复合砌块传热研究论文

复合砌块传热研究论文（精选6篇）

复合砌块传热研究论文 篇1

目前,外墙保温技术主要包括外墙外保温系统、外墙内保温系统和外墙自保温系统3种。其中外墙外保温系统在节能保温功能等方面存在较大优势,但由于其系统构造复杂[1],对原材料及系统性能要求高,难以实现与建筑同寿命,且防火性能存在较大缺陷[2,3]。而墙体自保温技术具有构造简单、适应传统施工习惯、外墙饰面多样化、减少有机保温材料对环境污染等优良特点,同时满足保温隔热与建筑围护或承重的要求,又能较好地解决围护结构保温系统的安全性和耐久性问题,保持与建筑物相同使用寿命,节约了工程造价。因此,开发新型自保温墙体材料,符合国家政策和建筑工程实际的发展趋势[4]。

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

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复合砌块传热研究论文 篇2

关键词：蒸压加气混凝土砌块,导热系数,传热系数,热桥,灰缝,砂浆

0前言

由于建筑节能在我国各地区得到了大力的发展, 做好建筑节能工作已成为建筑行业的重要一环。其中, 实现建筑节能的重要途径是减少建筑围护结构的能量损失, 提高外围护结构的保温隔热性能是建筑节能的重点, 而外围护结构良好的保温隔热性能又是通过采用保温效果较好的墙体材料来实现的, 在众多墙体材料中, 蒸压加气混凝土砌块是目前保温隔热效果最好的。传热系数是衡量蒸压加气混凝土砌块墙体保温隔热性能的重要参数, 它受到许多因素的影响, 故加强研究蒸压加气混凝土砌块墙体的传热性能, 并提出切实可行的措施, 显得十分重要。

1 蒸压加气混凝土砌块热工性能简介

1.1 蒸压加气混凝土砌块和其他墙体材料导热性能比较

由表1可看出, 目前在我国主要采用的外墙材料中是密度最轻、导热系数最低的加气混凝土[1]。

1.2 蒸压加气混凝土砌块墙体的传热性能

由表2~3可看出[2], 蒸压加气混凝土墙体传热系数较低, 远远低于烧结多孔砖墙体的1.90 W/ (m2·K) 和普通混凝土多孔砖墙体的2.20 W/ (m2·K) , 且传热系数随墙体厚度的增加而显著降低, 65%墙体节能要求很容易满足, 不需再添加空气隔热层或者其他绝热材料。同时, 由于具有良好的热惰性的蒸压加气混凝土, 对于保持室内空气温度的稳定十分有利, 可提高居室的舒适效果。

2 蒸压加气混凝土砌块自身的传热影响因素

2.1 原材料的差异

与目前几种外墙材料如黏土砖0.81 W/ (m·K) , 多孔砖0.58 W/ (m·K) , 普通混凝土1.54 W (/m·K) 相比, 蒸压加气混凝土砌块 (0.12~0.18 W/ (m·K) ) 在导热系数上远远低于它们, 采用较小厚度的加气混凝土砌体即可获得较大的热阻值, 从而起到更好的保温隔热效果[2]。另外, 不同种类与级别的加气混凝土砌块热工性能会有一定区别, 且不同生产厂家由于生产工艺的差异也会导致生产出来的加气混凝土砌块热工性能千差万别。

2.2 龄期

蒸压加气混凝土砌块导热系数随静置时间延长而不断减小, 初始阶段 (0~20 d) , 蒸压加气砌块导热系数降低率最大;过渡阶段 (21~28 d) , 导热系数降低率随时间变化而不断降低;稳定阶段 (29~48 d) , 导热系数基本不变, 趋于恒定, 约为0.16 W/ (m·K) 。蒸压加气砌块完全干燥状态下 (含水率为0) 导热系数为O.14 W/ (m·K) 。由上述分析可知, 为了保证蒸压加气砌块砌筑的墙体能够达到良好的热工性能, 新出厂的砌块应至少静置28 d, 并防止雨淋水淹等情况, 上墙砌筑方法宜采用干法施工[3]。

2.3 含水率

蒸压加气砌块含水率较低时 (0~15%) , 导热系数基本不变;含水率较高时 (15%~35%) , 导热系数随含水率增加变化较大, 并且导热系数增幅随含水率增加而增大。因此, 在实际应用过程中, 应尽量将蒸压加气砌块的含水率控制在l5%以下, 使建筑物具有良好的保温隔热性能[4]。

2.4 运输及存储方式

蒸压加气混凝土砌块自身的强度没有混凝土和黏土砖大, 在装卸、运输过程中容易导致砌块的破损、缺棱掉角, 而这些问题会导致传热性能的改变, 因此, 在实际运输过程中应注意砌块的保护工作。蒸压加气混凝土砌块出厂以后, 大批的堆放, 经风吹雨打日晒会不同程度地出现裂缝、强度降低、热工性能降低等问题, 所以在工地现场要做好砌块的保管工作, 尽量避免雨淋, 适当用防雨布覆盖, 并尽快投入使用。

3 蒸压加气混凝土砌块墙体传热性能与影响因素

3.1 原材料的影响

传热系数是衡量墙体保温隔热性能的重要指标, 传热系数越小, 证明围护结构的保温隔热效果越好。根据JGJT17-2008《蒸压加气混凝土应用技术规程》的规定, 例如BO6级蒸压加气混凝土砌块, 蒸压加气混凝土砌块墙体的传热系数为0.81 W/ (m2·K) , 远远低于烧结多孔砖墙体的1.90 W/ (m2·K) 和普通混凝土多孔砖墙体的2.20 W/ (m2·K) , 与之相比, 蒸压加气混凝土砌块墙体具有良好的保温性能[5]。

3.2 龄期的影响

墙体表层含水率与龄期成反比, 14 d以内降低很快, 14 d以后含水率降低缓慢, 达到42 d以后趋于稳定。而含水率对传热系数的影响很大, 所以控制好龄期, 也就在一定程度上保证了传热系数的稳定。墙体的传热系数也与龄期成反比, 3 d的传热系数比56 d的高77%左右, 墙体保温效果逐渐提高[6]。

3.3 含水率的影响

蒸压加气混凝土砌体的传热系数和含水率有很大关系, 砌体的传热系数值随着砌体含水率的降低而降低。蒸压加气砌块墙体含水率较低时 (0~5%) , 传热系数为0.51 W/ (m2·K) ;含水率略高时 (5%~19%) , 传热系数为0.56 W/ (m2·K) ;含水率较高时 (19%~25%) , 传热系数为0.61 W/ (m2·K) 左右;当含水率继续增加时 (25%以上) , 传热系数增幅随含水率增加而增大。因此, 在实际应用过程中, 应尽量将蒸压加气砌块的含水率控制在合理的范围以内, 使建筑物具有良好的保温隔热性能[7]。

3.4 不同试件尺寸的影响

不同尺寸试件对蒸压加气混凝土砌块传热系数试验结果会有一定的影响, 将试件制备成200 mm×200 mm后, 试验结果与标准尺寸试件试验结果的偏差范围为0.06%~5.91%。将试件制作成190 mm×190 mm、180 mm×180 mm、170 mm×170 mm、160 mm×160 mm、150 mm×150 mm、140 mm×140 mm后, 试验结果偏差分别为0.29%~5.15%、0.63%~5.54%、0.79%~16.02%、-2.60%~8.69%、-3.91%~1.62%、-12.25%~2.37%。从试验偏差范围可以看出, 试件的传热系数测试结果与试件规格也有一定的关系[8]。

3.5 灰缝厚度及砌筑砂浆的影响

由于砌体已经不再是单独的砌块, 而是由砌块、砌筑砂浆、抹面砂浆所组成的整体, 砌块和砂浆属于不同的材料, 所以砂浆的热工性能对整个砌体的传热性能会有一定的影响。通过改变胶凝材料体系和加入外加剂的方法来制备砌筑专用砂浆和砌块的导热系数比较接近, 二者的结合更能发挥出良好的保温隔热效果, 进而可知砌筑砂浆对传热系数是有一定影响的。另外, 灰缝的存在会起到微热桥作用。研究表明, 灰缝的微热桥作用主要与砂浆砌块各占的面积比和砂浆砌块导热系数比有关, 灰缝越厚, 微热桥作用越显著, 灰缝砂浆和砌块导热系数差值越大, 微热桥效应越明显[9]。所以, 对于蒸压加气混凝土砌块墙体, 因灰缝影响而造成的建筑能耗损失是不容忽视的, 故对于节能建筑需考虑灰缝对能耗的影响。

注:灰缝宽度按15 mm考虑;蒸压混凝土砌块按照05级考虑。

注:砂浆密度为1 800 kg/m3;加气混凝土砌块按B0 5级考虑。

从表4可看出, 导热系数与砂浆密度成正比, 所以可适当地提高砂浆的密度, 这样有利于墙体保温性能的提高。从表5可看出, 导热系数受灰缝砌筑宽度的影响, 导热系数随着灰缝宽度的减小而减小。

3.6 抹灰厚度及抹灰砂浆种类的影响

由于在当今的砌体结构当中, 几乎都会对墙面进行抹灰、粉刷, 特别是蒸压加气混凝土砌块, 究其原因, 其主要目的是为了增加墙体的美观效果, 同时也起到保护墙体的作用, 避免雨水等对墙体、灰缝的冲刷和侵蚀。关于抹灰砂浆及抹灰厚度对传热系数的影响的研究较少, 但仍有一些研究表明, 抹灰及抹灰厚度对于砌体的保温效果是起到积极作用的。

3.7 长期使用时间的影响

长期使用后, 蒸压加气混凝土砌块墙体的实测传热系数为0.876 W/ (m2·K) , 新鲜加气混凝土砌块墙体的实测传热系数为0.862 W/ (m2·K) 。由此可知, 对于长期承重使用后的砌块墙体和新鲜砌块墙体来讲, 虽然使用后砌块墙体的传热系数略微大于新鲜砌块墙体, 但降幅很小, 加气混凝土砌块墙体依然具有良好的保温性能[10]。

3.8 周围使用环境的影响

蒸压加气混凝土砌块墙体的传热会受到周围环境因素的影响, 蒸压加气混凝土砌块墙体的传热性能受含水率的影响较大, 所以需要严格控制含水率的适用范围。

3.9 热桥的影响

对于蒸压加气混凝土砌块墙体来说, 它的“热桥”问题严重, 若处理不当, 易造成结露现象, 影响人们的室内居住环境。因砌块的导热系数较低, 而砌筑砂浆的导热系数较高, 二者的热工性能相差较大, 砌筑灰缝处热流密度偏大, 且温度较低, 形成了微热桥, 因灰缝而造成的墙体附加能耗也越高, 最高可达25%。因此, 对蒸压加气混凝土砌块墙体的热桥问题进行专门的研究, 并采取相应的措施已经显得至关重要。

4 结语

蒸压加气混凝土砌块具有突出的节约资源、充分地利用工业固体废弃物、利于环保的优势, 是一种性能优越的轻质新型墙体材料, 不仅可以替代烧结砖用于砌筑墙体, 而且可用于保温隔热的节能建筑物中, 是解决我国能源供需矛盾的一项重要途径。但是, 其墙体的传热性能又受到多方面因素的影响, 因此, 为充分发挥其在节能建筑中的应用, 还应做到如下几点。

1) 加强和扩大蒸压加气混凝土砌块在建筑各部位中的应用, 特别是在外墙的应用。

2) 积极研发强度较高、传热性能更好的蒸压加气混凝土砌块, 以满足高层建筑的承重和节能要求。

3) 专用抹灰砂浆对于降低蒸压加气混凝土砌块墙体的传热系数有一定的作用。所以, 应该进一步深入这方面的研究, 并结合砌块生产厂商研制出保温性能更好、施工工艺成熟、强度高、耐久性好的配套砂浆。

4) 由于热桥对蒸压加气混凝土砌块墙体的传热系数会产生较大影响, 因此, 应对蒸压加气混凝土砌块墙体的热桥问题进行再深入的专门研究, 并根据当地的实际情况采取有效的办法来削弱或者阻断热桥的不良影响。

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复合砌块传热研究论文 篇3

1 原料分析

1.1 试验原料

镍铁矿渣:贵州省黔东南州某厂急淬和慢淬混合料, 水泥:选自海螺水泥厂普通硅酸盐水泥 (P·O42.5) , 外加剂:市售, 石灰:市售。

1.2 试验仪器及设备

DX-2500型X衍射仪, 环境γ谱仪, 万能材料试验机等相关建材行业检测仪器。

1.3 原料成分分析

对主要原材料进行了化学成分分析, 分析结果见表1所示;对镍铁矿渣的主要重金属元素进行了分析, 结果见表2所示。

对该镍铁矿渣进行了浸出实验, 结果Cr、As、Ba等元素均符合国家标准GB5085.3-2007 及相关要求, 其他重金属浸出结果未检出。

1.4 放射性分析

镍铁矿渣放射性检测结果见表3 所示, 从表中内照、外照数据结果表明, 该地区厂内的镍铁矿渣的放射性核素限量满足国家标准GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》, 适用于建筑建材行业。

1.5 矿物质分析

由图1 可知, 镍铁矿渣中的主要有矿物相呈柱状分布的铁镁橄榄石 (Fe, Mg2SiO4结晶相及铁橄榄石Fe2SiO4结晶相;一般水淬 (急淬) 的镍渣中还含有大量的玻璃相, 玻璃相的含量与渣排出时的温度、水淬速度等有关。镍铁矿渣主要组成与化学分析结果基本符合。

2 试验方案

通过对原料的化学分析检测, 确定该镍铁矿渣可以用于建筑建材行业。

2.1 破碎分级

经过破碎机破碎, 粒径≥10 mm的镍铁矿渣用于路面 (透水砖或其他) 混凝土骨料, 使之100 %利用。使镍铁矿渣中5 mm~10 mm粒径≥52.6 %, <0.15 mm的粒径为≤20 %, 并且在镍铁矿渣材料中, 粒径<0.15 mm的颗粒与粒径为5 mm~10 mm的颗粒的质量比的比值为0.35~0.38。另外, 将破碎后粒径<0.15 mm的镍铁矿渣进行球磨形成镍铁矿渣粉, 比表面积达到350 kg/m2。

2.2 试验步骤

通过对贵州省的镍铁矿渣实地调研, 结合当地特殊情况制备一种复合自保温砌块, 以镍铁矿渣作为主要原材料制备空心砌块, 并通过镍铁矿渣粉发泡为填充材料复合而成。将其置于自然环境中进行养护处理10 d~28 d后, 即可得复合自保温砌块。

3 结果讨论

3.1 掺不同级配的镍铁矿渣对空心砌块影响及其性能研究

按照GB/T8239-2014《普通混凝土小型砌块》的指标要求检测, 其结果如表4所示。

结果表明:镍铁矿渣空心砌块的各项指标均符合GB/T8239-2014《普通混凝土小型砌块》的要求, 尤其是强度得到提高, 其他指标变化不大;随着镍铁矿渣粉的增加, 砌块抗压强度有增加, 说明硅酸钠起了一定的激发作用, 以激发磨细镍铁矿渣粉或镍铁矿渣微小粉作为胶结材料, 由于其玻璃相中含有少量的CaO、AI2O3, 因而在碱性介质的激发下具有潜在的水硬性, 稳固砌块内部架构产生强度;且吸水率有减小趋势, 可能是密实度增加的原因。

3.2 激发剂对镍铁矿渣 (粉) 的影响研究

在该厂的镍铁矿渣中, 有一部分是水淬处理, 也有部分企业不经水淬而直接外排的, 所以其原料镍铁矿渣中CaO、Fe2O3、SiO2、Al2O3的含量有限, 在短期内因其活性发挥较缓慢, 其综合利用领域有一定的局限性;而通过添加适量激发剂激发镍铁矿渣的潜在活性, 在碱的作用下会生成Fe (OH) 2、Fe (0H) 3和Ca (OH) 2等几种凝胶, 填充在其他水化产物中起到填充和骨架的作用。同时也使得镍铁矿渣中的Al2O3及SiO2的活性得以明显体现, 有效地增强了镍铁矿渣空心砌块的抗压强度及其综合性能, 提高了镍铁矿渣空心砌块的质量。本文采用镍铁矿渣为主要骨料, 部分磨成粉主要是利用其硅质、铝质和钙质等成分, 激发其活性SiO2、Al2O3的潜在水凝性, 替代部分胶凝材料, 提高产品性能。

掺加激发剂硅酸钠对砌块强度的影响, 见表5 所示。

结果表明:随着硅酸钠掺量的增加, 砌块抗压强度有所提高, 表明硅酸钠在砌块环境内水解形成碱性介质, 激发镍铁矿渣中少量的CaO、Al2O3等, 提高了强度;当硅酸钠掺量超过一定比例时, 砌块抗压强度反而降低, 可能是硅酸钠过量, 产生的碱性介质影响砌块材料内部结构, 导致抗压强度降低。关于这一点, 在下一步的研究试验中进行验证分析。

3.3 发泡填充材料的制备及其性能研究

按照JGT266-2011《泡沫混凝土》标准要求进行检测, 检测结果如表6所示。

该试验过程中均采用铝粉为发泡剂。由表6可以看出, 所得砌块中填充材料, 其各项指标均达到国家和建材行业标准所规定的要求。该填充材料中加入的硅酸钠还起一定的早强作用, 避免塌模。

3.4 复合自保温砌块的制备及其性能研究

按照国家标准JGT407-2013《自保温混凝土复合砌块》和GB/T4111-2013《混凝土砌块和砖试验方法》标准对所得的产品的各项性能进行检测, 其检测结果如表7所示。

由表可以看出, 本试验所生产出镍铁矿渣制备复合自保温砌块, 其各项指标均达到国家和建材行业标准所规定的要求。

4 结论

a. 通过采用的原材料中掺入大量的镍铁矿渣, 有力促进了镍铁矿渣的资源化利用, 实现冶炼渣清洁化, 有效地解决了当地镍铁矿渣难于处置的问题, 减少了环境污染;

b. 通过引入激发剂, 使得镍铁矿渣粉活性增加, 进而改变在原料中的活性程度, 降低传统工艺中的生产成本, 缩短空心砌块的生产周期, 能有效提高产品性能;

c.镍铁矿渣及其粉体在该复合自保温砌块中的总掺量控制在80 %以上, 添加外加剂, 使得制备出来的复合自保温砌块抗压强度及其综合性能得到保证, 并符合国家废弃物资源综合利用产业政策, 能够有效利用大量的镍铁矿渣, 降低生产成本, 降低了能耗, 具有良好的经济效益和社会效益;

d. 镍铁矿渣制备复合自保温砌块符合国家相关标准对复合自保温砌块所规定的要求, 其强度和各项综合性能指标优良。

摘要：以贵州省镍铁矿渣为主要骨料原料, 粒径<0.15mm的镍铁矿渣磨成粉后利用其硅质、铝质等成分, 激发其潜在活性替代部分胶凝材料, 制备一种复合保温砌块, 对镍铁矿渣的化学成分、矿物质、放射性、重金属离子浸出毒性及其复合保温砌块的性能等进行了研究;提供了镍铁矿渣综合利用途径, 促进了镍铁矿渣就地即产即用的推广。

关键词：镍铁矿渣,综合利用,绿色建材,保温砌块

参考文献

[1]何焕华, 蔡乔方.中国镍钴冶金[M].北京:中国冶金出版社, 2000.

[2]国家发展与改革委员会, 中国资源综合利用年度报告[R].2014.

复合砌块传热研究论文 篇4

随着建筑能耗所占国民经济总能耗的份额与日俱增, 建筑节能已成为十分紧迫的工作, 其工作重点之一就是大力发展高效节能的新型围护结构。非单一材料的自保温砌块墙体便是这样一种新型高效的围护结构, 所谓自保温砌块, 就是采用经优化孔型结构的轻集料混凝土空心砌块, 内填无机发泡绝热材料复合而成的一种满足节能标准要求的保温砌块[1]。该墙体集结构和功能性为一身, 在工程上被广泛应用。

在我国, 新型材料的发展与现场热工检测方法的发展并不同步, 建筑围护结构传热系数作为现场热工检测最主要技术指标[2], 其检测方法比较缺乏。我国现有的传热系数检测方法主要有热流计法、热箱法、热流计-热箱法、常功率平面热源法等。但是这几种方法均只适用于匀质墙体的检测, 对于新型非单一材料的自保温砌块墙体, 由于其内部是非单一材料, 其传热过程复杂, 换热表面温度也非均匀分布, 所以仅仅用传统的热流计、热电偶等检测仪器来检测传热系数的方法不再适用。一种新型非匀质自保温砌块墙体传热系数检测方法丞待提出。

本文正是基于这一现状提出了一种对非匀质自保温砌块墙体传热系数的新型检测方法, 主要是采用红外热像技术。将红外热像技术用于传热系数的检测最有价值的地方是能方便快捷地将非匀质墙体表面温度分布通过红外热像图记录下来, 并通过配套软件将温度进行加权平均得出墙体表面平均温度。

1 新方法的提出

1.1 新方法原理

本方法基于一维稳态传热模型, 如图1所示, 围护结构两侧有大温差, 其中外界环境一侧有一个常功率的平面热源提供热流, 由于加热一侧特殊的对称结构使得热流能完全向墙壁一侧传递;另一侧是室内环境温度。当给加热片通电时, 经过一段时间的蓄热过程就会有稳定的热流穿过围护结构, 此时各个壁面温度都会达到一个稳定值。已知各个壁面的温度, 可以通过式 (1) 、式 (2) 求得平均传热系数。

式中:q———穿过围护结构的热流密度, W;

αrc———墙体与环境换热系数, W/ (m2·K) , 取值方法见本文1.2小节;

ti——墙体内表面平均温度, ℃;

tn———室内空气平均温度, ℃

通过式 (1) 可求得热流密度q, 代入式 (2) 可求得墙体平均传热热阻:

式中:Ro——墙体的平均热阻, m2·K/W;

te———墙体外表面平均温度, ℃;

ti——墙体内表面平均温度, ℃。

则围护结构平均传热系数为:

式中:K———平均传热系数, W/ (m2·K) ;

——总平均传热热阻, m2·K/W

Re——外表面换热阻, 根据相关标准[3]取0.04 m2·K/W;

Ri———内表面换热阻, 根据相关标准[3]取0.11 m2·K/W。

1.2 关键参数的取值

新方法原理中2个计算公式需要确定的参数有:墙体表面换热系数αrc, 墙内、外表面温度ti、te以及室内平均温度tn。

对于te、tn可直接用热电偶测量。其中te之所以能够用热电偶检测, 是因为从加热片到墙体壁面的总热阻值相同, 则墙体外表面温度分布也必然是均匀的。为尽量减小边缘效应的影响, 测量te的热电偶尽量布置于墙体中心部位。

非均质墙体壁面平均温度ti则可以通过红外热像仪检测, 其原理就是已知红外热像图上每一点温度tj和相同温度的像素点个数nj以及总像素点个数n, 由式 (4) 计算可得。

唯一需要进一步确定的参数就是墙体表面换热系数αrc, 陈友明教授对墙体表面换热系数已经做了很多的研究, 表明风速对该参数影响最大, αrc与风速v的关系[4]见式 (5) :

式中:v———离开墙体表面20 cm的空气流速, m/s。

2 实验验证

2.1 实验墙体介绍

本实验复合墙体用的自保温砌块为安徽省安庆安达新材料有限公司的专利产品, 其结构与参数如图2与表1所示, 其中自保温砌块强度基材采用轻集料混凝土, 保温基材采用无机发泡绝热材料, 另外需要注意的是实验用墙体无抹灰砂浆面层。

根据GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》, 对于类似本文中的非匀质墙体, 理论上我们常用面积加权法来计算其平均传热系数, 具体见式 (6) :

式中:Ro——墙体平均热阻, m2·K/W;

F0———与热流方向垂直的总传热面积, m2;

F1、F2、...、Fn——按平行于热流方向划分的各个传热面积, m2;

Ro, 1、Ro, 2、...、Ro, n——各传热面部位的传热阻, m2·K/W;

φ———修正系数, 按照规范[3]取0.93。

根据式 (3) 并结合砌块的尺寸以及各材料的导热系数, 即可计算得单位砌块墙体的平均传热系数K=0.795 W/ (m2·K) 。

2.2 实验方案

本实验具体方案如图3所示, 主要由数据采集、功率控制、墙体3大部分组成。数据采集工作主要由Fluck数据巡检仪来完成, 每隔5 min记录1次数据;红外热像仪型号为Thermoteknix Vis IR Ti200, 对同一部位的拍摄图像不少于2张;功率控制主要由温控器完成。实验墙体尺寸为1 m×1 m, 四周均由绝热材料包围, 所以实验室条件完全满足一维传热模型的要求。实验共进行了8天, 第1天和第8天均进行了半天实验。

1—计算机;2—Fluck数据巡检仪;3—聚苯乙烯泡沫板;4—导热硅胶片;5—加热片;6—石棉;7—自保温砌块墙体;8—绝热层;9—温控器;10—加热片导线

2.3 检测条件

由于缺乏相关国家标准, 我们借鉴JGJ/T 132—2009《居住建筑节能检测标准》中有关红外热像仪使用条件及围护结构主体部位传热系数检测标准而设置的检测要求是:

(1) 检测前至少24 h内和检测期间, 围护结构内外平均空气温度差不小于10℃;

(2) 检测期间与开始检测时的空气温度相比, 室外空气温度逐时值的变化不大于5℃, 室内空气温度逐时值的变化不大于2℃;

(3) 围护结构高温侧表面温度应高于低温侧10℃以上;

(4) 1 h内室外风速变化不应大于2级 (含2级) 。

根据以上检测要求, 本实验设置的墙体两侧温差约为20℃, 这样大温差更有利于减小由于室内空气周期性温度变化引起的误差。室内门窗密闭, 没有人员流动, 风速基本没有变化。选择的实验时间是温差变化不大的晴好天气。实验器材中温度传感器不确定度≤0.2℃, 温控器的控制精度≤0.5℃。

2.4 实验结果

(1) 墙体高温侧温度te

在加热面中心部位总共设置了5个热电偶进行测量。由于系统误差和边缘效应的存在, 我们排除误差比较大的点。这里只保留1、2、3、5测点的温度, 每2个测点值之间最大相差0.6%, 符合高温侧温度均匀的理论分析, 结果见图4。

从图4可以看出, 实验开始有个蓄热过程, 整个蓄热过程大概持续4 h左右, 当蓄热过程结束之后, 整个墙体高温侧温度基本稳定。

(2) 室内空气温度tn (见图5)

在天气晴好的情况下, 外界空气温度是周期性变化的, 这也为稳态计算带来了影响。为了减小这个影响, 新方法就是将加热片置于墙体外表面, 室内侧墙面是低温侧, 这样由于墙体热惰性的原因, 再加上室内辐射比较弱, 周期性影响大大减弱。

尽管周期性依然存在, 但是在夜间室内空气温度是非常平稳的, 只有很小的温度波动, 如图5最后3天夜间室内空气温度波动小于0.3℃。这样我们选取某一相对稳定时间段的数据, 基本可以近似为一种稳态计算。本实验数据选取点为第5、6、7天每天22:00的数据。

(3) 墙体低温侧温度ti

低温侧墙面的温度数据是根据红外热像仪拍摄的热像图得到的。在测量之前, 需要将红外热像仪参数设置好, 本实验设置墙体发射率ε=0.88, 背景温度t=9℃。

由于按照稳态方法处理数据, 则只需要在相对稳定的时间段内选取数据。第5、6、7天每天22:00的热像图与对应实物图如图6所示。

(4) 墙体与环境间换热系数αrc

墙体不同位置的风速见表2。

m/s

根据式 (5) 计算出第5、6、7天22:00对应的αrc值分别为10.94、10.97、10.94 W/ (m2·K) 。

(5) 平均传热系数K (见表3)

从表3可以看出, 本实验结果与理论分析的结果非常接近, 3次检测的平均传热系数大小为0.797 W/ (m2·K) , 3次测量结果最大相差5.10%, 与理论计算值最大误差仅为2.85%, 完全满足工程检测需求, 说明经过实验验证本文提出的检测非匀质自保温砌块传热系数的方法是可行的。

3 结论与展望

本实验结果与理论分析的结果非常接近, 3次检测的平均传热系数大小为0.797 W/ (m2·K) , 3次测量结果最大相差5.10%, 与理论计算值最大误差仅为2.85%, 完全满足工程检测需求, 说明本文提出的检测非匀质自保温砌块传热系数的方法是可行的。

该方法优点显而易见: (1) 实现了非均质墙体传热系数的准确检测; (2) 不受检测季节限制, 检测环境可控性高; (3) 操作方便, 并且持续时间较短, 只需墙体蓄热结束达到近似稳态传热即可。但是值得一提的是, 本次实验地点是实验室, 实验室的环境显然要比工程现场环境要相对稳定, 并且实验中由于墙体周围绝热更容易达到一维传热要求, 实验结果令人满意。如若应用于实际工程检测, 则依然需要实际案例进行验证, 这也是本课题组今后需要继续研究的一个重点。

参考文献

[1]熊国华, 彭小云, 潘阳, 等.红外技术的自保温混凝土砌块墙体热阻测定研究[J].新型建筑材料, 2012 (4) :31-34.

[2]严应政, 高振生, 邓沪秋, 等.价值工程在空调冷热源和风管方案选择中的应用[J].暖通空调, 2004 (2) :73-75.

[3]GB 50176—93, 民用建筑热工设计规范[S].

复合砌块传热研究论文 篇5

国内的专家、学者对再生骨料混凝土砌块做了大量试验研究, 并得到了重要成果。如:雍玉鲤等[1]对砌块空气层的形状和厚度进行研究, 并提出砌块孔型为矩形且空气层厚度达到40 mm以上时导热性能最优, 同时提出砌块孔洞行列数越多, 砌块的平均传热系数越小、保温效果越好;谢静静[2]通过对玻化微珠保温材料试验, 得出在再生混凝土保温砌块中其掺量越大, 导热系数越低的结论;卓玲等[3]将再生骨料取代率提高至85%, 按照砌块等级MU5.0进行了配合比优化设计。

本文在分析有关再生骨料混凝土砌块的研究成果[4]基础上, 自主优化设计出一组导热性能优良的以玻化微珠浆作为填充材料的空气层孔型为矩形、强度为MU7.5的再生复合节能材料混凝土承重砌块, 同时经过28 d的养护, 试验得出该新型再生复合节能材料承重砌块的抗压强度, 并提出最优配合比。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1) 水泥:P.O42.5普通硅酸盐水泥, 产地为吉林省磐石市冀东水泥磐石有限责任公司;2) 天然粗骨料:粒径为5 mm~10 mm的延吉市砾石;3) 天然细骨料:粒径为5 mm以下的延吉市河砂;4) 再生粗、细骨料:来自延吉市施工现场的废弃混凝土试块, 经颚式破碎机破碎后进行筛分。本试验采用再生细骨料的粒径范围为5 mm以下, 再生粗骨料粒径范围为5 mm~10 mm;5) 玻化微珠:轻质保温材料, 产自凌海市龙岩建材厂;6) 胶粉:廊坊康特化工生产的KT-03聚苯颗粒保温砂浆专用胶粉;7) 水:延吉市自来水。

1.2 试件制作

本文共进行三种形式的试件制作, 分别是:1) 尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的再生骨料混凝土试块9块, 坍落度为0;2) 尺寸为300 mm×300 mm×30 mm玻化微珠试件6块;3) 根据《普通混凝土小型空心砌块》[5]《砌体结构设计规范》[6]等规范, 选定砌块的尺寸为390 mm×190 mm×190 mm的再生复合材料混凝土砌块6块。

1.3 再生复合承重混凝土砌块设计

根据文献研究[1]确定再生复合材料混凝土砌块肋宽为30 mm, 并按照文献研究[7]所提到的当空气层厚度大于40 mm时热阻变化趋势渐弱的结论, 把空气层的厚度定为50 mm厚, 同时为了砌块间的咬合力更强而设计出新的块型, 其空心率为41%。具体尺寸如图1所示。

2 再生复合承重砌块配合比设计与强度

2.1 再生复合承重混凝土的配合比设计

强度为MU7.5的再生复合材料承重砌块的配合比设计时, 按照表1中所示普通混凝土配合比公式分别计算各材料的用量, 单位用水量取140 kg/m3[3]。

1) 混凝土28 d抗压强度。

由式 (1) 得:

其中, fb为配制混凝土空心砌块的混凝土28 d抗压强度, MPa;fk为混凝土空心砌块设计强度等级;E为空心砌块空心率, 为0.41。

2) 混凝土空心砌块的配制强度。

fh由式 (2) 得:

其中, D为成型工艺系数 (振动不加压型时D=1.20) ;H为养护条件系数 (蒸汽养护时H=1.00) ;M为空心率影响强度的调整系数 (取1.02) ;K为体型系数 (取1.0) 。

3) 用水量。固定为140 kg[3]。

4) 混凝土空心砌块水泥用量。

按照式 (4) 得:

其中, fce, g为水泥强度等级;mwo为单位用水量。

5) 水灰比。

按照式 (5) 得:

6) 混凝土空心砌块砂率。

由式 (6) 得:

其中, Dm为粗骨料的最大粒径, mm。

7) 混凝土空心砌块粗细骨料用量。

按照式 (7) 分别计算得出:

按照再生粗骨料取代率为90%、再生细骨料取代率为50%配制混凝土。因此, 再生粗骨料用量为588.7 kg/m3, 再生细骨料用量为246.3 kg/m3。综上, 再生复合节能承重混凝土空心砌块的理论配合比为:mco∶mwo∶ms∶mg=1∶0.56∶1.81∶2.60。

2.2 再生复合承重混凝土试块强度

按照150 mm×150 mm×150 mm的试模制作混凝土试块, 按照3 d, 7 d, 28 d的养护期, 测试混凝土的抗压强度。其混凝土强度值和相关龄期的关系, 如图2所示。

由图2可知, 经过28 d的标准养护, 最终混凝土的抗压强度达到16.68 MPa, 达到并超过理论计算值。

3 玻化微珠浆配合比的设计与试件制备

玻化微珠是一种轻质保温材料, 用来填充空心砌块的空气层, 使砌块具有更好的自保温性能, 同时保证轻便的特点。本文根据计算所得的三种配合比, 制备三组玻化微珠试件。在控制水、水泥和胶粉的比例不变的情况下, 逐渐增加玻化微珠颗粒的掺量进行对比分析, 三组的配合比如表2所示。

kg/m3

玻化微珠浆试件及导热系数测试如图3所示。

通过28 d的同条件养护, 研究玻化微珠掺量对试件导热系数的影响。玻化微珠掺量与导热系数关系如图4所示。

由三组试件的导热系数对比可知, 在玻化微珠浆试件中, 玻化微珠的掺量越大, 试件导热性能越好, 当比例为第三组所示时, 玻化微珠的导热系数最小达到0.139 7 W/ (m·K) 。

为降低成本, 在玻化微珠试件中水泥掺量较少而导致试件强度较低。通过加入少量胶粉可加强试件的粘结力, 但对试件导热系数产生影响, 因此, 玻化微珠浆实际导热系数会低于试验测定值。

4 再生复合节能材料混凝土承重砌块制备与力学性能测试

4.1 砌块的制备

在制备砌块前, 先进行砌块模具的制作。按照砌块的设计尺寸, 利用建筑模板的拼接做好模具以后, 依照mco∶mwo∶ms∶mg=1∶0.56∶1.81∶2.60的配合比把混凝土浇筑到模具中, 制作的砌块尺寸为390 mm×190 mm×190 mm, 共6块。

砌块拆模后, 在空心层里浇筑上述第三组配合比的玻化微珠浆, 1 d后放入标准养护室进行养护。

4.2 砌块的物理力学性能测定

砌块的强度试验按《混凝土小型空心砌块试验方法》[8]的规定进行。把砌块放入标准养护室进行养护28 d以后, 取其中的5块进行抗压强度试验, 如图5所示。

当试验荷载达到极限荷载的70%时, 裂缝开展明显且有响声, 达到极限荷载时, 试件压溃。再生复合节能材料承重砌块的抗压强度值如表3所示。

MPa

由表3中的抗压强度取5个砌块的平均值, 得到再生复合节能材料承重砌块的抗压强度值为7.74 MPa, 达到预期理论值, 满足承重要求。

5 结语

1) 通过试验得出, 在自主优化配合比设计的玻化微珠浆中, 玻化微珠的掺量越大, 导热系数越小;当玻化微珠、水、水泥的比值为1∶2.8∶0.4时, 导热性能最好, 且成本最低。由于胶粉的掺入会对导热性能产生影响, 因此, 建议在合理的情况下, 空心砌块填充玻化微珠时考虑减少胶粉的掺量。

2) 本文设计的再生复合节能材料混凝土承重砌块抗压强度值达到7.74 MPa, 满足初始设计强度为MU7.5砌块的理论值和承重砌块强度要求, 填充的玻化微珠浆降低砌块的导热系数, 且略微加强砌块的强度, 提高与完善砌块的综合性和施工性。由上文述, 该砌块是适合北方寒冷地区范围内进一步推广应用的新型复合节能承重砌块。

参考文献

[1]雍玉鲤, 江昔平.新型复合自保温砌块的研究[J].混凝土, 2012 (1) :109-112.

[2]谢静静.再生混凝土保温砌块性能研究[J].混凝土与水泥制品, 2013 (11) :55-58.

[3]卓玲, 陈宝璠.MU5.0再生骨料混凝土空心砌块配合比设计[J].硅酸盐通报, 2014 (2) :271-276.

[4]张伟.墙体自保温砌块的研究进展[J].新型建筑材料, 2009, 36 (1) :13-15.

[5]GB 8239—1997, 普通混凝土小型空心砌块[S].

[6]GB 50003—2001, 砌体结构设计规范[S].

[7]李建成.混凝土空心砌块的孔型对其隔热性能的影响[J].混凝土与水泥制品, 1995 (5) :50-52.

复合砌块传热研究论文 篇6

近年来, 随着我国相继颁布了一系列建筑节能相关的政策法规, 建筑节能设计标准也在不断提升, 传统的墙体材料已经无法满足建筑节能的需求, 因此市场上出现了许多新型墙体材料。复合保温墙材从性价比方面与其它类型墙材比较, 仍具有较大的优势, 尤其保温材料和外装饰面材料可以与主体结构具有一致的耐久性, 其使用年限是其它节能墙体难以达到的。同时, 该新型复合烧结砌块原料主要为煤矸石、建筑垃圾、炉渣、矿渣、粉煤灰、淤泥, 原料均来源于建筑与工业废料, 解决了建筑废泥浆与建筑垃圾的处置难题, 解决了固体废弃物所造成的环境污染问题, 可保护耕地资源, 实现固体废弃物的循环利用。该砌块应用到工程实际中, 具有良好的经济、社会及环保效益。目前国内外虽然对具有粘结性复合保温砌块有相关的专利报道, 然而上述专利均基于砌块型式的保护, 如孔洞排列、孔洞尺寸、孔洞形状以及榫健或燕尾槽型式的不同。而对于具体的保温效果、力学性能及所采用的墙体材料方面缺乏系统的研究。虽有文献对某种特定砌块型式进行过实验分析, 然而无法对这些砌块的实际工程应用进行优化并缺乏相关的设计方法的报道, 难以推广应用并形成产业化生产。课题组利用温州大学节能实验室的设备, 对该砌块的物理力学性能以及保温效果进行初步研究。

1 复合保温砌块的结构形式和材料组成

1.1 结构形式

根据GB 50003—2001《砌体结构设计规范》、GB 8239—1997《普通混凝土小型空心砌块》等的规定, 考虑到施工的方便, 砌块的尺寸应满足建筑的模数要求, 同时还要便于生产和运输, 因此砌块的尺寸不宜过大或过小。按照上述原则, 复合保温砌块的尺寸定为390 mm×240 mm×190 mm以及290mm×240 mm×190 mm, 孔洞采用2并排小孔和1大孔共同组成, 其中小孔尺寸为90 mm×30 mm, 大孔尺寸为330 mm×60mm, 并在砌块的孔洞中填充保温材料 (见图1) 。同时还在表面设置10 mm宽、1.5 mm深的凹槽, 以增强砌块与砂浆的咬合力, 防止砂浆脱落。砌块的壳体壁厚为2.5 cm。

1.2 材料组成

煤矸石:采煤和洗煤过程中排放的固体废物, 代替黏土作为制砖原料, 可以少挖耕地。烧砖时, 利用煤矸石本身的可燃物, 可以节约煤炭。其化学成分见表1。

%

淤泥:主要来源于钻孔灌注桩施工中产生的泥浆, 基坑开挖产生的淤泥, 主要组成为黏土、砂、石, 其中黏土成分占所述淤泥中固体成分的70%以上。

建筑垃圾粉:主要由废混凝土、碎砖渣、砂浆通过球磨机碾磨而成, 其中碎砖渣的质量占建筑垃圾的20%。其堆积密度为1260 kg/m3, 表观密度为2290 kg/m3, 吸水率11.8%, 含水率1.73%, 细度模数2.86, 粒径分析见表2。

炉渣:其特点是密度小, 相对强度高, 耐火性好, 有害成分含量少, 当作为骨料用于砌块中时, 能提高其强度、降低其导热系数。但炉渣的吸水率较大, 砌块中的炉渣含量较高时容易造成冻胀破坏, 对砌块的抗冻性不利, 所以要严格控制炉渣的掺量。其化学成分见表1。

粉煤灰:选用干排Ⅲ级粉煤灰。其化学成分见表1。

聚乙烯泡沫块 (PE) :该材料为软质闭孔材料, 导热系数与EPS板相近。化学稳定性好, 耐酸碱, 吸水率极低, 几乎不吸水。

复合外加剂:甲基纤维素、可再分散乳胶粉、纤维素醚, 按一定比例配制。

增强纤维:木纤维、聚丙烯纤维。

2 砌块的物理力学性能测试

2.1 砌块的制作

将经过设计计量的煤矸石、粉煤灰、淤泥、建筑垃圾粉、炉渣、矿渣、复合外加剂及增强纤维等经强制搅拌均匀后, 陈化48 h, 备用。陈化后的物料制成砖坯, 湿砖坯外形尺寸为:390 mm×240 mm×190 mm。经过干燥后 (利用焙烧窑烟道释放的热量) , 含水量小于7%, 送入轮窑焙烧, 焙烧温度800~1100℃, 可制成复合保温砌块。最后, 在砌块的孔洞中填充聚乙烯泡沫块, 以提高保温性能。空心砌块的试验配合比如表3所示。

2.2 砌块的抗压强度

砌块的强度试验按GB 13545—2003《烧结空心砖和空心砌块》进行, 试样数量为10块, 加荷速度为1~2 k N/s。试样从开始加载到完全破坏的过程表现为:开始时, 随着荷载的增加, 试样的表面无裂缝出现, 加载到40 k N左右时, 试样表面开始出现裂缝, 当加载到极限荷载的25%~50%, 在这一阶段裂缝发展明显, 并出现开裂的声音。接下的一小段时间里, 随着荷载的增加裂缝的数量及大小无明显变化。而后裂缝又均匀发展, 当荷载达到极限值时, 裂缝急剧变大, 试样被迅速压垮, 整体表现为明显的塑性破坏过程。不同复合外加剂及增强纤维掺量下各组配比砌块的抗压强度测试结果见表4。

由表4可见, 各配合比下的砌块强度除个别外都符合GB 13545—2003规定的MU10强度等级, 个别组分的强度远高于标准。由结果还可看出, 随着淤泥掺量的增大, 烧结砖的强度提高。随着复合外加剂及增强纤维掺量的增大, 烧结砖的抗压强度逐渐提高。当采用煤矸石15 kg, 淤泥60 kg, 建筑垃圾15 kg, 炉渣5 kg, 矿渣10 kg, 粉煤灰15 kg, 复合外加剂及增强纤维为总质量的3%时, 经烧结后砌块的抗压强度为最大, 达17.58 MPa, 为抗压强度的最佳配比。

2.3 密度、含水率、饱和吸水率及软化系数

取表4中复合外加剂及增强纤维掺量为3%的5组试样进行测试。

含水率:将砌块取样用电子秤测其质量 (精确到0.1 kg) , 然后将试样放入烘箱中, 在105℃条件下烘24 h, 测试含水率。

饱和吸水率:按GB/T 2542—2012《砌墙砖试验方法》进行测试, 以5块试样的3 h煮沸吸水率的算术平均值表示。

软化系数:每组取3块标准试样, 将试样浸置在20℃左右的水中, 水位距砌块上表面20 cm, 浸置时间为4 h。接着将试样取出并将其表面擦干, 进行抗压强度的测试。

密度、含水率、饱和吸水率及软化系数测试结果见表5。

从表5可以看出, 5组砌块所测性能均符合GB 13545—2003标准要求。

3 砌块的热工性能研究

3.1 试件制作

将砌块表面用水浇湿, 用强度等级为MU5的水泥砂浆砌筑尺寸为2 m×2 m的墙体, 砌筑砂浆厚度不超过1 cm。砌块要求错缝砌筑, 表面平整。砌筑好的墙体在标准条件下静置养护7 d。

3.2 测试基本原理

在被测试的墙体表面适当且较平整部位布置平板状的热流计[1], 并在热流计周围的内外表面和环境中布置热电偶。用专用导线把分布的热流计和热电偶连接到温度与热流巡回自动检测仪 (以下称巡检仪) , 以采集建筑物围护结构内外侧和环境的温度和热流量。热流计对围护结构热阻的影响可忽略不计。在一封闭空间内用温度控制仪保障墙体两边温差的恒定。在热量交换稳定之后, 巡检仪开始采集数据, 包括被测试维护结构的热流量及其两侧表面和环境的温度, 巡检仪所显示的温度和热流读数均为被测试围护结构的温度和热流。巡检仪每30 min采集数据1次, 为了保证数据有足够的说明性及准确度, 采集数据的过程要持续3~7 d。测试完成, 用计算机导出实验数据。测试结果受围护结构两侧温差的影响, 温差越高则实验结果误差相对越小, 计算结果就越精确, 反之误差越大。该方法把热流计和热箱法进行有机结合, 可以避免受到环境温度影响而不能正常测试的缺点。

用模拟热箱法构造一维传热的稳态环境和热流计检测动态热量的方法相结合测试热工性能, 控制测试构件的粘贴位置、方法和测试时间, 以减少实验误差[2]。

3.3 测试结果 (见图2、图3)

结合图2、图3, 计算出复合保温砌块墙体的传热系数为0.342 W/ (m2·K) , 根据JGJ 26—2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》, 测得的传热系数满足节能50%的要求。

4 结语

(1) 该复合保温砌块的较佳配合比为:m (煤矸石) ∶m (淤泥) ∶m (建筑垃圾粉) ∶m (炉渣) ∶m (矿渣) ∶m (粉煤灰) =15∶60∶15∶5∶10∶15, 复合外加剂及增强纤维掺量为总质量的3%。

(2) 该复合保温砌块的强度较高, 吸水率、软化系数均符合GB 13545—2003的要求, 可作为建筑外墙和内墙的砌筑材料使用。

(3) 该复合保温砌块的传热系数为0.342 W/ (m2·K) , 可满足严寒地区建筑节能50%的要求。

(4) 该复合保温砌块的力学及保温性能较同类产品有较大的优势, 且材料来源于建筑和工业垃圾, 具有环保、经济的优势, 值得进一步的研究和推广。

参考文献

[1]科博尔.可再分散乳胶粉与干混砂浆[J].新型建筑材料, 1999 (1) :11-14.