納米粉煤灰夾心砌塊制作及保溫性能研究*

宋國芳 蔣 榮

納米材料是20世紀80年代初發(fā)展起來的新型材料,它具有奇特的性能和廣闊的應用前景,被譽為跨世紀的新材料,引起了科學界和企業(yè)界的極大關注。納米材料對水泥、混凝土力學性能影響的研究具有探索性意義,能改善粉煤灰混凝土的物理力學性能[1]。為提高粉煤灰在建材領域的利用層次,探索納米材料在砌塊研究及應用的可行性,我們根據(jù)正交實驗方法,以砌塊抗壓強度為主要指標,優(yōu)化砌塊配合比參數(shù),研制出納米粉煤灰夾心砌塊[3]。為進一步研究納米粉煤灰夾心砌塊的保溫性能,我們制作了納米粉煤灰夾心砌塊、粉煤灰夾心砌塊、納米粉煤灰空心砌塊及粉煤灰空心砌塊四種砌塊,研究了四種砌塊砌筑砌體的傳熱系數(shù)并進行了統(tǒng)計學分析,以探討納米粉煤灰夾心砌塊的保溫性能,現(xiàn)報告如下。

1 納米粉煤灰夾心砌塊的制作

1.1 試驗原材料

1)粉煤灰。采用耒陽電廠Ⅲ級濕排原狀粉煤灰。2)水泥。試驗所用水泥為衡陽市水泥廠生產的湘江牌42.5R普通硅酸鹽水泥。3)納米SiO2。浙江弘晟科技材料股份有限公司生產。4)集料。細集料:本地河砂、中砂,細度模數(shù)2.162,表觀密度2.167 g/cm3,堆積密度1.52 g/cm3。粗集料:本地碎石,粒徑為5 mm～10 mm,密度2.63 g/cm3。集料配比:砂/(砂+石)=0.39。5)其他。廢舊聚苯乙烯泡沫:將廢舊聚苯乙烯泡沫加工破碎成1 cm～4 cm的顆粒。外加劑:主要由高效減水劑、早強劑、激發(fā)劑等有機和無機材料復合而成。水:普通自來水。

1.2 砌塊設計方案

1)塊型設計。根據(jù)目前粉煤灰混凝土小型空心砌塊190寬系列的規(guī)格,其主砌塊的尺寸為390 mm×190 mm×190 mm。2)孔型設計。采用砌塊橫向主孔為雙孔方式,孔形為方孔,兩孔中間壁厚為42 mm?？诪?44 mm×130 mm×130 mm,周邊壁厚30 mm,中間壁厚42 mm,孔內填入廢舊聚苯乙烯泡沫,如圖1所示。3)泡沫顆粒大小設計。垂直空氣間層的厚度,太大了沒有用,太小了效果不是很好,宜選用2 cm～4 cm厚的垂直(與傳熱的熱流方向垂直)空氣間層,這樣的空氣間層占用的空間少,保溫效果也比較好。

1.3 納米粉煤灰夾心砌塊的制作

根據(jù)正交試驗法,以砌塊抗壓強度為主要指標,綜合考慮,納米粉煤灰夾心砌塊選取的配方為:粉煤灰40%,水泥14%,納米材料為配方1,水22%[3]。

表1 不同砌塊墻體的傳熱系數(shù) W/(m2·K)

2 納米粉煤灰夾心砌塊保溫性能測試

2.1 試驗方法

墻體保溫性能試驗參照GB/T 13475-2008絕熱穩(wěn)態(tài)傳熱性質的測定標定和防護熱箱法進行,試驗裝置與文獻類似[4,5],主要包括計量箱、熱套間、冷箱、冷套間和空調器,以及量測不同位置溫度的熱電偶溫度計。各墻體的傳熱系數(shù)為:

其中,K為傳熱系數(shù),W/(m2·K);A為試件計算面積,m2;Q為通過試件熱量,W;Tni,Tne分別為熱、冷室的環(huán)境溫度,℃。

2.2 統(tǒng)計學處理

應用SPSS 11.5軟件進行統(tǒng)計學分析,砌體間傳熱系數(shù)比較采用配四組設計的多個樣本均數(shù)比較。

2.3 試驗結果

試驗得到的各類砌塊墻體的實測傳熱系數(shù)見表1。

應用SPSS 11.5軟件進行統(tǒng)計學分析得出不同砌塊組間比較F=58.719,P＜0.01,說明不同砌塊砌體間傳熱系數(shù)值不同。根據(jù)實驗結果作出的不同砌塊砌體平均傳熱系數(shù)比較圖見圖2。

根據(jù)圖2可知,納米粉煤灰夾心砌塊砌體的傳熱系數(shù)＜未加納米材料的粉煤灰夾心砌塊砌體＜納米粉煤灰空心砌塊砌體＜未加納米材料粉煤灰空心砌塊砌體。

3 討論

從圖2可以發(fā)現(xiàn),由四種不同類型砌塊砌筑的砌體,以納米粉煤灰夾心砌塊砌筑的砌體傳熱系數(shù)最低,保溫性能最好,說明本研究的主要對象——納米粉煤灰夾心砌塊具有較好的保溫性能。我們還可以發(fā)現(xiàn),無論是摻加了納米材料的砌塊還是未摻加納米材料的砌塊,填入聚苯乙烯泡沫的夾心砌塊墻體保溫性能較未加入聚苯乙烯泡沫的空心砌塊墻體有明顯提高,說明砌塊內填充聚苯乙烯泡沫可明顯改善墻體的保溫性能。無論是填入聚苯乙烯泡沫的夾心砌塊還是未填充聚苯乙烯泡沫的空心砌塊,摻加納米材料的砌塊砌筑的墻體傳熱系數(shù)低于未摻加納米材料的同類砌塊砌筑的墻體,說明納米材料具有奇特的性質,其機制有待于進一步研究探討。

4 結論與建議

1)利用納米材料、水泥、粉煤灰等主要原材料,中間填入廢棄聚苯乙烯泡沫,可制作納米粉煤灰夾心砌塊。2)四種不同類型砌塊砌筑的砌體,以納米粉煤灰夾心砌塊砌筑的砌體傳熱系數(shù)最低,保溫性能最好。3)砌塊中填充聚苯乙烯泡沫的砌體保溫性能優(yōu)于同類空心砌塊砌體,故夾心砌塊有利于建筑物的節(jié)能及消除白色污染。4)摻加納米材料的砌塊保溫性能高于未摻加納米材料的砌塊,可能與納米材料改善砌塊的微觀結構有關,其機制有待于進一步研究。

[1] 季 韜,黃與舟,鄭作樵.納米混凝土物理力學性能研究初探[J].混凝土,2003(3):13-14.

[2] 張照宇.粉煤灰砌塊的研究[J].蘇州城建環(huán)保學院學報,2002,15(2):56-58.

[3] 宋國芳,朱 平,王四清,等.納米粉煤灰夾心砌塊的研制[J].科技導報,2009,27(17):96-100.

[4] 楊莉萍,張雙喜,王延東.新型復合保溫砌塊的熱工性能研究[J].新型建筑材料,2002(10):85-87.

[5] 陳建芳,張雙喜,葉必朝.復合墻體保溫性能的試驗研究[J].新型建筑材料,2005(6):85-88.

[6] Kumar S.Utilisation of FaL-G bricks and blocks in buildings[J].Indian Concr J,2001(75):463-467.