蒸压泡沫混凝土砖隔热性能的研究.pdf

全国中文核心期刊 钎 癯 巍 蒸压泡沫混凝士砖隔热性能的研究 罗云峰 1 , 2 , 3杨展 ， 刘运江 1 , 2 , 3 7 骆祥宇 1 , 2 , 3李华 ， 刘建勇 “ ， 杜京武 ( 1 广州市建筑材料工业研究所有限公司， 广东 广州5 1 0 6 6 3 ： 2 广州市建筑材料及构件检测技术与评价重点实验室 ， 广东 广州5 1 0 6 6 3 ； 3 华南理 工大学 材料学院， 广东 广州5 1 0 6 4 0 ) 摘要： 对蒸压泡沫混凝土砖与蒸压加气混凝土砌块进行了导热系数、 传热系数及隔热性能的对比试验， 从其内部传热机理及微 观结构阐述 了前者较后者具有更优 良隔热性能的原因。 关键词 ： 蒸压泡沫混凝土砖； 蒸压加气混凝土砌块； 隔热性能； 导热系数； 传热系数； 机理 中图分类号： T U 5 2 2 1 4 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 3 6 0 4 Re s e a r c h a b o ut t h e h e a t - s h i e l d i n g p e r f o r ma n c e o f a u t o c l a v e d f o a m c o n c r e t e b r i c k s L U O Y u ， Y A N G Z h a n ， L I U Y u n j i a n g 1 ， L U O X i a n g y u 1 , 2 , 3 t L I t t u a 。 ， L I U J i c u z y o n ， DU J i n g w u ( 1 Gua n g z h o u B u i l d i n g Ma t e r i a l s I n s t i t u t e Li mi t e d Co mp a n y， Gu a n g z ho u 51 0 6 6 3， Gu a n g d o n g ， C h i n a； 2Gu a n g z h o u Ke y L a bo f Te s t i n g Te c h n o l o g y a n d As s e s s me n t f o r Bu i l d i n g Ma t e ria l s a n d E l e me n t ， Gu a n g z h o u 5 1 0 66 3 ， Gu a n g d o n g， Ch i n a ； 3Co l l e g e o f Ma t e ria l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ， S o u t h Ch i n a Uni v e r s i t y o f T e c h n o l o gy ， Gu a n g z h o u 51 0 6 4 0， Gu a n g d o n g ， C h i n a ) O 前言 蒸压泡沫混凝土砖是一种节约土地资源、 材质稳定、 环保 节能的新型墙体材料。 随着国家禁止黏土砖的生产和使用， 解 决毁田烧砖的问题愈来愈受到各省、 市的重视， 也随着国家节 能减排， 节约资源能源政策的推行， 蒸压泡沫混凝土砖近年得 到快速的发展。 蒸压泡沫混凝土砖是以发泡剂与水拌和产生泡沫，加入 到以水泥、 砂、 矿渣粉或其它掺合料等原材料中， 进行混合而 形成轻质料浆， 经浇注成型后再蒸压养护而制成的墙体材料。 其特有的生产工艺使得它不仅具有保温隔热、 防水抗渗、 隔声 防火、 质轻、 收缩性小等优良 性能【1 ， 近年来逐渐得到市场的认 可， 应用前景越来越广阔。 导热系数是墙体材料的一个重要性能指标，其大小反映 了材料保温和隔热性能的优劣。一般来说， 导热系数越小， 则 其保温隔热功能越大， 反之越小 。对于蒸压泡沫混凝土砖 理应服从该规律。 但是笔者在试验过程中发现， 不同品种产品 收稿 日期： 2 o o 9 一 l 2 2 4 作者简介 ： 罗云峰， 男 ， 1 9 7 1 年生 ， 湖南衡 阳人， 高级 工程师 ， 博 士研 究生， 研 究方向： 高性能无机材料 。地址 ： 广 州市科 学城科研 路 2号， 电话： 0 2 0 3 2 0 5 7 4 8 2 ， E - ma i l ： l u o x i a n g r i 1 6 5 1 2 6 C O rn。 3 6 新型建筑材料 2 0 1 0 6 在隔热性能比对时并不服从该规律。笔者就此现象开展了试 验研究， 以求抛砖引玉。 l 实验 1 1 试验材料 蒸压泡沫混凝土砖为江门天风墙体材料有限公司生产， 密度等级为B 0 7 ， 实测干密度7 3 3 k g m ， 规格尺寸( 长x 宽x 高) 3 0 0 m m x 2 0 0 m m x l 0 0 n l m ， 原材料中的砂为普通砂； 蒸压 加气混凝土砌块为某厂家生产， 密度等级为B 0 7 ， 实测干密度 7 1 9 k g m ， 规格尺寸( - K x 宽X 高) 6 0 0 m m x l O 0 m m x 2 0 0 m m ， 原 材料中的砂为磨细砂， 发气方向为长度方向。 1 2 试件制备 ( 1 ) 分别将以上规格的蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混 凝土砌块切割成 2 o 0 m m x l 5 m m的圆板各2 块，进行导热 系数试验。 ( 2 ) 分别将以上规格的蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混 凝土砌块砌筑成2 0 0 n m厚的墙体，双面用 1 0 fi l m厚水泥砂 浆抹平， 在自 然条件下风干2 8 d ， 进行墙体传热系数检测。 在砌筑前，将6 0 0 m m长的蒸压加气混凝土砌块切割成 3 0 0 m m长的规格， 以便与蒸压泡沫混凝土砖具有同样多的砌 筑灰缝，使试验有可比性，隔热性能试验也对样品做相同处 珲 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 罗云峰， 等： 蒸压泡沫混凝土砖隔热性能的研究 ( 3 ) 分别将以上规格的蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混 凝土砌块砌筑成2 0 0 m m厚的墙体，单面用1 0 m m厚水泥砂 浆抹平， 在自 然条件下风干2 8 d ， 进行隔热性能试验。 ( 4 ) 分别将以上规格的蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混 凝土砌块切割成若干厚度约 1 0 m m的小板， 进行光学显微镜 观察试验。 蒸压加气混凝土砌块的光学样品切割方向与长度方向 ( 发气方向) 平行。 1 3 试验方法 分别对蒸压加气混凝土砌块与蒸压泡沫混凝土砖的导热 系数进行检测，并进行其墙体传热系数及隔热性能的比对试 验， 比较两者隔热性能的优劣， 从试验原理及其微观结构来探 讨其中的机理原因。 ( 1 ) 导热系数试验采用 G B T 1 0 2 9 4 -2 0 0 8 绝热材料稳 态热阻及有关特性的测定 防护热板法 规定的方法进行。 ( 2 ) 墙体传热系数检测采用G B 厂 I 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 规定的方法进行。 ( 3 ) 隔热性能试验采用 G B T 9 9 7 8 1 2 0 0 8 建筑构件耐 火试验方法 规定的隔热性试验方法进行。 因耐火性包括隔热 性和完整性， 而本文只研究蒸压泡沫混凝土砖的隔热性能， 故 其隔热性能试验仍采用该标准中的隔热性试验方法。 ( 4 ) 简易隔热性能试验： 分别将蒸压泡沫混凝土砖和蒸压 加气混凝土砌块样品放在 1 4 0 0 电热炉上加热3 0 m i n ， 分别 用手触摸背火面， 检验两者的隔热性能差异。 ( 5 ) 微观结构分析采用光学显微镜( 型号X T L 一 3 4 0 连续 变倍体视显微镜， 上海长方光学仪器有限公司) 进行。 2 结果与分析 2 1 试验结果 2 1 1 导热系数 蒸压泡沫混凝土砖、 蒸压加气混凝土砌块的导热系数分 别为0 2 5 、 0 1 3 W ( m K ) 。 2 1 2 传热系数 蒸压泡沫混凝土砖、 蒸压加气混凝土砌块的传热系数分 别为1 7 3 、 1 2 6 W ( m K ) 。 2 1 3 隔热性能 试验条件： 墙体规格均为3 2 0 0 m m x 3 2 0 0 m m x 2 1 0 m m ， 其 向火面温度升温曲线如图 1 所示， 试验时间均为4 h 。 蒸压泡沫混凝土砖墙体、蒸压加气混凝土砌块墙体隔热 试验背火面温升曲线分别见图2 、 图3 。 划 赠 1 9 O 。 0 7 8 。 0 p 6 0 蠹 器 图 1 隔热试验用墙体 向火面温升 曲线 图 2 蒸压 泡沫混凝土砖 墙体 隔热试验背火面温升 曲线 赠 图 3 蒸压加气混凝土砌块墙体隔热试验背火面温升曲线 从图2 、 图3 可知， 蒸压泡沫混凝土砖墙体背火面的平均 温升为7 4 8 ， 测点最高温升为8 8 7 ； 蒸压加气混凝土砌 块墙体背火面的平均温升为 1 0 3 3 ， 测点最高温升为 1 2 9 3 。 2 1 4 简易隔热性能 蒸压泡沫混凝土砖隔热性能简易试验效果见图4 。 一i 图4 蒸压泡沫混凝土砖简易隔热性能试验效果 简易隔热性能试验结果表明，蒸压泡沫混凝土砖受热面 可点燃纸张， 但背面不烫手。 而蒸压加气混凝土砌块的受热面 N E W BUI L DI NG M AT ER I AL S 3 7 伽瑚啪枷枷。 加 加 加 加 m 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 罗云峰， 等： 蒸压泡沫混凝土砖隔热性能的研究 可点燃纸张， 但背面很烫手， 不能用手触摸。 2 1 5 微观结构( 见图5 、 图6 ) 一 一 图 5 蒸压泡沫混凝土砖微观孔结构 ( 2 0 x ) ( 黑洞为因照 明灯斜照 引起) 图 6 蒸压加气混凝土砌块微观子 L 结构 ( 2 0 ) ( 黑洞 为因照 明灯斜照引起) 2 2 结果分析 从上述试验结果可知，蒸压泡沫混凝土砖的导热系数和 传热系数均比蒸压加气混凝土砌块的大，特别是其导热系数 约为后者的2 倍。按照热力学理论四 推论， 前者的保温隔热性 能应比后者要差。但图2 、 图3 及图4 试验结果表明， 它们的 隔热性能与推论刚好相反，蒸压泡沫混凝土砖比蒸压加气混 凝土砌块具有更加优异的隔热性能。 对于以上反常的现象， 从图5 、 图6的微观结构可看出， 蒸压泡沫混凝土砖的孔洞基本上处于封闭不连通的状态， 而 蒸压加气混凝土砌块中有较多的连通孔，并且孔洞之间存在 着裂缝， 这与周春英等5 1 的观察结果一致。 2 3 机理分析 从图2 、 图3 的温升曲线可以看出， 蒸压泡沫混凝土砖墙 体的背火面在试验开始5 0 m i n内的升温速度比蒸压加气混 凝土砌块的快得多， 而且在 5 0 ra i n 左右就基本升温至一个稳 定阶段： 而后者直到 1 0 0 m i n 左右才升温至稳定阶段。 这是因 为前者的导热系数较后者大的缘故， 导热系数大， 则传递热量 的速度就快 ， 因此出现以上所述的温升现象。 同时， 从图2 、 图3中的温升曲线也可看出， 蒸压泡沫混 凝土砖墙体背火面的温度稳定阶段时间为1 5 0 m i n 左右， 而 蒸压加气混凝土砌块的为7 0 m i n 左右， 前者比后者长得多。 出 现以上现象的原因分析如下： ( 1 ) 两者都是热的不良 导体， 所以热以较慢的速度传递， 物体不会快速升温， 升温曲线不会呈现直线上升形。 3 8 新型建筑材料 2 0 1 0 6 ( 2 ) 蒸压泡沫混凝土砖和蒸压加气混凝土砌块内都存在 孔洞结构， 当其一面受热时， 则热量从该面开始向内部传递， 且主要以 传导方式为主，传递过程中使得孔洞周边的材质首 先受热升温， 不断地由外向内传热； 同时， 孔洞周边的材质受 热升温后， 将热量传递给孔洞内的气体， 因而材质的温度又下 降， 如果材质继续受热升温， 则继续将热量传递给孔洞内的气 体， 温度又再下降， 温度趋于平稳， 如此将持续一段时间， 因此 出现图2 、 图3中曲线的平稳段。 ( 3 ) 根据P V = n R 卅 可知， 当孔洞内气体温度升高， 则首 先会引起孔洞内的压力上升， 如果孔洞封闭而不连通， 则难以 形成对流的传热方式进行传热，物体升温仍然主要以传导方 式为主； 如果孔洞连通， 则气压大的孔洞中的气体必定向气压 低的孔洞移动， 这样必定形成对流的传热方式进行传热， 那么 物体受热升温方式既有传导， 也有对流， 物体升温的速度将加 快。温度平稳阶段则将结束。 ( 4 ) 蒸压泡沫混凝土砖的孔洞基本上处于封闭孤立而不 连通的状态， 在温升平稳阶段， 其受热时热传递主要以传导为 主， 对流传热非常微弱， 当温度继续升高， 则孔洞内的气压不 断升高， 当气压达到一定的程度， 会导致孔洞壁破裂而形成连 通孔， 产生对流传热。当连通达到一定程度的时候， 则产生大 范围的对流传热， 使得温度再次上升， 平稳阶段结束。而蒸压 加气混凝土砌块中虽然也存在封闭的不连通孔洞，使温升可 平稳持续一段时间，但其内部的封闭孔洞数量较蒸压泡沫混 凝土砖的少， 而且其内部已有大量连通的孔洞及裂缝， 使得其 温升平稳阶段提前结束， 平稳阶段大大缩短。 这是蒸压泡沫混 凝土砖墙体的背火面的温度稳定阶段时间比蒸压加气混凝土 砌块长的原因。 ( 5 ) 由内部传热机理模型( 见图7 、 图8 ) 可看出， 蒸压加气 混凝土砌块的连通孔中气体的对流传热使得热量提前传递到 后面，使得其温升稳定阶段的温度较蒸压泡沫混凝土砖的要 高。 气孔 孰 l 、 量 图 7 气孔为封 闭状态时的热传递示意 ( 连在气孔上的箭头表示热流方向) o O O ) o O O O O ， ) o o O o o )C o o )o )o o o r - 、 O C 黧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 罗云峰， 等： 蒸压泡沫混凝土砖隔热性能的研究 热 量 图 8 存在连通气孔时的热传 递示意 ( 连在气孔上 的箭头表示热流方 向) ( 6 ) 由于蒸压加气混凝土砌块的墙体背火面受热温升稳 定阶段短， 只有7 0 m i n 左右， 而且稳定阶段的平均温度较高， 达到7 0 以上。 而蒸压泡沫混凝土砖的墙体背火面受热温升 阶段长， 有1 5 0 m i n 左右，稳定阶段的平均温度也只有5 O q C 左右， 当同样受热4 h 后， 蒸压泡沫混凝土砖墙体的背火面的 平均温度及最高温度比蒸压加气混凝土砌块的低，表现出更 佳的隔热性能。 以上所述表明，墙体材料的隔热性能与其内部结构密切 相关， 这一现象与俞继军等6 的观点一致。 3 结论 ( 1 ) 墙体材料隔热性能的优劣一方面取决于其导热系数 的大小， 同时也决定于内部的孔洞结构； 墙体材料的隔热性能 与其内部结构密切相关。 ( 2 ) 材料的导热系数小， 但如果其孔洞结构存在缺陷如连 通孔及裂缝等， 则不一定有良好的隔热性能； 相反， 材料导热 系数稍大， 但内部孔洞封闭而不连通， 则可能具有较好的隔热 性能。蒸压泡沫混凝土砖比蒸压加气混凝土砌块具有更加优 良的隔热性能。 参考文献： 1 】 闫振甲， 何艳君 泡沫混凝土实用生产技术 MI 北京 ： 化 学工业 出 版社 ， 2 0 0 6 【 2 】 李洪芳 热学 M】 2 版 北京 ： 高等教育 出版社， 2 0 0 1 【 3 】 Ha l l i d a y s P h y s i c s M J o h n Wi l e y S o n s ， 2 0 0 0 4 】 朱峰 大学物NI M 北京 ： 清华大学出版社， 2 0 0 8 【 5 】 周春英 ， 韦江雄 ， 余 其俊 ， 等 蒸压加气混凝 土砌 块的吸水特性研 究【 J 】 武汉理工大 学学报 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 2 2 2 6 【 6 】6 俞继军， 艾邦成， 姜贵庆 复合材料在长时间加热条件下的隔热 机理 J 宇航材料工艺， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 2 1 4 A “ 国家农村人居环境建设技术示范基地 ( 筹) ” 技术征集启事 各有关单位 ： 为推动我国村镇建设的发展， 住房和城乡建设部村镇建设司决定在山东农业大学筹建“ 国家农村人居环境建设技术示范基地” ， 面向全国 集中、 全面展示我国村庄与小城镇建设需要的各种建设技术与产品。示范基地建设方案已通过住建部组织的专家论证 ( 建村综J 2 0 0 9 1 0 8 7 号) ， 住建部、 科技部、 农业部等部门的有关领导及专家认为， 建设这一基地对贯彻落实国家新农村建设的方针政策， 对推广应用适宜村镇建设 的新技术、 新产品， 全面综合指导各地农村人居环境建设具有重要的意义。 推动该示范基地的建设已列入住建部村镇司2 0 1 0 年工作要点( 建村 综函 2 O l o l 1 3号) ， 并争取纳入国家 十 二五” 重大专项 。 示范基地包括若 干个 区域 ， 其 中新型建筑 材料环保节能村镇住房示范区重点展示采用各种节 能、 环保 、 经 济、 适合农 村推广 使用的新型建 筑材料与技术建造的村镇住房样板房。配合我国建材下乡活动， 基地筹建单位山东农业大学村镇建设工程技术研究中心联合嘶 型建筑材料 杂志社 ， 公开向社会征集该示范区的示范技术 与产 品， 欢迎有关单位积极参与共建 ! 一 对示范技术 与产品的要求： 1 、 具备推 广条件 、 适合农村当前需要或具有一定前瞻性的建筑材料、 技 术与产 品。 2 、 已通过有 关部 门检验 ， 符合国家相关标准 。 3 、 同类产 品中具有代表性。 二 入选示范展示的程序： 1 、 有意参与示范的企事业单位 向山东农业大学示范基地建设项 目组或 新型建筑材料 杂 志社提 出申请 ( 截止时间为 2 0 1 0年 7月 3 1日) 。 2 、 示范基地建设项 目组安排专家对 申请项 目进行技术筛选， 并报请村镇建设司同意， 最终确 定有代表性的材料和技术。 3 、 示范项 目所属企事业单位与基地协商示范建设事宜， 签订示范建设与宣传推广协议。 4 、 进行示范建设， 对示 范项 目进行相关性能监测， 并对保温节能效果进行评价。 5 、 年底前组织专 家验收 ， 并计划召开新材料、 新技术、 新农村和基地建设的学术研 讨会 。 示范项 目咨询、 申请联系方式 ： 电话 ： 0 5 3 8 8 2 4 9 9 0 8 ( 山东农业大 学村镇建设工程技术研究中心) 邮箱 ： E ma i l ： z g c z j s 1 2 6 c o m。 0 5 7 1 8 5 0 6 2 6 0 o ( 嘶 型建筑材料 杂志社) 山东农业大学村镇建设工程技术研究中心 新型建筑材料 杂志社 2 0 1 0年 5月 2 5日 NE W BUI L DI NG MAT E RI AL S 39 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m