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科学技术论文

建筑项目中烧结类墙体材料空心砌块应用性能研究

时间:2019年12月14日 所属分类:科学技术论文 点击次数:

摘要:在国家节能降耗的战略思想指导下,建筑领域节能降耗成为研究的重点。研究表明,建筑物通过围护结构传热的能耗占建筑物使用能耗的一半以上,则通过改善围护结构热工性能来降低传热能源消耗至关重要。考虑到建筑物保温、防火、防水等综合要求,利用烧结

  摘要:在国家节能降耗的战略思想指导下,建筑领域节能降耗成为研究的重点。研究表明,建筑物通过围护结构传热的能耗占建筑物使用能耗的一半以上,则通过改善围护结构热工性能来降低传热能源消耗至关重要。考虑到建筑物保温、防火、防水等综合要求,利用烧结保温空心砌块作为墙体保温材料,成为建筑新材料应用发展的趋势。本文通过对烧结类墙体材料空心砌块应用性能的研究,提出优化设计方案,使砌块保温性能得到优化提升。

  关键词:建筑节能;烧结类墙体材料;空心砌块;孔型设计

建材技术与应用

  1引言

  随着世界环境问题愈演愈烈,建筑节能成为近年来世界建筑发展的一个基本趋向。建筑节能包括两个方面,即建筑降耗与使用降耗,而使用能耗在建筑能耗中占据较大比例。使用能耗是指建筑物在长期的使用过程中的能源消耗,比如照明、取暖、电气、降温等。对于我国北方建筑而言,取暖与降温是冬夏两季的主要能耗,因此在建筑中使用新型保温材料是有效的节能措施。

  统计数据表明,在我国北方地区,建筑围护结构能耗占比高达55%~77%,而增大围护结构的费用仅为项目总投资的3%~6%,但却可以带来20%~40%的节能效果。由此可见,选择合适的新型节能材料,采取有效的措施,改善围护结构热工性能,对降低建筑使用能耗具有积极的作用。

  2节能烧结类墙体材料空心砌块实体部分性能研究

  烧结类空心砌块是目前建筑领域较新型的节能墙体材料,也是国家大力推广的“绿色建材”之一,与传统实心砖相比,表现出明显的节约原料资源、节约能源的优点。为使烧结类空心砌块材料达到甚至超过传统建筑用材的功能标准,需要对其进行性能测试。本文以页岩为主要材料,通过造孔剂添加实验,找出造孔剂的最佳添加量,以及最佳烧成温度。

  2.1页岩最佳烧成温度

  采用梯度炉实验的方法,以页岩为材料,将其原料按照规定步骤,烧制成36×36mm的圆柱体实体模型。具体步骤为:页岩原料烘干磨细并过1mm筛→兰炭末造孔剂烘干磨细过0.5mm筛→配料按比混合并加水搅拌→入密封袋并室内陈化3d→模具成型→温室自然干燥24h,后恒温干燥箱烘干。取试样7份,设置烧成温度自800℃~1000℃,每50℃为一档,入梯度炉烧制。

  结果显示800℃欠烧,1100℃严重开裂变形,则按照《砖瓦原材料实验方法》中的计算公式T=T1+T2-T12,可得页岩的最佳烧成温度为950℃。对各温度档实验数据进行分析可知,随着温度的升高,试样抗压强度先增加,后基本不变,烧成收缩率很小。当到达850℃时,抗压强度开始趋于稳定,当达到950℃时,显气孔率降低,体积密度升高,达到国家标准《烧结普通砖》中的相关规定。当温度达到1000℃后,变化不明显,因此出于节约能源的考虑,950℃为最佳烧结温度。

  2.2造孔剂对烧结保温空心砌块性能影响

  以不同温度、不同量的造孔剂为影响因子,分别进行实验,选择性能较好的试样,然后进行导热系数测定。首先,从页岩可塑性来看,根据塑性公式IP=WL-WP计算材料的塑性指数,指数越大说明材料塑性越好。实验数据分析发现,随着兰炭末造孔剂掺量的增加,页岩可塑性下降,但幅度不大。

  其次,从试样性能来看,兰炭末造孔剂掺量的增加带来试样烧失量的增加,但烧成收缩率很低,这说明造孔剂的添加可一定程度上抑制烧成收缩率;此外,在相同烧成温度下,随着兰炭末造孔剂掺量的增加,试样气孔率增加,而抗压强度降低,在相同造孔剂掺量下,随着烧成温度升高,气孔率下降,体积密度升高,抗压强度增大。当烧成温度升高至一定程度后,试样开裂变形,无法使用。

  2.3观测分析

  选择950℃烧成温度下、9%兰炭末造孔剂掺量的试样进行观测分析,结果显示试样中出现了许多微孔,且分布相对均匀,试样结构变得疏松。烧成温度上升到1040℃后,兰炭末造孔剂掺量为12%,则试样抗压强度提升,显气孔率降低,体积密度增加。对这种状态下的试样孔径分布进行测定,结果显示其孔直径基本在1μm以上,直径为100μm左右的孔占比最大。

  以达到规定的MU20强度等级标准为基础,页岩在950℃的烧成温度下,导热系数为0.4512W/(m·K),添加12%掺量的兰炭末造孔剂后,在1040℃的烧成温度下,导热系数为0.3598W/(m·K)。结果显示,添加兰炭末造孔剂后,页岩导热系数明显下降,这说明造孔剂的加入明显改善了试样的保温性能,而且还能达到标准,提高了试样的性能。

  3烧结保温空心砌块孔型结构研究

  前文实验表明,页岩添加兰炭末造孔剂后,在适当的烧成温度与掺量下,空心砌块实体获得了更好的保温性能。那么在此基础上,通过进一步优化空心砌块的孔型结构,则能够进一步改善其保温性能,进而达到节能降耗的效果。

  3.1ANSYS热分析

  对流、传导、辐射是热量传递的三种主要方式,对于建筑围护墙体材料而言,实体框架是必须的,那么在满足抗压标准的前提下,借助空气导热系数小的特点,设计合理的空气层厚度,则有效提升保温性能。当热流动是线性稳态时,试样热分析相对较为简单,但当热流动是非线性稳态时,则对试样导热系数的测定相对麻烦。

  因此采用ANSYS热分析法,则可精确计算空心砌块的导热系数。ANSYS热分析流程为:前处理:建模(定义单元类型、材料属性、建模并划分网络)→求解:施加载荷计算(施加对流换热载荷、设置求解选项、分析计算)→后处理:查看结果(进入通用后处理器、显示温度场分布图、获取外表面热流率)。

  3.2砌块传热影响因素

  孔长宽比:以10.53%空洞率的试样,长宽比增加,热传递减弱,但随着长宽比增加,实体宽度随之增加,实体热传递量增大。但综合两种因素的实验结果显示,长宽比增加可降低砌块导热系数。孔排列数:孔排数增加则降低导热系数,孔列数增加则相应增加竖肋,进而增加导热量,砌块保温性能下降。孔肋延长线系数:增加孔肋延长线系数,则砌块导热系数下降,其有效方法为增加孔排数,将孔交错排列。

  孔洞率:孔洞率增加则砌块导热系数下降,保温效果提升,但在工程实践中,还需考虑抗压指数等因素,需合理设计砌块空洞率。孔洞排列方式:实验表明,交错排列具有更好的保温效果,其热传导系数更小。孔洞间距:出于空心砌块成型的考虑,孔洞间距过小则不易成型,而孔洞间距过大则增加对流换热和辐射换热,因此应合理设计孔洞间距,使其热传导系数处于合理状态。

  3.3符合节能标准的孔型设计

  结合实验分析可知,为在标准范围内获得最佳的保温效果,烧结类空心砌块的孔型设计可设计为矩形,增大长宽比,减小孔列数,增加孔排数,提高空洞率,减小孔洞间距,并采取交错排列的孔型结构。通过烧结试验,最终确定空心砌块孔型设计为正交排列孔型,T型孔洞排列方式,这种结构较为合理,符合烧结类空心砌块发展方向。通过本文实验分析可知,为页岩为材料烧制保温空心砌块,需结合地方气候环境与功能需要,合理设计烧成温度、造孔剂掺量,并科学的设计孔型,进而获得最理想的热工性能,为实现建筑节能提供思路。

  参考文献

  [1]康北灵.试论烧结保温空心砌块及生产线成套技术装备的实践应用[J].砖瓦世界,2013(9):9-11.

  [2]浮广明,宋方方.基于ANSYS的烧结保温空心砌块孔型优化设计研究[J].砖瓦,2017(10):12-18.

  [3]吴丹.烧结类墙体材料执行新国标的关键工艺技术实践研究[J].墙材革新与建筑节能,2017(3):42-47.

  建筑方向论文投稿刊物:《建材技术与应用》(双月刊)创刊于1980年,由山西综合职业技术学院主办,是经新闻出版署和科学技术部批准国内外公开发行的建材科技期刊。主要报道国内外建筑材料等专业领域的进展和动向,介绍建材工业的新技术、新工艺、新设备,交流生产技术和管理经验。内容涉及水泥、玻璃、建筑卫生陶瓷、耐火材料、新型建筑材料、无机非金属材料等专业领域。