自保温砌体（精选6篇）
自保温砌体 篇1
0前言
目前, 北京、天津、哈尔滨、河南、兰州等地区都开始实施第三步节能设计标准, 第三步节能设计标准的节能率从50%提高到65%, 即外墙传热系数将从1.35W/ (m2·k) 降低到0.6W/ (m2·k) , 约降低到原来的1/2[1,2]。
墙体的保温是实现建筑节能的基础, 为了达到节能65%的要求, 在建筑工程具体实施时, 一般的外墙做法有四种:外墙外保温、外墙内保温、夹心墙、混凝土自保温砌块砌体[3]。在严寒地区, 多采用外墙外保温的施工技术, 该技术是通过在基层墙体外面附加聚苯板, 聚氨酯保温砂浆等保温性能良好的绝热保温材料, 使墙体满足保温隔热要求。该保温体系生产成本较高、施工难度大、检测费用高, 导致其建筑造价高, 还存在开裂、空鼓现象, 尤其是防火性能较差[4]。另外, 由于外墙外保温体系受材料的限制, 其设计寿命一般不超过25年, 难以实现与建筑物同寿命的要求, 外墙装饰也具有一定的局限性, 并且需定期维护和维修[5]。而自保温砌块则与上述技术不同, 它把结构墙体与保温隔热体系融为一体。通常是选择一种砌块, 通过一些有效措施来提高砌块的保温隔热性能, 即用砌块砌筑的单一墙体自身就能满足保温隔热的要求。
本文对新开发的新型带有聚苯乙烯泡沫板的复合混凝土小型砌块砌体进行材料性能和抗压性能的试验研究。
1 夹心自保温混凝土砌块的块型优化
1.1 夹心砌块的块型
夹心自保温混凝土砌块砌体示意图见图1, 由三层混凝土板和两层夹心保温材料组成, 块型规格主要是K190 (390m×190mm×190mm) , 通过塑料拉结筋拉结, 增强砌块的整体性。砌块的顶部和侧面有凹槽和凸肋, 以减小灰缝冷桥。
为了达到在严寒地区高效节能的目的, 采用夹心自保温砌块内含两层保温材料, 重点提高其保温性能;此外从砌块的抗压强度出发, 优化砌块块型, 对于以下五种砌块进行抗压强度的研究。
图2为5个 (K1、K2、K3、K4、K5) 块型的示意图, 图2a为块型K1的示意图, 保温层与混凝土板两侧分别用6根塑料拉结筋连接的块型结构;图2b为块型K2示意图, 一侧由塑料拉结筋连接, 另外一侧由位于中间部位的3条混凝土拉接条和塑料拉接筋共同连接;图2c为块型K3的示意图, 一侧由塑料拉结筋连接, 另外一侧由位于上下对称的3条混凝土拉接条和塑料拉结筋连接;图2d为块型K4的示意图, 一侧由塑料拉结筋连接, 另外一侧由位于上下对称的4条混凝土拉接条和塑料拉结筋连接;图2e为块型K5的示意图, 两侧均由位于中间位置的3条混凝土拉接条和塑料拉结筋连接。图3为块型K1的三维模型图以及分解图。
1.2 轴心抗压试验
对以上五种块型的混凝土砌块进行抗压强度试验, 抗压强度试验参照GB/T 4111-1997《混凝土小型空心砌块试验方法》对15个的K190 (390m×190mm×190mm) 主规格小砌块进行试验, 每组三个试件[6]。
1.2.1 材料
制备混凝土时所用的水泥为吉林某公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥;细砂的细度模数为2.8, 粒径为0.25~3mm;碎石粒径为5~10mm。混凝土坍落度控制在152~165mm。
1.2.2 试件的制备
利用模具、聚苯乙烯保温板以及拉结筋进行模具的支护, 如图4为K3砌块模型模板的支护, 模板上的凹凸不平的纹路, 使砌块自带花纹, 起到装饰作用。
1.2.3 轴心抗压试验步骤
(1) 试件标养28d后, 处理试件的顶面, 使之成为相互平行的平面, 本文研究的夹心自保温混凝土砌块顶部带有缺口, 砌成墙体后该部分会填上砂浆, 用于将上一皮砖的荷载往下传递并与砌块共同受力, 故找平试件时应将砌块上部的缺口用砂浆填平。方法如下:先将钢板放稳并用水平尺找平, 在钢板上涂上机油, 均匀铺上3~5mm水泥砂浆, 再把砌块平稳压入砂浆层, 刮掉多余的砂浆, 然后在顶面铺好砂浆, 将事先涂油的玻璃板压住顶部砂浆, 用水平尺将其找平。室内自然状态养护3d。图5为找平前后对比图。
(2) 测量每个试件的长度和宽度, 标出试件轴线。
(3) 将试件至于承压板板上, 使试件轴线与承压板的压力中心重合, 均匀加载控制其在1min左右破坏。
1.2.4 试验结果分析
根据GB/T 4111-1997的相关规定可知, 单个试件的抗压强度值R可按照下列公式 (1) 进行计算:
式中:R为试件的抗压强度, MPa;P为破坏荷载, N;L为受压面的长度, mm;B为受压面的宽度, mm。
砌块抗压强度试验结果见表1。由表1数据可知, 在相同混凝土强度条件下, K2和K5块型的砌块强度较高, 而K1块型砌块在承受轴心抗压时, 侧面出现鼓起, 说明该块型砌块的整体性较差, 即产生失稳破坏。对比K1, 其余块型均增加了混凝土拉结条且未出现外鼓现象, 避免了因失稳破坏造成砌块总体抗压强度的下降。K3、K4强度较低, 不宜选取。K5块型的砌体混凝土拉结条贯穿了整个界面, 势必会对保温性能造成影响, GB 50574-2010《墙体材料应用统一技术规范》中规定作为外墙自承重结构材料, 强度要求不小于MU5.0[7]。综合以上分析, 最后选取K2块型为砌块的优化结构。
杨伟军[8]等对小砌块抗压强度进行理论分析认为, 砌块破坏有两个因素构成:砌块混凝土破坏和砌块失稳破坏组成的复合破坏。本文优选出K2块型的结构特点是: (1) 通过混凝土拉结条和塑料拉结筋连接的两层混凝土层组成的整体作为主要受力部件; (2) 通过塑料拉结筋与保温板以及受力主体部分连接, 且带有图案, 可直接作为外墙装饰面使用。
2 砌块的其他性能
2.1 干密度
测量试件的长度、宽度、高度, 分别求出各个方向的平均值, 计算每个试件的体积V, 精确至0.001m3。将试件放入电热鼓风干燥箱内, 在60℃温度下干燥24h, 然后每个2h称量一次, 直至两次称量之差不超过后一次称量的0.2%为止。待试件在电热鼓风干燥箱内冷却至于室温之差不超过20℃后取出, 立即称其绝干质量m, 精确至0.05kg。测量以及计算结果见表2。我国要求小砌块的块体密度也在1400kg/m3以下为佳, 该砌块符合要求。
2.2 抗折强度
抗折强度反映了砌块在砌体中承受复杂应力状态的能力, 它与砌块的抗压、抗弯、抗拉强度都有一定的相关性, 抗折性能好有利于砌块发挥抗压、抗弯、抗拉强度。若砌块的抗折强度不够, 不仅影响砌体的抗压能力, 且易在墙体上形成竖向裂缝。依据GB/T 4111-1997进行了K2 (190) 混凝土砌块的试验, 测定其抗折强度。试验装置如图6所示。
抗折支座由安放在底板上的两个钢棒组成, 其中至少有一根可自由滚动, 如图6。由直径为30mm的钢棒固定到钢板上, 试件数量为五个砌块。测量每个试件的高度和宽度, 分别求出各个方向的平均值。试件表面处理同抗压试验, 找平处理后, 自然养护3d, 然后进行抗剪试验。试验步骤, 将抗折支座置于材料试验机承压板上, 调整钢棒轴线间的距离, 使其等于试件长度减一个坐浆面处的肋厚, 再使抗折支座的中线与试验机压板的压力中心重合。将试件的坐浆面置于抗折支座上。在试件的上部1/2长度处放置一根钢棒。以250N/s的速度加荷直至试件破坏。记录最大破坏荷载P。结果计算与评定, 每个试件的抗折强度按式 (2) 计算, 精确至0.1MPa。
式中:Rz为试件的抗折强度, MPa;P为破坏荷载, N;L为抗折支座上两钢棒轴心间距, mm;B为试件宽度, mm;H为试件高度, mm。
试验结果见表3。砌块抗折强度一般不直接用来衡量工程质量, 但砌体的折压比也是材料力学的一个重要指标[9], 普通混凝土小型空心砌块抗折强度为其抗压强度的20%左右, 而此砌块的抗折强度达到其抗压强度的27%, 即折压比0.27。试件典型破坏形式如图7, 均是从传力杆至支座形成一条或两条主要斜裂缝突然断裂破坏。
注:支座轴距L采用360mm。
2.3 软化系数
2.3.1 试验目的及方法
材料吸水后一般会减弱内部的结合力, 即材料被水软化。材料在长期饱水的作用下强度不显著降低的性质称为耐水性, 耐水性是用软化系数表示的。软化系数就是材料饱水抗压强度与干燥时抗压强度的比值, 软化系数是体现砌块耐水性的一个重要指标。如果小砌块的软化系数太小, 使用该产品的建筑在空气湿度达到一定的程度后, 墙体就会因自身的重量而产生梁与墙体之间的横向裂缝。混凝土小型空心砌块规范并未对小砌块的软化系数做出要求, 但GB 15229-94《轻集料混凝土小型空心砌块》[10]中规定:加入粉煤灰等火山灰质掺合料的小砌块其软化系数比不应小于0.75。依据GB/T 4111-1997进行软化系数试验, 测定该砌块的软化系数。
2.3.2 试验结果
试验结果见表4, 此砌块的软化系数为0.95。饱水后砌块的强度虽有所下降, 但满足要求小砌块的使用要求 (≥0.75) 。
3 砌体抗压强度试验
3.1 试验设计
依据GB/T 50129-2011《砌体基本力学性能试验方法标准》[11]设计了一组标准试件, 试件尺寸如图8, 分别编号M1、M2、M3, 用同批次水泥砂浆, 同一个工人进行砌筑, 砌块采用K190主规格砌块及相应半块。试验步骤如下:
(1) 需要砌筑的试件首先找平, 然后采用同一批砂浆砌筑, 留一组标准砂浆试块, 砌体及砂浆试件在室内自然状态下养护28d后进行试验。按GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》的规定进行砂浆抗压强度试验。
(2) 以预估破坏荷载值10%反复预压3~5次, 两个宽侧面轴向变形值的相对误差, 不应超过10%。预压后, 卸去预压荷载, 逐级施加荷载。每级的荷载, 应为预估破坏荷载值的10%, 并在1min左右均匀加完;恒荷2min后施加下一级荷载。施加荷载时, 不得冲击试件。当试件承载力急剧下降和裂缝急速发展增多时, 则判定为该试件丧失承载能力而达到了破坏状态。其最大荷载读数即为该试件的破坏荷载值。
(3) 试验过程中, 观察和捕捉第一条受力的发丝裂缝, 记录初裂荷载值。荷载逐级增加时, 观察和描绘裂缝发展情况。
3.2 试验现象与结果分析
试件从加载到破坏和普通混凝土砌块相似, 大致经历三个阶段:裂缝的出现、发展和最终破坏[12]。图9为试件M2破坏形式以及裂缝示意图, 以M2为例介绍裂缝的发展趋势。第一阶段, 从砌体受压开始到压力增加到破坏荷载的35%~45%左右, 沿着竖向砂浆层向上产生较短的细裂缝, 继续施加荷载, 很快出现2号裂缝。之后细裂缝缓慢发展, 无明显变化。第二阶段, 荷载增加至80%~90%时, 砌块裂缝不断发展, 在竖向砂浆层和横向砂浆层交界处出现多条裂缝, 类似5号的裂缝, 砌体表面混凝土有少量剥落现象。第三阶段, 随着荷载的继续增加, 试件上的裂缝不断延伸、加宽, 当到达极限荷载时, 1、2和5号裂缝完全连通, 试件形成贯通裂缝, 试件完全破坏。
根据GB 50003-2011《砌体结构设计规范》[13]中所规定砌体轴心抗压强度平均值的计算公式进行计算, 计算公式如下:
式中:fm为砌体轴心抗压强度平均值, MPa;f1、f2分别为砌块和砂浆轴心抗压强度平均值, MPa;α、k1分别与砌块类别有关, 对于混凝土砌块k1取0.46, α取0.9;k2与砂浆强度有关, 此处取1。
对于本试验混凝土砌块k2>10MPa, 应乘以系数1.1-0.01k2, 最终计算结果为[13]:
表5中理论计算值与试验结果相差23%, 理论计算得到的数据较试验值保守, 相差较大, 对于复合型混凝土砌体砌块计算公式有待改进。
4 结论
(1) 通过对5种不同块型的砌块进行抗压强度试验, 最终选择K2为最终块型。
(2) 该砌块的干密度为1230.55kg/m3在允许范围内 (<1400kg/m3) ;平均抗压强度:6.63MPa, 可用作为建筑物的非承重外墙;平均抗折强度:1.81MPa, 折压比:0.27。软化系数:0.95均符合有关规定。
(3) 砌筑砂浆强度为15.37MPa时, 砌体轴心受压强度是6.46MPa, 达到单个砌块强度的97%。
摘要：通过对夹心自保温砌块块型的优化选择, 对材料性能、基本力学性能和砌体的轴心抗压强度进行了研究。结果表明, 块型规格为390m×190mm×190mm的夹心自保温砌块性能优越, 可用于非承重外墙使用, 满足砌体有关规范对材料性能、力学性能的要求, 且便于实际施工推广。
关键词：夹心自保温砌块,砌体,优化选型,力学性能,建筑节能
自保温砌体 篇2
江苏的大部分属于夏热冬冷地区,江苏已提出建筑节能65%,实际工程要实现此目标仍然具有较高的难度。
相比于实心砖,空心砌块具有节省原材料、更高的热阻等优点,其孔型设计与原材料的使用对其热工性能影响很大。对于含有孔洞结构的砌块,孔型对砌块热工性能有不同的影响,由于矩形孔中易形成长路对流,空气在长路对流时热传导速率较慢,其平均传热系数最小,正方形孔次之,圆形孔最大[4]。不同孔型空心砌块的传热系数[5]如表1所示。
改善自保温砌块及其砌体结构的热工性能可以采取以下几个措施:(1)降低基体材料的导热系数,填充高效保温材料;(2)增加砌块的厚度,尽量采用多排孔;(3)组砌复合砌体[6]。
1 自保温砌块块形设计与热工计算
1.1 热工计算方法
按照墙体的建筑设计,非承重墙体外墙厚度可取240mm,内墙厚度可取190 mm。
因此,本文所探讨的2种复合自保温砌块,其长×宽×高分别为390 mm×240 mm×190 mm和390 mm×190 mm×190mm,对于夏热冬冷地区,砌筑时使用前者即可,对于寒冷地区,可以对后者进行2块砌块拼接。表2为空气间层热阻值。
砌块设计目的在于降低砌块传热系数的同时降低生产成本,因此在砌块基体上有若干排孔,目前市场上的砌块孔排数包括从一排孔到五排孔,而空气的传热系数远低于砌块基体的传热系数,理论上来说,孔宽度增加,其热阻增大。但是由表2可看出:当孔宽度增加时,其空气间层的热阻值增加不与孔宽度成正比。当空气间层宽度达到40 mm时,其热阻不再增大,这是因为空气间层宽度越大,空气对流越强烈,热对流越强。
因此选择孔的排数时,考虑到实际生产情况,在满足肋厚度的前提下,尽量使用多排孔,减小孔宽度。对图1所示3种砌块设计进行热工计算,按GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》规定的方法与公式,计算其平均热阻,研究所用的砌块基体混凝土的导热系数λ=0.25 W/(m·K)。
对三排孔砌块进行热工计算,将砌块在平行于传热方向上划分为13个传热通道,由于是对称结构,只画出其中7条,每个传热通道的宽度如图2所示。
根据热力学原理,平行于传热方向由几层不同材料组成的平壁结构热阻R为:
式中:Rj—平壁中各层的热阻,(m2·K)/W,可由式(2)求得:
式中:λj——平壁中各层的导热系数,W/(m·K);
dj——平壁中各层的厚度,m。
围护结构总热阻应按式(3)计算:
由2种以上材料组成的、两向非均质材料的平均热阻按式(4)计算:
式中:——平均热阻,(m2·K)/W;
F0—与热流方向垂直的总传热面积,m2;
Fi——按平行于热流方向划分的各传热面积,m2;
R0i—各个传热面上的总热阻,(m2·K)/W;
R1——内表面换热阻,通常取0.11 (m2·K)/W;
Re——外表面换热阻,通常取0.04 (m2·K)/W;
φ——修正系数,按表3取值。
注:(1)当围护结构由2种材料组成时,λ2应取较小值,λ1应取较大值,然后求得两者的比值。(2)当围护结构由3种材料组成,或有2种厚度不同的空气间层时,φ值可按比值确定。
1.2 自保温空心砌块块型设计
按照式(1)、(2)、(3)计算3种孔型砌块的热阻,得到三排孔、四排孔和五排孔砌块的热阻分别为1.005、1.226、1.340(m2·K)/W,其孔洞率分别为45.6%、38.5%、30.3%。
三排孔砌块由于孔的宽度超过了40 mm,热阻不再增加,其热阻较小,不符合设计要求;五排孔砌块由于比四排孔砌块增加了2排肋,虽然有五排孔,但其宽度减小了,因此热阻计算结果和四排孔砌块相当。
在砌块左右两端开口槽中插入EPS板之后,四排孔砌块热阻更高一些。因此优先选用四排孔设计的砌块。其抗压强度按照李海彬等[7]的经验公式,混凝土砌块的设计强度fk和混凝土立方体试件28 d抗压强度fcu之间符合关系:fk/fcu=0.9577-1.129×孔洞率。砌块设计强度为10 MPa,因此其混凝土28 d强度应该为19.1 MPa(强度保证率可达95%),但考虑到为保证砌块达到预期的强度,应使砌块轻骨料混凝土的试配强度比fcu提高15%,即22 MPa(强度保证率可近100%)。而抗压强度达到10 MPa的砌块有一定的抗压能力,在砌筑时,最下层的砌块不会被压破。
2 复合自保温砌体的结构设计与热工计算
按照DGJ32/J 96—2010《公共建筑节能设计标准》和JGJ134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中的相关规定,建筑节能65%时,外墙传热系数K≤0.8 W/(m2·K),即热阻R≥1.25 (m2·K)/W。
在达到相同保温效果的前提下,使用单一材料的墙体并不经济,而通常采用高效保温材料复合的墙体更具有经济效应[8]。
实际建筑过程中,自保温砌块在砌筑时,要求使用保温砂浆,但保温砂浆价格相对较高,且热阻低于自保温空心砌块。当建筑保温砂浆中含水率提高时,其导热系数大大降低,另外,建筑保温砂浆的抗压强度不高[9]。本文设计出用普通砌筑砂浆和EPS板条复合的保温灰缝材料,其特点是保温隔热性能好、强度高、施工方便、性价比高。
砌体简化模型的水平并排砌筑结构如图3所示。砌块上下底面有一端为封闭状态,其目的在于堆砌的时候,防止砂浆漏入孔洞中。图4为复合自保温砌体的垂直简化模型,
砌块的平均热阻值为1.326 (m2·K)/W,按照上述计算方法,取EPS板导热系数λ,为0.037 W/(m·K),算得其平均热阻为1.415 (m2·K)/W。而对于灰缝热阻进行计算,取普通建筑砂浆导热系数λ2为0.93 W/(m·K)。图4中EPS板的宽度d1=50 mm,砂浆宽度d2=190 mm,则水平灰缝部位热阻为:
图3中竖直方向插入的EPS板以及被中间挡住的EPS板总宽度为d3=59 mm,砂浆宽度为d4=181 mm,则竖直方向灰缝的热阻为:
灰缝处热阻均高于砌块的平均热阻,则整个砌体结构的平均热阻大于砌块的平均热阻。灰缝宽度为10 mm,整个砌体的平均热阻为某一个砌块与其周边5 mm相邻的灰缝热阻平均值,砌体宽d5=240 mm,灰缝宽d6=10 mm,包含左右侧的水平方向热阻为:
砌体高d7=190 mm,灰缝高d8=10 mm。包含上下底面灰缝的总热阻为:
则传热系数:
K=1/R总=0.702 W/(m2·K)
使用ANSYS有限元分析软件对砌体简化结构进行热传导模拟,模拟结果如图5所示。
简化砌体结构顶部模拟室内温度,即设定温度为20℃,而底部模拟室外温度为0℃。从图5可见,中间灰缝处被EPS板隔断,在模拟室内环境与EPS板之间的灰缝处温度要明显高于同一排的砌体基体温度,但是在EPS板的另一面以外的灰缝温度要低于同平行位置的砌体基体温度,即中间灰缝处保温隔热性能要优于砌块基体,这与计算所得出的结论相吻合。
3 结语
(1)采用强度为20 MPa、导热系数为0.25 W/(m·K)的轻骨料混凝土制作自保温空心砌块,其块型设计参数对热阻有重要影响,提出了四排孔自保温空心砌块,其热阻为1.226(m2·K)/W,强度可达10 MPa。
(2)提出了一种普通砌筑砂浆与EPS薄板条复合取代保温砂浆的新技术,砌体结构连接灰缝处的热阻高于砌块基体热阻,该结论经热传导模型的有限元分析得到了印证。
(3)复合自保温砌体结构具有强度高、保温隔热性能好和施工方便等特点,能满足墙体材料建筑节能65%的要求。
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自保温砌体 篇3
1 试验概况
1.1 砌块
试验采用的自保温混凝土砌块由扬州广厦新型建材有限公司提供,砌块重约为17 kg,主规格为390 mm×190 mm×190mm,辅助规格为190 mm×190 mm×190 mm,孔洞率约为29%。主规格砌块示意图如图1所示[2]。该自保温混凝土砌块的抗压强度为MU5。
1.2 自保温混凝土砌块砌体弯曲抗拉强度
按照GBJ 129—90《砌体基本力学性能试验方法标准》,该自保温混凝土砌块砌体弯曲抗拉强度的测试分为沿通缝弯曲抗拉强度测试和沿齿缝弯曲抗拉强度测试。
1.3 砌筑砂浆的强度
本试验砌筑砂浆为水泥混合砂浆,其设计强度等级为M7.5。砂浆的强度测试按照JGJ/T 70—90《建筑砂浆基本力学性能试验方法》执行。砂浆试块采用立方体抗压强度试件,每组试件为6个,分别对试件进行编号,与自保温混凝土砌块砌体同条件下静置2 d,拆模后养护28 d,测量尺寸,并检查其外观,然后对其进行抗压试验。试验结果见表1。
注:砂浆抗压强度计算时乘以相应的换算系数1.3。
从表1可知,砌筑砂浆的实际平均抗压强度为7.5 MPa。
2 试验设计
按照GBJ 129—90,该自保温混凝土砌块砌体沿通缝弯曲抗拉强度试件设计尺寸均为1390 mm×390 mm×190 mm,沿齿缝弯曲抗拉强度试件设计尺寸均为1390 mm×590 mm×190mm,构件示意分别如图2、图3所示,每组3个,共6个试件。砌筑砂浆强度等级均为M7.5。
3 试验过程
3.1 砌筑
按照GBJ 129—90,由1名中等技术水平的瓦工,采用分层流水作业法砌筑试验砌体,并使每盘砂浆均匀地用于各个试件。沿通缝截面抗弯的砌体试件采用立砌,试验时将试件放平,放入试验台座;沿齿缝截面抗弯的砌体试件采用平砌,试验时以长边为轴旋转90°,平移至试验台座上。试件的支座处和荷载作用处预先采用1∶3水泥砂浆找平,找平层厚度为10mm,宽度为80 mm。试件的砌筑及找平层如图4所示。
3.2 试验步骤
按照GBJ 129—90,沿通缝弯曲抗拉试验和沿齿缝弯曲抗拉试验,均采用由试验台座、千斤顶和应变仪组成的加荷系统进行加载,加载装置如图5所示。
试验之前,在试件上标出支座与荷载作用线的准确位置,并在纯弯区段测量截面尺寸,测量精度为1 mm。对每组的3个试件测其自重并计算平均值,精确至10 N。本试验试件的截面尺寸和自重如表2所示。
注:TW1-1、TW1-2、TW1-3为沿通缝弯曲抗拉试件,CW1-1、CW1-2、CW1-3为沿齿缝弯曲抗拉试件(下表同)。
在试验台座上,按简支梁3分点集中加荷的要求,将试件准确就位。试验采用手动连续加载方法,加荷速度控制在3～5 min内使试件破坏。试件破坏时,记录应变仪的最大读数和试件的破坏特征。
3.3 试验现象
对于沿通缝弯曲抗拉性能试验和沿齿缝弯曲抗拉性能试验,从加载开始到试件破坏之前,随着荷载的逐渐增大,两类抗弯试件均未发生明显的变化,当应变仪的读数突然回退,试件伴随“咔嚓”的声响突然断裂,其破坏发生在试件跨中的1/3范围内,即纯弯曲段。试件的破坏没有任何预先的征兆,属脆性破坏。
沿通缝弯曲抗拉性能试验和沿齿缝弯曲抗拉性能试验的破坏面均发生在试件跨中位置附近,但破坏面、破坏荷载值都有明显的差别,具体如下:
沿通缝截面抗弯砌块砌体的破坏均发生在砌体的中部灰缝处,是沿灰缝的破坏,破坏面较整齐,如图6所示。
沿齿缝截面抗弯砌块砌体的破坏均发生在沿跨中的某个截面断裂(即在一个截面上将砌体和砂浆一起拉断)[3],破坏面较整齐,如图7所示。
沿通缝截面抗弯砌块砌体的破坏荷载分别为1.67、1.88、2.17 kN;沿齿缝截面抗弯的砌块砌体的破坏荷载分别为9.78、11.97、10.25 kN。可以看出二者的破坏荷载明显不同,沿齿缝抗弯的砌块砌体的破坏荷载远远大于沿通缝抗弯的砌块砌体。
4 结果分析
4.1 数据处理
本次试验按照GBJ 129—90进行设计和试验,且试件的破坏过程和破坏形式均与黏土砖砌体相同,因此,试件沿通缝截面或沿齿缝截面的弯曲抗拉强度按式(1)计算,其计算结果取值精确至0.01 MPa。
式中:ftm,m———弯曲抗拉强度,MPa;
Ntm———抗弯破坏荷载值,包括荷载分配梁等附件的自重,N;
G———自重,N;
l———计算跨度,mm;
b———截面宽度,mm;
h———截面高度,mm。
试件沿通缝截面、沿齿缝截面的弯曲抗拉强度见表3。
4.2 自保温混凝土砌块砌体弯曲抗拉强度统计分析
由表3可知,沿通缝弯曲抗拉强度试验值为0.21 MPa,沿齿缝弯曲抗拉强度试验值为0.57 MPa。按照GB 50003—2001《砌体结构设计规范》附录B各类砌体强度平均值的计算公式和强度标准值可知,砂浆强度等级为M7.5时,普通混凝土砌块砌体的沿通缝弯曲抗拉强度为0.15 MPa、沿齿缝弯曲抗拉强度为0.22 MPa。无论是沿通缝还是沿齿缝的弯曲抗拉强度试验值都要明显高于普通混凝土砌块砌体的规范计算值,其中沿通缝弯曲抗拉强度试验值与普通混凝土砌块砌体规范计算值的比值是1.4,沿齿缝弯曲抗拉强度试验值与普通混凝土砌块砌体规范计算值的比值接近2.6。
4.3 自保温混凝土砌块砌体弯曲抗拉强度的影响因素
自保温混凝土砌块砌体弯曲抗拉强度的影响因素除了最主要的砂浆与砌体的粘结强度外,不同的砌筑方式也是影响弯曲抗拉强度的因素之一。通过试验数据可以明显看出,沿齿缝弯曲抗拉强度试验值为沿通缝弯曲抗拉强度试验值的2倍多。这是因为在砌筑沿齿缝弯曲抗拉强度试件时,底部坐浆(如图8所示)起到了很好的粘结作用,沿齿缝抗弯的试件不仅要克服砌块间的砂浆粘结,而且要克服底部坐浆的粘结作用。
5 结论
(1)自保温混凝土砌块砌体受弯破坏过程非常短暂,无论是沿通缝受弯还是沿齿缝受弯,破坏前均无明显征兆,属于脆性破坏。
(2)自保温混凝土砌块砌体沿通缝截面抗弯破坏的形式均为沿灰缝处的破坏,沿齿缝截面抗弯破坏的形式为沿中间灰缝和砌块的垂直破坏,两类受弯构件的破坏面都较为平整。
(3)自保温混凝土砌块砌体沿通缝截面的弯曲抗拉强度和沿齿缝截面的弯曲抗拉强度均大于普通混凝土砌块砌体的相应弯曲抗拉强度规范计算值。建议将此砌块在框架结构的填充墙施工中推广使用。
摘要：自保温混凝土砌块是应我国建筑节能的要求而研发的一种新型节能砌块。通过对这种新型自保温砌块砌体抗弯性能的测试,结果表明:自保温混凝土砌块砌体受弯破坏过程非常短暂,无论是沿通缝受弯还是沿齿缝受弯,破坏前均无明显征兆,属于脆性破坏;自保温混凝土砌块砌体沿通缝截面抗弯破坏的破坏形式均为沿灰缝处的破坏,沿齿缝截面抗弯破坏的破坏形式为沿中间灰缝和砌块的垂直破坏,两类受弯构件的破坏面都较为平整;自保温混凝土砌块砌体沿通缝截面的弯曲抗拉强度和沿齿缝截面的弯曲抗拉强度均大于普通混凝土砌块砌体的相应弯曲抗拉强度规范计算值。建议将此砌块在框架结构的填充墙施工中推广使用。
关键词：自保温混凝土砌块砌体,弯曲抗拉强度,齿缝抗弯,通缝抗弯
参考文献
[1]童丽萍,贺萍,赵红垒,等.黄河淤泥承重砖砌体结构抗弯性能的试验研究[J].砖瓦世界,2006(3):47-49.
[2]赵晓敏,叶燕华,魏威,等.自保温混凝土砌块砌体抗压及抗剪性能试验研究[J].新型建筑材料,2010(11):25-28.
自保温砌体 篇4
按照国家提出的节能减排政策,2010年后房屋建筑主体结构要逐步实现达到建筑节能65%的目标。围护结构墙体的保温隔热是实现建筑节能目标的关键。扬州广厦新型建材有限公司研制生产的非承重自保温混凝土砌块,是集保温隔热为一体的新型自保温混凝土空心砌块墙材产品。其主要特征有:(1)混凝土空心砌块内镶嵌聚苯板,形成复合自保温空心砌块,达到建筑节能目标要求[1];(2)保温材料嵌于结构内部,不仅解决保温节能问题,还可解决安全性和耐久性问题;(3)砌块空心率达29%,隔声效果好,施工方便;(4)集质轻、节能、隔热、耐久、利废等一系列技术经济优势于一体。为便于自保温混凝土砌块的推广应用,深入研究该砌体结构的基本力学性能[2],本文对该砌块砌体的抗压、抗剪性能进行了相关试验研究,以便为该砌块在工程中应用提供技术依据。
1 试验概况
1.1 砌块
本试验采用的自保温混凝土砌块由扬州广厦新型建材有限公司提供。砌块重约为17 kg,是一种非承重的自保温混凝土砌块,主要用于框架结构的填充墙。主规格390 mm×190mm×190 mm,辅助规格190 mm×190 mm×190 mm,其中孔洞面积分别为21 700、10 850 mm2。主规格砌块如图1所示。
1.2 砌块抗压强度
本试验随机抽取3块非承重自保温混凝土砌块进行抗压强度测试,试验时在砌块受压面和承压面均铺上1层细砂,保证其均匀受压。经试验测定,单块自保温混凝土砌块抗压强度分别为5.0、5.2、5.3 MPa,故此试块抗压强度平均值为5.2 MPa。
1.3 砂浆抗压强度
本试验的砌筑砂浆为水泥混合砂浆,按照不同的配合比,其强度等级分为M5、M7.5、M10。砂浆的强度测试按JGJ/T70—90《建筑砂浆基本力学性能试验方法标准》进行。采用立方体抗压强度试件进行制作和养护。每组试件为3个,在室温[(20±5)℃]下静置2 d,对试件进行编号、拆模后立即放入标准养护室[温度(20±5)℃、相对湿度90%以上]内养护28 d。将试件从养护室取出后将试件表面擦拭干净,测量尺寸,并检查其外观,然后对其进行抗压试验。3种砂浆的实际平均抗压强度分别为3.6、7.7、11.7 MPa。
2 砌体抗压试验
对该非承重自保温混凝土砌块砌体进行轴心抗压强度试验,得出其开裂荷载、破坏荷载,进而求出非承重自保温混凝土砌块砌体的抗压强度。
2.1 受压试件设计
根据GBJ 129—90《砌体基本力学性能试验方法标准》的规定,由1名中等技术水平的瓦工,采用分层流水作业法砌筑,并使每盘砂浆均匀地用于各个试件。根据规范规定,非承重自保温混凝土砌块砌体轴心抗压强度试件外形尺寸为390 mm×190 mm×590 mm,抗压试件如图2所示。根据砂浆强度等级,将试件分为MC1、MC2、MC3等3组,每组3个,共9个试件。
2.2 试验装置及试验方法
本试验在南京工业大学材料和结构综合试验室进行。试验时,在试验机的下压板上均匀地撒上1层细砂,然后将试件置于砂上并来回磨动以保证试件承压面与试验机压板的接触均匀紧密。试件就位时,使试件4个侧面的竖向中线对准试验机的轴线。同时,在试件的上表面也铺上1层细砂,以保证试件受压面均匀受压。
本试验不需测量变形值,故采用几何对中、分级施加荷载的方法。每级荷载为预估破坏荷载值的10%,并在1~1.5 min内均匀加完;持荷1~2 min后施加下一级荷载。施加荷载时不得冲击试件。加荷至预估破坏荷载值的80%后,应按原定加荷速度连续加荷,直至试件破坏。试验过程中,观察和捕捉第1条受力的发丝裂缝,并记录初裂荷载值。
2.3 试验现象及分析
试验中,抗压试件在加载到大约破坏荷载的30%~50%时,出现第1条发丝裂缝,并伴随有嗞嗞的声响。这条裂缝从试件窄面顶部靠近保温板处开始,随着荷载的逐级增加向试件的下方延伸(见图3),同时,随着荷载的继续增大,试件的宽面也出现了细裂缝(见图4)。当荷载超过破坏荷载的70%后,裂缝扩展速度加快,并开始出现贯穿裂缝。继续加载,试件被压碎。少数试块的水平灰缝出现鼓凸而破坏。由于试验所用自保温砌块由混凝土和夹心的聚苯板保温材料2部分材料构成,而2种材料的连接明显不如同种材料,所以连接处为该试块的薄弱环节。故受压时第1条裂缝首先出现在窄面。该非承重自保温混凝土砌块砌体的受压过程与承重节能复合混凝土空心砌块[3,4]大致相同,只是裂缝首先在窄面,随着荷载的继续增加,继而在宽面出现裂缝。
2.4 试验数据处理
本次试验的试件是参照GBJ 129—90《砌体基本力学性能试验方法标准》中的砌体抗压试验进行设计的,且试件的破坏过程和破坏形式均与普通混凝土空心砌块相似,因此,本试验采用GBJ 129—90中给出的单个砌体的抗压强度计算公式。
非承重自保温混凝土砌块砌体受压试验结果见表1。
从表1可以看出,随着砂浆强度的增大,砌体的抗压强度也增大。当砂浆强度为3.6 MPa时,砌体抗压强度为2.9 MPa;砂浆强度为7.7 MPa时,砌体抗压强度为3.3 MPa;砂浆强度为11.7 MPa时,砌体抗压强度为3.6 MPa。砌体抗压强度平均值与普通砌块砌体相比偏低,与新型混凝土小型空心砌块[5]相比,同条件下的抗压强度值相差不大,分析原因主要是:(1)自保温混凝土砌块强度较低;(2)自保温混凝土砌块砌块由2种不同材料组成,砌体受压时应力状态较复杂,如果砌筑时灰缝不饱满,砌块、砂浆之间有缝隙,则会造成砌体受力不均匀而过早破坏,因此,自保温混凝土砌块砌体的砌筑质量是影响砌体抗压强度的重要因素之一。
参照GB 50003—2001《砌体结构设计规范》提供的混凝土砌块轴心抗压强度平均值计算经验公式[见式(1)],抗压强度的计算值分别为2.5、3.1、3.6 MPa,与试验值基本吻合。故建议自保温混凝土空心砌块的抗压强度公式可以使用GB50003—2001提供的混凝土砌块轴心抗压强度平均值计算经验公式,其中α取0.9;k1取0.46;当f2=0时k2取0.8,其它情况k2取1。
式中:fm——试件的轴心抗压强度,MPa;
f1——砌块的抗压强度,MPa;
f2——砂浆的抗压强度,MPa。
3 砌体抗剪试验
本试验进行非承重自保温混凝土砌块砌体抗剪强度试验,探索不同砂浆强度下,砌体的破坏特征,得出其破坏荷载,进而求出非承重自保温混凝土砌块砌体的抗剪强度。
3.1 抗剪试件设计
砌体的抗剪试验分为沿通缝截面的抗剪试验和沿齿缝截面的抗剪试验,本试验为沿通缝截面的抗剪试验。根据规范,受剪试件尺寸为390 mm×190 mm×590 mm,如图5所示,试件分别为MQ1、MQ2、MQ3,每组3个,共9个试件。
3.2 试验装置及试验方法
本试验在南京工业大学材料和结构综合试验室完成。试验时,在试件两侧的砌块承压面上垫上190 mm×190 mm的垫板,同时在中间的受压面上也垫上190 mm×190 mm的垫板,为了保证承压面、受压面与压力机均匀紧密接触,在垫板上铺上细砂。受剪试验如图6所示。
试验应采用匀速连续加荷方法,并应避免冲击。加荷速度应按试件在1~3 min内破坏进行控制。当有1个受剪面被剪坏即认为试件破坏,应记录破坏荷载值和试件破坏特征。
3.3 试验现象
试验中,自保温砌块砌体表面未出现明显的裂缝,当荷载加至极限荷载时,砌体沿受剪面发生突然破坏,为无明显征兆的脆性破坏。破坏面均为砂浆层与砌块的粘结面,本试验砌体受剪的破坏形态有单剪破坏、双剪破坏2种。本试验共9个砌体,其中8个砌体是单剪破坏,破坏面较为平整,只有1个砌体的破坏为双剪破坏,破坏形态如图7所示。
3.4 试验数据处理
本次试验的试件参照GBJ 129—90中砌体的抗剪试验进行设计,且试件的破坏过程和破坏形式均与普通混凝土空心砌块相似,因此,本试验采用GBJ 129—90中单个砌体沿通缝截面的抗剪强度计算公式。
非承重自保温混凝土砌块砌体抗剪试验结果见表2。
从表2可以看出,随着砂浆强度的增大,砌体的抗剪强度也增大。当砂浆强度为3.6 MPa时,砌体抗剪强度为0.10MPa;砂浆强度为7.7 MPa时,砌体抗剪强度为0.19 MPa;砂浆强度为11.7 MPa时,砌体抗剪强度为0.25 MPa。参照GB50003—2001提供的混凝土砌块类、蒸压灰砂砖、烧结多孔砖类沿通缝截面抗剪强度平均值计算经验公式[见式(2)],抗剪强度的计算值约为0.13、0.17、0.24 MPa,与试验值基本吻合。故建议自保温混凝土空心砌块的抗剪强度公式可以使用GB50003—2001提供的混凝土砌块类、蒸压灰砂砖、烧结多孔砖类沿通缝截面抗剪强度fv,m'平均值计算经验公式。
式中:f2——砂浆的抗压强度,MPa;
k5———砌块类型系数,取0.069。
4 结论
(1)非承重自保温混凝土砌块砌体的受压过程与承重节能复合混凝土空心砌块大致相同,只是裂缝首先在窄面出现,随着荷载的继续增大,继而在宽面出现裂缝。这是因为该砌块由2部分不同材质材料组成,在2种材料的连接处存在薄弱环节。
(2)采用不同强度砌筑砂浆的自保温混凝土砌块砌体的抗压与抗剪强度随着砂浆强度的增大而增大。与普通混凝土空心砌块砌体相比相差不大。
摘要：自保温混凝土空心砌块是一种新型的节能砌块,主要应用于框架结构的填充墙。为研究非承重自保温混凝土空心砌块砌体的基本力学性能,探讨了3种不同砌筑砂浆强度下自保温混凝土空心砌块砌体的抗压强度和抗剪强度。结果表明,自保温混凝土砌块砌体的受压过程类似于一般混凝土空心砌块,只是裂缝出现的部位不同;自保温混凝土砌块砌体的抗剪强度主要取决于砌筑砂浆强度,并随着砌筑砂浆强度的增大而增大。
关键词：自保温混凝土空心砌块,砌体,抗压强度,抗剪强度,非承重墙体
参考文献
[1]叶燕华,孙伟民,何嘉鹏,等.混凝土空心砌块墙体热绝缘系数理论分析[J].新型建筑材料,2002(5):27-29.
[2]施楚贤.砌体结构设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[3]叶燕华,孙伟民,陈丽华,等.承重节能复合混凝土空心砌块砌体受压性能试验研究[J].建筑结构,2008,38(5):102-105.
[4]叶燕华,孙伟民,张怀金,等.承重节能复合混凝土空心砌块砌体抗剪强度试验研究[J].建筑结构,2006,36(11):68-70.
自保温砌体 篇5
我国能源问题越来越突显, 建筑墙体材料产值高、能耗大, 建筑墙体的革新是我国建筑行业亟需解决的问题, 研究高性能新型建筑墙体材料对解决我国能源问题有着非常深远的意义。节能利废自保温混凝土空心砌块是一种新型建筑墙体材料, 通过砌体的性能研究分析, 进而改善我国建筑墙体能耗大、产值高的现状, 为我国能源的可持续发展做出贡献。
普通的混凝土砌块有很多不足, 而自保温混凝土空心砌块的优越性在于其自重较小, 保温隔热性能好[1]。
2 自保温混凝土空心砌块研究现状
随着我国经济的发展, 单一的节能墙体已经不能满足现在的生产需要。按照保温材料位置的不同, 复合节能墙体可以分为外墙外保温、外墙内保温以及自保温体系。其中外保温体系施工易受天气影响, 不易控制墙体质量、外墙装饰材料容易脱落、成本较高等问题。内保温体系的不足之处是建筑内表面潮湿、造成室温波动大、室内不宜吊挂物件、需要再次装修等问题。这两种体系的最大问题就是使用寿命问题, 造成施工成本增高。自保温体系是将结构墙体和保温隔热体系结合, 可以降低成本, 延长保温墙体的使用时间, 外墙渗水等问题也能有效的解决[2]。
国家颁布的普通混凝土小型空心砌块技术规程中规定, 混凝土空心砌块主体长宽高分别为390mm, 190mm和190mm, 必要情况下规格尺寸可以经过双方的协商来确定, 但是空心砌块的最小外壁厚度应该在30mm之上, 最小肋厚度应该在25mm之上。本文分析的空心砌块的长宽高尺寸大小分别为390mm、240mm和190mm, 同时其他参数在充分考虑了砌体相关结构要求之后严格符合国家规定。
同时, 在国家对于夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准和公共建筑节能设计标准中, 节能建筑热工艺材料需要满足冬天保温和夏天隔热, 二者缺一不可, 住宅的外墙传热系数小于等于1.5W/m2/K, 公共建筑的要求略低, 小于等于1.0W/m2/K。
3 节能利废自保温混凝土空心砌块性能研究
通过大量文献调研, 国内外对节能利废自保温混凝土空心砌块的研究主要从块型设计、砌体力学性能、砌体热工性能三个方面研究。
1) 块型设计研究
复合自保温混凝土空心砌块的块型设计主要有四种:一种是在传统混凝土砌块的基础上改造的, 一种是在N式砌块的基础上改造的, 一种是在联锁砌块的基础上改造的, 最后一种是在填充砌块的基础上改造的。
二十世纪后, 美国的混凝土砌块技术有了很大的发展, 其混凝土砌块的产品多种多样, 美国学者研究出高效自保温混凝土空心砌块TB型保温复合砌块, 这种砌块有着比较好的保温隔热性能。加拿大学者研究的保温隔热砌块, 该砌块将两排孔设计在主砌块, 并在外侧夹隔着绝热板。波兰学者也研究出了新型自保温混凝土空心砌块[7]。
2) 砌体力学性能研究
在研究砌体材料中, 对砌体进行力学性能研究, 进行结构内力分析、强度计算等是非常重要的。我国先后公布了《砌体基本力学性能试验方法标准》和《混凝土小型空心砌块试验方法》两个关于研究砌体力学性能的试验方法标准。
根据《砌体基本力学性能试验方法标准》将自保温砌块和混凝土空心砌块制成39cm×19cm×61cm的抗压试件和39cm×19cm×59cm的抗剪试件, 灰缝厚度在1cm左右, 承压面用1:3水泥砂浆找平, 控制在1cm的厚度。试件制作完成后需要在自然条件下进行养护28天成型后才能进行抗压抗剪试验。用实验室200T压力试验机测定其抗压强度、抗剪强度。
3) 砌体热工性能研究
按照《混凝土小型空心砌块试验方法》制作试验试件, 按照传统砌法砌筑于试件架内 (高1米、宽1米) , 试件架内部抹有2cm厚的混合砂浆, 外部抹有2cm厚的水泥砂浆, 待砂浆干燥硬化后在试件上均匀布置测温点和热流计。
砌体热工性能的检测方法主要有热流计法和热箱法[6]。
热流计法就是采用热流计和热电偶进行实时采集砌体两侧的温度差和热流量。这也是国内外研究的主要方法。利用热流计实时监测砌体试件的热流量, 监测热流量的同时也应采用热电偶测量试件冷热表面的温度, 然后根据试件内外表面的温差和热流量, 根据公式 (1) 、 (2) 和 (3) 计算试件的热阻值和传热系数等, 从而可以判断墙体是否符合国家规定的节能标准和要求。
注:R—围护结构热阻 (m.k/w)
注:R0—围护结构传热阻 (m.k/w)
Ri—内表面换热阻 (m.k/w) (一般取0.11)
Re—外表面换热阻 (m.k/w) (一般取0.04)
注:K—围护结构传热系数[W/ (㎡·K) ]
但是这种方法受季节的影响较大, 测试时需要在采暖时间较长的房间内进行。
热箱法与热流计法的原理一样, 主要实验方法是:在试件两侧分别建立所需的温度、风速和辐射条件的热箱和冷箱。待两侧条件稳定后, 测量空气温度、试件和箱体表面温度, 根据公式 (4) 计算传热系数[5]。
热箱法的优点就是不受季节的影响, 但是由于其热桥部位无法测试造成这种方法不够完善, 也不是经常使用的方法。
4 提升混凝土空心砌块热工艺性能的措施
改造常规的混凝土空心砌块可以适应当代节能减排的思想。混凝土空心砌块的主要组成成分一般是混凝土肋壁和孔洞, 衡量其热工艺性能的参数是平均热阻, 平均热阻的大小不仅和材料的热工艺性能相关, 也容易受到孔洞大小、形状、排列方式和整体孔洞率影响。所以提升混凝土空心砌块的热工艺水平可以从材料、块型和孔洞三方面来考虑, 现如今有五种改造思路[4]:
1) 改变砌块孔型, 增大对流长度。圆形、正方形和矩形是目前常见的空心砌块中的孔型。在孔洞率相同的情况下, 不同孔型中圆形的传热系数最高, 正方形次之, 矩形传热系数最低。矩形孔容易产生长路对流现状, 圆形和方形则出现短路对流。孔洞的表面温差带来了对流换热, 因此越长的对流环路越容易增大空气层的热阻。如果砌块中存在大量的与热流方向平行的水平孔, 会大大增强其对流换热, 短路对流会迅速增加, 从热面到冷面的热量会大量散失。因此长路热对流性能在传热量上优于短路传热量, 能够增强空心砌块的热工艺。因此在设计孔型时, 提升孔洞长度, 减少连接, 用尽可能多的长路对流环路减少热传量。
2) 增加孔洞排列数。空心砌块中的孔洞行数、列数和热流走向能够影响传热系数的大小。具体而言是传热系数随着孔洞行列数的增多而加大, 因此具有更好的保温效果。因此, 在达到了肋壁厚度规定之后, 采用合理的排列方式增加孔洞排列数目, 采用多空式结构, 能够提升砌块的热工艺水平。
3) 孔洞错开排列。孔壁的热传导是实现砌块热流量的主要方式。传导的断面面积和传导长度是两个关键因素。在固定截面面积时, 越长的传导长度有着更大的热阻, 因此传热量就越少。在空心砌块中采用孔壁交错排列方式来代替横向水平连接方式, 可以有效加大热传导长度, 等效于加大了砌块厚度, 热阻效果更好。
4) 降低孔洞尺寸, 减小孔壁厚度。空气传热通过传导、对流和辐射来实现。因此空气作为传热介质层时, 热性能不具备其他材料的线性增加性, 较大的孔洞尺寸会使辐射增强, 传递热量增多, 砌块保温能力减弱。因此降低孔洞直径会使得孔洞的尺寸减小, 从而减少辐射, 提高保温隔热性能。
5) 从材料方面考虑, 在混凝土空心砌块中填充聚丙乙烯板等保温材料做成的自保温墙体。这种自保温墙体工艺简单, 成本低, 工程质量高, 并且这种自保温墙体由于保温材料夹在砌块内部, 简化了建筑外墙的施工难度, 使得这种自保温墙体具有非常好的发展和应用前景。复合自保温砌块内部填充的保温材料主要有聚苯板、膨胀珍珠岩、泡沫混凝土。其中泡沫混凝土具有良好的保温隔热性能, 热稳定性能好, 物理性能稳定。膨胀珍珠岩性能不稳定, 容易吸收空气中的水分, 聚苯板不能与砌块完全契合, 容易在中间形成空隙, 这就造成聚苯板的热工性能较差。因此采用水泥、粉煤灰和外加剂支撑的泡沫混凝土作为复合空心块的填充保温材料是比较合理的[3]。
5 结语
在能源紧缺的现代社会, 越来越注重节能材料的使用。首先, 该研究对于建筑行业中的自保温材料的选用有着重要的指导意义。其次, 对节能利废自保温混凝土空心砌块的研究也是当今建筑保温材料发展的必然趋势, 通过对自保温材料的块型设计、砌体力学性能和砌体热工性能等三个方面进行研究, 对复合自保温砌块进行设计优化, 为我国建筑节能利废自保温墙体材料的改革给予一定的指导。
参考文献
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页岩保温砌体应用技术研究综述 篇6
关键词：页岩烧结保温砌块,节能,力学性能
1 引言
“十二五”时期, 是我国工业化、城镇化进程加快的关键时期, 一方面固体废弃物大量排放和堆存占用宝贵土地, 污染环境并危害人体健康, 另一方面城乡建设发展对建材产品需求急剧增加, 资源环境的约束矛盾日益突出。进一步推进墙体材料革新是保护耕地、节约能源、提高资源利用效率、转变经济发展方式, 维护人民群众权益, 缓解经济社会发展与资源环境矛盾, 增强可持续发展能力的重要措施。根据国家发改委印发的《“十二五”墙体材料革新指导意见》 (发改环资[2011]2437号) 文件规定, 到2015年, 全国30%以上的城市实现“限黏”、50%以上县城实现“禁实”;全国实心黏土砖产量控制在3 000亿块普通砖 (折合) 以下, 新型墙体材料产量所占比重达65%以上, 建筑应用比例达75%以上;新型墙体材料产品生产能耗下降20%;新型墙体材料技术装备整体水平显著提升, 产品质量明显提高, 产品结构进一步优化。《意见》对墙材革新和建筑节能工作提出了更为严格和具体的要求。
2014年已是“十二五”的第四年, 落实规划时间紧、任务重。这就要求新建、改建、扩建的民用建筑严格执行建筑节能50%标准;有条件的地区, 鼓励执行建筑节能65%或更高的标准[1,2]。
2 研究应用现状
随着科研、工程应用及各级政府政策上的重视扶持, 我国墙体材料、建筑节能系统的改革创新已有了20多年的历程, 并取得的明显的成果。但与我国的经济发展成果相比, 这些成果仍然相对滞后, 并意味着我们围绕墙体材料及建筑节能所开展的工作需要更多的投入, 我们研发的新材料、新建筑节能体系仍然需要更进一步的研究、应用和推广。
2.1 新墙体材料的研究
低导热系数作为衡量自保温墙材的核心技术参数已成为行业共识。国内外在材料热工性能及其提高上取得了不少研究成果, 为保温墙体材料的研究与发展提供了依据。目前, 国内外对墙体材料的研究主要集中在砌块孔型设计 (如砖型尺寸、孔洞率、孔洞形状、孔洞排列方式等) 、数值计算、软件模拟以及夹芯保温材料、微孔技术等方面, 开发具有较好热工性能的块材和制作方式。也有学者[3]针对材料复合、灰缝、成孔剂等对砌体保温性能的影响作了研究。
文献[4,5,6,7,8]针对砖型尺寸、孔洞率、孔洞形状与排列等因素, 研究了上述因素对墙体材料的热工性能的影响。研究结果表明, 合理的孔型、孔洞分布以及孔洞率可以使空心砖的导热系数更小, 孔形复杂的空心砖导热系数最低, 如栅栏形孔、K型孔等。在孔形相同时应尽量采用孔交错排列, 在强度允许的情况下增加孔排数减少肋的厚度, 同时注重行肋的排列, 提高降低导热系数的效率。白宪臣的研究表明尺度较小的坚向矩形孔, 孔壁与边壁较薄的砌块热工性能好。孟繁华等人的研究指出, 增大砖的外形宽度、增加孔洞排列数、减少孔壁厚度、选用导热系数小的基材可以提高空心砖和多孔砖的热工性能。
国内目研究较多的墙体材料有混凝土多孔砖砌块、粉煤灰多孔砖砌块、煤矸石多孔砖砌块、页岩多孔砖砌块等。湖南大学的施楚贤、陶秋旺等人研究了空洞对多孔砖砌体抗压强度的影响, 提出了考虑孔型、砖尺寸与空洞率的综合影响系数[9]。同济大学、天津大学、沈阳建筑大学等学校曾进行了相关砌体材性的研究, 提出了抗压、抗剪强度计算式和本构关系[10,11,12]。西安建筑科技大学近年也开展了较多关于页岩砖砌体的研究工作[13,14]。
2.2 新型墙体研究应用中存在的问题
新型的保温墙体材料对我国的节能减排、特别是对严寒地区的节能, 起到了很积极的作用。但各种墙体材料在应用上仍存在一些共同问题, 比如文献[15]中所述:
对材料的性能研究不够充分。新型墙体的推广应用, 仍需要更多的试验研究, 进一步优化热工性能、力学性能, 以及确定各种设计参数。
没有配套的技术应用导致墙体“裂”、“漏”、“渗”等适应性问题。影响砌体质量的因素很多, 包括产品质量、施工工艺及质量、材料强度、构造措施及结构设计。对于新墙材的应用应提供相应的配套技术。
新型墙材产品质量、性能参差不齐, 没有规范进行统一管理、引导。因而规范的发展, 要满足市场及经济发展的需要, 为新型墙体材料的发展提供技术指导与规范。
当然, 材料的原料资源丰富、价格低廉, 以及制作的低成本便于工业化生产, 也是在推广应用中需要被充分考虑的一个方面。
3 页岩烧结保温砌块砌体
页岩广泛分布于全国各地区的山区、丘陵地带, 储量极其丰富, 且容易开采, 价格低廉。页岩与水混合后经过成形、干燥、焙烧得到的页岩多孔砖砌块, 不仅保留了黏土砖透气、隔音、无污染等优点, 而且具有良好的抗腐蚀性能、较长的使用寿命和良好的保温隔热性能。另外, 页岩的生产工艺简单而且便于推广应用, 新疆地区已经兴建年生产量3亿块 (折普通砖) 的生产线[16]。这些优势表明, 页岩烧结多孔砖具有良好的经济性和广泛推广应用的可行性。
页岩砌块的密度约为700 kg/m3~1 000 kg/m3, 与传统砖1 800 kg/m3及烧结空心砖1 400 kg/m3相比有更小的自重, 且有良好的抗压强度。这样的性质使得页岩砌块能作为良好的承重墙体材料, 且对减轻建筑物自重有利, 对建筑物的抗震是也是有好处的。
另外, 用页岩砌块作为外墙的建筑物, 在不附加外保温材料的情况下, 也能达到居住建筑建筑节能65%的设计标准要求。
3.1 页岩砌体保温性的研究
重庆大学的谢厚礼[3]利用软件模拟对砖的孔洞结构进行了优化, 主要研究了孔型、孔洞排列及孔洞率对砖的热工性能影响, 并进一步研究了砌筑砂浆对热工性能的影响。结果表明, 水泥砂浆灰缝在砌体中形成了严重的热桥, 使得大量热量通过灰缝快速散失, 降低了墙体的保温隔热效果。由此易知, 应用热工性能较好的砂浆或减小灰缝厚度, 将有利于提高砌体保温性能。
西安建筑科技大学的浮广明、西安墙体材料研究设计院的权宗刚等[13,14]对页岩烧结保温砖薄灰缝砌体的力学性能及墙体抗震性能进行了研究, 结果表明:同一尺寸 (365 mm×248 mm×249 mm) 不同孔排布 (29排孔及21排孔) 两型页岩多孔砖抗压性能分别达到11.4 MPa和15.8 MPa, 能满足MU10和MU15的强度要求;砌体抗压和抗剪试验变异系数分析表明, 平整度高的砌块更适用于薄缝砌体;根据墙体反复荷载试验结果得出了页岩保温砖墙体受剪能力的计算式。
3.2 页岩保温砖砌体在应用中的问题
热桥处理方法, 及其对页岩砌体力学性能的影响还有待进一步研究。比如, 由于灰缝的热桥性能, 除了容易散失热量, 还可能使灰缝容易产生热应力, 使得墙体开裂和渗漏的几率增大。在减小灰缝同时, 使用保温砂浆也是一种很好的方式。又比如, 保温砌体墙的构造柱也是热桥效应明显的地方, 使构造柱向内偏移一定尺寸, 其造成的外墙面凹部用与偏移尺寸同厚度的保温砂浆找平, 这样的处理方式对墙体抗震性能的影响尚需研究。
砌筑时由于砂浆漏入孔洞对保温及力学性能的影响。对于孔洞较大的保温砌块, 在砌筑时难免有砂浆漏入孔洞。漏入的砂浆能产生一定的销键作用, 但更大程度上会造成孔洞被部分填实, 一方面使墙体实际自重增大, 另外一方面使得砌体热传导率上升导致保温性能下降。
不正确的砌筑导致保温砌块不保温。如平面尺寸240 mm×200 mm的砌块, 设计热传导方向沿240长边方向, 孔洞沿240长边方向交错排布增加热传导路径, 用以砌筑240厚的墙体。但实际施工时工人以200短边作为墙厚砌筑, 但短边方向为贯通短边方向的肋, 大大降低了有效热阻, 导致保温砌体起不到应有的保温作用。
4 结语
总的来说, 页岩保温砖是一种经济型能良好, 符合“十二五”目标及《意见》的一种节能保温墙体材料。已有的研究也表明, 页岩多孔砖具有良好的热工性能和力学性能, 并提出了相关计算式, 为页岩保温砖的推广应用提供了技术上的依据。