自保温混凝土

自保温混凝土（精选8篇）

自保温混凝土 篇1

0 前言

我国自1997年开始强制实行建筑节能,其中一个主要措施就是对外围护结构进行保温。目前普遍做法是在外维护结构中加入保温层,以此控制室内外热量的传递,达到建筑节能目的。目前国内比较流行的做法是采用贴砌聚苯板的外保温做法,这种做法的保温效果良好,能够达到各地区的保温要求。但是,该做法的耐火性差,失火后容易迅速引起墙体大面积着火,央视新楼北配楼的火灾,就是因为保温体系中的有机保温材料着火并迅速蔓延导致的。如何消除这一隐患是目前建筑保温行业关注的一个热点。研发既能达到保温要求又没有火灾安全隐患的外墙保温体系是建筑行业的共同目标。

加气混凝土是以硅质材料(如砂、粉煤灰、铁尾矿等)和钙质材料(如水泥、石灰等)为基本原料,加适量引气剂和其它外加剂,经加水搅拌、发气膨胀、浇注成型、预养切割、高温蒸养等工序形成的一种轻质多孔材料[1]。加气混凝土作为一种新型墙体材料,经过近40年的发展已逐步为人们所认识,为社会所接受,并在各类建筑中得到应用,成为新型墙体材料的重要品种之一。它具有材料来源广泛、材质稳定、质量轻、易加工、施工方便、造价低、保温、隔热、隔声、耐火性能好等优点,可广泛用于民用建筑的外墙围护、内墙隔断、平坡屋面等[2],尤其是其优良的自保温、自隔热、自防火功能,在当今建筑节能领域将发挥更大的作用。

本文从保温隔热角度,以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温作法为基准(北京市节能达标墙体),设计达到相同保温性能的加气混凝土砌块保温墙体,进而来分析比较两者的差异,为节能墙体设计提供参考数据,扩大加气混凝土保温墙体的工程应用。

1 胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温体系

1.1 基本构造

胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温做法采用CAS 126—2005《胶粉聚苯颗粒复合型外保温系统》中提出的“贴砌聚苯板LBL型”外墙外保温系统做法,该系统的基本构造如图1所示。根据GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》,墙体各部分材料的热工参数见表1。

注:(1)涂料的蓄热系数没有统一的规定,在进行热工性能计算时,略去涂料饰面层对墙体热工性能的影响。

1.2 热工性能计算

保温墙体的保温隔热性能通常用传热系数或传热热阻来评价[3]。GB 50176—93给出了保温墙体的传热系数和热惰性指标的计算方法。

(1)传热系数K

围护结构的传热热阻R0可按式(1)计算:

式中:Ri———内表面换热热阻,取0.11 m2·K/W;

Re———外表面换热热阻,取0.04 m2·K/W;

δj———第j层材料的厚度,mm;

λj———第j层材料的导热系数,W/(m·K)。

由此可得胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙的传热热阻R0=2.13 m2·K/W,传热系数K=0.469 W/(m2·K),满足北京市65%节能设计要求。

(2)热惰性指标D

根据GB 50176—93,围护结构的热惰性指标D可按式(2)计算:

式中:Di———第i层材料的热惰性值;

Ri———第i层材料的热阻,m2·K/W;

Si———第i层材料的蓄热系数,W/(m2·K)。

由式(2)可知,胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙的热惰性指标D=2.971。

根据JGJ 134—2001《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》,外墙部分的传热系数、热惰性指标应满足以下要求:当传热系数K≤1.5时,热惰性指标D≥3.0;当传热系数K≤1.0时,热惰性指标D≥2.5。对于胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温墙体,其热工性能满足这一要求。下面以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温墙体为基本参照体系,研究加气混凝土自保温墙体的保温隔热性能。

2 蒸压加气混凝土自保温体系

在推广使用加气混凝土保温体系的过程中,人们最关心的是该体系的保温节能效果。如果其保温节能效果不能达到要求,将会大大降低其使用范围。根据GB 11968—2006《蒸压加气混凝土砌块》的规定,不同干密度等级加气混凝土砌块的性能指标见表2。

由表2可看出,加气混凝土砌块密度越低,强度越低,导热系数越小,保温隔热性能越好,B03级加气混凝土砌块导热系数最小。但是B03级加气混凝土的抗压强度较低,特别是冻后强度最低为0.8 MPa,因此,不适合作墙体保温材料。B04级以上可以用作单一墙体外保温材料[2]。

2.1 基本构造及热工性能

对于加气混凝土保温体系,选用B04级加气混凝土砌块,鉴于加气混凝土砌块墙体均需作表面抹灰,同时墙体厚度不比胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温墙体厚度大,方能显现其自保温结构的竞争力,因此假设其保温构造如图2所示,保温砂浆的作用是使加气混凝土自保温墙体厚度与胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板保温墙体厚度相同,保温砂浆的厚度可依据加气混凝土墙基层厚度及总体保温隔热要求确定,各层材料的性能见表3。

假设2种保温墙体的保温隔热性能完全相同,则二者热阻相同。以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体为基准,计算相同厚度的2种保温体系在传热热阻相同时,加气混凝土砌块保温墙体各层材料的厚度。考虑灰缝的影响,在进行墙体热工参数计算时,加气混凝土的导热系数和蓄热系数均乘以1.25的放大系数[3]。根据式(1)可得加气混凝土保温墙体的传热系数与材料层厚度的关系:

参照表1中胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板(EPS)外保温墙体的做法,其墙体总厚度为282 mm,假设2种保温体系的墙体厚度相同,则有:

由式(3)、(4)可得d1=21 mm,d2=251 mm,由此可确定与胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板保温墙体具有相同保温性能时加气混凝土墙体做法,即加气混凝土保温墙体中加气混凝土厚度为251 mm,胶粉聚苯颗粒保温砂浆的厚度为21 mm。由式(2)可得此时加气混凝土保温墙体的热惰性指标D=5.49>2.5。其传热系数K=0.469<1.0,由此可知,加气混凝土保温墙体的热工性能满足要求。考虑到施工的可行性,实际工程中加气混凝土和保温浆料的厚度可以分别取250 mm和22 mm,由于保温浆料的导热系数小于加气混凝土的导热系数,调整后的做法不会导致保温墙体保温性能的降低。

2.2 2种保温体系实时温度场对比

基于墙体传热系数和热惰性指标,确定保温隔热性能完全相同的2种墙体做法,即胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体和加气混凝土保温砂浆保温墙体。为了能更加直观地比较2种保温体系的保温性能及墙体内部温度分布,以北京地区为例,计算2种保温体系冬、夏两季南墙的实时温度场。在进行保温墙体内部温度场计算时,室内温度采用恒温,冬季取20℃,夏季取25℃,室外温度采用正弦变化温度场模拟,并考虑太阳辐射的影响,详细计算方法见文献[4-5]。

图3、图4分别为胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板涂料饰面的外保温做法和加气混凝土保温砂浆涂料饰面保温做法冬、夏两季南墙典型部位24 h内温度变化。

由图3和图4可以看出,无论在冬季还是夏季,2种保温墙体内表面温度基本相同,表明二者保温隔热性能基本相同,同时外饰面表面温度基本相同,表明加气混凝土墙体外表面防护砂浆在热应力抗裂方面的要求与聚苯板保温体系要求相当。与胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板的外保温做法相比,加气混凝土保温砂浆保温做法中加气混凝土基体内的温度变化高于前者的混凝土或其它墙体基层。这可以从典型时刻温度延墙体厚度分布图上看得更清楚。

图5和图6分别为2种保温墙体在冬季外表面温度最低时和夏季外表面温度最高时墙体的断面温度分布。

从图5和图6也可以看出,保温层(聚苯板和加气混凝土)两侧温差很大,说明保温层具有保温隔热的功效。2种保温墙体的保温砂浆层两侧的温差也较大,这会导致两侧产生较大的变形差异,当变形差值达到一定数值时,将导致该层材料开裂,如果与相邻材料层之间粘结性能较差,将会导致墙面出现凸起,影响墙体的保温性能,破坏墙体的外观。例如胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体表层冬夏两季温差达59.2℃,加气混凝土保温砂浆保温墙体表层冬夏两季温差达58.5℃,尽管施工时温度高于冬季最低温度,假设面层砂浆施工温度为20℃,则仅仅温度变形将达300με左右,而目前抗裂砂浆的极限抗拉应变与普通水泥砂浆相比增大有限,而普通水泥砂浆的极限抗拉应变仅为150με左右,加上水泥砂浆的干燥收缩(通常在1000με以上),保温墙体抗裂砂浆面层开裂可能性很大。

3 经济分析

以北京地区为例,对2种保温体系的工程造价进行计算比较。表4为2种保温做法单位面积材料价格对比。

注:(1)加气砌块价格系B04级加气混凝土砌块与不厚于3 mm的灰缝砌筑粘结剂价格之和;(2)本表主要用于2种保温墙体的成本比较,对于相同做法的内外表面造价,并未列出;(3)墙材价格摘自2008年12期《北京工程造价信息》。

由表4可以看出,拥有相同保温性能的2种保温体系,胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙和加气混凝土保温外墙的材料造价分别为113.8元/m2和95.0元/m2,加气混凝土保温墙体的成本明显低于胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板保温墙体。并且由于胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温做法的工序多于加气混凝土保温墙体的做法,因此前者的施工成本会高于后者。由此可见,2种保温墙体相比较,加气混凝土砌块自保温墙体有较大的经济优势。

4 结语

以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体为参考分析对象,对比研究了加气混凝土砌块自保温墙体和胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体的保温隔热性能。结果表明,在不增加墙体总厚度的情况下,采用普通加气混凝土砌块,辅之以较薄的保温砂浆,可以达到以聚苯板为主要保温材料的外保温墙体的保温隔热效果。同时,通过调整保温浆料的厚度,也可以降低加气混凝土保温墙体的总厚度。在工程费用方面,相同保温隔热性能的2种保温墙体,加气混凝土自保温墙体的造价明显较低。此外,加气混凝土保温墙体做法简单,施工方便,便于工程应用。

摘要：以胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温墙体为参考分析对象,研究了加气混凝土自保温墙体的热工性能。计算结果表明,采用普通加气混凝土砌块并辅之以较薄保温砂浆的自保温墙体,能够达到以聚苯板为主要保温材料的外保温墙体的保温隔热效果,且不会增加墙体厚度。在工程费用方面,在相同保温隔热性能前提下,加气混凝土自保温墙体造价明显较低。使用加气混凝土砌块为基体的自保温墙体防火性能好,消除采用聚苯板保温墙体带来的防火安全隐患,同时加气混凝土保温墙体做法简单、施工简便。

关键词：自保温墙体,隔热性能,加气混凝土,聚苯板

参考文献

[1]詹德雄,左全山.加气混凝土砌块的生产与应用[J].广东建材,1996(1):12-15.

[2]邹海江,贾宝书.蒸压加气混凝土砌块复合保温外墙性能与构造[J].建筑技术,2009,40(1):67-69.

[3]戎卫国.民用建筑热工设计应用图说[M].济南:山东科学技术出版社,2005.

[4]张君,高原.考虑太阳辐射的保温墙体温度场温度应力及其计算软件[J].工业建筑,2009,39(增刊):162-167.

[5]张君,黄振利,李志华,等.不同形式保温墙体温度场数值模拟与分析[J].哈尔滨工程大学学报,2009,30(12):1356-1365.

裕宸XR墙体自保温砖 篇2

裕宸墙体自保温砖采用的无机复合材料,导热、传热系数低,具有优良的保温、隔热效果。当裕宸墙体自保温砖所采用的无机复合材料容重为600-800kg/m³时,导热系数≤1.0W/m.K,保温效果是粘土砖的6倍,混凝土的12倍。使用裕宸保温砖作外墙时,不用辅助保温材料就能满足节能50%以上要求,可大大降低冷暖空调的使用能耗。

由于无机复合材料具有干燥收缩率小、非连通孔、化学、物理稳定性好和抗老化的性能,再加上与目前建筑围护结构材料如钢筋混凝土、水泥砂浆等材料具有天然的亲和力,能彼此牢固结合,从而保证了与建筑物同寿命,根本改变了传统“外挂式保温系统”易开裂,与基层结合不牢易从墙体脱落的危险。

裕宸墙体自保温砖的抗压强度可达到6.0Mpa,具备该抗压强度完全能承受自身的负荷并具有良好的抗风压、抗冲击能力,同时,具有优良的抗折、抗冻性能。而且裕宸墙体自保温砖空气声计权隔声量为Rw: 51dB,使用裕宸墙体自保温砖砌筑建筑物的内部分户墙,可保证每一户人家拥有属于自己的安静空间,不会受外来噪音的干扰。裕宸墙体自保温系统采用无机阻燃材料,因此,用于内、外墙体亦具有良好的防火性能。

专家点评:

据建设部和国家统计局资料报道,我国每年新建建筑面积20亿平方米以上,在2020年以前,城镇还有270亿平方米既有建筑进行节能改造,每年建筑围护结构保温隔热市场达到1000亿人民币以上,其市场容量巨大。

自保温混凝土 篇3

1.1 加气混凝土外墙自保温体系简介

加气混凝土外墙自保温系统是利用墙体材料本身性能实现建筑节能65%, 满足建筑保温、隔热、居住舒适度好等要求的一种外墙保温体系。

1.2 国内外自保温体系的研究状况

国外自保温建筑节能技术已经发展了五十年。通过对墙体自身采取一系列新型技术, 使其导热系数极低, 甚至达到了绝热的程度。国外尤其是欧洲墙体材料中80%为加气混凝土砌块技术相当成熟、应用规程十分完善, 节能效果十分显著。法国、瑞典和芬兰等国甚至已经生产出密度小于300kg/m3的产品并投入市场, 产品具有较低的吸水率和较好的保温性能。

我国加气混凝土制品有40余年的生产和应用经验, 许多企业已实现高度的工业化, 产品质量有保证。预计2006年底, 砂加气混凝土砌块总量可达到60亿块。由于加气混凝土制品具有耗能低、保温性能好、隔音、可进行资源再生利用、环保等特点, 在建筑市场发挥越来越大的作用。近年来, 随着建筑节能的强制推行, 部分省市诸如:北京、上海、江苏、甘肃、深圳、武汉等利用加气混凝土制品能够实现节能65%、居住舒适度高、施工难度低等特点, 研发配套产品, 开展自保温体系的研究, 均取得了显著成效。

1.3 加气混凝土外墙自保温体系的优势与技术特点

加气混凝土外墙自保温材料, 与外保温和内保温相比。具有以下优势:

⑴母材生产、应用技术都相当成熟;

⑵产品尺寸精确, 可有效控制在±1.0mm;

⑶产品不燃烧, 有很好的防火性能, 10cm厚墙体的防火能力可达4小时以上;

⑷产品的耐久年限长, 不会出现聚苯板耐久年限短 (仅25年) , 易产生建筑垃圾等情况;

⑸施工工艺简单, 等同现有空心砖墙砌筑方法;

⑹节能投资小, 按外墙体面积计算, 增加的节能投资;

⑺原材料制品丰富, 可利用固体废弃物等来生产, 有利于资源的再生产利用;

⑻能够满足节能65%的要求, 以北京现代建筑材料公司生产的加气混凝土为例:其05级250mm厚的传热系数为0.40w (m2.k, 06级250mm厚度的传热系数为0.45 w/ (m2.k) , 均低于国家节能65%标准要求中传热系数达到≤0.6w/ (m2.k) 标准要求。

⑼耐久性好, 外墙砌体和砼“冷桥”部位, 几乎都是选用无机材料, 不易受外界的影响, 其耐久性与住宅使用年限相近。

⑽室内装修、线管布设和空调等设备安装采用冲击钻开槽、打孔时, 不易出现一打一个窟窿而影响结构安全的问题。

⑾聚苯板外保温技术易出现空鼓、裂缝, 适用年限一般在20~25年, 在建筑物有效使用期限中, 势必要进行局部或全部返修, 造成二次污染, 给居民带来不便。而加气混凝土自保温体系利用外墙体本身的热工性能技术指标就能达到国家和地方节能设计标准的要求。具有耐久性好和节能投资省等优点, 发展前景广阔。

2 加气混凝土外墙自保温工程应用经济效益分析和社会经济效益分析

2.1 工程应用经济效益分析

在施工中, 对加气混凝土和采用页岩空心砖墙外保温系统的综合造价分析:

⑴材料单价比较。砂加气混凝土砌块和页岩空心砖的市场价格分别为135元/m3和120元/m3。在市场价格上, 加气混凝土砌块要比页岩空心砖高12.5%左右。

⑵外保温体系单位面积工程造价对比。采用加气混凝土自保温体系, 保温体系造价包含加气混凝土砌块、专用抹面砂浆、砌筑砂浆, 热桥部分保温材料处理, 平均单位面积造价为60~70元/m2 (含加气混凝土价格) 。

采用页岩空心砖外墙外保温体系, 外保温主要利用聚苯板保温体系、聚苯颗粒砂浆, 单位造价平均为100~120元/m2 (含页岩空心砖的价格) 。

因而采用加气混凝土自保温体系与外墙外保温体系相比每平方米单价低60%以上。

(3) 施工劳动强度对比。使用砂加气混凝土砌块在1砖外墙、1砖内墙、1/2砖内墙的工程量分别为18.19m3、27.22m3、4.62m3;使用240厚页岩多空砖在1砖外墙、1砖内墙、1/2砖内墙的工程量分别为19.82m3、32.66m3、5.54m3。可见, 使用砂加气混凝土砌块可大大减少内粉刷工作量。同时, 使用200厚砂加气混凝土砌块的施工墙体消耗人工量比使用多孔黏土砖低64%。

与外墙外保温系统和内墙内保温系统相比, 采用加气混凝土自保温体系在同样满足节能65%的要求下, 工程造价每平方米要降低70%以上, 能有效降低工程造价, 有很高的经济效益。

2.2 社会经济效益分析

加气混凝土外墙自保温体系在取得了较好经济效益的同时, 也产生了巨大的社会效益, 其社会效益主要表现在以下两方面:

⑴促进了可持续发展战略。现有外墙保温材料与传统的烧结砖相比, 240000m3加气混凝土作建筑外墙时综合节能5万余吨油, 在环保效果上, 可减少二氧化碳排放量52万吨, 完全符合绿色环保、节能要求, 是一种潜力巨大的新型绿色材料, 符合国家可持续发展战略需要。 (数据摘自加气混凝土建筑的节能, 陶有生)

⑵促进建筑节能产业化。紧密结合示范工程的需要, 积极组织开展科技攻关与项目引入工作, 发展新技术新产品, 促进建筑节能产业化。目前已走向市场并形成产业的有:聚苯保温板、聚合物砂浆饰面外墙外保温做法, 多种类型的砌块、空心砖。如唐山市线材厂引进的聚苯保温板生产线, 产成品不仅通过了国内检测, 而且在日本及德国都通过了严格质量检测, 远销海内外;再如唐山市宏泰新型建材有限公司引进北京化工大学的外墙外保温粘结剂生产线, 产成品已经通过国家建筑工程质量检测中心的检测, 达到并超过欧洲标准。

3 加气混凝土自保温体系存在的主要问题和解决办法

由于加气混凝土砌块是一种高分散多孔结构的硅酸盐建筑材料, 内部孔隙率高, 其孔结构内部大口径小, 导湿与解湿性差。砌块吸水量大, 吸水先快后慢、时间长的, 毛细管作用较差, 导湿、解湿缓慢。当使用普通砂浆不时, 加气混凝土会吸走普通砂浆中大量水分, 使其水化不足, 粘结力下降, 砂浆收缩快, 尤其在界面结合处, 当砂浆的强度增长不足以抵抗收缩拉力时, 导致砂浆层过快收缩而造成开裂、空鼓等现象。普通裂缝一般不会危及到建筑物的结构安全, 但对建筑物的使用功能也有不同程度的影响。如:一些贯穿墙体的裂缝会削弱墙体的受力性能, 特别在单层或多层承重结构中影响到建筑物的使用寿命及抗震性能;发生于外墙的裂缝, 会造成墙面的渗漏, 加大外墙防渗处理难度, 降低外墙防潮的功能;裂缝过于多、密, 在温度反复变化中会加速裂缝的扩展, 造成更大的空鼓等。

针对加气混凝土在施工过程中极易出现的墙面开裂、空鼓等现象, 应在材料、设计、施工等方面进行加以规范, 制定相关措施:

⑴严把材料关, 确保材料符合国家规范相关要求。

⑵注意养护期, 出釜后存放适当时间再上墙。

⑶上墙后, 间隔较长时间再做批嵌或粉刷。

⑷减小构造柱间距及改变构造柱形式。

⑸对不同材料界面之间加强柔性处理, 例如采用聚合物砂浆加玻纤网格布作为加强层等。

⑹采用专用抹灰砂浆或在加气混凝土墙体表面涂抹界面剂的方法, 比如胶质水泥浆、JCTA-400系列界面处理剂等方式减少墙面开裂、空鼓现象。

4 结论

综上所述, 加气混凝土不仅具有绿色环保、节能, 而且具有良好的社会经济效益;因此其应用和发展是时不可待。当然, 为了确保加气混凝土墙身质量, 施工单位除了加气混凝土制品质量得以保障外, 还得注意墙身的设计、施工以及抹灰工艺, 这样才能使加气混凝土自保温体系得以充分发展和推广。●

参考文献

[1]重庆市墙体自保温系统技术要点 (试行)

[2]田学春加气混凝土在外墙自保温体系中的应用分析

[3]蒸压加气混凝土建筑应用技术规程 (JGJ/T17-2008)

[4]齐子刚, 姜勇.我国加气混凝土行业现状及发展趋势.新型墙材, 2008, (1)

自保温混凝土 篇4

混凝土自保温砌块是由混凝土拌合料,经过砌块成型机成型的,不需再做保温处理的,能满足建筑物力学性能和保温隔热性能要求的砌块。国外混凝土空心砌块建筑已有上百年的历史,我国混凝土空心砌块也有超过70年的历史,随着我国节能政策的逐步推进,节能设计标准的不断提高,从30%、50%到65%节能目标的提出与实施,对建筑外墙传热性能的要求越来越高。

作为墙体材料的混凝土空心砌块,为了能满足新形势下热工性能的要求,各种结构形式的砌块不断推陈出新,新型砌块在广泛推广应用之前,对其热工性能指标的检测与研究是其推广应用前必须做的工作。

1 混凝土自保温砌块墙体热工性能评价指标

对于匀质材料的传热性能通常用导热系数来表征,仅反映材料本身的性能,与材料的形状、厚度无关,导热系数越大材料传热能力就越强,其保温隔热能力越差;对于非均质材料,通常用热阻或传热系数来表征其传热性能,其值与基础材料的导热系数、构件的形状、三维尺寸、温度、含水率等有关,热阻越大,构件的传热能力越小,即保温隔热能力越强。混凝土空心砌块从传热角度来说是一种不均匀的材料,所以混凝土砌块没有一个严格意义上的导热系数,只能针对某种具体的块型测其热阻或传热系数来表征其传热性能,传热系数是评价复合墙体热工特性的最主要参数。

1.1 砌块墙传热阻

传热阻是指砌块墙体(包括两侧表面空气边界层)阻抗传热能力的物理量,为结构热阻与两侧表面换热阻之和。

式中,Ri—内表面换热阻,(m2·K)/W(一般取0.11);

Re—外表面换热阻,(m2·K)/W(一般取0.04);

R—墙体热阻,m2·K/W。

(1)单一材料层的热阻按下式计算:

式中,R—材料层的热阻,(m2·K)/W;

δ—材料层的厚度,m;

λ—材料的导热系数,W/(m·K)。

(2)多层材料组成的墙体热阻按下式计算:

式中,R1、R2……Rn—各层材料的热阻,m2·K/W。

(3)由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构(包括各种形式的空心砌块,填充保温材料的墙体等),其平均热阻可根据GB50176-93《民用建筑热工设计规范》的规定,按下式计算:

式中,—平均热阻;

F0—与热流方向垂直的总热阻面积;

F1、F2…Fn—按平行于热流方向划分的各个传热面积;

R0.1、R0.2…R0.n—各个传热部位的传热阻;

φ—修正系数,按表1选用。

1.2 砌块墙传热系数

墙体传热系数,也称为总传热系数,它是指在稳态条件下,墙体两侧表面温差为1K时,1h内通过1m2面积所传递的热量,传热系数为传热阻的倒数。

式中,R0—墙体传热阻,(m2·K)/W。

1.3 外墙平均传热系数

建筑物在结构及抗震设计时,主体墙周边往往需要设置混凝土圈梁和抗震柱,这些部位与主体墙材料、构造不同,形成热流密集的通道,称为“热桥”。外墙平均传热系数指主墙体及其周边结构性热桥(构造柱、圈梁以及楼板伸入外墙部分等)部位在内的传热系数平均值[1]。因此,在进行围护结构热工性能评价时,必须计算外墙的平均传热系数。

外墙平均传热系数的计算值按外墙主墙体及周边热桥部位的传热系数对其面积的加权平均计算求得,计算公式如下:

式中,Km—外墙的平均传热系数,W/(m2·K);

Kp—外墙主体部位的传热系数,W/(m2·K);

Fp—外墙主体部位的面积,m2;

KB1、KB2、KB3—外墙周边热桥部位传热系数,W/m2·K;

FB1、FB2、FB3—外墙周边热桥部位的面积,m2。

外墙主体部位和周边热桥部位如图1所示。

2 自保温砌块墙热阻检测方法

对于自保温混凝土空心砌块砌体的热阻,目前有两种方法,一是按标准规定的方法直接检测得到墙体的热阻;二是先检测砌块基材的导热系数,然后按热工设计规范规定的计算方法算出墙体的传热阻值或传热系数。

2.1 直接法

(1)热箱法

热箱法是基于一维稳态传热的原理,在试件两侧的热箱和冷箱内,分别建立所需的温度、风速和辐射条件,达到稳定状态后,测量空气温度、试件和箱体内壁的表面温度及输入到计量箱内的功率,按公式计算出试件的传热系数。因为要检测通过被测对象的热量,所以要把传向别处的热量进行剔除,根据处理方式不同,分为标定热箱法和防护热箱法。

(1)标定热箱法[2]

标定热箱法检测原理如图2所示。将标定热箱法的装置置于一个温度受到控制的空间内,该空间的温度可与计量箱内部的温度不同。采用高比热阻的箱壁使得流过箱壁的热流量Q3尽量小。输入的总功率Qp应根据箱壁热流量Q3和侧面迂回热损Q4进行修正。Q3和Q4应该用已知比热阻的试件进行标定,标定试件的厚度、比热阻范围应同被测试件,其温度范围亦应与被测试件试验的温度范围相同。

被测试件的热阻及传热系数如式(7)所示。

式中,Q1—通过试件的功率,W;

Qp—输入的总功率,W;

Q3—箱壁热流量,W;

Q4—侧面迂回损失,W;

A—热箱开口面积,m2;

Tsi—试件热侧表面温度,K;

Tse—试件冷侧表面温度,K;

Tni—试件热侧环境温度,K;

Tne—试件冷侧环境温度,K。

(2)防护热箱法[3]

防护热箱法检测原理示意图如图3所示。在防护热箱中,将计量箱置于防护热箱内,使防护箱内温度与计量箱内温度相同,使试件内不平衡热流量Q2和流过计量箱壁的热流量Q3减小至最小可以忽略。按式(8)计算热阻和传热系数。

式中,Q2—试件内不平衡热流,W;

其它符号同公式(7)。

(2)热流计法

热流计法检测的前提条件也是一维稳定传热。采用热流计及温度传感器测量通过构件的热流值和表面温度,通过计算得出其热阻和传热系数。测量和读取通过砌体构件两侧的温度差和通过墙体的热流量,通过计算公式(9)计算出墙体的热阻、得出砌体的热阻,并进一步算出墙体的传热阻和传热系数,进而判断墙体是否达到节能标准要求。

式中,t2—热端温度,K;

t1—冷端温度,K;

E—热流计读数,m V;

C—热流计测头系数,W/(m2·m V),热流计出厂时已标定。

2.2 间接法

由于受现场测试的各种影响,不同测试方法的测试结果可能有很大的差异,有时会得出完全不同的结论。即使采用正确的测试手段或方法,也有可能对现场的某些影响因素估计不足,而得到不理想的测试结果,对采用直接法检测热阻的实验结果解释是一项复杂的工作,因此,在很多情况下使用间接法来检测热阻,其步骤如下:

(1)通过查表或者实验室检测等方法,获得制作砌块基材的导热系数;

(2)按公式(4)计算砌块传热阻;

(3)根据墙体工程做法,按照公式(1)和(5)计算主墙体传热系数;

(4)若建筑物在设计中存在有“热桥”的情况,则按公式(6)计算墙体平均传热系数。

3 间接法应用实例

某厂生产的芯核发泡混凝土自保温砌块作为墙体基材(如图4),建筑物开间3.6m,层高2.9m,窗墙面积比0.3,外墙结构层厚度为190 mm,钢筋混凝土构造柱、圈梁和楼板设置同图2,构造柱截面尺寸为190mm×190mm,外墙抹30厚水泥砂浆,内墙20厚混合砂浆,外墙平均传热系数计算如下。

3.1 计算砌块热阻

(1)确定砌块材的导热系数

实验室测得该砌块基材的导热系数为0.44W(m·K),干密度为1100kg/m3,内填干密度为500kg/m3、导热系数为0.19W/(m·K)的泡沫混凝土的单排孔砌块。

(2)计算砌块传热阻

砌块规格尺寸为390mm×190mm×190mm,外壁厚30mm,肋厚30mm。由于砌块是两种以上、两向非均质组成的材料,其热阻可按上述公式(2)计算。

在与传热方向垂直的面上,将砌块分为5个传热单元,如图5所示,各个单元的面积分别为:

(1)传热单元面积Fn计算

总面积F0=0.39×0.19=0.0741m2

第1、3、5单元面积F1=F3=F5=0.03×0.19=0.0057(m2)

第2、4单元面积F2=F4=(0.39-0.03×3)÷2×0.19=0.0285(m2)

(2)传热单元热阻R0.n的计算

第1、3、5单元热阻R0.1=R0.3=R0.5=0.19÷0.44=0.432[(m2·K)/W]

第2、4单元热阻R0.2=R0.4=(0.03÷0.44)+(0.13÷0.19)+(0.03÷0.44)=0.821[(m2·K)/W]

(3)砌块热阻

在砌块热阻计算公式中,Ri=0.11、Re=0.04、φ=0.96

3.2 计算主墙体传热系数

砌体是由砌块与灰缝两部分组成,分别将砌块和灰缝都作为匀质材料来考虑,按加权平均法计算墙体的传热阻,最后再加上两面抹面的热阻,得出砌体传热阻。取1m2墙为计算单元,灰缝面积包括水平缝和竖直缝两部分,设灰缝厚为10mm,则灰缝面积F1=(1×5+0.19×12)×0.01=0.0728(m2),砌块面积F2=1-F1=1-0.0728=0.9272(m2)[4]。

砌筑砂浆的导热系数为0.93W/(m·K),则灰缝热阻为0.19/0.93=0.204[(m2·K)/W]。

(1)砌体墙热阻(不包括两侧抹灰):

式中,R1—灰缝热阻;

F1—灰缝面积;

R2—砌块热阻;

F2—砌块面积。

(2)主墙体传热系数

主墙体包括三层,即砌体墙及两侧抹灰,内抹灰20mm厚混合砂浆,外抹灰30mm厚水泥砂浆,砌体墙热阻0.479(m2·K)/W,水泥砂浆导热系数为0.93 W/(m·K),混合砂浆导热系数为0.87 W/(m·K),则主墙体传热系数为:

式中,R1—外抹灰热阻;

R2—内抹灰热阻。

3.3 外墙周边热桥部位传热系数计算

当建筑物各朝向窗墙面积比的平均值不大于0.31时,可按表2列出的外墙计算单元各部位面积计算整幢建筑的外墙平均传热系数[5]。

(1)构造柱部位传热系数KB1

以丁字墙部分构造柱为例说明KB1的计算,如图6,构造柱采用钢筋混凝土,材料的导热系数计算值为1.74 W/(m·K)。

式中,R1—外抹灰热阻;

Rw—构造柱部分热阻;

R2—厚度为20mm的砌体墙热阻。

(2)圈梁及板端头部位传热系数

圈梁及板端头示意图如图7所示。

圈梁部位传热系数KB2

式中,R1—外抹灰热阻;

Rw—圈梁部分热阻;

R2—内抹灰热阻。

楼板端部传热系数KB3

式中,R1—外抹灰热阻;

Rw—楼板端部热阻;

R2—20mm厚钢筋混凝土部分热阻。

3.4 外墙平均传热系数计算

按公式(6)计算外墙平均传热系数

4 结论

(1)混凝土自保温砌块热工性能检测,可采用直接法和间接法两种。由于直接法检测的不确定因素较多,对检测结果的判定、解释需做大量的分析、论证,相比而言间接法检测更适用。

(2)间接法检测混凝土自保温砌块,主要是通过计算外墙传热阻、外墙平均传热系数,来判定墙体热工性能是否满足要求。

参考文献

[1]俞力航.外墙平均传热系数的计算与分析[J].新型建筑材料,2003(11).

[2]GB/T 13475-2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》.

[3]GB/T 13475-2008《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》.

[4]宋岩丽.寒冷地区节能65%与自保温砌块的研究[J].混凝土与水泥制品,2011(7).

自保温混凝土 篇5

关键词：蒸压加气混凝土,自保温砌块,生产工艺,应用

0前言

吉林省石羽加气混凝土有限公司 (原吉林省加气混凝土厂) 始建于1974年, 企业初期拥有1条年生产能力为10万m3的加气混凝土生产线, 厂区占地面积为12.2万m2。2008年底企业投资1.2亿元人民币, 在改造原有2条生产线的同时, 又引进德国的先进生产工艺和设备, 在吉林省德惠市的新厂区新建了第3条生产线, 使企业年生产能力达到60万m3, 是目前吉林省乃至东北地区最大的加气混凝土制品专业生产企业, 同时也是该地区最大的新型墙体材料生产基地, 主要产品为加气混凝土砌块、加气混凝土板材和加气混凝土专用节能保温砂浆等。蒸压加气混凝土自保温砌块 (简称为加气混凝土砌块) 综合性能突出, 单一材料即可满足严寒地区第三阶段围护结构建筑节能65%的要求。

1 原材料

1.1 原料要求

1.1.1 粉煤灰

本砌块的原料粉煤灰来自长春市电厂的湿排灰, 经原料处理后符合要求的粉煤灰掺量为70%以上。对粉煤灰的质量要求为, Si O2含量大于40%, Al2O3含量15%~35%, Fe2O3含量小于15%, 烧失量小于10%, 细度:0.045 mm方孔筛筛余20%以下, 0.080 mm方孔筛筛余10%左右。

如果粉煤灰0.045 mm方孔筛筛余超过20%时, 混合料浆浇注稳定性开始变差, 料浆变稠, 铝粉发气时易产生憋气、模具四角出现塌角现象, 表面有少量泌水[1];当筛余超过35%时, 易出现大面积泌水甚至塌模, 浇注后期易产生憋气、局部沉陷、气孔结构不好、蒸压前坯体分层裂缝等不良现象。但粉煤灰不应太细, 否则会在加气混凝土料浆中产生很大的应力, 使制品透气性下降, 导致终凝阶段的料浆及蒸压养护后的制品出现收缩裂缝。适宜的粉煤灰细度对浇筑参数的影响[2]为:细度:0.045 mm筛筛余20%以下, 料浆密度1.40~1.47g/cm3, 料浆稠度27~28 cm, 浇注稠度19~20 cm, 稳定状态良好。

1.1.2 生石灰

对生石灰的质量要求为活性氧化钙含量大于65%, 氧化镁含量小于6%。要求宜采用中速石灰, 消解温度高于80℃, 可以保证料浆的浇注稳定性。

生石灰在水化后生成氢氧化钙, 遇水消化时放出一定的热量, 使温度上升, 为坯体中水泥快速水化提供条件, 促使坯体硬化, 缩短坯体静停时间。另外, 生石灰也是铝粉发气的促进剂, 铝粉发气需要碱性环境, 料浆中生石灰遇水消化成为Ca (OH) 2, 提高了料浆碱度, 提供铝粉的发气条件。

1.1.3 水泥

宜采用42.5级普通硅酸盐水泥。在以生石灰为主的混合钙质材料中, 较少水泥用量对料浆的稠化速度不起主导作用, 但水泥用量的适当增加, 在一定程度上反而延缓料浆稠化, 保证料浆浇注稳定性, 随后可加速坯体硬化, 使其具有初始强度, 便于切割和入釜养护, 在硬化过程中还能显著提高坯体强度。

1.1.4 石膏

石膏中SO3含量应为35%以上, 二水石膏、半水石膏和硬石膏都可以使用。掺入少量石膏作为调节剂, 可以抑制石灰的消化速度, 有利于料浆浇注的稳定性。但石膏用量过多时, 可能影响气泡的稳定, 发生冒泡和收缩下沉、甚至料浆不能稠化而发生不稳定现象。在硅酸盐类制品中, 掺入少量的石膏可增加硬化后坯体的强度。

1.1.5 铝粉

要求金属铝含量大于98%、活性铝含量为82%~85%, 细度为0.080 mm方孔筛筛余1.0%以下, 比表面积为5000~6000cm2/g。铝粉在料浆中产生化学反应, 放出氢气, 使坯体内部形成均匀细小的气泡孔。铝粉具有密度小、产气量大、成本较低、来源广泛的特点。

1.1.6 复合辅助材料

用量很少的复合辅助材料主要包括气泡稳定剂和调节剂等。其中, 为了使气泡稳定地保持在加气混凝土料浆中, 形成良好的气孔结构, 通常需要加入气泡稳定剂。气泡稳定剂可采用植物油酸和三乙醇胺适量混合, 再加水稀释搅拌而成。另外, 为了调节铝粉的发气情况、料浆稠化、坯体硬化和消除制品裂缝、提高制品强度的需要, 可根据需求加入各种作用不同的调节剂。调节剂的品种主要包括纯碱、硼砂、水玻璃和菱苦土等。

1.2 配合比设计

加气混凝土的配合比和主要物料消耗量[3]见表1。

2 生产工艺过程及优化

2.1 生产工艺流程

加气混凝土的生产工艺过程可分为3个阶段[4], 即原材料准备阶段, 包括混合胶结料的制备;产品成型阶段, 包括配料、浇注、预养静停、切割等工序;蒸压养护阶段, 包括制品在高压釜经高温高压饱和蒸汽的作用, 胶凝物质硬化后产生强度, 以及出釜、检验和包装等工序。成品出厂前, 出蒸压釜后码坯存放不少于5 d。

2.2 生产工艺过程的优化

2.2.1 浇注稳定性对加气混凝土砌块性能的影响

浇注工序是生产的核心环节, 而浇注稳定性是影响加气混凝土产品质量的关键, 可以使加气混凝土内部形成良好的气孔结构, 对制品的性能和生产效率有着较大的影响。浇注稳定性实质上就是料浆的稠化与铝粉发气相适应的问题, 加气混凝土在浇注发气稠化过程中, 铝粉通过发生化学反应产生气体, 在料浆中形成大小均匀的气孔结构而固定下来, 应使发气更加顺畅, 气孔均匀, 静停后期料浆稠化迅速, 坯体的塑性强度增长较快, 缩短制品的静停时间, 有效提高生产效率。

除加气混凝土多种原材料的质量和加气混凝土的配合比对浇注稳定性有较大影响外, 如果浇注温度过高, 则料浆发气快, 稠化速率也快[5], 料浆升温加速, 引起料浆提前稠化, 导致冒泡和收缩。实际生产中, 浇注温度宜控制在 (40±2) ℃, 并根据原料和气温条件加以适当调整。静停时, 静养室的温度应保持在40~50℃内, 静停时间2 h, 以消除坯体脱模后由于坯体内外温差过大造成开裂的问题。

加气混凝土在切割时产生的废料与粉煤灰浆一起混磨配制料浆, 可大大提高浇注的稳定性, 并提高产品内在和外观质量, 既利用了废料, 又有利于生产。废加气混凝土砌块的掺量以不高于5%为宜[6], 过高反而会降低石灰的性能 (降低消化温度和增加消化时间) , 造成坯体后期温度降低, 影响发气与稠化, 不利于浇注稳定性。加气混凝土料浆可近似用宾汉姆流体来描述, 在一定的实验条件下[7], 随剪切速率的增大, 料浆的剪切应力增大, 黏度降低。控制适宜料浆的屈服值和黏度值, 可使浆体的流动性能较好, 有利于铝粉的发气, 使得气泡均匀、稳定地保存在料浆中。

2.2.2 养护制度对加气混凝土砌块性能的影响

蒸压养护是加气混凝土砌块获得强度的必要条件和重要工序, 坯体成型后, 为了加速胶凝材料的水热合成反应, 用蒸压釜实现定向高温高压, 使其在短时间凝结硬化达到预期的力学强度。在工艺完善情况下, 一般需要恒温8 h左右才能达到最高强度, 无限延长蒸压养护中的恒压时间对制品也不利。要求制定具体的抽真空度、升压、恒压、降压等4道工序的速度、压力和时间等详细的技术参数和规范, 在生产中规定相应的工艺措施[8,9], 建议蒸压养护制度如表2所示。

另外, 加气混凝土砌块的其它主要工艺参数包括:粉煤灰料浆密度1.42~1.46 g/cm3;浇注时坍落度 (200±20) mm等。

3 加气混凝土砌块的性能

蒸压加气混凝土自保温砌块的物理力学性能指标见表3, 其中, 抗冻性试验均为50次冻融循环的方法;砌块B05级和B06级适用于非承重的框架填充墙体, 砌块B07级或B08级可用于承重墙体的多层混合结构房屋, 最高层数一般为6~7层, 而采用较高强度等级的烧结普通砖建造的承重墙体的相同结构形式多层房屋, 最高层数亦为7层左右。

4 蒸压加气混凝土自保温砌块的应用

近年来, 蒸压加气混凝土自保温砌块已在长春高速铁路西客站、哈大高速铁路沿线站房、沈阳地铁二期工程、长春卷烟厂办公楼及厂房、内蒙古卷烟厂办公楼、吉林省四平市电厂新扩建项目等近百项大中型工程中应用, 技术经济效益和社会效益显著。

4.1 自保温砌块墙体的主要构造特点

目前, 长春地区 (严寒地区) 规定新建住宅和公共建筑应分别满足节能65%和50%的外墙传热系数限值的要求, 相应的蒸压加气混凝土自保温砌块墙体的热工参数分别见表4和表5, 其中, 当体型系数Sc≤0.3时, 建筑节能65%和50%的外墙主体部位传热系数限值Kp分别为0.45和0.50 W/ (m2·K) ;经测算, 如果改用内外普通的抹灰混合砂浆 (保温砌筑砂浆不变) , 同时适当调整自保温砌块的密度级别和厚度, 亦可达到相应的外墙传热系数限值的要求。

自保温砌块墙体中的钢筋混凝土梁和柱等部位的外侧应采取加强保温措施。例如, 在框架柱或异型框架柱等热桥处的外侧粘贴60 mm厚的阻燃型EPS板, 再包覆砌筑100 mm厚 (或者150 mm厚) 自保温砌块墙体;外墙柱与加气块交接产生通缝处用一布二浆 (1层耐碱玻纤网格布、2层聚合物砂浆) 加强, 外延深入砌块墙体内固定;加强保温部位的砌块墙体应与自保温砌块墙体主体 (300~450 mm厚) 外部保持外观平整一致。在自保温砌块墙体以上的门窗洞口附近, 洞口的上下2个部位的外侧均应为喷涂30 mm厚聚氨酯硬泡或25mm厚聚苯颗粒保温料浆、一布二浆 (窗口附加网不必翻包) , 并与洞口以下的自保温砌块墙体外部保持外观平整一致;同时, 洞口以上的钢筋混凝土窗过梁亦应采用上述框架柱或异型框架柱外侧相同的加强保温措施, 且与自保温砌块墙体主体外部保持外观平整一致。

自保温砌块砌筑时, 其含水率应小于30%, 砌块砌体灰缝尺寸应为10 mm左右。当自保温砌块墙体长度大于5 m时, 应在每层墙体高度的中部设置3Φ4@150的通长钢筋。自保温砌块墙体的外部必须采用适当的饰面防护层, 布置构造按建筑单体设计方案进行, 即不应采取外墙体为清水墙做法。

自保温砌块墙体内外侧抹灰前, 应涂刷界面剂 (固含量7%的EVA乳液) 进行处理。配制抹灰砂浆的水泥用量不宜过多, 否则可能造成抹灰层开裂。如果砌块墙体采用干粉保温砌筑砂浆时 (其导热系数小于砌体材料的导热系数) , 灰缝影响系数取1.00。如果采用普通的砌筑砂浆时, 灰缝影响系数取1.25, 从而使砌块材料的导热系数和蓄热系数、砌块墙体的传热系数均增大。配套使用的WB-5型干粉保温砌筑砂浆主要由胶凝材料、轻质细骨料 (陶砂和玻化微珠) 、细填料、木质纤维、EVA可再分散乳胶粉、纤维素醚等原材料组成, 搅拌均匀而制得。干粉状保温专用的砌筑砂浆、内抹砂浆和外抹砂浆的技术指标见表6。

4.2 自保温砌快墙体的直接造价分析

满足长春地区节能65%的外墙传热系数限值要求的自保温砌块墙体、其它品种砌块复合的EPS外保温墙体的直接造价测算结果见表7, 计算的依据为《吉林省建筑、装饰工程计价定额2009》, 具体价格亦可参照市场价格波动作适当调整。在表7中, B05级和B06级自保温砌块墙体造价分别比其它4种类别砌块外保温墙体造价的平均值 (154.3元/m2) 降低27.45元/m2和14.05元/m2。

5 结语

(1) 蒸压加气混凝土自保温砌块具有许多优异特性, 主要原料粉煤灰长期供应的来源稳定可靠, 全部采用无机原料制成, 生产工艺也较为简单。砌块组砌工效较高, 无需保温层的二次施工, 砌块墙体可分别满足长春地区 (严寒地区) 现行建筑节能65%和50%的外墙传热系数限值的要求, 且该墙体总造价低于其它种类砌块外保温墙体成本。

(2) 干粉保温砌筑砂浆导热系数略低于自保温砌块, 可有效消除水平及垂直灰缝冷桥产生的隐患, 并保留选择使用普通砌筑混合砂浆的替代方案。同时配套的干粉保温内抹砂浆和外抹砂浆使用可靠, 消除了抹灰层可能脱落、开裂的困扰。

参考文献

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[2]刘会军.浅谈粉煤灰加气混凝土的生产工艺[J].砖瓦, 2009 (6) :34-36.

[3]陈胜利.加气混凝土的生产及应用[J].砖瓦, 2007 (7) :50-52.

[4]阳劲辉.计算机在加气混凝土生产过程控制中的应用[J].中国建材装备, 2002 (2) :32-33.

[5]刘会军.粉煤灰加气混凝土生产的工艺调整[J].墙材革新与建筑节能, 2009 (3) :36-38.

[6]张智杰.采用混磨工艺提高粉煤灰加气混凝土的浇注稳定性研究[J].新型建筑材料, 2009 (6) :33-35.

[7]闫加旺, 韦江雄, 庄梓豪, 等.加气混凝土料浆的流变性能及其与发气和稠化速率的关系[J].混凝土, 2009 (11) :27-30.

[8]何水清.粉煤灰加气混凝土砌块生产工艺及应用[J].福建建材, 2003, 79 (1) :26-29.

自保温混凝土 篇6

关键词：陶粒混凝土,自保温,实例工程,发展方向

1、前言

随着人类对居室环境和自然环境要求的提高, 以及建筑物向多功能和超高、超大跨方向发展, 使得建筑物及其组成材料的轻质高强、保温隔热、抗震耐火等功能需求日益突出。寻求多功能集料, 代替或部分代替天然石材集料, 研制轻集料混凝土并应用, 就成为混凝土结构材料的一个发展方向。一般地说, 采用人造轻集料配制的混凝土比普通碎石混凝土质量轻20~30%, 轻集料混凝土可以具备轻质高强、保温隔热、抗震耐火等功能。重庆地区页岩资源丰盛, 可生产页岩陶粒, 具有生产陶粒混凝土的材料条件。结构陶粒混凝土是指用于承重构件或构筑物的混凝土。

2、陶粒混凝土的发展和应用现状

2.1 陶粒混凝土简介

陶粒主要分为页岩陶粒、粘土陶粒和粉煤灰陶粒。陶粒的密度根据用途大致有以下几种:超轻陶粒300~500K g/m3;结构保温用陶粒500~750K g/m3;结构用陶粒750~1000Kg/m3。陶粒混凝土具有以下特点: (1) 轻质高强:密度<1900级; (2) 保温隔热:优于普通混凝土; (3) 防火性能:优于普通混凝土; (4) 耐久性好:抗渗性、抗冻性、耐酸碱腐蚀性均好于普通混凝土; (5) 抗震性好:弹性模量低, 变形性能好, 抗震性能优良; (6) 收缩徐变比普通混凝土大, 施工骨料上浮等问题尚未很好解决。

2.2 陶粒生产技术和规模发展迅速

陶粒最早在1913年就已经问世, 美国和前苏联由于缺少天然的普通骨料。大量生产和使用这种人造的轻骨料, 到80年代, 前苏联陶粒年产量5100万立方, 美国达到2300万立方, 丹麦、瑞典、英国、法国等欧洲国家年产量约在1800万立方以上。

我国从20世纪50年代开始研究陶粒, 先后研制出粘土陶粒、页岩陶粒和烧结粉煤灰陶粒等生产技术, 80年代初, 陶粒年产量约60万立方, 1996年我国陶粒年产量为280万立方, 2005年达到500万立方, 2010年接近1000万立方, 并出口欧美。

2.3 陶粒混凝土在建筑结构中的应用

2.3.1 陶粒混凝土结构经济性指标

高层建筑采用陶粒混凝土仅楼板一项即可降低建筑自重15~16%;全部采用20~40%。与普通混凝土相比, 用陶粒砼作梁、柱和其它承重构件, 可减少钢筋用量20~25%;总体上减轻结构自重20%。目前重庆陶粒生产供应欠缺, 价格较高。随着工程需求量增加, 陶粒生产成本的逐步降低, 陶粒混凝土结构将具有综合的经济指标优势。

2.3.2 国外陶粒混凝土结构的应用

1) 美国休斯顿商场大厦, 1 9 6 7~1 9 6 9, 2 1 8 m, 5 2 F, 平面59×40m, 总建面13万m2, 原方案35F, 改为陶粒混凝土52层总重与原方案相当。采用页岩陶粒, 干松散容重780, 混凝土1840, 28d抗压强度32~42MPa, 可用于墙柱及楼板。该项目获得了较高的综合经济效益。

2) 轻骨料混凝土 (含陶粒混凝土) 桥面结构普遍采用: (见表1)

日本在桥面工程中应用较多, 德国是天然轻集料生产和应用最多的国家, 挪威是世界上高强轻骨料混凝土应用最先进的国家之一, 强度应用范围己高达55~74MPa, 欧洲其它国家也不同程度地在桥梁工程中使用高强轻骨料混凝土。

2.4 国内陶粒混凝土结构的应用 (见表2)

3、陶粒混凝土自保温技术体系 (见表3)

墙体自保温系统是指按照一定的建筑构造, 采用节能型墙体材料及配套砂浆使墙体热工性能等物理性能指标符合相应标准的建筑墙体保温隔热系统。传统的建筑在结构上基本采用普通钢筋混凝土, 普通混凝土的导热系数是1.51W/ (m·K) , 而陶粒混凝土的导热系数能达到0.7~0.8W/ (m·K) , 因此传统墙体自保温体系在填充墙部分和梁柱等热桥部分均采用专用抹灰砂浆进行保温隔热处理, 其系统的技术要求应符合砌体的相关技术要求;当增加填充墙体厚度, 在梁柱等热桥部位粘贴墙体材料或其它保温材料作为保温层。

普通的墙体自保温体系没有对与之相连的结构材料提出专门要求, 存在有热桥的缺陷, 需要对梁板柱进行保温处理, 而陶粒混凝土结构的应用, 解决了需要对热桥的专门处理问题, 使自保温体系得以改进和完善。

陶粒混凝土用于结构自保温体系, 对原材料的选择、配合比设计、工作性能及试生产这几个过程要严格控制。下面就重庆某实际工程的应用, 各个方面情况进行解析。

3.1 原材料的选择

陶粒混凝土主要是用水泥、细集料、粗集料、矿物掺合料、外加剂、水配合而已, 对每一类材料的具体要求见表3。

3.2 配合比设计

由于陶粒是一种烧成产品, 其性能波动比普通碎石的大多了, 陶粒同一批次内的性能都有一定的变异, 不同批次的差异更大。配合比设计非常重要, 为了找到合适的性能, 陶粒混凝土配合比设计试配试验往往超过三百组。陶粒混凝土的性能受陶粒性能的影响很大, 因此需要多做试配试验。根据不同的性能要求, 大量的试配试验, 每个工程使用的配合比都不相同。

3.3 工作性能

陶粒混凝土施工需要其工作性能良好。恰恰相反, 与普通混凝土相比, 陶粒混凝土的泵送性能差, 振捣时陶粒上浮分层, 使得结构构件中的混凝土均匀性差。此外, 预拌生产过程也很重要, 其坍落度损失大。陶粒混凝土工作性能的控制难度比普通混凝土大。

经过大量的试验研究, 我们总结出解决问题的关键在于陶粒的预处理, 原因在于陶粒比之于石子, 轻质多孔吸水量大等特性。对于施工研究来说, 研究处理好了吸水量大的特性, 就能在大约80%的程度上解决了问题。当然还需要其它多项措施, 帮助解决大约20%的施工问题。

3.4 试生产与工程应用

试生产前, 由于陶粒不同批次性能的变异, 加之工程选用其它原材料 (或厂家或品种) 的不确定, 该项目先后试配18次。在与陶粒厂沟通后, 特别生产了一批指定性能的陶粒产品。便于我们最终选定了两个配合比, 分别是LC40和LC30。

我们提出了结构陶粒混凝土生产施工方法, 由搅拌站按照给定的生产配合比进行试生产。选择一面围墙, 支模浇筑10m3陶粒混凝土, 生产施工全过程预演一次, 即备料、陶粒预处理、配料、计量、搅拌、运输、泵送、浇筑、振捣、养护等各工序预演一次。试生产成功再进行工程应用。

重庆金鹰财富中心工程位于重庆市最繁华商业街中心——解放碑旁, 与美美百货和商业大厦隔街相对, 是扬子岛大厦裙楼的一部分, 七层框架结构, 建筑面积10500m2。主体结构全部采用陶粒混凝土浇筑, 其中柱选用LC40陶粒混凝土, 梁、板、楼梯、女儿墙均选用LC30陶粒混凝土, 表观密度均选择1800kg/m3。

结构陶粒混凝土的生产施工工艺质量有待提高, 各工序包括备料、陶粒预处理、配料、计量、搅拌、运输、泵送、浇筑、振捣、养护等都应该精细化管理与操作。特别是陶粒预处理工序不能粗放, 结构陶粒混凝土的弹性模量、体积稳定性、压力作用下陶粒混凝土中的水份被压入陶粒中以及泵送完毕水份挤出导致混凝土工作性能的变化、陶粒与水泥石之间界面的组成和结构等, 有待进一步加大研究力度。

4、陶粒混凝土结构自保温体系发展方向

由于陶粒原材料取自粉煤灰、污泥和河道淤泥等废料, 不仅解决了污染源, 还节省了废物处置费用, 并且可以形成具有环保意义的废弃物良性转换链, 具有良好的社会经济效益, 因此, 陶粒混凝土自保温体系可做为大力推广的一种技术体系。在目前情况下, 在推动陶粒混凝土自保温体系发展方面可开展以下工作:

1.解决原材料——陶粒的问题。加强对陶粒生产技术的研究, 稳步提高我市的陶粒质量, 降低生产能耗, 使企业能根据工程应用特点提供不同颗粒级配、强度和热工性能各异的多样化的陶粒品种。一是筛选优质原材料。寻找通过焙烧能自我膨胀的页岩, 开发轻质高强的“碎石型”烧胀陶粒。与我市目前常用的圆球形或圆柱形陶粒相比, 碎石型陶粒不仅生产能耗和生产成本低, 且配制的混凝土性能更优越且节约水泥用量。二是改进生产工艺, 降低生产能耗。在烧制前, 对陶粒颗粒进行合理的级配划分, 烧成后不需进行再次破碎, 提高了陶粒的强度, 并降低吸水性;改进工艺设备, 提高能源利用效率, 改变当前我市页岩陶粒生产线规模小, 烧结工艺设备落后, 多为小型旋窑, 生产能耗高的现状。三是对成品的陶粒陶砂进行筛分。根据不同的颗粒级配对成品陶粒进行筛分, 以满足不同工程应用的要求。

2.解决工程应用的技术难题。重点需要解决陶粒混凝土的配合比、泵送、浇筑中陶粒的均匀性和养护等技术难题, 以确保陶粒混凝土工程质量。

3.工程应用示范。目前, 在重庆金鹰女人广场工程1~6层成功采用了LC40陶粒混凝土, 下一步将在重庆市绿色建筑示范中心再次采用结构性陶粒混凝土, 为我市结构性陶粒混凝土自保温体系设计和施工应用积累经验。

4.形成工程应用技术标准体系。在开展研究和工程示范试点应用的基础上, 总结经验, 进一步扩大试点应用范围, 并在此基础上编制形成相应的工程应用技术标准体系, 以指导陶粒混凝土结构自保温技术体系的推广应用。

5.开展广泛的推广宣传。组织各种形式的推广会、研讨会, 加深行业内对陶粒混凝土的认识和认可;开展长期的培训教育, 培育一批专业技术人才, 为陶粒混凝土的广泛推广应用打下坚实基础。

参考文献

[1]吴岳新, 杨长辉.重庆市混凝土技术与工程发展存在的主要问题及对策[J].重庆建筑, 2005 (3)

[2]莫天柱, 杨丽莉, 李清疆.浅谈墙体自保温系统[J].建筑节能, 2010 (9)

[3]柴天红.陶粒混凝土配制与应用[J].江西建材, 2011 (3)

结构自保温微孔砂轻混凝土的研究 篇7

ACI213委员会(American Concrete Institute)将用作结构保温混凝土的轻骨料混凝土强度范围规定在7~14MPa,密度800~1400kg/m3。我国JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》中,结构保温轻集料混凝土强度范围在LC5.0~LC15,密度也在800~1400kg/m3范围。主要用于既承重又保温的围护结构,其密度等级为1400kg/m3,强度为15MPa,导热系数λ=0.49W/(m·K)。而GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中规定,梁柱用结构混凝土强度等级不应低于C20。根据科学发展目标纲要和65%建筑节能要求,按照GB 50176《民用建筑热工设计规范》[1]经过计算,240厚的梁柱为同一材料墙体,导热系数小于0.36W/(m·K)就能满足JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》[2]中规定的建筑外墙平均传热系数K<1.5的要求。依据结构自保温材料的要求,全轻混凝土保温隔热性能较好,但强度不足;砂轻混凝土强度较高,但保温隔热性能不佳。如何同时兼顾强度和保温隔热性能,本文研制的微孔砂轻结构自保温混凝土,其强度由15MPa提高到20MPa,导热系数从0.49W/(m·K)降到0.36W/(m·K)。

采用优质粉煤灰和高性能减水剂双掺技术配置高强砂浆;采用引气技术研制中强微孔保温砂浆;采用球形轻质陶粒配置微孔砂轻保温混凝土,使之既具有较好的保温性能而又有较高的强度。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

(1)水泥:P·II 52.5。

(2)砂:普通砂,表观密度2620kg/m3,堆积密度1570kg/m3,细度模数2.5。

(3)外加剂:JM-PCA聚羧酸高性能减水剂和GYQ(2)混凝土高效引气剂。

(4)陶粒:粒径5~15mm,由泥土与外加剂搅拌混合后在双筒回转窑内经造粒和高温焙烧膨胀而成的一种人造球形轻骨料,其内部是无毛细现象的蜂巢状封闭多孔结构、外表玻化成坚硬陶质外壳,其表观密度为1420kg/m3,堆积密度510kg/m3,筒压强度3.2MPa。

1.2 试验方法

建筑砂浆基本性能试验方法依据JGJ/T 70—2009进行;结构保温混凝土的试验依据JGJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》;导热系数测试参照GB 10294。试样尺寸为300mm×300mm×30mm。

2 结果与讨论

2.1 高强砂浆的配制

为获得高强高性能水泥砂浆,采用矿物掺合料和高性能减水剂双掺技术,成型40mm×40mm×160mm水泥砂浆试件,标准养护。研究减水剂用量为0%、1.1%、1.5%(对应记为A0、A1、A2)时,对砂浆性能的影响。聚羧酸系高性能减水剂是综合性能较好的一种减水剂。JM-PCA聚羧酸高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂的复配产品。减水率可达45%,坍落度损失小,28d抗压强度可提高40%~80%。结果如表1,减水剂对强度的见图1。

从图1可以看出,不掺减水剂(A0),水灰比为0.45,28d强度在40MPa左右。掺1.1%减水剂(A1),水灰比0.35,减水率22.2%,28d强度为50MPa左右。加1.5%减水剂(A2),水灰比0.30,减水率33.5%,28d强度为60MPa左右。

2.2 引气剂用量对水泥砂浆强度、密度的影响

在试验过程中,引气剂的选择至关重要。对于GYQ(1)型混凝土高效引气剂,试验结果不理想。此种引气剂对混凝土的流动性有较好的效果,对形成气泡效果不明显。当引气剂掺量增加时就明显损失强度,甚至拆模后就散了,没有强度。而采用GYQ(2)型引气剂时,效果较好。经过多次试验,选用GYQ(2)混凝土高效引气剂,用量为0.005%~0.015%时,引气后含气量在5%~20%,试验结果见表2。引气剂掺量对水泥砂浆性能的影响见图2和图3。

从图2可以看出,低强砂浆A0,由于水灰比最大,在相同引气剂用量情况下,引气后的含气量最大,对密度的影响最大。高强砂浆A2,水灰比最小,引气剂用量对含气量的影响也最小。也就是说,高强砂浆要获得相同的含气量,引气剂用量要增加。要获得10%~15%的含气量,高强砂浆A2,引气剂用量为0.015%,其它两种为0.01%即可。

2.3 含气量对轻骨料结构保温混凝土的影响

2.3.1 配合比设计

按照GJ 51—2002《轻骨料混凝土技术规程》[3],用绝对体积法设计配合比。

式中,Vs、Va,ms、ma分别是砂和轻骨料的体积、质量。

按照以上公式计算配合比,结果见表3。

2.3.2 含气量对强度、导热系数的影响

测试导热系数的试件尺寸为300mm×300mm×30mm,试件成型后放入标准养护室养护28d,再烘干至恒温。采用DRY2300F测定仪对试件进行测试,试验装置见图4,测得的轻骨料混凝土导热系数见图5。

2.3.3 微孔砂轻混凝土导热系数模型分析

运用串联、并联模型模型[4]以及Maxwell模型[5,6]对试验数据进行初步分析。串联、并联模型以及Maxwell模型的表达式依次为:

式中,λ为材料的导热系数;λ1为连续相的导热系数;λ2为分散相的导热系数;V为气孔率。

由图5可见,串联模型处于最低值,而并联模型处于预测最高值,Maxwell模型预测值居于两者之间。Maxwell模型表征了没有相互作用的均一球体无规则分散在基体中所形成的材料的热传导性。该模型只考虑气孔率一个因素对导热系数的影响。图中轻骨料混凝土的导热系数与该模型相混合,因为轻骨料混凝土的导热性能由轻骨料中的气孔率决定。而本实验引气轻骨料混凝土的导热系数与并联模型相接近,因为引气轻骨料混凝土是只对水泥砂浆引气,轻骨料中的气孔率是不变的,所以引气后的轻骨料混凝土导热系数的下降值,不如轻骨料混凝土导热系数下降值大。在图中可以看出,对轻骨料混凝土中的砂浆引气后,含气量在5%~15%时,导热系数由0.42W/(m·K)降低至0.31W/(m·K)。

3 结论

(1)结构自保温用轻骨料结构保温混凝土的强度要求不小于20MPa,导热系数λ≤0.36W/(m·K)时,240mm厚热阻R不小于0.667,平均传热系数Km不大于1.5,满足JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的要求。

(2)对轻骨料混凝土中的砂浆引气后,使硬化水泥石具有微孔结构,其强度与轻骨料强度相匹配,与轻骨料形成微孔砂轻结构,含气量在5%~15%时,导热系数由0.42W/(m·K)降低至0.31W/(m·K)。保证了强度要求并有效改善了轻骨料混凝土的保温性能。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.GB50176民用建筑热工设计规范[S].北京:中国计划出版社,2006.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ134-2010夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑出版社,2010.

[3]中华人民共和国建设部.JGJ 51-2002轻骨料混凝土技术规程[S].北京:中国建筑出版社,2002.

[4]周顺鄂,卢忠远,严云,等.泡沫混凝土导热系数模型研究[J].材料导报,2009,23(3):69.

[5]Godbee H W,et al.J Appl Phys,1966,37:56.

自保温混凝土 篇8

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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