新型墙体材料传热性能优化 毕业论文.doc

新型墙体材料传热性能优化新型墙体材料传热性能优化摘要近年来国家加大了对粘土使用的限制，旨在节约资源，开发和利用废弃物料已成必然趋势，而墙体材料又是在建筑使用中占用比例最大的一类材料，因此有效的开发和利用废弃资源用于墙体材料中也成必然趋势。本文主要介绍了新型复合墙体材料的研究方法、研究步骤。对于炉渣混凝土新型复合保温砌块的生产、养护、性能测试有较深的了解。通过对炉渣混凝土的配合比设计、对砌块的块型设计等来提高复合保温砌块的保温隔热性能。通过对填充材料的选用使砌块具有良好的防火性能。设计出具有实际生产价值和应用价值的新型墙体材料。关键词：墙体 复合保温砌块 炉渣混凝土 保温隔热 防火optimization of heat transfer performance of wallabstractthe state has increased the use of clay to save resources in recent years.developing the utilization of waste materials has become an inevitable trend.wall material is used in building the largest proportion in the occupation of a class of materials, so use of waste resources as wall materials is inevitable.字典this paper describes a new type of composite wall material research methods, research procedures. the new compound thermal insulation slag concrete block production, maintenance, performance testing have a deeper understanding. through the slag concrete mix design, block design to improve thermal insulation performance. through the use of filling materials to improve the performance fireproof. designed new wall materials of the actual production value and application.key words: wall composite thermal-insulating blocks slag concrete thermal- insulation fireproofing目录摘要iabstractii前言1第一章 总论31.1 选取该课题的意义31.2 国内外研究动态31.3 各类墙材保温材料性能分析41.3.1 外粘苯板41.3.2 钢丝网架聚苯乙烯板外保温51.3.3 高保温砌块保温墙体61.3.4 砌体结构夹芯保温墙体71.3.5 轻钢骨架预制外保温墙板71.3.6 内保温71.4 复合保温砌块81.4.1 砌块规格及块型种类81.4.2 砌块壁肋厚度及锥度81.4.3 确保砌块砌筑后的芯柱尺寸91.4.4 孔形与孔洞率101.4.5 复合保温砌块养护工艺10第二章 复合保温砌块设计122.1 复合保温砌块规格122.1.1 复合保温砌块的块型122.1.2 孔洞形状的选择142.1.3 孔排数的选择142.2 本实验砌块块型最终选择15第三章 试验原材料及试验方法163.1 炉渣混凝土163.1.1 炉渣混凝土对原材料的要求163.1.2 原材料来源173.1.3 原材料的准备173.2 炉渣混凝土配制183.2.1 炉渣混凝土试验方法183.2.2 计算试验所需材料用量183.2.3 加气混凝土块制作方法193.3 试验方法203.3.1 制作砌块203.3.2 传热系数的测定213.3.3 强度的测定24第四章 试验结果与讨论254.1 传热系数的测定结果254.2 传热系数测定结果讨论254.2.1 试验内讨论254.2.2 综合影响结果讨论254.3 强度的测定27谢辞28参考文献2929前言根据国家建设部、国家建材局统计资料，我国房屋建筑材料中70%是墙体材料，其中粘土砖占据主导地位，生产粘土砖每年耗用粘土资源达10多亿立方米，约相当于毁田50万亩，同时，我国每年生产粘土砖消耗7000多万吨标准煤，不仅增加墙体材料的生产能耗，而且导致新建建筑的采暖和空调能耗大幅度增加，严重加剧了能源供需矛盾。国务院办公厅关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知(国办发200533号)明确规定，到2010年底，所有城市禁止使用实心粘土砖，全国实心粘土砖年产量控制在4000亿块以下。国家政策的导向，无疑给新型墙体材料提供了广阔的发展空间。世界各国开展建筑节能无不首先抓建筑围护材料的革新，一些发达国家早在六十年代就开始改用保温性能好、生产能耗低的新型墙体材料替代传统墙体材料。在建筑中，外围护结构的热损耗最大，外围护结构中墙体又占了很大份额。所以建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个重要环节，发展外墙保护技术及节能材料是建筑节能的主要方法之一。按照选用材料的不同，建筑物外墙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20倍，随着我国建筑节能65%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，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两种材料的特性，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。同时，节能材料与外墙保温技术的发展是互为促进的，节能材料的发展必须与外墙保温技术相结合，才能真正发挥其作用。由于节能材料的不断革新，外墙保温技术的优越性才日益受到人们重视。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三种，其中外墙外保温系统在节能建筑围护结构中应用广泛，在保温功能等方面存在较大优势，但由于其系统构造较复杂，对原材料及系统性能要求较高，难以实现与建筑同寿命，防火性能存在较大缺陷等不足，制约了建筑节能工程质量水平的进一步提高。墙体自保温技术与其它的墙体保温方式相比具有构造简单、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，又能较好的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。第一章 总论1.1 选取该课题的意义鉴于现有的复合保温砌块块型存在四大缺点：（1）大多数不能通过砌块成型机一次复合而成，需采用人工方式将其复合；（2）仅是延长传热路径，而未彻底阻断冷桥；（3）砌筑时，复合的保温板处会产生灰浆冷桥，导致墙体保温效果不佳；（4）很多保温砌块不具有防火的性能，容易造成火灾。所以，通过对复合保温砌块的原料设计，孔洞率设计等改善其保温隔热性能，通过在孔中加入加气混凝土块使砌块具有良好的防火性能，从而得到性能更加优越的复合保温砌块。1.2 国内外研究动态混凝土砌块属于非烧结性的块材。它是由胶凝材料、骨料按一定比例经机械成型、养护而成的块材。在材料组成上有以砂石作骨料的混凝土承重空心砌块；以浮石、火山渣、天然煤矸石为骨料的轻骨料混土砌块、保温砌块、装饰砌块、铺路混凝土砌块,近年来又研制出大掺量粉煤灰砼承重砌块等。如以砌块的尺寸划分则有小型混凝土空心砌块，小型空心砌块又按厚度划分为190mm和290mm两大系列。而每种系列又包括标准砌块、辅助砌块等多种形式，由此而组砌成各种各样的建筑物。可见把砌块叫作一种类似“魔方”的建筑材料或“万能型”的建筑材料并不过分。因为它为建筑师提供了建筑设计所需的最广泛的可能性和选择。砌块结构是在砖结构基础上发展起来，由混凝土取代粘土，它既保留了传统材料砖结构取材广泛、施工方便、造价低廉的特点，又具有强度高延性好的钢筋混凝土结构的特性，它是唯一融砌体和混凝土性能于一体的一种新型材料。国内外的实践，特别是美国的实践已经证明，砌块已成为一种最具竞争力的建筑材料之一。5自1866年美国人哈契逊获得第一个空心砌块专利以来，混凝土空心砌块已在100 多个国家得到广泛应用。西方国家在混凝土空心砌块保温性能方面的研究成果颇丰，如美国研制出tb型复合保温隔热砌块，加拿大研制出imsi复合保温隔热砌块，波兰研制出u型咬合式复合保温砌块，芬兰研制出三明治式复合保温隔热砌块等。近年来，为了适应建筑节能的要求，我国在复合保温砌块方面的研究有很大进展，一些企业从国外引进或自主研发出复合保温砌块生产线及复合保温砌块块型，其产品已广泛用于框架结构建筑、多层混凝土小型空心砌块建筑和配筋小型空心砌块建筑。4我国混凝土砌块结构的应用虽然也有30多年的历史，但由于国情和经济政策等方面的原因，应用水平较低(仅限于多层)，应用范围较窄，各地发展不平衡，砌块的应用数量，在整个墙体材料总量中所占的比例不足10%。从国外砌块的发展和我国近来墙改方向看，砌块作为粘土砖的首选替代材料已成定局，人们对砌块和砌块建筑的质量、功能和效益等方面将提出更高的要求。但是和国外发达国家相比，我国砌块结构的发展尚处在初级阶段，我国目前砌块生产能力虽然已达1.2亿m3，而年产量仅有4000多万m3，推广应用尚有许多工作要做，如扩大砌块结构的应用范围，增加砌块的品种和功能，完善和建立砌块建筑结构的配套技术，标准等。由于近年来多起建筑保温火灾事件的发生，引发了各界对保温防火的思考，保温材料的防火性能史无前例的引起了业内各界的高度重视。然而，很多保温材料起火都是在施工过程中产生的，如：电焊、明火、不良的施工习惯。这些材料在燃烧过程中不断产生的融滴物和毒烟，同时释放出来的氯氟烃、氢氟碳化物、氟利昂等气体对环境的危害也不可忽视。为此，住房和城乡建设部和公安部于2009年9月25日联合发布了民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定公通字200946号文通知。保温设计过程中防火性能更好、保温性能出色系统更能赢得市场的认可。1.3 各类墙材保温材料性能分析1.3.1 外粘苯板外粘苯板保温效果是当前所有保温技术中最好的,而且根据对哈尔滨市和北京市建筑市场价格的调查得出,在达到相同保温效果时与其它保温技术相比价格最低,但存在以下问题：一防火性能差。二高层建筑保温层的抗风压特别是抵抗负风压不安全。三用于外粘苯板的胶和塑料胀钉是高分子材料,随着时间的推移将老化变脆,耐久年限有限,达不到我国规定使用寿命不低于25年的规定。四外粘苯板不能满足在建筑外墙上外贴釉面砖的需求,因万一发生火灾或年限过长,粘结胶和塑料膨胀钉到了使用年限时变硬、变脆,就会有釉面砖脱落的危险,因此在国标及地方标准中都要求外粘苯板的外装修是涂料。在哈尔滨市外粘苯板墙刷涂料的工程很少,有大量的工程采用外粘苯板保温但是却用釉面砖装饰,存在不安全的隐患,甚至有建筑高度100米的高层建筑也用外粘苯板保温镶贴釉面砖装饰。五施工质量的控制难度较大：一是对胶、耐碱网格布和塑料胀钉等材料的质量要求较高,否则将会直接影响到外粘苯板的寿命。二是在粘结苯板时须在干燥的外墙上浇水润湿墙面,而如果操作工人责任心不强可能存在漏浇水或浇多水的现象,影响粘结效果,造成起鼓甚至脱落。有的工程为保证安全采用挤塑型聚苯乙烯板,这种保温材料虽好,但解决不了粘结胶和塑料胀钉老化影响寿命以及这种保温系统防火不好的问题,这使得一些专家很担心现在外粘苯板工程的寿命。虽然墙体外粘苯板保温防火不好、寿命短、外饰面材料受限制以及存在长久的安全性等缺点,但由于造价低,目前仍是节能墙体的主流技术。1.3.2 钢丝网架聚苯乙烯板外保温这种保温方式可以满足外墙镶贴釉面砖的需求,防火也好,但存在的缺点是：一钢丝网架聚苯乙烯板抹水泥砂浆保温由于仅依靠墙体内的外伸钢筋挑着保温板外的水泥砂浆抹灰保护层的重量,易发生钢筋变形使抹灰层下坠,使水泥砂浆抹灰层开裂,而且仅对50mm钢丝网苯板的抗震实验就发现,传出钢丝网切割聚苯板的声音,尤其当保温层较厚时这个问题更突出,水泥砂浆外保护层的开裂将使雨水进人保温层加速了苯板的光老化和氧老化,使保温层破坏。二因苯板内有斜插钢丝（每平方米200根斜插钢丝）,以及在苯板与墙体之间有间距600mm的外伸钢筋6固定苯板,每平方米面积达7.41cm2,增加导热系数0.0431w/mk,考虑苯板接缝的影响,苯板的导热系数可接近0.9w/mk,大大降低保温效果，单面腹丝非穿透型钢丝网架苯板比外粘苯板增加传热系数50-60%左右, 双面腹丝穿透型钢丝网架苯板增加传热系数70%,保温效果下降很多。三钢丝网架苯板因有斜插钢丝和焊点、以及因保温不好需增厚苯板而增加造价：一般单面非穿透形100mm钢丝网架苯板其中钢丝网造价约需20元/m2,双面穿透形50mm钢丝网架苯板其中钢丝网造价约需32元/m2。这是造价高、保温差的一种墙体保温方式,尤其当国家要求进一步提高节能保温标准时,苯板的厚度需要增加很多,这种保温技术的问题更突出。1.3.3 高保温砌块保温墙体在框架结构和混凝土剪力墙建筑中用陶粒砌块内填塞苯板颗粒的高保温砌块材料用作保温墙体，这种保温方式可以满足外墙镶贴釉面砖的需求,但需用保温浆料砌筑,并须将保温浆料加在梁边和柱边,复合墙体厚度290mm砌体才能达到平均0.52w/m2 k的传热系数,其缺点是：一保温比直接用苯板保温差得多,价格高；二在门窗口存在热桥发生附加热损失,增加窗的传热系数0.6-0.7w/m2k左右,约增加窗的传热20-30%，使窗口周边发生附加热损失,而窗的传热系数由2.5w/m2k降低至2.0w/m2k将两玻单中空变为三玻双中空,增加窗的投资约70-80元/m2左右,可见降低窗的传热系数是不容易的,尤其是将窗的传热系数降低在2.0以下是除了用l-oe玻璃或真空玻璃不能达到的,增加投资更多,因此采用增加窗口附加热损失的保温技术是不合理的。混凝土挑檐板存在热桥平均增加墙体传热约0.1w/m2k（挑檐板厚80时）0.16w/m2k（挑檐板厚120时）,这种墙体的构造在本质上是将保温不好的材料如陶粒和保温性能很好的苯板交错搭配使用,不能将外墙用保温材料全部包裹起来,保温效果差, 更难以满足高节能要求。三混凝土剪力墙用高保温砌块复合墙体太厚,例如哈尔滨现在节能50%需用250mm高保温砌块在混凝土剪力墙外侧,但因有混凝土挑檐板增加传热的影响,仍不满足平均传热系数0.52w/m2k的要求。从使用面积角度分析投资,高保温砌块墙体用于混凝土剪力保温更不经济。1.3.4 砌体结构夹芯保温墙体采用砌体结构夹芯保温墙体,这种做法最明显的是墙体太厚影响使用面积,投资最不经济,同时因热桥大,存在窗口周边附加热损失及混凝土挑檐板的热损失,且有弯钩的拉结钢筋对苯板的破坏孔洞处有大量的热桥,保温效果不好。特别是外叶砌体的抗震性能不好,不安全,尤其高层建筑和地震烈度较高的地区更不宜采用这种保温方式,目前对外叶砌体基本都用不锈钢拉结件,而保温层内含水率计算都超过15%,故冬季拉结件上要有冷凝水及结冰,当拉结件锈蚀后外叶砌体不安全,存在倒塌的危险根据砌体结构设计规范的规定,夹心苯板的厚度不得大于100mm,因此保温复合墙体的厚度不可能满足低于0.5w/m2k耐传热系数的要求。1.3.5 轻钢骨架预制外保温墙板这是在轻钢骨架中间放置保温板,内外加钢网和耐碱网格布,并通过苯板粘结胶抹灰后形成的预制保温外墙大板,适用于框架结构的填充墙体,从安全性上优于外粘苯板。因为没有基层墙体,所以外墙薄,外墙蓄热能力差,抵抗温度波动的能力差,不满足夏热地区建筑热惰性指标不小于2.5的要求,采暖地区虽然没有关于外墙热惰性指标的规定,但是外墙仍然有一定的蓄热能力为宜。1.3.6 内保温目前,在北京、华中及其以南地区有大量工程在用内保温技术,但是实践证明这种保温技术存在的问题太多了、而且保温效果只相当于外保温的一半,不符合建筑物理的理论,因此这是已经被否定的保温技术。上述提及的高保温砌块保温墙体、砌体结构夹芯保温墙体、内保温这类墙体保温技术,因存在混凝土挑檐的热桥和窗口周边的热桥,因此设计者在计算墙体的加权平均传热系数时很困难,增加了设计的难度,对于准确计算建筑物的耗热量不利。201.4 复合保温砌块混凝土小型空心砌块是我国近年来发展较快的一种新型墙体材料,它节土、节能, 是实心粘土砖的理想替代品,今后在多层住宅建筑中将占有主导地位。现将生产的几种块型设计及砌筑应用方面的思路作一介绍。1.4.1 砌块规格及块型种类砌块的规格尺寸必须与gb8239-1997砌块国家标准一致,也即必须符合国家统一模数制。主规格砌块的外形尺寸为390mm190mm190mm(长宽高)。与之配套的辅块有两种，一种是七分块,外形尺寸为290mm190mm190mm(长宽高)；另一种是半分块,其外形尺寸为190mm190mm190mm(长宽高)。如果建筑物的内墙和外墙均200m厚，那么上述三种规格在建筑中可满足一切符合100mm 基本模数的平面和200mm基本模数的空间(高度)尺寸。由于砌块建筑都设有插筋芯柱,所以在每层底部位置采用芯柱底块,以利清扫灰渣和钢筋搭接,所以设计时还增加了一种芯柱底块(390mm190mm190mm)。若高度方向采用单模制,则还需配高度为90mm的主块(俗称半高块), 否则就要说明用圈梁高度调节每层楼砌块砌筑的高度,使之符合200mm的模数,层高为28m和30m的住宅楼都会遇到这种问题；如果内墙厚度要求为100mm,则还需要增加90系列的主块和辅块；若建筑物为清水墙时,则还需要各种规格的过梁块；门窗洞口及节点砌筑时,还须有一端带灰槽、一端无灰槽的主块和辅块等等。混凝土小型空心砌块块体96sj102(一)图集上共列出23种规格的砌块,如果加上端部变化的砌块,要超过30种。61.4.2 砌块壁肋厚度及锥度 砌块壁、肋的厚度均应符合砌块标准的规定。壁、肋的厚度直接影响着砌块的抗压强度和孔洞率,也关系到砌块砌筑搭接后所形成的芯柱孔尺寸。壁、肋过厚, 砌块强度高,孔洞率低,材料消耗多,芯柱孔尺寸难。 以达到120mm120mm；壁、肋过薄,孔洞率高,抗压强度下降。因此,设计时必须将壁、肋厚度及由坐浆面至铺浆面的锥度(即斜度)确定在合适范围内。南宫砌块厂设计的砌块:壁厚,坐浆面为30mm,铺浆面为35mm；边肋厚,坐浆面为25mm,铺浆面为30mm；中肋厚度,坐浆面为40mm,铺浆面为50mm；砌块的壁、肋均为5mm锥度。这不但有利于脱模,更有利于成型时布料的均匀性,从而使砌块壁、肋的密实度比较均匀一致。中肋加厚是对传统块型的重要改进之一,之所以加厚中肋基于以下两方面考虑。其一,使竖向力传递更为合理。上一相邻两砌块在中肋处的搭接长度为70mm(边肋厚+竖槽深+灰缝+竖槽深+边肋厚=25mm+5mm+10mm+5mm+25mm=70mm),搭接后上一砌块的边肋每边有15mm压在中肋上,有10mm压在下层砌块的孔上。基本做到对孔错缝砌筑,因此,竖向力传递较合理,能充分发挥砌块强度的作用。其二,基于控制孔洞率小于50%考虑。特别是国产成型机,激振力小,砌块密实度差,若孔洞率达到50%,生产mu10以上强度等级砌块较困难。减少孔洞率无非是增加壁厚和肋厚,若增加壁厚则铺浆面宽度方向孔的尺寸将小于120mm,不能保证芯柱孔尺寸；若增加边肋厚,则会使上一相邻两砌块在中肋处压孔太多,也不易保证芯柱孔尺寸。因此,只有增加中肋厚以控制孔洞率。设计时应使主块和辅块壁、肋厚度相同,以利于砌筑时主、辅块配套搭接使用。1.4.3 确保砌块砌筑后的芯柱尺寸砌块建筑技术规定芯柱尺寸不宜小于120mm120mm,这是提高墙体抗剪力,增强房屋抗震能力的主要措施之一。为此,在设计最大壁厚、肋厚时,必须保证铺浆面孔的尺寸不小于120mm120mm；同时还要考虑砌筑搭接后所形成的芯柱孔尺寸不小于120mm120mm。因此,设计时采用了边肋尽量靠边,保留边部竖槽而减薄竖槽深度的办法。边肋靠边,减薄竖槽,可以加大孔的长度方向尺寸,且能减少在下皮砌块中肋部位的搭接长度,减少压孔面积,对实现芯柱尺寸不小于120mm120mm有利。以主块顺墙砌筑为例,主块铺浆面的孔长度方向设计为135mm,前已述及,上一砌块每边压孔10mm,搭砌后仍可保证孔的长度方向尺寸125mm；主块铺浆面的孔在宽度方向上设计为120mm,壁厚为35mm,上一砌块坐浆面的壁厚为30mm,孔宽为130mm,搭砌后上一砌块的壁不会压住下层砌块的孔,故仍能保证孔的宽度方向尺寸为120mm,即砌筑所形成的芯柱孔为125mm120mm。同样,在转角墙、丁字墙、十字墙部位砌筑后所形成的芯柱孔,经计算和小样试排证明均能保证芯柱尺寸不小于120mm120mm。1.4.4 孔形与孔洞率孔形宜采用圆角方孔,圆角方孔易脱模,可减少四角的应力。圆角半径r在20 30mm之间,设计时取r=26mm,芯柱底块孔的圆角以及半分块的半孔圆角r取30mm。目的在于增强悬肋、悬壁的强度,减少破损。r增加,孔洞率略有降低,对提高砌块强度有利。各种块型的孔洞率详见表1。主块的孔洞率为48.88%,芯柱底块的孔洞率最高,为5550%,芯柱底块的孔都要浇灌细石混凝土,芯柱底块强度偏低一些无妨。表1 几种常用小型空心砌块规格特征表序号型号外形尺寸（mm）外形体积（m3）空心率（%）每块质量（kg）长宽高190系列k4223901901900.1407948.8817.27k4223901901900.01407948.0717.55k3222901901900.01046949.3212.73k322a2901901900.01046948.2313.01k322b2901901900.01046942.0014.57k2221901901900.00685943.309.33x4223901901900.01407955.6015.001.4.5 复合保温砌块养护工艺包括坯体的运输和养护，目的是使砌块达到码垛强度，进行托板回收和形成工程应用所需要的强度。刚成型坯体基本上没有强度，坯体的运输和码板装置应能平稳运动，避免振动和突然碰撞，防止坯体的保温板与砌块主体及保护面板之间产生开裂或裂纹。湿产品下线后，不要直接将托板放在湿坯体上，托板与托板之间要有支撑，防止下层坯体压坏或变形。养护工艺分为以下五种：（1）高温高压蒸汽养护：养护温度为160180，压力为12atm15atm， 在完全密封的金属蒸压釜内进行。适用于以石灰、石膏为胶结料的大掺量粉煤灰制品。投资大，成本高。（2）低温常压蒸汽养护：在常压下进行，养护温度在70左右。每个养护窑内布设两根蒸汽管道，每隔1m留一个通气孔，在窑的长度与高度的1/2交叉处设一个温度探头。分为静停、升温、恒温、降温四个养护阶段，静停时间夏季不少于2h，冬季应适当延长。升温速率不宜过快，通常为20/h30/h，采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的坯体养护温度不超过70，降温速率不超过10/h，恒温时间为8h10h。养护工艺参数（养护制度）包括养护周期、各阶段时间温度变化率、最高温度值等，应根据砌块养护强度值、所用水泥、生产季节、汽源供应能力及窑体保温排潮能力综合确定。（3）自然养护：下线后的湿坯体堆放在室外养护时，20c 以下最好用塑料布覆盖，以便保温保湿，尽早提高砌块强度；炎热的夏季则要用草帘覆盖并洒水。产品码垛后，还要洒水养护10d14d，以保证混凝土强度增长所需要的水分。（4）低温蓄热养护：在做保温处理的养护窑内进行，不通蒸汽或暖气，仅靠水泥水化热完成养护，最高温度不超过30，相对湿度应保持在90%以上。（5）太阳能光热互补式（光热蒸汽；光热水；光热风）养护：养护窑是用阳光板建成，利用太阳能提高养护窑内温度，在阳光和水泥水化热不足的情况下，利用热源管道在窑内加热，实现光热互补养护。湿度保持在90%以上，可采取喷雾或洒水的方式增加湿度。优点是无污染、节约能源、可以连续生产。产品通过养护达到码垛强度后，应及时码垛养护，垛高不宜超过1.6m，须洒水养护7d14d。即便是蒸汽养护的产品，也必须在场地堆放够28d后方可出厂。有些企业规定砌块堆放45d后才能出厂，可有效避免墙体裂纹的产生。第二章 复合保温砌块设计2.1 复合保温砌块规格新型复合保温砌块主块型规格为长390mm（配块290mm、190mm）宽310mm高190mm，由190mm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。混凝土空心砌块为保温砌块主体，起承重作用；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，增强墙体耐久性能；聚苯板起保温作用，并连接砌块主体和保护面板。本实验砌块的规格为390mm240mm190mm，小型空心砌块为保温砌块主题，其承重作用，空心砌块的孔中在浇筑时提前加入加气混凝土块后浇筑成型，加气混凝土块起保温作用，空心砌块的主体由炉渣混凝土浇筑完成，炉渣系多孔材料，也具有保温的效果，综合保温效果不错。2.1.1 复合保温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排孔、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。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性能。为了比较不同孔排数对砌块墙体热阻的影响，对190mm厚和240mm厚2种规格的混凝土砌块不同孔排数的墙体热阻值进行了测定(见表1)。可以发现，调整排孔数可使空心砌块墙体热阻值有所提高。表1 不同孔排数砌块的墙体热阻值砌块规格孔洞尺寸/mm墙体热阻（mk/w）总墙体热阻/（mk/w）190mm厚单排孔150130,1501300.3170.467190mm厚双排孔19050,115500.6140.76411550,19050190mm厚三排孔7525,13025,75250.6310.78115030,150307525，13025,7525240mm厚双排孔11575,190750.4910.64111575,19075240mm厚三排孔8030,12030，80300.6420.79215070,150708030,12030,8030从表1可以看出，240mm厚的三排孔砌块，其最大热阻值仅为0.642m2kw，不能完全满足建筑节能50目标，即部分寒冷地区热阻值(0.650.81 m2kw)以及夏热冬冷地区北墙热阻值(0.68m2kw)要求。所以，从块型设计上，可以总结出以矩形孔型为主，并采用多排孔的方式提高砌块的保温隔热性能。由此说明，即使采用最佳的方式得到的热阻值仍然不满足寒冷地区的要求，所以为了提高空心砌块的热工性能，常采用在孔内填入导热系数较小的保温隔热材料的方法，如灌注泡沫混凝土或内插聚苯板等措施。本实验为提高空心砌块的热工性能，在孔中填入导热系数小的加气混凝土块，有效的降低了导热系数。表2 不同措施后的墙体热阻 m2kw砌块规格/mm孔排数孔内不灌注孔内灌注泡沫混凝土内插聚苯板0.1440.1290.1390190190双排孔0.6140.5820.5930.6170.714390190190三排孔0.631-0.701390240190双排孔0.4910.6040.6180.6490.766390240190三排孔0.6420.7540.7700.8311.130注:仅外排孔灌注；导热系数，w/(mk)。从表2可以看出，对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插聚苯板，墙体热阻值最大可达113 m2kw。2.1.2 孔洞形状的选择传统中比较常见的空心砌块，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，有研究表明在孔洞率相同的单排孔空心砌块中不同孔型的平均传热系数(见表3)。从表3可知，矩形孔的平均传热系数最小，菱形孔、正方形孔的次之，圆形孔的最大。原因是矩形孔中的空气容易形成长路对流，而菱形、方形、圆形孔中的空气依次不易形成长路对流。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。表3 不同孔型单排空心砌块的平均传热系数项目矩形菱形正方形圆形平均传热系数/w/(m2k)0.2070.3600.4040.4252.1.3 孔排数的选择由gb50176-93民用建筑热工设计规范可知，砌块中封闭空气层的厚度达到20mm后，随着封闭空气层厚度的增大，空气间层热阻的增量越来越小；特别当封闭空气层厚度超过40mm后，间层热阻趋于常量(见表4)。因此，一味加大封闭空气层厚度来增加热阻，作用不大；反之，若增加孔洞排数，则可显著提高热阻。因此，就热工方面进行块型设计时，对于相同的砌块厚度，宜使砌块的空气层数增多。表4 空气间层热阻值空气间层厚度（mm）5102030405060热流垂直空气间层热阻/w/(m2k)0.100.140.160.170.180.180.182.2 本实验砌块块型最终选择 由以上分析可以得出结论：理论上最佳块型应是方孔圆角三排孔砌块，孔内填入聚苯板，这样的砌块保温效果最好。但由于本实验试验条件的限制，现对理论上的最佳块型进行改进，选择双排孔模具，对砌块的防火性能的要求选择在孔内填充加气混凝土块，从而达到既能考虑到墙体的保温隔热性能又能兼顾到节能环保、防火的良好性能。第三章 试验原材料及试验方法3.1 炉渣混凝土3.1.1 炉渣混凝土对原材料的要求 （1）普通混凝土复合保温小型空心砌块胶结料:32.5（42.5）级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥或其他水泥，质量符合标准要求。粗集料：石子的粒径必须在5mm10mm范围内，且是连续级配，需过筛处理，质量符合gb/t 14685-2001建筑用卵石、碎石要求。细集料：砂子，粒径为中砂，细度模数在3.02.3范围内，需过筛处理，质量符合gb/t 14684-2001建筑用砂要求。掺和料：级粉煤灰，质量符合标准要求。保温材料：阻燃型eps板或xps板，密度必须在20kg/m3以上，并且加工成规定的尺寸和形状。聚苯板必须经过陈化，可减少收缩。（2）轻集料复合保温空心砌块胶结料:32.5（42.5）级硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥或其他水泥，质量符合标准要求。粉煤灰陶粒：密度700级800级，最大粒径10mm。火山渣：密度700级800级，最大粒径10mm。煤渣：密度600级900级，最大粒径10mm，陈化期达到三个月以上，经破碎筛分后粗集料粒径控制在5mm至10mm之间5mm以下作细集料，其含泥量、烧失量、含碳量、吸水率、软化系数、筒压强度等均符合轻集料混凝土技术规程jgj51-2002规定。轻细集料：粒径5mm的火山渣、煤渣、炉底渣，质量符合标准要求；河砂，为中砂，细度模数2.33.0，质量符合标准要求。掺和料：级或级粉煤灰，质量符合标准要求。保温材料:阻燃型eps板或xps板，导热系数0.040w/（mk），密度20kg/m3。3.1.2 原材料来源承重炉渣混凝土砌块的原材料是工业炉渣与水泥两种材料的混合,为了生产材料性稳定、强度符合要求的炉渣砌块,在生产工艺中必须研究三方面的问题：炉渣混凝土的基本材性；炉渣与水泥的配合比；生产工艺流程。 炉渣混凝土的基本材性：水泥：32.5矿渣硅酸盐水泥，亚东水泥厂石子：辉强新型建材公司，瓜子片式石子石粉：辉强新型建材公司生产用石粉炉渣：来自金三角洗浴中心炉渣，大丰浴室炉渣（烧失量20%） 炉渣与水泥的配合比：炉渣与水泥的配合比直接影响砌块整体的保温隔热性能，炉渣的加入量不同，保温隔热效果不同，炉渣的加入量大时，砌块的保温隔热性能良好，但强度相对较低，反之亦然。 制作工艺流程：成型养护称量检测计量水混合料计量水泥陈化破碎炉渣试验所用的石子，石粉满足建筑用沙石国家标准（gb/t 14684-2001），炉渣满足轻骨料要求（gb/t 17431.1 轻集料及其试验方法）jgj 63 混凝土拌合用水标准。3.1.3 原材料的准备l 水泥： 将买回的水泥放入桶内，以防受潮造成结块使水泥性质发生改变以致强度降低。l 石子、石粉：从辉强新型建材公司运回的材料需陈化一段时间方可使用。l 炉渣：进行晾晒，等完全干燥后，陈化一段时间进行破碎，因为运回的炉渣大都是结成大块的，而墙体材料对原料的尺寸要求不能大于5mm，所以需进行破碎。采用实验室的小型颚式破碎机进行破碎后，整理可以使用。l 加气混凝土块：进行切割，锯成模具孔径大小要求的尺寸后，备用。3.2 炉渣混凝土配制3.2.1 炉渣混凝土试验方法由于现行的砌块生产中没有一套标准的试验方案，对于配合比没有具体的要求，只要在满足砌块强度的前提下尽量提高砌块整体的保温隔热性能、降低成本即可。在实际生产中，炉渣混凝土的配合比只能在试验中测得，根据基准配合比通过调整水泥与炉渣的用量来得到最佳的配比。基准配合比为：水泥炉渣石粉石子=18402022试验设计中设计三组：（1）基准组；（2）12；（3）13每组做6个试块，总共需要做出18个试块，养护后测其平均强度和传热系数，找出最佳的配比，从而指导生产。3.2.2 计算试验所需材料用量根据普通混凝土配合比设计估算材料用量：（1） 先行试配，估算混凝土拌合物的表观密度； 拌合物的表观密度需在试验条件下测得。 该实验要求的坍落度不大，规定中坍落度小于70mm时宜用振动台。用5l容量筒时，混凝土拌合物应分两层装入，每层的插捣次数应为25次；各次插捣应由边缘向中心均匀地插捣，插捣底层时捣棒应贯穿整个深度，插捣第二层时，捣棒应插透本层至下一层的表面；每一层捣完后用橡皮锤轻轻沿容器外壁敲打510次，进行振实，直至拌合物表面插捣孔消失并不见大气泡为止。采用振动台振实时，应一次将混凝土拌合物灌到高出容量筒口。装料时可用捣棒稍加插捣，振动过程中如混凝土低于筒口，应随时添加混凝土，振动直至表面出浆为止。用刮尺将筒口多余的混凝土拌合物刮去，表面如有凹陷应填平；将容量筒外壁擦净，称出混凝土试样与容量筒总质量，精确至50g。（2） 根据模具的孔径和体积计算所需拌合物的体积；不算孔径的体积：v1=0.390.240.19=0.017784m3孔径的体积：v2=（0.1950.080.19+0.0950.080.19）=0.008816m3所需浇筑的炉渣混凝土的体积v3=0.017784-0.008816=0.008968m3（3） 根据各种材料的表观密度估算各种材料的用量。表观密度：原料炉渣石子石粉水泥表观密度（kg/m3）1240267022003100根据基准配合比：水泥炉渣石粉石子=12.221.111.22可以得到在上述三种水泥与炉渣的配比情况下算得单个砌块的炉渣混凝土材料用量： 水泥炉渣=12：原料水泥石子石粉炉渣用量（kg）3.54.273.8857.77 水泥炉渣=13：原料水泥石子石粉炉渣用量（kg）2.83.4163.1088.43.2.3 加气混凝土块制作方法由于本实验试验时间有限，不能通过大量实验确定加气混凝土的配合比，所以只能通过已有的试块来作为填充材料，制作试块的过程则不予讨论，因为选择加气混凝土块作为填充材料的一个重要理由是其具有好的防火性能（相对于聚苯板）,且本实验主要研究的内容是根据水泥与炉渣的不同配比找到较好的配合比，从而指导生产，所以对于填充的加气混凝土块的制作过程可作为了解即可，在不影响试验进程的情况下，对理论内容了解充分。 将成品的加气混凝土块加工成模具孔径大小的块，以供试验。3.3 试验方法3.3.1 制作砌块 基准配合比试验：基准配合比：水泥：3kg，石子：3.66kg，石粉：3.33kg，炉渣：6.66kg。将称取的原料混合均匀，根据炉渣的估算吸水率11.35%先加入1000ml水，根据试配经验加少量的水，边搅拌变观察炉渣混凝土拌合物的和易性、粘聚性、保水性，使其各项性能均达到最佳的指标后停止加水。将模具拿出放于振动台上，将之前加工好的加气混凝土块取出四块，用水冲洗约30s，放在孔的相应的位置上，将配制的炉渣混凝土慢慢的加入模具中，边加入边振捣，加到快到一半时，停止加入，启动振动台，用手稳定住模具，振动30s；再次加入炉渣混凝土，加满为止，再次启动振动台振动，将边角等加入炉渣混凝土使其表面平整，最后一次振动，将模子抬出振动台放养护室养护。由于模具有限，一天最多可以做2组，第一天做的试验需要等到第二天去拆模。将拆好的模子整理好，试块上面标上组号和试验日期，进行下一组试验的准备。 水泥炉渣=12组试验具体操作同基准组试验，只是各中原料的用量不同，用量在之前的实验设计中已经给出了具体的数据。 水泥炉渣=13组试验具体操作同基准组试验，只是各中原料的用量不同，用量在之前的实验设计中已经给出了具体的数据。整个做砌块的试验持续的时间很长，从第7周持续到第13周。将试块养护到第14周，为下一阶段的试验做准备。3.3.2 传热系数的测定本实验采用热箱法测定传热系数。测定外部条件：室外平均温度25以下，室内外最小温差10；相对湿度60%以下；无风或微风。热箱法检测围护结构传热系数原理是基于一维稳态传热，要检测的参量是流过试件的热流量q1以及一些相应的温度值。检测q1时，在试件两侧的热箱和冷箱内分别建立所需的温度、风速和辐射条件。达到稳定传热后，计量箱中加热量qp为计量箱壁体散热量q3、流过试件热量q1以及边缘热损失q2(防护热箱法中试件内不平衡热流量)或q4(标定热箱法中侧面迂回热损失)之和qp=q1+q2(q4)+q3 q1=qp-q2(q4)-q3 在标定热箱法中，检测装置是在一个温度受到控制的小室内。实际检测前，首先对q3和q4进行标定。设置热箱、冷箱内空气温度相等，为实际检测时热箱内空气温度，小室环境温度也控制为实际检测时的环境温度。传热稳定后，由于试件两侧温度相等，没有热量流过试件，计量箱内加热功率qp就是其壁体散热量q3，也可以用热电堆或其他热流传感器测量计量箱壁体散热量q3。标定出q3后，用尺寸与实测试件相同、热阻值为已知的标准试件标定侧面迂回热量损失q4，即设置热冷箱空气温度、小室环境温度为实际检测时温度，检测标定试件热冷表面温度，通过其热阻可计算出q1。由于q3已标定出，因此，从记录的加热功率qp中减去q1和标定出的q3就可以得到q4。标定试件的厚度、热阻范围应与被测试件的范围相同，其温度范围亦应与被测试件检测时的温度范围相同。传热系数计算公式：q：传过被测件的热流量：被测件厚度t1，t2:被测件两侧的温度a:传热面积t：传热时间但该试验设备可直接省去计算过程，读出传热系数值。l 砌块传热系数的测定实验步骤1.根据智能墙体现场检测电器连接说明，连接好各个线路；2.选择温度测试部位，布设温度测点；3.将热箱体与被测墙体部位紧密接触，为达到密闭，通常在热箱背面用撑杆顶牢；4.根据室外空气温度，设定室内空气温度、热箱温度。控制室内空气温度和热箱空气温度相同，热箱内温度应大于室外最高温度8以上；5.放置热箱的房间用电暖器、电热扇等加热；6.开始测量：（1）双击屏幕上的“墙体传热系数检测”，进入主界面。（2）点“参数及报表”菜单中的“运行参数设置”进入参数设置界面，将有关运行参数设好后点“保存”后自动退出（图3.1）。图3.1 运行参数设置（3）选“传热系数检测”进入检测界面，待所有温度都有显示后可点“自检测”按钮自动运行测试（图3.2）。图3.2 自检测（4）在运行若干时间后再点起“自动检测”按钮停止检测，按“退出