液压成型混凝土空心砌块热工性能研究.pdf

全 国中文核心期刊 杆 鲤 魄 粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 液压成型混凝土空心砌块 热工性能研究 张振东， 田安国， 胡杰， 张峰 淮海工学院 土木工程 学院， 江苏 连云港2 2 2 0 0 5 摘要 通过混凝土空心砌块热工性能试验研究， 在分析试验数据的基础上， 探讨了孔洞有机填充物、 砌筑砂浆等因素对混凝土 空心砌块砌体热 工性能 的影响 。根据 理论计算 ， 分析 了空心砌块孔洞尺 寸对其热 阻值的影响， 并给出合理建议 。 关键词 混凝土空心砌块 自 保温 热工性能； 热阻 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 4 0 O 7 4 0 3 S t u d y o n t h e th e r ma l p e r f o r ma n c e o f the h y d r o f o rm c o n c r e t e h o l l o w b l o c k Z HANG Z h e n d o n g， T I AN An g u o， HU J i e， Z HANG F e n g D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Hu a i h a i I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， L i a n y u n g a n g 2 2 2 0 0 5 ， J i a n g s u ， C h i n a 混凝土空心砌块这种新型墙体材料在原材料的选择上较 为丰富， 可充分地利用尾矿废料等地方资源。同时， 由于孔洞 的存在， 混凝土空心砌块具有较好的保温与节能特点， 深入研 究其热工性能对于建筑节能工作的开展具有十分重要的意 义。 1 混凝土空心砌块热工性能试验研究 本文采用连云港某建材公司生产的新型非烧结多排孔混 凝土空心自 保 温砌块， 主要 采用硅酸 盐水泥、 炉底 渣、 粉煤灰、 碎石子、 磷尾矿等地方材料， 应用独有的双向液压成型技术压 制而成， 在砌块内设置5 9 排矩形孔， 并将有机或无机密闭 多孔材料充填于部分孔道中， 制成了自 保温空心砌块。 1 ． 1 试验原理与装置 根据传热学的基本原理，单层平壁外墙的热阻和热流可 用式 1 、 2 表达【 。】 哮 1 R L ． 2 基金项目 江苏省经贸委墙改与建筑节能科研项 目 2 0 0 4 0 6 收稿 日期 2 0 1 1 -l 1 1 6 作者简介 张振 东， 男， 1 9 7 9年生 ， 辽 宁阜新 人， 博士 ， 讲师 ， 主要 从事 岩 土力 学基本理论与数值分 析、 建筑节能等方面 的教学与科学研 究 工作 。E mi a l q i n g h a n 0 6 2 3 1 2 6 ．c o m。 7 4 新型建筑材料 ‘ 2 0 1 2 ．4 式中 口 通过平壁的比热流， W， m ； 单一材料的导热系数， W ／ m K ； t ， 厂分别为单层平壁热、 冷表面的温度， K ； 卜平壁的厚度， m ； R 单层平壁的传热阻， m 2 K ／ W。 对多排孔砖砌体的热工性能试验将利用上述传热学的基 本原理， 在被测砌体的两侧， 人为建立两个不同的、 稳定的热 环境， 模拟砌体在冬、 夏季的传热过程， 实现一维、 稳定传热， 从而计 算出 砌体的 热阻值， 这种方法也 称为 热流 计法。 试验采用J T R G 一 1 型砌体保温性能检测装置和J T R G I I 建筑热工温度与热流自 动测试系统。 J T R G 一 1 型砌体保温性能检测装置由3 部分组成 试件 架、 冷箱和热箱。试件架用来安放检测材料 砌筑检测砌体 ， 冷、 热箱形成被检测砌体两侧持续稳定的温差， 通过各测点量 测的热流值和温差值，即可获得被检测砌体材料的各项热工 性能参数。 J T R G I I 建筑热工温度与热流自 动测试系统，是温度与 热流检测仪器， 它与通用的P C电 脑配合使用， 外接多路温度 和热流传感器。 用于观测记录温度值和热流值， 同时可自 动采 集各路温度值和热流值[2 - 3 1 。 1 ． 2 试件制备 砌体厚度均为2 4 0 m m ， 砌筑方式及质量应尽量与实际工 程相一致， 在被检测砌体表面两侧敷设热电偶， 热箱一侧敷设 热流计板。试验用砂浆根据不同情况分别采用普通砌筑砂浆 和专用保温砂浆。试验共分7 组， 孔型参数见图 1 ， 具体技术 参数与试验条件见表1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张振 东， 等 液压成型混凝土空心砌块热工性能研 究 a q T l 孑 L 型参数 b q T 一 2 孔型参数 c q T 一 3 、q T 一 4 孔型参数 I 1 I 日 _ L - L _ L F F } _ L _ L 卜 卜 H _ t- j - L _L - L 卜 卜 卜 _ L 卜 _ L _ L H 3 2 } 1 1 6 L L L H 3 2 l _ L _l l l l l l l l l l l l ll l⋯l l l⋯l l l _ u_ E ,L 9 匪 生 EE } ～～～～蛀 tEE } E 8 F E E E F _q 等 D 捌 吲 E 曰 Z E L LL LL L L L L L L LI __ LL 山_ L L LI- i- I- L [ [ 口 d Q T 一 5 孔型参数 e Q T 一 6 孔型参数 f Q T - 7 L 型参数 图 1 7组混凝土空心砌块孔型参数 表 1 试验用混凝土空心砌块主要技术参数 与试验条件 黎 萼 砌 寸 孑 L 洞 孑 L洞 埤 充 砌 筑 砂 馨灰 缝im 宽 度m Q r 一 1 2 4 0 x 2 4 0 x 1 1 5 五排孔三排聚苯板 普通砂浆 l 0 Q T - 2 3 6 0 x 2 4 0 x l 1 5 五排孔四排聚苯板 普通砂浆 1 0 0T _ 3 2 4 0 x 2 4 0 x 1 1 5 五排孔两排聚苯板 普通砂浆 6 OT _ 4 2 4 0 x 2 4 0 x 1 1 5 五排孔两排聚苯板 专用保温砂浆 6 Q T - 5 2 4 0 x 2 4 0 x 1 1 5 五排孔三排聚苯板 专用保温砂浆 6 OT _ 6 2 4 0 x 2 4 0 x 1 1 5 五排孔 无 专用保温砂浆 6 QT - 7 3 6 0 x 2 4 0 x l 1 5 五排孔四排聚苯板 专用保温砂浆 6 1 ． 3 试验结果与分析 根据试验所测数据，分别计算被测砌体的热阻及导热系 数， 结果见表2 。 表 2 混凝土空心砌块砌体热阻值 及导热系数 从表2 可知，孔洞填充情况以及砌筑砂浆等条件对其热 工性能具有十分显著的影响， 具体分析如下 1 孔洞填充对空心砌块热工性能的影响 由表 1 可知， Q T 一 4 、 Q T 一 5 、 Q T 一 6的混凝土空心砌块孔洞 布置完全相同， 且砌筑过程中均 采用专用保温砂 浆， 灰缝宽度 为6 m m ， 只有孔洞填充条件不同。 Q T 一 6 未进行填充， 0 T 一 4 填 充两排聚苯板， Q T - 5 填充三排聚苯板。而由 表2的热阻可知， 未进行任何填充的Q T _ 6 热阻仅为0 ． 5 1 2 m 2 , K ／ W， 而填充了聚 苯板的Q I 和Q T 一 5 ， 其热阻值为0 ．8 2 0 m 2 , K ／ W和0 ． 8 4 1 m K ／ W， 较Q T 一 6 分别提高了6 0 ． 2 ％ 和6 4 ． 3 ％。由此可见， 在孔洞 中填充热阻较大的有机材料对混凝土空心砌块热工性能的改 善具有非常显著的作用。 2 砌筑砂浆对空心砌块热工性能的影响 Q T 一 2 与Q T 一 7 、 Q T 一 3 与Q T 一 4 采用相同的孔洞布置形式 与相同的填充条件， 只有砌筑砂浆不同。Q T 一 2 与Q T 一 3 所采 用的砌筑砂浆为普通砌筑砂浆，导热系数为0 ． 9 3 w／ m K ， Q T 一 4 与Q T 一 7 所采用的砌筑砂浆为专用保温砌筑砂浆， 导热 系数为0 ． 1 6 7 w ／ m K 。由表2 可见， 采用保温砂浆的Q T 一 7 热阻值为0 ． 9 0 7 m K ／ W，较采用普通砂浆的Q T 一 2热阻值 0 ． 7 4 5 m K ／ W提高了 2 1 ． 7 ％，而 Q T 一 4较 Q T 一 3提高了 2 3 ． 5 ％。由此可见， 在进行砌体砌筑过程中， 如果能够采用专 用保温砌筑砂浆代替普通砌筑砂浆，将能够较明显地提高砌 N E W BUI L DI NG M AT E RI AL S 75 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张振东， 等 液压成型混凝土空心砌块热工性能研究 体的热工性能。 2 混凝土空心砌块热阻值计算及 孔洞尺寸对热阻值的影响 2 ． 1 空心砌块热阻值计算 空心砌块由于其属于“ 由2 种以上材料组成的、 两向非均 质” 材料， 因此其热工性能的计算比较复杂。现在一般按照 G B 5 0 1 7 6 9 3 民用建筑热工设计规范 附录二规定的方法 计算其平均热阻。 -一 ～ F o 肚 ～ ⋯‘ 惫 ⋯ J 式中 尺 平均热阻， m K ； 与热流方向垂直的总传热面积， m ； 、 、 ⋯⋯ 一 按平行于热流方向划分的各个传热面 积， m ； R 尺 ⋯⋯R 一各个传热面部位的传热阻， m z K N ； 圮 内表面换热阻， 取0 ． 1 1 m 2 K N 7 ； 内 表面换热阻， 取0 ． 0 4 i n K I W； 修正系数。 围护结构的传热阻按式 4 计算 R 0 R 。 R R 4 式中 尺 围护结构的传热阻， m K ／ W； 尼 内表面换热阻， m K ／ W； R 外表面换热阻， m 2 , K ／ W； R -围护结构热阻， m 2 K ／ W。 在计算中， 骨料导热系数取 1 ． 2 W／ m K ， 普通砂浆导 热系数为0 ．9 3 w／ m K ，专用保温砂浆导热系数为0 ． 1 6 7 W／ m K ， 聚苯板导热系数为0 ． 0 4 2 W ／ m K 。 由此可得， 2 0 m m厚聚苯板的热阻为0 ． 4 7 6 m 2 K ／ W； 2 4 0 m m厚普通砂浆的 热阻为0 ． 2 5 8 m 2 m K ／ W； 2 4 0 m m厚专用保温砂浆热阻为 1 ． 4 4 n l W 。 根据式 3 的计算方法， 针对不同型式的空心砌块以及 不同的填充材料进行了平均热阻的理论计算， 结果如表3所 不 。 表 3 混凝土空心砌块理论计算热阻值与实测值对比 从表3 可知， 采用现有的理论计算方法所得到的热阻值 7 6 O 新型建筑材料 2 0 1 2 ．4 与试验实测值有一定的误差。 通常情况下， 理论计算值要大于 试验实测值。分析表明， 这主要是因为在理论计算过程中， 对 于空气间层的传热问题仅仅考虑了其导热情况，而忽略了对 流、 辐射等热传递方式的影响 。 空心砌块中空气间层的热传递过程与均质材料层不同， 均质材料层内是纯导热方式传递热量，往往按照一维问题解 决。而在空气问层中， 导热、 对流和热辐射3 种热传递方式都 明显存在，其热传递过程基本都属于有限空间内的2 个表面 之间的热转移过程， 包括对流换热和辐射换热。 而将全部换热 量错误地认为以导热方式进行，必然会使得理论所得到的热 阻计算值偏大四 。 2 ． 2 孔洞尺寸对热阻值的影响 混凝土空心砌块热工性能之所以优于传统的实心砌块， 孔洞的存在是主要原因。 由于孔洞的存在， 使得空心砌块中间 形成了多个空气间层，而空气的导热系数比骨料的导热系数 要小得多，相同厚度的空气间层其热阻值要远大于骨料的热 阻值。 因此， 合理设置混凝土空心砌块孔洞尺寸对于其热工性 能的提高具有非常重要的作用。 通过比较空心砌块热阻的实测值与理论计算值可知， 虽 然与实测值相比较， 计算值均偏大， 但其随孔型、 填充情况以 及砌筑条件等的变化趋势基本相同， 因此， 能够作为空心砌块 孔型优化的主要依据。 通常情况下，空气间层的热阻随着空气间层厚度的增加 而增大， 从而显著地影响整个空心砌块的保温性能。因此， 实 际工程应用中， 在满足承载力要求的条件下， 增加空气间层的 厚度成为一种提高空心砌块保温性能的有效方法而被普遍采 用。 五排孔空心砌块 孔型与图1 中的Q T 一 6 相同， 砌筑砂浆 为专用保温砂浆 ， 利用前面所述计算方法， 当该空心砌块第 2 层与第4 层孔洞厚度分别同时为0 、 5 、 2 5 、 4 5 和5 0 m m时， 其热阻值分别为0 ．4 6 6 、 0 ． 5 3 8 、 0 ． 5 6 9 、 0 ． 5 6 6 和 0 ． 5 6 3 m K ／ W。 在空气问层厚度较小时， 随着问层厚度的增加， 空心砌块热阻 值增加较为明显， 热工性能有较大的提高； 然而， 这种提高并 非正比例关系， 随着空气间层厚度的不断增加， 其对空心砌块 热工性能的提高效果也越来越小。甚至当厚度增加到一定程 度后， 由于空气间层热阻并不增加， 而骨料厚度却相应减少， 从而造成热阻值略有下降 见图2 。 另外， 空气间层长度的变化决定空心砌块孔洞率的大小， 从而显著地影响热阻值的变化， 空气间层的长度越大， 砌块的 热阻值越高， 如图3 所示。 下转第 8 O 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 华龙， 等 绿色蒸压轻集料六孔砖性能研究 3 结语 1 采用本试验设定的2 种养护条件， 蒸压轻集料六孔砖 2 8 d 强度以及干缩性均能满足Q B ／ G C C E P 0 1 --2 0 0 9 规定要求。 2 试件在2 5 次冻融循环后， 质量损失小于5 ％， 抗压强 度损失小于2 5 ％， 相对冻弹性模量不低于6 0 ％， 故其抗冻标 号为F 2 5 ， 明显优于Q B ／ G C C E P 0 1 --2 0 0 9 中F 1 5 的要求。 3 研究冻融循环过程中强度与相对动弹性模量的变化 发现， 其变化趋势都是前期略微增长， 后期逐渐下降。 因此， 可 以利用相对动弹性模量对此轻集料六孔砖进行抗冻性分析。 4 综合分析前期不同养护条件下该轻集料六孔砖的性能 可知，湿养护条件下几项性能略微优于自 然养护条件下的， 综 合考虑经济成本的因素， 生产厂家可以 采用自 然养护的方法。 参考文献 ⋯杨 富财． 火 电厂粉煤 灰综合利用～开发免烧免 蒸粉煤灰砖【 J ] ． 环 何智海 ， 刘 运华 ， 谢友均 ， 等 ． 蒸养条件下水 泥一 粉 煤灰复 合胶凝 材料 的水化性能研究『 J 】 ． 工业建筑 ， 2 0 0 8 S 1 8 0 7 8 1 2 ． 金卓仁． 免烧免蒸粉煤灰砖的研究叨．环境工程， 1 9 9 5 ， 1 3 2 5 7 - - 6 0 ． 颜汉军 ， 张婵娟． 原材料对粉煤灰加气 混凝 土制品质 量影响的研 究I J ] ． 硅酸盐通报 ， 2 0 0 9 ， 2 8 6 1 3 1 7 1 3 2 1 ． 倪玉双 ， 杨 伟军 ， 蒋耀华． 轻集料混凝 土多孔砖砌 体基本 力学性 能试验研究『 J ] ．新型建筑材料 ， 2 0 0 9 ， 3 6 8 3 8 4 2 ． L i a n g J i a n g u o ， Z e n g X i a o j a l l ， T a n g F e n g ． R e s e a r c h O n e s t i m a t i n g mo d e l a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f n o n- b u r n t p e r f o r a t e d b r i c k ma s 0 n r y 田．J i a n z h u J i e g o u X u e b a o ／ J 『o u r n a l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s ， 2 o o 8， 2 9 6 1 2 0 1 2 5 ． 徐春一 ， 刘明， 张延年． 蒸 压粉煤灰 多孔砖砌体抗 压强度及 弹性 模量试验研究叨． 新型建筑材料， 2 0 0 9 ， 3 6 4 2 3 2 7 ． 罗骐先 ， B u n g e y J H． 用纵波超声换能器测量砼表面 波速 和动弹 性模量啪．水利水运科学研究， 1 9 9 6 3 2 6 4 2 7 0 ． 孙丛涛 ， 牛荻涛 ， 元成方 ， 等． 混凝土 动弹性模量与超声声速及抗 境与开发， 1 9 9 5 ， 1 0 3 2 3 2 4 ． 压强度 的关系研究『 J ] ．混凝土， 2 0 1 0 4 1 4 1 6 ． A k k 、 如 、 、 2 耙 、 、 ‘ 、 、 、 、 ‘ ‘ k k 、、 ‘ 上接第 7 6 页 ● 熹 空气间层厚度／ m m 图 2 空心砌块空气间层厚度对热阻值的影响 管 ● 圈 豢 图 3 空心砌块空气间层取有效长度对热 阻值的影响 由图3 可见， 随着空气间层有效长度的增加， 空心砌块 热阻值也不断得到提高， 且提高效果越来越明显。 综上所述， 空心砌块中空气间层的厚度与长度对其热工 性能具有非常大的影响，在满足砌体承载力要求的前提下， 合理设置孔洞的位置及尺寸能够明显改善砌体结构的保温 性能， 对于建筑物满足节能要求具有重要意义。 8 O 新型建筑材料 2 0 1 2 ． 4 3 结语 1 在混凝土空心砌块孔洞中填充热阻值较大的有机材 料对于其热工性能的改善具有非常显著的作用。 2 在进行砌体砌筑过程中， 采用专用保温砌筑砂浆代 替普通砌筑砂浆， 能够较大地提高砌体的热工性能。 3 通常情况下， 空气问层的热阻值随着空气间层厚度 的增加而增大，从而显著地影响整个空心砌块的保温性能。 但， 当厚度增大到一定程度后， 其对空心砌块热工性能的提 高作用也将不断降低。 4 在满足砌体承载力要求的前提下， 合理设置混凝土 空心砌块孔洞的位置及尺寸， 能够明显改善砌体结构的保温 性能。 参考文献 [ 1 ] 杨世 铭， 陶文铨． 传热学I M] ．北京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 】 胡杰， 顾炳伟， 田安国． 多排孔混凝土砖 自 保温砌体热工性能试 验研究 ．新型建筑材料， 2 0 0 9 1 O 2 4 2 6 ． [ 3 】 雷莜艳， 田安国， 胡杰， 等． 混凝土小型砌块外保温 复合墙 体热 工 性能试验研究【 J ] _淮海工学院学报， 2 0 0 7 1 6 0 6 4 ． [ 4 ] 姜涵 ， 胡海波．保温节能墙材空气间层设计对其热工性能的影响[ J J ． 墙材革新与建筑 节能， 2 0 0 2 1 3 5 3 8 ． 【 5 ] 栾伟， 何嘉鹏， 杜垲． 节能墙体空心砌块热阻特性的研究[ J ] ． 南京 工业大学学报， 2 0 0 3 5 3 3 3 6 ． A 口 p寸_ 伯 ∞ 跖 的 蛎 蚰 ∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m