验方法标准》进行。

(3)传热系数测试:采用IMWT-1515稳态传热性能测定系统测定传热系数,依据标准为依据标准为GB/T 13475—2008《建筑材料构件稳态热传递性质的测定标定和防护热箱法》,测定时把砌块砌筑成1500 mm×400 mm×1500 mm的墙体。测定外部条件:室外平均温度25℃以下,室内外最小温差10℃;相对湿度60%以下;无风或微风。传热系数计算见式(1):

式中:Q——传过被测件的热流量,W/(m2·K);

δ——被测件厚度,W;

T1、T2——被测件两侧的温度,K;

A——传热面积,m2;

t——传热时间,s。

2 试验结果分析与讨论

2.1 炉渣混凝土保温复合砌块的设计

2.1.1 保温复合砌块的规格

目前,新型保温复合砌块主块型规格为长390 mm(配块290 mm、190 mm)×宽310 mm×高190 mm,由190 mm宽混凝土小型空心砌块、具有链锁功能的聚苯板保温层和混凝土保护面板三者复合而成。本实验砌块的规格为390 mm×240mm×190 mm,空心砌块为保温砌块主体,起承重作用。砌块孔中为保温隔热材料,起保温作用。空心砌块的主体由炉渣混凝土浇筑完成,炉渣系多孔材料,也具有保温作用。混凝土保护面板可保护聚苯板保温层不受外界紫外线、雨水、化学物质等的侵害,提高墙体耐久性。

2.1.2 保温复合砌块的孔型

比较常见的传统空心砌块,其孔洞形状绝大多数为圆形、正方形和矩形。为了比较不同孔型对砌块传热性能的影响,给出了不同孔型单排空心砌块的传热系数(见表1)。

从表1可知,圆形孔的平均传热系数最大,菱形孔、正方形孔的次之,矩形孔的最小[5,6]。原因是矩形孔中的空气容易形成长路对流,而菱形、方形、圆形孔中的空气均较难形成长路对流。所以,在墙体自保温砌块的孔洞形状设计中要首先考虑以矩形为主,其它形状次之。

2.1.3 保温复合砌块的块型

从块型规格、砌块的成型和施工等方面考虑,我国现阶段的自保温砌块多采用单排孔、双排孔和三排孔。在理论上,砌块中平均传热系数的大小与垂直热流方向的孔洞行列数有关,即孔洞行列数越多,砌块的平均传热系数越小,保温效果越好[7]。因此,在满足空心砌块的壁厚及肋厚要求的前提下,最大限度地增加孔洞排列数,可以减少热辐射,有助于增强混凝土空心砌块的保温性能。

为了比较不同孔排数对砌块墙体热阻的影响,对190mm和240 mm两种规格的混凝土砌块不同孔排数的墙体热阻值进行了测试,结果见表2。

从表2可知:(1)增加排孔数可使空心砌块墙体热阻值有所提高;(2)240mm三排孔砌块砌筑墙体最大热阻值仅为0.642 m2·K/W,不能完全满足建筑节能50%目标,即部分寒冷地区热阻值(0.65~0.81 m2·K/W)以及夏热冬冷地区北墙热阻值(0.68 m2·K/W)要求。因此,为提高空心砌块的热工性能,需在孔中填入导热系数小的材料,以有效降低导热系数。

综上,从块型设计上,以矩形孔型为主,采用多排孔的方式,并在多排孔中填加低导热系数材料的方法提高砌块的保温隔热性能。

2.2 炉渣混凝土保温复合砌块砌筑墙体的传热性能

本试验为提高炉渣混凝土保温复合砌块砌筑墙体的热工性能,在孔中填入导热系数小的聚苯板和加气混凝土块,以有效降低该砌块砌筑墙体的传热系数,并与普通黏土砖墙和自制普通混凝土空心砌块砌筑墙体相对比,试验结果见表3。

注:所有试件均内抹20 mm厚混合砂浆、双飞粉腻子面,外抹水泥砂浆20 mm厚。

从表3可以看出,砌块孔洞内填充保温隔热材料可以显著提高砌块墙体热阻,其中效果最为明显的就是孔洞内填充聚苯板,墙体热阻值最大可达1.13 m2·K/W。

作为保温材料,加气混凝土提高热阻的性能不如聚苯板,但加气混凝土却能在满足保温隔热性能的基础上,提高防火性能,故有着自身的优点。由表3可知,三排孔炉渣保温砌块砌筑墙体在未填孔时传热系数为1.57 W/(m2·K),填入加气混凝土块后的砌筑墙体传热系数为1.22 W/(m2·K),故可知加气混凝土块可有效地降低墙体传热系数。

另外,炉渣混凝土保温砌块砌筑墙体比普通混凝土空心砌块砌筑墙体传热系数小得多,这是因为炉渣具有多孔的特性,能够有效地阻止热量的传递,从而提高砌块砌筑墙体的保温隔热性能。

3 结 论

(1)通过对保温砌块的规格、孔型和块型的综合分析,炉渣混凝土保温复合砌块的规格为390 mm×240 mm×190 mm,应以矩形孔型为主,并采用多排孔的方式,孔中填充保温隔热材料。

(2)炉渣混凝土保温复合砌块具有优异的热工性能。聚苯板和加气混凝土的填入极大地改善了砌块的热工性能,三排孔填充聚苯板炉渣混凝土保温砌块砌筑墙体的热阻可达1.13m2·K/W,三排孔填充加气混凝土炉渣混凝土保温砌块砌筑墙体的热阻可达0.83 m2·K/W。

(3)炉渣的引入也很好地改善了炉渣混凝土保温砌块的热工性能。

摘要：墙体自保温材料是墙体材料革新和节能建筑的重点发展方向。通过对保温砌块规格、孔型和块型的综合分析,设计出一种炉渣混凝土保温复合墙体自保温材料,并重点分析和研究其热工性能。试验结果表明:炉渣的引入及聚苯板、加气混凝土的填入极大地改善了砌块的热工性能,三排孔填充聚苯板炉渣混凝土保温砌块的热阻可达1.13 m.2K/W,三排孔填充加气炉渣混凝土保温砌块的热阻可达0.83 m.2K/W。

关键词：炉渣混凝土,保温复合砌块,传热性能,聚苯板,加气混凝土

参考文献

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[6]何水清,单维升.混凝土小型空心砌块块型设计[J].房材与应用,2002(10):34-36.

混凝土夹芯复合砌块 篇4

1充分了解混凝土小型空心砌块及泡沫混凝土复合保温材料性能

混凝土小型空心砌块及泡沫混凝土复合保温材料是以混凝土小型空心砌块为成型材料, 以泡沫混凝土为填充材料的一种新型复合外墙保温材料。它综合了两种材料的优点, 充分发挥其作用。混凝土小型空心砌块是以水泥为胶凝材料, 添加粗细砂石等为骨料, 经过计算配料、加水搅拌, 振动加压成型, 在标准条件下养护制成的具有一定空心率的砌块材料。具有自重较轻, 热工性能好, 抗震性能好, 砌筑方便, 墙面平整度好, 施工效率高等特点。不仅可以用于非承重墙, 较高强度等级的砌块也可用于多层建筑的承重墙。作为承重砌块与非承重砌块, 承重砌块强度等级一般在MU7.5以上;非承重砌块强度等级一般在5.0以下。另外, 根据其空隙率较大的特性, 也可用于有隔声要求的墙体。混凝土小型空心砌块可充分利用我国各种丰富的天然轻集料资源和一些工业废渣为原料, 对降低砌块生产成本和减少环境污染具有良好的社会效益和经济效益。泡沫混凝土又名发泡混凝土, 是将化学发泡剂或物理发泡剂发泡后加入到胶凝材料、掺合料、改性剂、卤水等制成的料浆中, 经混合搅拌、浇注成型、自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它属于气泡状绝热材料, 突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔, 使混凝土轻质化和保温隔热化。泡沫混凝土砌块 (又称免蒸压加气块) 属于加气混凝土砌块的一种, 其外观质量、内部气孔结构、使用性能等均与蒸压加气混凝土砌块基本相同。泡沫混凝土砌块的生产, 采用 (发泡剂通过) 发泡机物理制泡后, 再将气泡加入水泥浆中混合;泡沫混凝土砌块内部气孔不相通, 而蒸压加气块内部气孔连通, 所以相对来说泡沫混凝土砌块保温性能更好, 渗水率更低, 隔音效果更好。泡沫混凝土砌块采用常温养护或干热养护。两种材料在应用中总是需要外挂岩棉板、聚苯乙烯泡沫板、保温浆料才能满足节能设计要求, 但施工、安全等方面存在不少问题。通过在混凝土小型空心砌块的空腔内填充入低密度的泡沫混凝土, 使两者结合构成一种新型墙体自保温材料, 使其具有良好的保温隔热性能, 满足我国建筑节能对墙体材料的要求。

2重视设计、施工过程, 解决实际应用中的问题

1) 做好设计工作, 加强基本构造措施。

此种复合保温墙体材料为混凝土材料, 为减少温差产生的温度应力对上部墙体的不利影响, 设计时在建筑物两端开间的窗台处沿内外墙及山墙设置钢筋砼墙带或配筋砌体。控制顶层墙体裂缝的关键是降低屋面与墙体之间的温度差。因此必须同时采用保温层和隔热层, 在檐口处的保温层厚度必须满足允许温差的要求。同时, 隔热层应满铺, 不得在檐口处出现空档。在屋盖适当部位应设置分隔缝。在各层窗台处均设置钢筋混凝土窗台梁, 以减少由于压力差引起的裂缝。同时提高底层窗台下砌筑砂浆的强度等级。若在不均匀地基的情况下, 增加地圈梁的刚度, 并在底层窗台墙体的第二与第四皮灰缝中各设置Φ4钢筋点焊网片, 用以控制竖向裂缝的产生。

2) 施工方面的控制措施。

砌筑工人应持证上岗。上岗前应做好技术交底, 要求每一层的同部位墙体应由同一人施工。施工中, 应严格执行已确定的砌筑砂浆配合比。砌筑水平灰缝时用座浆法铺浆, 砌筑竖缝时先将小砌块端面朝上铺满砂浆, 然后上墙挤紧, 并用泥刀在竖缝中插捣密实, 做到随砌随

勒缝, 用以保证墙体有足够的抗拉、抗剪强度。若需要移动已砌好砌体的小砌块或被撞动的小砌块时, 应重新铺浆砌筑, 控制砌块周围裂缝的产生。顶层内粉应在屋面保温层、隔热层施工完毕后进行, 以降低温差的影响。外墙粉刷宜在结构封顶后, 并在墙体干缩基本稳定后施工, 防止以后粉刷开裂。装修、使用过程中未经有关管理部门同意, 不得随意破坏墙体整体性。

3加强政策方面的宣传和对发展新型复合保温材料的扶持

在发展新型材料的过程中, 要有明确的目标和有力的措施。2012年9月26日国家发展和改革委员会宣布, 为深入推进墙体材料革新, 节约能源资源, 有效保护耕地和环境, 推动资源综合利用, 促进节能减排目标任务的实现, 我国将在“十二五”期间在上海等数百个城市和相关县城逐步限制使用粘土制品或禁用实心粘土砖。通过推进城市“限粘”, 开展县城“禁实”, 促进新型墙体材料领域节能降耗。推动全国新型墙体材料行业节约1 000万t标煤以上, 力争到2015年新型墙体材料产品生产能耗下降20%, 促进本地区节能减排目标的完成。全国30%以上的城市实现“限粘”、50%以上县城实现“禁实”, 有序推进乡镇、农村“禁实”工作。国家对“禁实”和发展新型墙体材料实行鼓励和扶持政策;如利用工业废弃物生产的建材产品给予免征所得税优惠;协调税务部门进一步出台了鼓励发展新型墙体材料的税收优惠政策;对利用工业废渣、建筑垃圾、江河淤泥制作的新型墙材给予减半征收增值税优惠;对实心粘土砖瓦企业增值税由小额纳税人提高到17%税率的限制政策。会同财政部门出台了《新型墙体材料专项基金征收和使用管理办法》, 有力地支持了新型墙材的发展。

总之, 抑制实心粘土砖的生产和使用, 发展非粘土类、节能环保型的新型墙体材料, 如混凝土小型空心砌块及泡沫混凝土复合自保温材料, 全面推广节能建筑, 禁止使用实心粘土砖, 推进墙体材料革新, 是贯彻落实科学发展观, 节约资源, 保护土地和环境, 实现经济社会可持续发展的重要举措, 功在当代, 利在千秋。

摘要：实心粘土砖大量占用破坏土地、消耗能源、污染环境, 是一种资源消耗型产品。抑制实心粘土砖的生产和使用, 发展非粘土类、节能环保型的新型墙体材料, 全面推广节能建筑, 禁止使用实心粘土砖, 推进墙体材料革新, 是实现经济社会可持续发展的重要举措。在新的历史条件下, 环保节能型建筑材料层出不穷, 但性能单一, 为了更加全面地改善外墙的保温性能, 发展新型复合保温材料是一种方向。混凝土小型空心砌块与泡沫混凝土完美结合的外墙复合自保温材料实现了材料性能的优势组合。

关键词：墙体材料,混凝土小型空心砌块,泡沫混凝土,复合自保温

参考文献

[1]李立君.实用建筑节能工程设计[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[2]杨昌鸣.建筑资源的再利用策略[M].北京:中国计划出版社, 2010.

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混凝土夹芯复合砌块 篇5

随着我国城市化进程不断深化及可持续发展战略部署的提出, 国家对建筑工程领域出台了一系列关于建筑节能的规划与制度, 其中要求新建建筑节能达到65%及以上[1]。围护结构节能在建筑节能中占有很大比重, 而墙体材料节能更是重中之重。为了取得更好的保温效果, 目前, 我国所用的外墙材料是由两部分组成, 即主体墙外加有机保温板, 这种结构在单纯保温方面取得了较大的节能效果, 但同时也带来了诸多问题, 外加保温板需要在主体建筑完成之后, 再进行二次保温板的粘结施工, 而且目前所使用的保温板大多为有机材料, 不可降解, 对环境污染较大, 另外, 有机类保温板的防火性能差[2], 由此引起的火灾触目惊心。所以, 在建筑围护结构上使用保温性能好、经济、环保及不燃、阻燃的墙体材料势在必行。

泡沫混凝土内部富含细小密集的封闭气泡, 具有良好的保温性能, 将其填充至再生混凝土空心砌块内, 制成集保温、隔热、阻燃、自承重为一体的复合自保温砌块, 直接用于外墙施工, 可以解决目前外墙及外保温所面临的困扰。本文对此复合再生混凝土砌块进行试验研究, 以期为进一步的深入研究及应用提供参考。

1 试验材料与砌块结构

1.1 泡沫混凝土的原材料与配制

试验使用的胶凝材料为复合胶凝材料, 是将具有快凝效果的铝酸盐水泥掺入普通硅酸盐水泥混合而成, 这样有效地解决了普通硅酸盐水泥凝结速度慢的缺点。混凝土发泡剂采用复合型JZ-1发泡剂, 其泡沫稳定性好且发泡量较大。在原材料中添加聚丙烯纤维, 可以有效提高泡沫混凝土的早期抗裂性能。使用聚羧酸减水剂, 减水可率达40%以上, 掺量少且流动性好。试验用细骨料为中砂, 细度模数2.8。试验用水为自来水。

本文采用机械发泡的方式预制泡沫来制备泡沫混凝土[3]。将复合型JZ-1发泡剂按1∶25的比例稀释成水溶液, 在乳化机制泡机中制成均匀稳定的泡沫。然后将制好的泡沫逐渐加入装有其它材料的混凝土搅拌机中, 为了使制得的泡沫与水泥浆体更充分接触, 在搅拌过程中, 每隔1 min人工翻搅1次, 共搅拌3~4 min, 即可卸料成型。制成100 mm×100 mm×100 mm立方体试件, 塑料布覆盖后在密封条件下自然养护3 d脱模, 继续养护至相应龄期后进行试验。

1.2 再生混凝土砌块的原材料与制作

试验应用自主研制的Z型空心砌块, 其整体形状及平面尺寸见图1, 其中砌块高240 mm, 肋壁一律采用20 mm壁厚。试验用的粗骨料完全采用再生粗骨料, 粒径5~10 mm, 源于佳木斯市某住宅小区拆除的混凝土梁;混凝土标号为C30;细骨料为江砂, 中砂;普通硅酸盐水泥及佳木斯市自来水;减水剂为聚羧酸减水剂。

将配制好的新拌泡沫混凝土灌注到养护好的再生混凝土空心砌块中, 抹平, 继续养护至28 d, 进行抗压强度及热工性能测试。

2 试验结果与分析

2.1 泡沫混凝土基本性能试验

采用0.40、0.45、0.50共3种水胶比配制泡沫混凝土, 养护至相应龄期后进行密度、吸水率、抗压强度和导热系数测试, 水胶比对泡沫混凝土性能的影响分别见图2~图5。

从图2~图5可以看出:

(1) 在试验的水胶比范围内, 无论泡沫混凝土的干密度还是湿密度都随水胶比的增大而降低, 其中水胶比为0.50的泡沫混凝土的干密度最小, 低至520 kg/m3, 即500级。 (2) 泡沫混凝土的吸水率随水胶比的增大而呈现出先升高后降低的现象, 其中水胶比为0.45的泡沫混凝土吸水率最大, 水胶比为0.50的泡沫混凝土体积吸水率略大于水胶比为0.40的, 而质量吸水率则略小于水胶比为0.45的。 (3) 泡沫混凝土的7 d及28 d抗压强度随水胶比的增大呈现出先降低后升高的趋势, 水胶比为0.45的泡沫混凝土最低, 而水胶比为0.40与0.50的泡沫混凝土则相差不大。而水胶比对3 d抗压强度影响不大。 (4) 泡沫混凝土的导热系数随水胶比的增大而降低, 水胶比为0.50的泡沫混凝土最低, 为0.825 W/ (m·K) 。

分析原因, 水胶比较小时, 混凝土流动性差, 在配制过程中破坏部分气泡[4], 使得成型后的泡沫混凝土内部气泡含量降低, 故密度较大、吸水率较低、抗压强度较高。而水胶比较大时, 混凝土的流动性好, 且在混凝土内部存在游离的自由水, 不仅可以使水泥能够充分水化成C-S-H凝胶, 而且在混凝土硬化的过程中, 部分自由水蒸发而留下孔隙, 这使得混凝土的强度较高且密度较小, 同时导热系数最小, 热工性能最好。

2.2 复合自保温再生混凝土砌块的基本性能试验

对再生混凝土空心砌块及填充0.40、0.45、0.50水胶比泡沫混凝土的自保温再生混凝土砌块进行抗压强度及热工性能试验, 结果见图6和图7, 其中C-0表示再生混凝土空心砌块, C-1、C-2、C-3分别表示填充0.50、0.45、0.40水胶比泡沫混凝土的砌块。

从图6可以看出, 所有填充泡沫混凝土的自保温再生混凝土砌块的抗压强度均高于未填充的再生混凝土空心砌块, 且随所填充泡沫混凝土水胶比的降低, 抗压强度逐渐提高, 填充0.40水胶比泡沫混凝土砌块的抗压强度达4.78 MPa, 填充0.50水胶比泡沫混凝土砌块的抗压强度可达到3.63 MPa, 此强度完全可以作为承重砌块使用。分析原因, 由于填充入新生泡沫混凝土后, 泡沫混凝土中水泥浆部分渗入再生混凝土空心砌块的孔隙, 并凝结硬化, 使砌块得到强化, 抗压强度提高。另外, 泡沫混凝土在凝结硬化过程中与再生混凝土空心砌块内表面良好粘结, 使得砌块在受压破坏时出现横向阻力, 也使得砌块的抗压强度有所提高[5]。而出现强度差异主要是因为泡沫混凝土水胶比的不同, 自身抗压强度也有所不同, 自身强度较低的泡沫混凝土与空心砌块复合后, 强度增加相对较少。

从图7可以看出, 填充泡沫混凝土的自保温再生砌块的导热系数均小于未填充的再生混凝土空心砌块, 且导热系数均小于1.0 W/ (m·K) , 符合国家对节能65%的要求。而在3种填充泡沫混凝土的复合砌块中, 填充0.40与0.50水胶比泡沫混凝土的复合砌块的导热系数较低, 分别是0.827 W/ (m·K) 和0.861 W/ (m·K) , 而填充0.45水胶比泡沫混凝土的复合砌块的导热系数略高, 为0.965 W/ (m·K) 。原因分析, 由于泡沫混凝土内部含有丰富的微小封闭气泡, 能有效地阻隔热的传导[6], 使得复合砌块的热工性能提高。另外, 由于水胶比不同, 泡沫混凝土内部的气泡量及孔结构也不尽相同, 所以导热系数有差别。

3 结论

水胶比对泡沫混凝土密度、吸水率及抗压强度均有一定程度的影响, 综合实际工程中对于泡沫混凝土的应用, 建议使用0.50水胶比配制泡沫混凝土。试验中水胶比为0.50的泡沫混凝土干密度达500级, 体积吸水率35%, 质量吸水率57%, 28 d抗压强度1.66 MPa, 导热系数0.832 W/ (m·K) , 完全可以满足施工对于泡沫混凝土保温隔热要求。

填充0.50水胶比泡沫混凝土的复合自保温再生混凝土砌块的抗压强度可达3.63 MPa, 完全可以作为承重墙体砌块使用。其导热系数为0.861 W/ (m·K) , 符合国家对节能65%的要求。

参考文献

[1]田斌守, 章岩, 杨树新.节能65%目标与自保温混凝土砌块[J].混凝土与水泥制品, 2008 (1) :49-52.

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混凝土夹芯复合砌块 篇6

1 试验砌块的基本情况

带有发泡聚苯乙烯层的复合混凝土小型空心砌块的外形和尺寸如图1、图2所示。

从图2可知,该砌块由3部分组成:a为普通的混凝土小型空心砌块,长×宽×高为390 mm×190 mm×190 mm,用作墙体中的承重部分;b为聚苯板,厚度为25 mm,用作隔声、隔热材料,聚苯板两侧有15 mm厚的燕尾榫与混凝土块内的燕尾槽咬合;c为外层混凝土保护层,厚度为25 mm,用作墙体的围护部分,材料与a相同;该砌块由德国进口生产线生产,产品一次成型。

2 墙体抗压承载力试验拟采用的试验方案

用来砌筑的墙体砌块主块长×宽×高为390 mm×270 mm×190 mm;由于砌筑要求以及尺寸限制,砌筑时所采用的辅助砌块(简称辅块)为主块的1/2,砌块长×宽×高为190 mm×270mm×190 mm。其中圈梁长度为1 m,圈梁的混凝土的强度等级按照C20进行设计,其截面尺寸宽×高为270 mm×200 mm。墙片高度为2 m(见图3),试验中拟考虑对这片墙体施加作用在主块(不包括聚苯层)中心的轴向压力[1,2]。

这种带有聚苯层的混凝土小型空心砌块及砌体的抗压强度试验结果如表1、表2所示。

砌块破坏形态描述:砌块的主块被压酥,保护层出现外鼓现象,第1条裂缝均出现于主块上。

砌体破坏形态描述:短边中央首先出现竖向裂缝,最后连成竖向通缝,长边沿砂浆缝方向出现裂缝,保护层中间出现竖向裂缝。有轻微外凸,未脱落。

2 有限元分析参数的设置

为了给这种新型空心砌块砌体进行实体加载试验提供开裂荷载、破坏荷载的依据,我们对加载方案中的试验墙片进行了有限元分析。本文拟采用Ansys 8.0对墙片进行有限元分析。

2.1 单元模型

试验墙片由复合混凝土小型空心砌块、砂浆、混凝土梁组成,其中砌块由混凝土材料和聚苯板2种材料组成。分析过程中,墙体的保护层和承重层定义为同一种材料,聚苯板假定为一种抗压强度和抗拉强度比较低的材料[3]。在定义实常数时,混凝土梁和混凝土砌块均采用其实际的材料性质,而聚苯板则赋予其一个较小的弹性模量[4]。

2.2 材料模型

(1)钢筋采用各向同性的弹塑性材料模式,在对试验模型进行非线性有限元计算中,输入初始化弹性模量、屈服应力以及硬化弹性模量[5]。

(2)定义混凝土的材料模型,须输入所需的材料特征参数,Ansys需要输入:初始弹性模量、泊松比、材料密度、单轴状态下的应力-应变曲线、最大抗拉强度、双向受力状态下的条件破坏等一系列参数[6]。混凝土的受压应力-应变曲线[7]如图4所示。

(3)复合混凝土小型空心砌块材料模式类似于混凝土材料模式,也需要输入:初始弹性模量、泊松比、材料密度、单轴状态下的应力-应变曲线,最大抗拉强度、双向受力状态下的条件破坏等一系列参数。砌体应力-应变曲线研究资料很少,砌体材料离散性较大,因加载和测量方法的不同,实测的应力-应变曲线也存在一定差异。在建立模型的时候,参考了190 mm厚小型空心砌块的文献和资料,如图5所示。Ansys要求输入的其它材料特性参数[8,9,10]见表3。

2.3 模型的建立

对该砌块墙在Ansys中建立的几何模型和单元的划分如图6、图7所示,同时,假定该模型的约束情况为下端固定、上端自由。

3 复合混凝土小型空心砌块墙受力性能的非线性有限元分析结果

3.1 墙体开裂荷载下形态的分析

对该墙体施加轴心压力,墙体的开裂荷载通过分析可知为1090 kN,初始裂缝出现在承重层的竖向灰缝处,具体情况如图8、图9所示。

3.2 墙片破坏荷载下形态的分析

墙片的破坏荷载经分析可知为1150 kN,破坏形态如图10所示。从图10可以看出,墙片已经明显地向承重层侧弯,侧弯幅度较大。

4 墙片抗压承载力试验结果

试验墙片承受轴心压力,加载千斤顶的加载中心位于砌块主块中心,测点布置见图11。

当施加的荷载较小时,试件的竖向应变与应力基本成正比发展,当荷载为944 kN时,承重层表面出现初始裂缝,然后保护层表面开始出现初始裂缝,两面的裂缝都是开始于竖向砂浆缝。随着荷载的增大,承重层和保护层表面裂缝沿着竖向砂浆灰缝开始深入砌块内,数目和长度都在不断增加。当荷载为950 kN时,承重侧墙面初始表面裂缝开始延长进入几皮砌块内部,同时,在承重侧下角部产生局部压坏的斜裂缝,裂缝向墙角伸展[11]。当荷载为970 kN以上时,承重墙竖向裂缝迅速开展,连通。保护层一侧几条主要竖向裂缝宽度变大,裂缝间砌块外凸。承重侧墙面竖向裂缝开展变快[12]。当荷载为982kN时,肉眼就可以看见竖向裂缝迅速发展,连通。墙体被竖向裂缝分为多个受压小柱,此时,砌体的保护层发生突然的外鼓,墙体破坏,如图12所示。

5 结果分析

从上面的图形可以看出,Ansys在模拟复合砌块墙承受施加于混凝土主块中心的压力时,产生第1条裂缝的荷载为1090 k N,这与实验中的开裂荷载944 kN,相差了一定的数值,在实际情况中第1条裂缝出现的位置为承重层的中间偏上的竖向砂浆处,与模型中第1条裂缝的出现位置稍有偏差,破坏荷载为1150 kN,而实际墙片的破坏荷载为982 k N,两者也有所偏差,分析原因有如下几点:

(1)材料的本构关系。不论是砌体材料还是混凝土材料,其本构关系和破坏准则都比较复杂,没一个统一的精确的公式。

(2)单元模型的选择。用有限元单元模型solide45来模拟空心砌块,存在着很大的差异。

(3)材料参数。砌体是由离散的砌块和砂浆组成的各向异性非线性材料,用各向同性的单一材料模型来模拟砌体,存在很大的误差。

(4)结构细部的简化。砌体结构中很多细部构造,对砌体结构受力性能起着很重要的作用,而且,在该复合砌块砌体墙中,苯板和砌块之间的连接在受力过程中比较复杂。分析过程中把这些因素都简化也会使分析结果与实际结果有差异[13]。

(5)用Ansys模拟受压墙体时,是通过分割命令将复合砌块中的各层分离出来,然后再定义不同的材性,因此,模型中的这几种材料理论上是完全结合在一起的。而实际的试验中,混凝土承重层、聚苯板层和混凝土保护层是通过榫接进行连接的,由于搬运和砌筑的原因,三者间在受力之前就有一定程度的松动是难免的。

(6)试验中,墙体通过基底座浆与地面相连,而Ansys则假定墙体的下部与基础完全刚性连接,这对墙体内部应力的分布有一定的影响。

混凝土夹芯复合砌块 篇7

位于吉林省九台市营城镇的吉林光大实业集团光发煤矸石砖厂是一家大型资源综合利用企业,主要生产煤矸石烧结空心砖。全厂占地22万m2,项目为一次规划,分三期建设。第三期工程设计规模为年产5.2亿块(折普通砖)煤矸石空心砖,现已完成该期建设并投产,其中包括年产1.2亿块煤矸石烧结空心砖生产线3条,年产8000万块煤矸石烧结空心砖生产线2条。该项目由西安墙体材料研究设计院承担设计,全套设备和窑车由双鸭山东方墙材工业有限责任公司提供,生产线采用全自动化控制,为引进消化吸收法国西方公司半硬塑高压挤出成型、大断面隧道窑干燥焙烧连续作业的生产技术,全内燃(自燃)一次码烧工艺。在生产线总体技术和生产管理处于国内同行业领先水平的基础上,作为“十一五”规划重点工业国债配套项目,在国家开发银行的融资支持下,该企业又开发建设了夹芯式注孔保温全煤矸石烧结砌块生产线。利用这种保温烧结砌块砌筑的墙体,在不增加其它保温措施的前提下,兼备围护和保温的双重功能,可达到严寒地区第三阶段围护结构建筑节能65%的目标,大幅度提高建筑物的居住舒适度。有利于墙体施工质量的保证,克服外保温墙体和复合保温墙体的各种弊端,特别是墙体的抗风化性能和装饰性明显优于其它类型墙体,综合技术经济效果显著。由于该产品的基体属于传统墙体材料的烧结制品,更易于被用户接受,又提高了烧结煤矸石砖的产品附加值,能够集利废、生产节能和建筑节能于一体,已经获得吉林省环境保护协会颁发的绿色产品证书,填补了吉林省单一烧结墙体材料自保温围护结构的市场空白。

1 原料

1.1 煤矸石

选用泥质页岩煤矸石和炭质页岩煤矸石为烧结砌块的原料。煤矸石化学成分中,SiO2含量在50%左右,Al2O3含量在20%左右,有害成分CaO含量不超过9.4%,MgO含量不超过2.9%,SO3含量小于1%较合适。因为CaO含量过高制品易发生石灰爆裂,MgO和SO3含量过高制品易膨胀开裂,造成松散或崩溃,SO3含量过高易造成白霜。煤矸石矿物成分中,属黏土矿物的伊利石、蒙脱石、高岭石总量应在40%以上;有害矿物方解石、白云石、硅灰石总量应小于5%,二水石膏含量应低于2%。煤矸石的热值过大,对烧结砌块的产量和质量不利,大量实践表明,一般情况下,混合料的发热量为1670~2090 kJ/kg时较为合理,窑炉净容积的烧结制品日产量和质量可以稳定地达到较高水平。

但是,实际原料是已经堆存50年以上、风化程度较高和热值较大的过火煤矸石,且含水率较高、砂岩含量过多的混合煤矸石,对采用全煤矸石自燃烧制空心砌块的生产工艺和管理水平方面带来设备效能利用率问题的压力。

1.2 聚苯乙烯粉料

聚苯乙烯(EPS)树脂由市场购入,将掺入发泡剂的该原料经过自动控制间歇式预发或者连续式预发聚合制成满足热工标准密度的泡沫微珠(珠粒),并且使制成的泡沫微珠为符合建筑防火要求的自熄型(阻燃型)半成品。要求用该粉料能够生产出满足GB 10801—2003《隔热用聚苯乙烯泡沫塑料》所规定的技术要求的产品,具体为EPS泡沫塑料导热系数达到0.04 W/(m·K),表观密度约15 kg/m3。因此,在加工过程中对可发性聚苯乙烯泡沫珠粒的密度控制,是保证泡沫塑料制品成型后达到保温隔热指标的关键技术条件。

2 全煤矸石烧结空心砌块的生产

2.1 原料破碎

经过风化的煤矸石采用粗碎和细碎的二级粉碎方法。不同部位开采的煤矸石分别由装载机直接供入板式给料机,经破碎机粗碎的煤矸石由箱式给料机混合配料后再进行细碎;亦可用铲车对不同部位开采的煤矸石先进行配料,再对混合煤矸石进行粗碎和细碎。细碎后的物料经搅拌机加水搅拌,进入陈化库陈化。

粗碎采用颚式破碎机,可由颚板将物料夹碎;细碎则采用锤式破碎机,一般要求物料实际含水率小于8%,它是利用快速旋转的锤头对原料进行冲击粉碎,设备具有破碎比高(10~50),体型紧凑,构造简单,生产能力高而能耗较低等优点[1],并适当调整锤式破碎机的篦子板尺寸和更换锤头的材质。同时,针对煤矸石风化时间长、矸石料的粉状颗粒多、含水率高和砂岩量大的特点,特别增加了振动筛的物料粒度挑选功能,从而保证了颚破和锤破的正常运行。北方冬季的原料制备困难是生产过程中的一个特殊现象,含水率较高的物料易冻结,再加上掺雪的影响,虽然给颚破和锤破2个工序作业增加了难度,但振动筛的筛分作用能够解决这个技术难题。

在锤式破碎机后增加筛分工序,严格控制破碎后原料的粒度应小于1.5 mm。原料的塑性指数以10~13为宜,在加水搅拌的情况下,粒度越小,表面积越大,粉料外层的薄膜滑动能力愈强,因而可以增加或改善成型时的可塑性,可以提高坯体的致密性。粉料的粒度小,则粉料之间的空隙就小,提高了密度,进而增强了烧结制品的抗冻性能;加快在焙烧过程中的反应速度,坯体内的各种组分因表面积大,其反应速度比粗料要快,同时可降低焙烧温度;可以对有害物质起分散作用,煤矸石中的CaO、MgO含量超过一定范围是有害的,若粒度过粗,会使制品发生爆裂;若粒度小,煤矸石中的CaO、MgO等成分吸收水分后,所生成的Ca(OH)2、Mg(OH)2因体积膨胀而产生的应力就会愈小,因此,控制较小的粒度,可以对有害的杂质起分散作用,坯体的致密性好,制品的抗压强度高。

混合煤矸石的发热量和粒度指标应严格控制,针对市场需求生产的各种规格型号的烧结空心制品,在保证焙烧温度标准的前提下,全煤矸石混合物料的配合比(发热量)也应及时进行调整。对于空心率较高的烧结砌块,细碎后的混合物料控制在1~2 mm的颗粒含量小于10%,而小于0.5 mm的颗粒含量应大于60%(见表1)。

2.2 陈化处理

陈化指将粉磨至所需细度的混合料加水浸润,使其颗粒进一步细化并促使水分分布均匀。陈化一般可使煤矸石混合料的塑性指数提高1.2~3,从而提高坯料的成型性能与干燥性能[2]。破碎后的煤矸石经加水搅拌、陈化后,混合料塑性有较明显提高,成型性能显著改善。

提高陈化温度能加快水分浸润物料的速度,使混合料均化程度提高,但夏季陈化库内温度太高,不利于工人操作,并加快了水分蒸发。采用全封闭的陈化库进行陈化,效果最好。应特别注意当地的冬季气温很低,由于通过调整陈化库的密闭性,缩小蓄热空间,增加热风设备,充分利用成品车间余热调整陈化库温度,并要采取保温措施,提高粉料的陈化效果,冬季陈化库内能满足最低温度应在5℃以上的要求。

物料含水率应适当,一般陈化水分应稍小于成型水分或与成型水分相同,使后续生产中水分既容易调节,又能达到陈化效果。实际陈化时间不少于72 h,全煤矸石混合料的含水率可达到14.5%~15.5%,为坯体半硬塑挤出成型创造了良好条件。

2.3 原料碾练

由挖掘机从陈化库中取出陈化后的物料,经箱式给料机计量,在二次搅拌机中加水调整物料至成型含水量,最后由湿式轮碾机或对辊机对物料颗粒进行处理。

物料陈化后,应采用能对制砖原料进行拌合、粉碎、疏解、挤压、捏合、混合、均化等功能的轮碾机。轮碾机比对辊机(细碎)具有更有效的细化作用,它可改善物料的颗粒级配,进一步提高其塑性,从而改善坯体外观和内在质量。其碾盘上没有筛孔,刮板将已碾压至少2遍的原料从碾盘侧面刮出,混练效果非常好。轮碾机对小于0.6 mm颗粒的细化作用略好于对辊机,即颗粒愈细,对颗粒的细化作用和混合均匀效果愈明显。

轮碾机对排除混合料的气体,增加密实度,提高坯体成型性能、干燥性能和内在质量的作用尤为突出。制造轮碾设备虽耗钢量多,自重大,造价高,但轮碾设备处理原料的效果是其它设备无法取代的。

2.4 半硬塑成型

半硬塑成型介于软塑和硬塑之间,和硬塑相比,坯体含水率较高,挤出压力小,码坯层数较少,物料的含水率和塑性指数控制适中,可用于一次码烧工艺。

采用挤出压力大、坚固耐用的双级真空挤砖机。其技术参数为:实际物料成型水分14.5%~15.5%,真空度小于-0.090MPa,抽真空稳定在90.8%以上,挤出压力大于2.0 MPa,湿坯强度稳定在0.25~0.30 MPa,可满足码坯成垛后坯体不变形,并能承受窑车进入干燥室的运行过程。一次码烧工艺对原料制备和湿坯的技术要求[3]对比见表2。

2.5 干燥和码烧

采用隧道干燥室进行干燥,干燥介质为隧道窑冷却带换取的高温空气、预热带尾部的高温烟气以及窑顶腹腔换取的热空气。通过余热利用,降低了干燥过程中的热耗,缩短了干燥周期。干燥介质温度一般要求控制在120℃左右,温度过高,易造成坯体脱水过快而产生裂纹;温度过低,坯体脱水太慢会影响产量,坯体脱水要平稳,应保证排潮湿度接近饱和(相对湿度95%~100%),使高温水气及时排掉,防止砖坯吸潮垮塌,即所谓的回潮现象,对于严寒地区和多风地区,要采用正压排潮,干燥后坯体中实际水分含量小于3%。

焙烧窑炉采用大断面吊平顶节能型隧道窑,通过在炉门和窑体使用岩棉外保温技术,提高热效率,窑车上码放空心砌块坯体6层,空心率32%。在焙烧室内一般可分为3带,从窑车入口端依次为预热带、烧成带、冷却带;其中在烧成带,坯体达到烧成温度,坯体内部进行着剧烈的物理和化学反应,这时所供空气量一定要充足,让坯体充分燃烧;在冷却带,坯体冷却不能太急,否则也要影响产品质量,焙烧过程中注意采用负压操作。

3 EPS泡沫塑料的注孔成型

3.1 珠粒预发泡

珠粒预发泡是为了保证成型后的泡沫塑料制品获得较低的表观密度和均匀性[4],即可使表观密度得到更多的降低以减少密度梯度的形成。蒸汽预发泡的主要设备为蒸汽预发泡机,在预发泡机的机筒内,将适量的聚苯乙烯树脂粉料(EPS)、发泡剂丁烷、分散剂、增效剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和阻燃剂等混合均匀,余热锅炉产生的高压蒸汽通过贮气罐送入,其能量来自于隧道窑中焙烧时的余热。如果预发泡温度在玻璃化温度以下,分子链段运动困难,粉料受热软化形成的珠粒所含气体则不能使其膨胀;如果预发泡温度高于粘流温度,则珠粒开始变为熔体,气体会从熔体中逸出,因此预发泡温度应在材料的玻璃化与粘流温度之间[5],为了保证在具有较大发气量的区间进行预发泡,当珠粒发亮时,膨胀已达到极限,发泡气体已经完全逸出,实际预发泡温度应为105℃以下。

聚苯乙烯树脂粉料受热软化形成的珠粒,使发泡剂渗入其内部并受热汽化,使珠粒膨胀产生互不连通的泡孔,同时水蒸气也不断向泡孔渗透,增加泡孔内的总压力,并阻止发泡剂外逸。在筒体内部搅拌器的搅拌作用下,预发泡珠粒因密度差异,轻的上浮,重的下沉,并在下部进料的推动下,沿筒壁不断上升,到达出料口,在离心力的作用下落入风管内,进入吹干器吹干表面水分。但是随着发泡时间的增长,珠粒的表观密度出现一个最小值,即发泡已达到最大程度,此时,如果时间过长,珠粒就会出现塌陷。因此,发泡时间不宜过长。

3.2 烧结砌块内EPS泡沫塑料的注孔成型

出隧道窑窑车上的烧结砌块要经过拣选,剔除外观有瑕疵和几何尺寸偏差较大的部分。烧结砌块的抗压强度、几何尺寸准确性和外观完整性,是满足烧结砌块内注入聚苯乙烯泡沫珠粒、承受冲入高温高压蒸气的压力作用和EPS泡沫塑料注孔成型的前提条件。

EPS泡沫塑料制品的注孔成型机上烧结砌块装入底模位置要准确,套模和上模在就位时的压力要保证模具密封严密,还要保证块体能够承受压力。成型模具(模腔)由内外壁组成,双层壁之间的空间形成蒸汽室,充满高温高压蒸汽用于加热珠粒,模具内壁尺寸即为烧结砌块的实际尺寸,模腔外壁套以蒸汽水箱,底模具有气孔,以使蒸汽透过发泡珠粒而扩散出去。在加热过程中,要求首先对烧结砌块基体进行预热后,才能用压缩空气吹入需要蒸气加热的预发泡的珠粒,因此烧结砌块基体具有较高的温度才能保证注入泡沫珠粒能够充分膨胀和软化。

对预发泡的珠粒加入量、蒸汽的温度和蒸汽流量等工艺参数应进行严格的控制,并且能够根据块型的变化进行参数的调整。塑料制品的成型(模压)温度应使珠粒含有的发泡剂迅速气化,并保证珠粒表面软化,使相邻的珠粒表面紧密接触直至界面消失,即通入压缩空气将预发泡珠粒吹入并填满模腔,再次蒸汽加热使珠粒发泡胀满粒间空隙,并粘结成整体,然后注入冷水降温定型。实际蒸汽压力0.4 MPa,蒸汽温度110℃,每块砌块注孔用预发泡珠粒60~70 g。

4 主要工艺过程和产品性能特点

4.1 主要工艺过程

(1)开采风化多年的煤矸石→推土机混合配料→装载机→板式给料机→颚式破碎机粗碎→受料斗→胶带输送机→锤式破碎机细碎→胶带输送机→箱式给料机→胶带输送机→双轴搅拌机(加水)→胶带输送机→受料斗→可逆移动配仓胶带机→陈化库陈化→液压多斗挖掘机→胶带输送机→箱式给料机→胶带输送机→双轴搅拌机(二次加水)→胶带输送机→湿式轮碾机→胶带输送机→双级真空挤砖机半硬塑挤出成型→自动切条机切坯→胶带输送机→自动码坯机→窑车→隧道干燥室→隧道窑一次码烧→烧结砌块外观拣选。

(2)空压机→贮气罐→压缩空气送料→EPS粉料、发泡剂及其它助剂混合均匀→蒸汽预发泡机→贮气罐送入高压蒸汽加热发泡(来自余热锅炉)→珠粒预发泡→压缩空气送料→贮料仓→压缩空气送料→注孔成型机的成型模腔→注孔成型机上烧结砌块和模具就位(需要蒸汽预热)→贮气罐送入高温高压蒸汽→烧结砌块内EPS泡沫塑料制品的注孔成型→注入冷水降温冷却定型→拆模卸去保温烧结砌块成品。

4.2 产品性能特点

夹芯式注孔保温全煤矸石烧结砌块主要用于钢筋混凝土框架结构的非承重填充外墙或者内隔墙,在不增加其它保温措施的前提下,具有围护结构和保温的双重功能。按照东北地区建筑的传统习惯,墙体总厚度应小于400 mm(不超过2块保温烧结砌块的厚度),在满足建筑模数要求和便于施工的情况下,对砌块型体进行设计,应满足严寒地区建筑结构和外墙体热工指标的要求,研制新的块型和孔型。

砌块采用的矩形孔比其它孔形(菱形、方形和圆形等)的导热系数更小,内外壁高强挤密实,气密性好且厚度一致,有利于快速干燥和焙烧时不易干裂。实际检测表明,这种孔形的烧结空心砌块具有较好的保温性能和较少的施工漏浆特性。由于孔形设计比较合理,且密度较小,壁肋较薄,减少了导热桥,吸水率较低,减少了热损失,提高了热阻,施工操作中易于控制和调整,原材料性能和孔洞分布还可满足砌体强度要求。但是墙体的传热系数大小与热流方向、砌块型体、孔形和组砌方法(沿砌块不同方向进行组砌)有直接关系。因此,该产品采用对称的3排8孔方案,在全部孔洞内填充阻燃型EPS珠粒,其中中间一排为2个孔洞,因而该排孔洞外侧存在2个凹槽(长度190 mm),在中排孔洞和凹槽中注入聚苯乙烯泡沫,并利用EPS泡沫成型而在长度方向和高度方向(以240 mm为例)形成均高于砌块外壁10 mm且完整一体的外凸泡沫塑料隔热带。使砌体的厚度方向灰缝面和砌体的高度方向灰缝面上的EPS隔热带相互连接,可以阻断砌体内外间灰缝传热通道,即阻断了灰缝冷桥,从而可以使砌体的保温隔热性能大大提高。该产品砌筑的墙体热工性能见表3。

5 结语

(1)夹芯式注孔保温全煤矸石烧结砌块已经通过吉林省建设厅的鉴定,对当地市场现有的自保温复合砌块的结构层材料和保温层材料成型进行全面的改进和创新设计,由基层、高效保温材料层组成,二层构造结合为一体,是保温和建筑围护功能为一体的外墙材料。施工时墙体的结构与保温同时完成,不需要进行二次施工。产品的热工性能优异,采用不同的砌块组砌方式,可分别满足长春地区节能50%和65%的外墙传热系数限值的要求。块型和孔型设计独特,砌筑时保温层自行切断水平及垂直灰缝,消除墙体冷桥产生的隐患。使墙体整体性较好,并保证墙体热工性能达到设计要求。

(2)该墙体造价较低,砌体厚度和自重较小,施工工效提高,防火性能较好,比外保温墙体(正常使用年限15~25年)明显节约维修费用,生产砌块大量利用工业废渣,基体部分利废率为100%,生产中节约能源,产品生产和使用过程中环保效果明显,具有显著的技术经济效益和环境效益,属于典型的传统墙体材料的节能型产品。

参考文献

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