加气混凝土节能应用发展现状综述.pdf

2 0 1 2 年 第 5 期 (总 第 2 7 1期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 2 ( T o l N o 2 7 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORET I CAL RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 1 6 加气混凝土节能应用发展现状综述 马力。曾力，张艳花 ( 武汉大学 水资源与水电工程科学 国家重点实验室 ，湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘要： 在我国， 建材生产能耗 、 建筑物建造使用过程中能耗比例约占社会总能耗的4 6 7 ； 目前， 国内大多数建筑墙体的传热系数较 高， 而且很容易吸收太阳能辐射； 外墙内保温存在冷( 热) 桥问题； 再者我国限制生产、 使用黏土实心砖的力度逐渐加大。 以砂加气混凝土 砌块为主要替代产品的新型墙体节能材料得到了迅速的发展， 且具有广阔的市场发展空间。 对加气混凝土所具有的良好保温隔热性能、 应用 发展现状 以及加气混 凝土节能发展前景做出综述 ， 对节能加气混 凝土 的进一步发展和推广提供一些有 益的参考。 关键词 ： 加气混凝土 ；导热 系数 ；工程问题 ；节能 ；强度 中图分类号 ： T U5 2 8 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 5 0 0 3 Ov er v i ew o f t he de v e l o pm e n t o f t h e e ner gy s a v i n g ap pl i c a t i on o f a e r a t ed c on c r e t e M A 工 ZENG Li Z HANG Ya n - h u a ( S t a t e Ke yL a b o r a t o r yo f Wa t e r R e s o u r c e s a n dHy d r o p o we r E n g i n e e r i n g S c i e n c e ， Wu h a nUn i v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o u r c o un t r y， e ne r g y c o n s u mp t i o n o f b ui l d i n g ma t e r i a l s ， b u l l ing c o ns t r u c t i o n i n t h e p r o c e s s o f u s i ng t he e n e r gy c o n s u mp t i o n p r o p o g i o n a c c o u n t f o r a b o u t 4 6 7 o f t o t a l e n e r g y c o n s u mp t i o n o f s o c i e ty； n o wa d a y s ， mo s t o f t h e d o me s t i c b u i l d in g wa l l h e a t t r a n s f e r c o e ffic i e n t i s h i g h； f u r t h e r m o r e， i t i s e a s y t o a b s o r b s o l a r r a d i a t i o n； s i nc e o u r g o v e m me n t l i mi t e d t h e p r o d u c e a n d t h e u s e o f s o l i d c l a y b r i c k， s a n d a e r a t e d c o nc r e t e b l o c k h a s a c t e d a s t h e ma i n p r o d u c t t o r e p l a c e the n e w e n e r gy - s a v i n g wa l l ma t e r i a l s ， o b t a i n i n g t h e r a pi d d e v e lo p m e n t I t h a s a b r o a d ma r ke t s p a c e f o r d e v e l o p me n t T h i s e mp h a s i z e s O N the g o o d t h e r ma l i n s u l a t i o n p r o p e i e s o f a e r a t e d c o n c r e t e a n d i t s d e v e l o p me n t a n d p r e s e n t s t a t u s o f the a p p l i c a t i o n a n d e n e r g y s a v i n g d e v e l o pme n t p r o s p e c t s ， i n o r d e r t o p r o vi d e s o me u s e f u l r e f e r e n c e o f e n e r g y - s a v i n g a e r a t e d c o n c r e t e fur f u rth e r d e v e l o p m e n t a n d pr o mo t i o n Ke ywor ds ： a e r a t e d c o n c r e t e； t h e r ma l c 0 n d u c t i v i t y； e n g i n e e r i n gp r o b l e ms ； e n e r gy s a v i n g； s t r e n g t h 0 引 言 加气混凝土是一种实现了资源、 性能与成本最佳组合的 新型墙体材料， 具有节能、 资源综合利用、 循环使用等优势 ， 其中最突出的优点是节能。 3 0 0 mm厚、 密度为 5 0 0 k g m 的蒸 压加气混凝土已经满足我国寒冷地区 6 5 节能标准中对墙 体传热系数的要求 。 但就应用现状而言， 仅仅是把它作为围护 结构填充材料使用 ， 忽视了它的节能效果。 因而本综述着重就 加气混凝土的保温隔热效果进行分析比较， 在节能的同时兼 顾强度指标 ， 而适应长远发展。 以期促进节能加气混凝土的广 泛使用。 1 加 气混凝土 简介 1 1 加 气 混凝土种 类 加气混凝土是 以含钙材料( 水泥 、 石灰) 、 含硅材料( 石英 砂 、 粉煤灰 、 粒化高炉矿渣等 ) 为主要原料 ， 掺入发气剂， 经过 配料 、 搅拌 、 浇筑 、 成型、 切割和蒸压养护( 0 8 1 5 MP a下养 护 6 8 h ) 等工序生产而成。 主要原材料的选用可根据就地取 材 、 充分利用废渣的原则。 截止到 目前 ， 按使用原材料的不同 可将其划分为七个系列， 即水泥一 石灰一 磨细石英砂( 简称砂 加气混凝土) 、 水泥一 石灰一 粉煤灰( 简称粉煤灰加气混凝土) 、 收稿 日期 ：2 0 1 1 1 1 1 7 5 0 水泥一 矿渣一 磨细石英砂、 水泥一 石灰一 尾矿粉 、 水泥一 石灰一 沸 腾炉渣粉、水泥一 石灰一 煤矸石粉 、石灰一 粉煤灰。 其中以水 泥一 石灰一 磨细石英砂为原料的加气混凝土 ( 砂加气混凝土) 制品在我国应用最为广泛。 按养护条件可分为蒸压加气混凝 土和免蒸 压加气混凝 土 。 1 2 加气混凝土的基本力学性能 加气混凝土作为墙体填充材料和保温隔热材料， 其力学性 能和热工性能会直接影响到加气混凝土的节能性能。 作为墙体 材料中使用较为广泛的蒸压加气混凝土砌块， 基本力学性能要 求见表 1 。 1 3 加 气混凝 土保温 隔热原 理 作为 自保温类加气混凝土， 其保温隔热效果的主要原因是 因为加气混凝土制品具有大量的一定直径的均匀而密布的小 孔 ， 这些小孔含有空气， 而空气本身具有一定的热阻功能， 正如 北方地区窗户往往是双层窗 ， 双层窗比单层窗保温的原因， 就 是因为多了一层空气做保温层。 加气混凝土制品的大量小孔， 犹如有许多层玻璃窗一样， 室外的冷空气慢慢的一层层传人内 部， 逐层被内部传出的热空气所加热 ， 使之不突然变冷， ( 或变 冷指内部传到外墙) ， 这样使温度梯度线不陡， 起到 良好的保温 性能 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 蒸压加气混凝土基本性能 类型 密度 ( k g m ) 导热系数 ( W ( m K) ) 类 型 密度 ( k g m ) 导热系数 ( W ( m K) ) 1 4 加 气混凝土与其他墙体材料导热性能 比较 加气混凝土砌块与其他墙体材料导热系数比较见表 2 。 由表 2可以看出 ， 加气混凝土在 目前我 国的外墙 材料 中导 热系数最低， 密度最小。 2 加 气混凝 土节能应 用现状及 工程 问题 2 1 加 气混凝 土节 能应 用现 状 加气混凝土作为一种用途广泛的内外墙体 、 屋面、 楼层材 料， 不仅可以用于工业厂房的屋面和外墙 ， 也可以做四层以下 混合体结构建筑的承重材料， 是目前唯一在寒冷地区可以满足 节能 6 5 要求的单一材质的外墙材料。 但是， 加气混凝土在建筑 中的应用尚未达到应有的水平， 过去仅仅当做替代实 tl , 黏土砖 的一般性墙体材料 ， 而加气混凝土的节能功效， 尚未被充分发 掘 ， 甚 至可 以说被忽视了。 以 J K 2 o 0 4 1 7 甘肃省 2 0 0 4年建设科技攻关项目“ 黄土塬 区( 庆阳市) 墙体材料资源化及节能方案研究” 为例 ， 通过对金 鹏家园在建的 6 别墅应用砂加气混凝土砌块作为 自保温节能 墙体材料情况进行现场抽样 、 技术经济指标测算和一系列研究， 来分析甘肃省砂加气混凝土砌块 自保温节能材料的性能特点 和应用技术。 绝热材料的导热系数上限为 0 2 3 W ( m K) ， 保温材料的 导热系数上限为 0 1 4 w ( m K) 。 所用砂加气混凝土砌块主要有 B 0 5 、 B0 6两种级别 ， 其抗压强度平均值分别不小于2 5 、 3 5 MP a ， 导热系数分别不大于 0 1 3 、 0 1 6 W ( m K) ， 均为热阻材料。 对本 工程分别使用 2 0 0 m m厚砂加气混凝土砌块和 2 4 0 i n i n厚多孔 黏土砖两种不同墙体材料 ， 对 比结果为基础、 构造柱和圈梁的 造价砂加气混凝土砌块比多孑 L 黏土砖低 1 8 ， 单位面积工程造 价比使用多孑 L 黏土砖低 O 8 。 另外， 使用 2 0 0 I n l T l 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 6 4 。 加气混凝土节能效果十分明显 ， 但由于对材料的性能和施 工方法了解程度不够， 担心使用这种新型材料会出现什么问题 ， 不如目前已经成熟的墙体围护作法保险， 使得这一科技成果得 不到推广 ， 因此必须改变以往的观念 ， 在发展循环经济上做出 突破。 G B 1 1 9 6 8 -2 0 0 6对加气混凝土材料的性能指标做了相应 规定 ， 部分省市也对加气混凝土自保温体系展开积极研究。 随着 加气混凝土应用技术逐渐成熟， 各种标准 、 规程 、 规范、 国家标 准图集的陆续出台， 为推广加气混凝土单一材料外墙保温体系 提供了相应的技术支撑。 2 2 应用节能加气混凝土的工程 中， 需要注意的关键 问题 2 2 1 墙体排块设计 由于加气 昆凝土砌块尺寸较大， 不易现场施工， 要使墙体 既能压缝砌筑， 又能满足建筑竖向层高与块体高度的吻合， 同时 还要使选用的块材与企业的生产能力相一致 ， 从而保证墙体不 在边角开裂 ， 避免竖向裂缝， 起到保温效果。 2 2 2 防止局部“ 热桥” 和冻害的措施 寒冷地区根据热工设计要求 ， 采暖房屋必须采取措施防止 室内结露。 有条件的最好采用与加气混凝土砌块相配套的构配 件， 如轻骨料混凝土、 钢筋加气混凝土、 保温砂浆等。 如采用普 通钢筋混凝土构件 ， 均不得外露， 以防结露。 针对“ 热桥” 问题 ， 基础顶面至室内地面以下均采用红砖砌筑 ， 挑檐屋面采用低密 度加气混凝土碎块保温， 圈梁过梁不得直接外露， 有条件的采 用轻骨料混凝土起到保温效果。 窗台根据加气混凝土的特性 ， 防潮防冻 ， 窗台内外均采用钢筋混凝土窗台板， 并在底部抹高 效防水砂浆。 2 2 3 墙体裂缝的防治 加气混凝土属脆性材料， 抗拉强度较低 ， 一般为 0 3 MP a 左 右， 当某处的拉应力大于材料的抗拉强度时， 则在该处产生裂缝。 当裂缝较细时， 如裂缝 O 2 mm， 裂缝明显可见 ， 影响视觉。 解决办法是 ： 提高混凝土的表面 性能及砂浆与加气混凝土的黏结， 使用加气混凝土界面剂 ， 如 AD1 0 0 3 ； 减小热冲击， 可减小砂浆的密度 ， 降低砂浆的强度， 使砂浆与混凝土的热性能差异减小， 达到应力减小的目的； 对 于加气混凝土的收缩裂缝 ， 应注意养护期， 出釜后存放适当的 时间， 在此期间让加气混凝土的收缩部分完成 ， 减小上墙后加 气 昆 凝土 的收缩 。 3 加气混凝土的节能优势 根据 G B 5 0 1 8 9 2 0 0 5 公共建筑节能设计标准 ( 以下简称 标准 ) 规定， 夏热冬冷地区外墙传热系数应小于 1 0 W ( m： K) 。 以天津应用砂加气混凝土为例， 由表 3可知 ， 只有 0 5及 0 6级 砂加气混凝土砌块满足 标准 ， 而且砂加气混凝土砌块的热惰 性指标也大于其他砌块。 以天津地区为例， 对加气混凝土节能率进行分析。 取冬季室 内外平均温差为 1 9 2， 计算单位墙体面积的基本耗热量， 然后 以普通黏土砖墙体面积基本耗热量为基础 ， 计算其他各种类型 墙体的节能率， 计算结果见表 4 。 由表 4可知 ， 在各种类型墙体 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 砂加气混凝土砌块与常用砌块传热系数及热情性指标比较 墙体类型 单位墙体面积基本耗热量 ( W m )节能率 中， 砂加气混凝土节能率最高。 由表 4可以看出， 与普通混凝土墙体相比， 砂加气混凝土 墙体的节能率达到6 7 5 。 4 加气混凝土的节能发展前景 加气混凝土成品砌块可以垒砌三层或以下房屋的承重墙， 也可以用于工业厂房， 以及多层 、 高层框架结构建筑的非承重 填充材料， 但由于强度较普通混凝土偏低， 难以广泛用在高层 建 筑物上 。 现已有学者对其做了初步研究， 即在粉煤灰加气混凝土生 产中， 应用外加剂和活性粉煤灰技术生产超高强加气混凝土， 其抗压强度达到 8 0 1 0 0 MP a , 而密度仅为 8 0 0 k g m ， 其反应 机理是 以加速反应初始时期钙硅水化热反应和从 C S H( B) 到托 勃莫莱石的相转化， 增加托勃莫莱石数量， 从而改善收缩性能 ， 减慢碳化速度， 改善加气混凝土的气孔结构。 现在比较成熟的加气混凝土制品得到广泛运用的是 0 5 、 0 6 级， 均未达到七层以上高层建筑的承重材料标准， 特别是在抗 震地区符合标准的加气混凝土寥寥无几 ， 2 O世纪 9 O年代开发 出来的 0 9级加气混凝土砌块 ， 由中国建筑科学院对其制品力学 性能及砌体强度进行检测， 结果令人兴奋。 该制品绝干密度为 9 3 0 k g m ( 属 0 9级制品) ， 上墙后的平衡含水率约为 8 。 砌块 的设计质量可按 FJ_ 0 ( 1 。 ) = 9 3 0 ( t + 0 0 8 ) = 1 0 0 0 k m 计算， 而 砌体的计算密度可取 t 2 0 0 k g m3 。 这种砌块用于多层建筑受荷 载作用较大的底部几层 ， 在减轻结构自重、 降低地震作用方面 有较强优势， 并且该制品立方体的抗压强度为 1 0 4 MP a ， 抗拉 强度为 1 2 MP a ， 砌体抗压强度达 8 1 MP a ， 在同类型制品中强 度上 了一个 台阶。 在节能方面， 要充分考虑到加气混凝土实体结构的低传热 52 系数和高热惰性指标， 并且兼顾气孔的均匀性。 要做到这两点， 一 方面要积极探寻节能混凝土原材料； 同时在加工工艺上有必 要做进一步的改进 。 5结语 加气混凝土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。 因此， 充 分发挥加气混凝土在建筑节能中的作用， 有必要做到以下几点： ( 1 ) 加强和扩大加气混凝土在建筑各部位中的应用， 特别 是在外墙 的应用。 ( 2 ) 积极研发强度较高的加气混凝土， 以满足高层建筑的 承重要求 ， 降低成本。 ( 3 ) 改进施工工艺， 解决其由于收缩大引起的裂缝问题。 参考文献： 1 崔崇承重粉煤灰加气混凝土的研究明 房材与应用， 1 9 9 9 ( 1 ) ： 1 3 1 5 2 钱晓倩， 郑立 粉煤灰加气混凝土收缩机理的研究【 J J _ 硅酸盐学报 ， 1 9 9 1 ， 6 ( 1 9 ) ： 4 9 5 5 0 0 3 陶有生 加气混凝土的节能效果分析 J 】 _保温材料与建筑节能， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 5 5 5 7 4 】 吴笑梅 ， 樊粤明 蒸养轻骨料一 粉煤灰加气混凝土砌块结构与性能【 J 1 华南理工大学学报， 2 0 0 3 ， 9 ( 3 1 ) ： 5 7 6 l _ 【 5 姚万祥， 张志刚， 赵树星 砂加气混凝土墙体节能性分析【 J J 煤气与电 力 ， 2 0 0 8 ， 9 ( 2 8 ) ： 6 - 8 6 】 杨芳 砂加气混凝土干燥收缩性能的试验研究 J 】 _ 新型建筑材料， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 4 9 5 1 7 亍兰， 赵利， 张剑桥砂加气混凝土砌块在徐州地区的应用分析 J f 新 型建筑材料， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 2 8 3 0 f 8 】 高连玉， 陈宏亮 寒冷地区加气混凝土的应用技术I j 1 _ 低温建筑技术， 1 9 9 2 ( 3 )： 9 1 1 9 陶有生 加气混凝土节能环保效益分析啊墙材革新与建筑节能， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 2 0 2 2 1 o 高连玉， 赵成文 蒸压加气混凝土节能墙体工程应用研究( 下) fJ 1 _ 墙 材革新与建筑节能， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 4 9 5 3 【 1 l 】 刘彦自承蓟 口 气混凝土保温性能l J l 长沙大学学报 ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 4 5 6 1 2 j 段鹏选 ， 壬肇嘉， 郭建平 ， 等 蒸压粉煤灰加气混凝土外墙自保温体 系研究与应用l J 1 山西大学学报， 2 0 0 9 ， 4 ( 3 2 ) ： 6 4 9 6 5 4 【 1 3 】 刘土红 ， 龚武红 蒸压砂加气混凝土自保温体系应用与研究I J 1 新型 建筑材料， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 5 0 5 2 作者简介： 马力( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向为水工建筑材料。 联系地址： 湖北省武汉市武汉大学水利水电学院( 4 3 0 0 7 2 ) 联 系电话 ： 1 3 5 4 5 3 6 9 4 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m