炉渣混凝土保温复合砌块的设计与传热性能研究.pdf

全国中文核心期刊 钎 建巍粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 炉渣混凝土保温复合砌I ) B B 设计与传热睢 生 链研夯 郑建三 ， 张高展 “ ( 1 安徽建筑工业学院 材料与化学工程学院， 安徽 合肥2 3 0 6 0 1 2 先进建筑材料安徽省重点实验室， 安徽 合肥2 3 0 0 2 2 ) 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 1 3 m2 K W， 三排孔 填充加气炉渣混凝土保温 砌块 的热阻可达 0 8 3 m“K 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 中图分类号： T U 5 2 2 3 + 4 文献标识码： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 6 3 0 3 De s i gn a nd t e m p e r at u re c o nduc t i v i t y o f t he wa r m i ng c o m p ound bl o ck s wi t h s l ag c onc r e t e Z HEN G J a n s a n ， z HANG Ga o z h a n t 2 ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l s a n d C h e mi c a l E n g i n e e rin g ， An h u i Un i v e r s i t y of Ar c h i t e c t u r e ， He f e i 2 3 0 6 01 ， An h u i ， Ch i n a ； 2 An h u i Ke y La b o r a t o r y o f Ad v a n c e d Bu i l d i n g Ma t e r i a l s ， He f e i 2 3 0 0 2 2 ， An h u i ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： S e l f i n s u l a t i o n w a l l ma t e r i a l i s t h e ma i n d e v e l o p me n t d i r e c t i o n f o r t h e i n n o v a t i o n o f w all ma t e r i al s a n d e n e r g y e f f i c i e n t b u i l d i n g Th i s p a p e r d e s i g n e d a n e w wa r mi n g c o mp o u nd b l o c k s wi t h s l a g c o n c r e t e b y a n aly z i n g t h e s t a n d a r d， h o l e p a t t e rn a n d f o r m of wa nn i n g c o mp o u n d b l o c k s At t h e s a l u e t i me ， t h e t h e r ma l p r o p e y wa s r e s e a r c h e d e mp h a t i c a l l y Th e r e s u l t s h o we d t h a t wi t h t h e a d d i t i o n o f s l a g ， EPS a n d a e r a t e d c o n c r e t e ， t he t h e rm a l pr o p e r t y wi l l b e i mp r o v e d g r e a t l y T h e t h e rm a l r e s i s t a n c e of wa r mi n g c o mp o un d b l o c ks wi t h t h r e e r O WS of E PS wo u l d r e a c h 1 1 3 m K W ， a n d t h e t h e r mal r e s i s t a n c e of wa r mi n g c o mp o u n d b l o c k s wi t h t h r e e r o ws o f a e r a t e d c o n c r e t e wo u l d r e a c h 0 8 3 m2 K W Ke y wor ds ： s l a g c o n c r e t e； wa r mi ng c o mp o u n d b l o c k s ； t e mp e r a t u r e c o n d u c t i v i t y ： EP S； a e r a t e d c o n c r e t e 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_ l J， 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 1 。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 收稿 日 期： 2 0 1 1 - 1 2 0 3 作者 简介： 郑建三 ， 男， 1 9 5 3年生 ， 安徽池州人 ， 讲师 ， 主 要研究方 向 新型建筑材料 。E m a i l ： g a o z h a n z h a n g 1 2 6 c o n。 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 势嗍 。 按照选用材料的不同，建筑物墙体白 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2 0 倍， 随着 我国建筑节能6 5 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白保温材料进行了 对比 研究。 N E W BUI L DI NG MAT ER I AL S 63 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郑建三， 等： 炉渣混凝土保温复合砌块的设计与传热性能研究 1 原材料与试验方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥： 3 2 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 2 0 ) 。 密度6 0 0 9 0 0 级， 最大粒径 1 0 m m ， 陈化期达3 个月 以上，经破碎筛分后粗集料粒径控制在5 1 0 m m ， 5 m m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J G J 5 l 一2 0 0 2 集料混凝土技术规程 规定。 ( 3 ) 炉渣混凝土保温砌块用骨料： 石子： 辉强新型建材 公司， 瓜子片； 石 粉： 辉强 新型 建材公司生 产用石粉。 二者满 足G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 建筑用砂 要求。 (4 ) 普通混凝土空心砌块用骨料： 石子： 粒径必须在5 1 0 m m内，且是连续级配，需过筛处理，质量符合G B T 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 建筑用卵石、 碎石 要求； 砂： 细度模数在 3 0 2 3内， 需过筛处理， 质量符合 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 要求。 ( 5 ) 保温材料： 聚苯板， 导热系 数小 于0 0 4 0 W ( m K ) ， 密度不小于2 0 k g m ， 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； 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3 0 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3 0 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G B T 5 0 1 2 9 -2 0 1 1 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I M W T 一 1 5 1 5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G B ,r F 1 3 4 7 5 -2 0 0 8 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1 5 0 0 m m x 4 0 0 m m x l 5 0 0 m m的墙体。测定 外部条件： 室外平均温度2 5 q C 以下， 室内外最小温差 1 0 ； 相对湿度6 0 以下； 无风或微风。传热系数计算见式( 1 ) ： 式中： p 传过被测件的热流量， W ( m 2 K ) ； 卜被测件厚度， W； 、 一 被测件两侧的温度， K ； A 传热面积， I l l ； 传热时间， s 。 6 4 新型建筑材料 2 0 1 2 5 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3 9 0 m m( 配块 2 9 0 m m 、 1 9 0 m m ) 宽3 1 0 m m 高 1 9 0 m m ， 由1 9 0 m m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 3 9 0 m m x 2 4 0 m m x l 9 0 m i l l ， 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 ) 。 表 1 不同孔型单排空心砌块 的传热系数 项 目 矩形 菱形 正方形 圆形 平均传热系数 w ( m 。 K ) 0 2 0 7 0 3 6 0 0 4 0 4 0 4 2 5 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615 - 。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a I T L 、 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 越好阴 。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 11 1 b 。 为了比较不I L a b 数对砌块墙体热阻的影响，对 1 9 0 m m和2 4 0 m m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 ) 2 4 0 m m=-a T L 砌块砌筑墙体最大热阻值仅为 0 6 4 2 m K W， 不能完全满足建筑节能5 0 目标， 即部分寒冷 地区热阻值( 0 6 5 0 8 1 m 2 ) 以及夏热冬冷地区北墙热阻 值( O 6 8 m 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。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郑建三， 等： 炉渣混凝土保温复合砌块的设计与传热性能研究 表 2 不同孔排数砌块砌筑墙体热阻值 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 。 表 3 炉渣混凝土复合砌块砌筑墙体 的传热性能 项 mm 目充物 ， ( m2 K W 阻 ) L 5 2 4 0mm 注 ： 所有试件均 内抹 2 0 in in厚混合砂 浆、 双飞粉腻子 面， 外抹水 泥砂浆 2 0m m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 1 3 m 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 5 7 W ( E K ) ，填入加气 混凝土块后的砌筑墙体传热系数为1 2 2 W ( m 。 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3 9 0 m m x 2 4 0 m m x l 9 0 m m ， 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 1 3 m 2 o 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 8 3 m 2 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。 参考文献 ： 1 】 张春侠， 王命平 外墙外保温体系保温层与基层墙体的联接机理 研究们 新型建筑材料 ， 2 0 0 4( 9 ) ： 3 - 3 6 2 张永进， 张毅-夕 墙外保温系统防火现状及进展研翘J J 新型建筑 材料 ， 2 0 1 1 ( 8 ) ： 8 5 8 7 3 张瑞忠 ， 汤 振华， 谌刚 浅议 建筑 外墙外保温与 防火 的矛盾 J 】 _科 技信息 ， 2 0 1 1 ( 8 ) ： 4 6 6 4 】 张伟 ， 孙道胜 ， 丁益 墙体 自保温砌 块的研究进展 J 新型建筑材 料 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 1 3 1 5 【 5 苑振芳 ， 刘斌 ， 王欣 混凝土砌块设计应 用中的若干 问题 ( 上) J J 建筑砌块与砌块建筑 ， 2 0 0 4( 4 ) ： 3 7 4 4 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 ， 2 0 0 2( 1 0 )： 3 4 3 6 7 】 陈旭能， 彭 红圃 混凝土小型空心砌块热工性能试验研究 技术 推广与应用 ， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 4 2 4 8 A N E W B UI L DI NG MA T E R I AL S 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m