一种新型自保温轻集料混凝土多孔砖的研究.pdf

2 0 1 2年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT P RODUCTS 20l 2 No 5 Ma v 一 种新型 自保温轻集料混凝土多孑 L 砖的研究 吴 锋 ， 周 智民 ， 宋志斌 ， 吴承恩 。 ( 1 杭州市城市建设科学研究院， 3 1 0 0 0 3 ； 2 杭州企墙保温节能建材有限公司 ， 3 1 0 0 0 5 ； 3 杭州市墙体改革领导小组办公室， 3 1 0 0 0 3 ) 摘要 ： 利用采石场废弃石渣粉 、 废 旧聚苯 乙烯 泡沫颗粒 、 水泥为原料 ， 经过孔 型设计 、 配合 比设计和 生产试制 ， 研 制 了一种新 型 自保 温轻集料混凝土 多孔砖 ， 并进行 了墙体热工试验。试验表 明， 所研制 的轻 集料 混凝 土 多孔砖 保 温性能好 ， 其墙体热Y - 性能完全满足夏 热冬冷地 区居住建筑节能 5 0 墙体热工性能规定性指标要 求。 关键词 ： 混凝土 多孔砖 ； 孔型 ； 配合 比； 热工性 能； 自保 温 Ab s t r a c t ：Us i n g g r a v e l p o wd e r ，w a s t e p o l y s t y r e n e f o a m p a r t i c l e s a n d c e me n t a s r a w ma t e ri a l s ，t h r o u g h p a s s d e s i g n ， mi x p r o p o rt i o n d e s i g n a n d t ri a l p r o d u c t i o n ， a n e w k i n d o f s e l f - i n s u l a t i n g l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e p e rf o r a t e d b ri c k i s p r e p a r e d a n d t h e wa l l t h e r ma l p e r f o rm a n c e i s t e s t e d Th e t e s t s s h o w t h in t h e t h e r ma l p e r f o rm a n c e o f t h e l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e p e rfo r a t e d b ri c k i s we l l a n d t h e wa l l t h e r ma l p e rf o r ma n c e me e t s t h e r e q u i r e me n t s o f s t i p u l a t i n g i n d e x e s i n h o t s u mme r a n d c o l d wi n t e r r e g i o n r e s i d e n t i a l b u i l d i n g e n e my e ffic i e n c y 5 0 Ke y wo r d s ： C o n c r e t e p e rf o r a t e d b ric k ； P a s s ； Mi x p r o p o r t i o n ； T h e r ma l p e rf o rm a n c e ； S e l f - i n s u l a t i n g 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 5 5 8 0 3 0前言 推 广 建 筑节 能 是 国家 节 能 减 排 发 展 战 略 的重 要组成部分。 目前 ， 我国建筑工程实际采用 比较多 的外墙外保温体系存在很多问题 ： 一是有机类保温 材料 防火性能差 ， 存 在火灾 隐患 ； 二是外墙外保温 系统的寿命与主体结构寿命相差甚远 。在浙江省 ， 民用建筑项 目中高层建筑 已限制 了有机类保温材 料的使用。可见 ， 随着墙材革新 的不断深入， 外墙 自 保温技术将成为墙材发展的主要趋势。混凝土多孔 砖具有利废节土 、 生产效率 高等特点 ， 已成为取代 黏土砖 的理想墙材。然而 ， 目前市场上大部分不同 规格的混凝土多孔砖热工性能差 ， 不能满 足夏热冬 冷地 区居住建筑节能 5 0 墙体 自保温的要求 。因 此 ， 研究一种强度高、 保温性能好 ， 能够满足本地区 建筑节能需要 的新型混凝土多孔砖 已成 为建 筑市 场 的需 要 。 1 混凝 土 多子 L 砖 子 L 型设 计 在设 计孔型时 ， 主要考虑多孔砖 的孔宽 、 孔排 数和孔的交错程度对混凝土多孔砖热阻的影 响， 通 过计算每种试验方案的混凝土多孑 L 砖热阻值 ， 采用 正交试验方法进行分析 ，为孔型设计 提供优化思 路 。正交试验 中， 计算对象选取单层多孔砖墙体( 不 包 括 内外 砂 浆 面 ) ，外 观 尺 寸 2 4 0 m m x 2 4 0 mm 9 0 ra m， 选用的混凝土为石渣粉混凝土 ， 其导热系数 入经测试为 0 6 9 8 W 1T I K， 多孑 L 砖物理模型如图 1 所 示 。 一 5 8一 由 表示 图 1 混 凝 土 多孔 砖 物理 模 型 1 1 热阻计算方法 混 凝 土多 孔砖 属 于 “ 由 2种 以上材 料 组 成 的 、 两 向非均质”材料 ，其热工性能 的计算一般按照 G B 5 0 1 7 6 9 3 ( 民用建筑热工设计规范 附录一规定 的方法 ， 计算其平均热阻 捌。 1 2 正交试验方案 本文选用 L 9 ( 3 ) 正交表 ， 不考虑 因素之间的交 互作用。通过计算分析孔宽 A、 孔交错程度 B和孔 排数 C这三个 因素对多孔砖热阻的影 响， 试验因素 水平见表 1 ， 试验方案见表 2 。 1 3 试验 结果 分析 表 1 试验因素水平 吴锋 ， 周智 民， 宋志斌 ， 等 一种新型 自保温轻集料混凝土多孔砖的研究 表 2 试验方案 1 - 3 1 极差分析 对试验结果进行极差分析 ， 可 以看出哪些因素 是对结果的变化起主要作用 。 根据试验方案表 2 ， 得 出各 因素变化所得 的多孔砖热阻值 的极差分析表 3 。表 3的结果显示 ， 影响多孔砖热阻值因素的主次 顺 序为 C A B。 表 3 极差分析表 1 3 2 水平影响趋势分析 各 因素的水平影响趋势见图 2 ， 由图 2可知 ： 鐾 图 2各 因 素 的水 平 影 响趋 势 ( 1 ) 多孔砖热阻未随孑 L 宽增加而线性增加 多孔砖热阻随孔宽的增加而增加 ， 但 没有随着 孑 L 宽增加而线性增加。这主要是因为 ， 增加空气间 层的厚度虽可以减少因为热传导造成 的热损失 ， 但 随着空气 间层 的加厚 ， 其 中空气 的对流加强 ， 使得 空气与空气间层的内壁的对流换热同时增强 。 ( 2 ) 孑 L 的交错程度对多孔砖热阻值影响不大 随孔洞交错程度 的变化 ， 多孔砖 内孔洞交错程 度 的变化所能引起的热阻增益是有限的。哈尔滨工 业 大学 的研 究【 3 J 也证 明 了这 一点 。 ( 3 ) 孔排数越多 ， 砌块热阻越大 根据试验结果分析 ， 孔排数对多孑 L 砖 热阻值的 影响最大 ， 随着孔排数 的增 多 ， 多孔砖热阻大幅度 增加 ， 在优化设计时 ， 在满足强度要求 的前提下 ， 可 最大限度地安排孔排数。 1 4 混凝土多孔砖孔型优化设计思路 通过以上分析 ， 混凝土多孔砖热工性能可按下 述思路进行优化计算 ： 由于孔的交错程度对多孔 砖的热阻值影 响很小 ， 在设计时 ， 先人 为确定一种 交错程度( 如 2 2 5 ： 1 ) 。孔排数对多孔砖热阻值的 影响最大 ， 在保证强度 的前提下 ， 应最 大限度地安 排孔排数 。 2混凝土多孔砖原材料配合比试验及分析 2 1 试验原材料 水泥 ： 3 2 5级普通硅酸盐水泥。 石渣粉 ： 花 岗岩采石场破碎后的废 料 ， 堆 积密 度 1 7 6 9 k g m 。 聚苯乙烯颗粒 ： 回收 的废弃聚苯乙烯 ， 破碎 为 颗粒 ， 堆积密度 1 2 k g m 。 2 2 试验 方法 以聚苯乙烯泡沫颗粒等体积取代石渣粉 ， 配合 比见表 4 ，每个 配合 比分别 成型：3个 3 0 0 minx 3 0 0 m mx 3 O m m试件 ， 测试导热系数 ； 3个 l O O m mx l O O m mx l O O mm试件 ， 测试 1 4 d抗压强度 。 2 - 3 试验结果及分析 掺入聚苯乙烯颗粒 的石 渣粉混凝 土物理性 能 及 1 4 d抗压强度测试结果见表 5 。 从表 中数据可以看 出，掺入聚苯乙烯颗粒后 ， 石渣粉混凝土的密度和导热系数降低 ， 这有利于降 低混凝土多孔砖 的容重和提高材料的热阻 ， 这有利 于提高石渣粉混凝土多孔砖壁 、 肋 的热阻。但 同样 表 4 试验用聚苯乙烯石 渣粉混凝土配合 比 表 5 聚苯 乙烯石渣粉混凝土物理性能及 1 4 d 抗压 强度 一 5 9 2 0 1 2年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 3期 随着聚苯 乙烯颗粒掺量的增加 ，石渣粉混 凝土的抗压强度也逐渐降低 ，如体积掺人 量 2 5 ， 强度降低率已达 5 0 以上。 造成强 度降低的原因主要是 由于聚苯乙烯颗粒与 水泥石的界面粘结强度较石渣粉与水泥石 的界面粘结强度低，当聚苯 乙烯颗粒掺量 增加时，骨料骨架的承载能力迅速降低， 不 能有效分散和传递应力。在实际生产时， 为 一 图 3试制成型的九排孔轻集料 混凝 土多孔砖 保证多孔砖的强度满足工程使用要求，应合理控制 聚苯乙烯颗粒掺量。 3多子 L 砖 的生产 我们在 O F T 5 1 5混凝土砌块成型机上对不同 孔排数 的轻集料混凝土多孔砖进行了生产。随着孑 L 排数 的增加 ， 肋厚逐渐降低 ， 模具刚度下降 ， 混凝土 多孔砖成型越来越 困难 ， 同时 由于聚苯乙烯颗粒具 有一定的弹性 ，掺量过大时也不利于多孔砖成型。 经过试验生产 ， 我们研制出了九排孔轻集料混凝土 多孔砖 ， 聚苯 乙烯泡沫颗粒掺量为 2 0 ， 试制成型 的多孔 砖 见 图 3 。 4九排孔轻集料混凝土多孔砖墙体热工性能试验 4 1 试 验装 置 根据 G B T 1 3 4 7 5 2 0 0 8防护热箱法对 2 4 0 ra m 2 4 0 mmx 9 0 m m九排孑 L 轻集料 混凝 土多孔砖 墙体热 工性 能进行了测试 ，试验采用北京某公 司产 J w I 型墙体保温性能检测装置 ， 试验装置原理如图 4 。 4 2测试 过 程 试验时将检测装置置于空调房间内， 在热箱 内 输入一定量的热量使热箱空气温度达到设 定值并 稳定 ， 同时控制空调房 间空气 的温度和防护热箱空 气温度基本一致 ，使通过箱壁的热流量减至最小 ， 此时 ， 穿过试件的总热流量将等于热箱 中加热器输 入的热量。试验设定热箱温度和环境温度为 2 5 ， 冷箱温度一 5 ，热箱温度达到设定温度时加热器输 入功率为 3 2 W。试验过程中采用铜一 康铜热 电偶测 量热箱空气温度 、 冷箱空气温度 及环境温度 ， 当接近达到平衡状态后 ， 2个至少为 3 h测量周期 的 功率和温度测量值及传热系数计算值 ， 其偏差小于 1 ， 并且结果不是单方 向变化时试验可结束。 4 3试验数据处理 根据 G B T 1 3 4 7 5 2 0 0 8 绝热 稳态传热性质 的 测定 标定和防护热箱法 的规定 ， 利用下式计算墙 体传热系数 K ： K = 1 0 2 W ( m 2 K) ( ) 式中， A一 试件面积 ， 1 0 5 m ； 一 6 0一 羹 蓁 薹 箱 图 4建筑物构件热工性 能 测试装置简 图 Q一 通过试件的热量 ， W； 一 热箱空气温度 ， ； 一 冷箱空气温度 ， c I = 。 从试验结果发现 ， 该九排孔混凝 土多孔砖墙体 传热系数为 1 0 2 W ( m 。 K) ， 已满足夏热冬冷地区居 住建筑节能 5 0 设计标准 中外墙传热 系数规定性 指标的要求。 5结语 ( 1 ) 混凝土多孔砖热 阻与孑 L 宽 、 孔洞 的排数 以 及孔洞的交错程度有关 ， 其中对热阻值影响最大 的 是孑 L 洞 的排数 ， 其次是孑 L 宽 ， 孔 的交错程度对多孔 砖热阻值的影响非常小。 ( 2 ) 在 石 渣 粉混 凝 土 中掺 入 聚 苯 乙烯 颗 粒 ， 可 以降低石渣粉混凝土的密度和导热系数 ， 有利于降 低石渣粉混凝土多孔砖的容重 ，提高多孔砖壁 、 肋 的热阻 ， 但聚苯乙烯掺量提高会在更大程度上降低 石渣粉混凝土的抗压强度。生产多孔砖时， 聚苯 乙 烯颗粒掺量应根据多孔砖性能要求予以控制 。根据 本项 目研究结果 ， 聚苯乙烯取代石渣粉 的体积率 以 2 0 为宜 。 ( 3 ) 所研制的 2 4 0 ramx 2 4 0 mmx 9 0 m m九排孔轻 集料混凝土多孔砖墙体传热系数为 1 0 2 W ( m K) ， 满足夏热冬冷地 区居住建筑节能 5 0 设计标准对 围护结构热工性能指标的要求。 参考文献 ： 1 】中华人民共 和国建设部 G B 5 0 1 7 6 9 3民用 建筑热工设计 规范【 S 北京 ： 中国计划 出版社 ， 1 9 9 3 1 2 王智 ， 钱觉时 ， 王沁芳 ， 等 节能 型混凝 土多孔砖孑 L 型设计 与热工分 析【 J 1 新型建 筑材料 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 3 - 4 6 3 】 赵立华 ， 高岩 ， 范蕊 ， 等 混凝 土砌块平 均热绝缘 系数的数 值分析I J 1 新型建筑材 料 ， 2 0 0 1 ( 1 1 ) ： 2 3 - 2 6 4 中国建筑材料 联合会 G B T 1 3 4 7 5 2 0 0 8绝 热 稳态 传热 性质的测定 标定 和防护热箱法 s 北京 ： 中国标准 出版社 ， 2 0 08 收 稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 - 2 2 作者简 介： 吴锋( 1 9 8 2 - ) ， 男 ， 工程师。 通讯地址 ： 杭 州市 新华路 7 0号 联 系电话 ： 0 5 7 1 8 7 0 1 8 7 2 5