納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊制作及保溫性能研究*

宋國(guó)芳 蔣 榮

納米材料是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的新型材料,它具有奇特的性能和廣闊的應(yīng)用前景,被譽(yù)為跨世紀(jì)的新材料,引起了科學(xué)界和企業(yè)界的極大關(guān)注。納米材料對(duì)水泥、混凝土力學(xué)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(xué)性能[1]。為提高粉煤灰在建材領(lǐng)域的利用層次,探索納米材料在砌塊研究及應(yīng)用的可行性,我們根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)方法,以砌塊抗壓強(qiáng)度為主要指標(biāo),優(yōu)化砌塊配合比參數(shù),研制出納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊[3]。為進(jìn)一步研究納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊的保溫性能,我們制作了納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊、粉煤灰?jiàn)A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(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,以探討納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊的保溫性能,現(xiàn)報(bào)告如下。

1 納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊的制作

1.1 試驗(yàn)原材料

1)粉煤灰。采用耒陽(yáng)電廠Ⅲ級(jí)濕排原狀粉煤灰。2)水泥。試驗(yàn)所用水泥為衡陽(yáng)市水泥廠生產(chǎn)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(chǎn)。4)集料。細(xì)集料:本地河砂、中砂,細(xì)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(qiáng)劑、激發(fā)劑等有機(jī)和無(wú)機(jī)材料復(fù)合而成。水:普通自來(lái)水。

1.2 砌塊設(shè)計(jì)方案

1)塊型設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)。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。孔為144 mm×130 mm×130 mm,周邊壁厚30 mm,中間壁厚42 mm,孔內(nèi)填入廢舊聚苯乙烯泡沫,如圖1所示。3)泡沫顆粒大小設(shè)計(jì)。垂直空氣間層的厚度,太大了沒(méi)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?jiàn)A心砌塊的制作

根據(jù)正交試驗(yàn)法,以砌塊抗壓強(qiáng)度為主要指標(biāo),綜合考慮,納米粉煤灰?jiàn)A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?jiàn)A心砌塊保溫性能測(cè)試

2.1 試驗(yàn)方法

墻體保溫性能試驗(yàn)參照GB/T 13475-2008絕熱穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定標(biāo)定和防護(hù)熱箱法進(jìn)行,試驗(yàn)裝置與文獻(xiàn)類似[4,5],主要包括計(jì)量箱、熱套間、冷箱、冷套間和空調(diào)器,以及量測(cè)不同位置溫度的熱電偶溫度計(jì)。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(jì)算面積,m2;Q為通過(guò)試件熱量,W;Tni,Tne分別為熱、冷室的環(huán)境溫度,℃。

2.2 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 11.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,砌體間傳熱系數(shù)比較采用配四組設(shè)計(jì)的多個(gè)樣本均數(shù)比較。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)得到的各類砌塊墻體的實(shí)測(cè)傳熱系數(shù)見(jiàn)表1。

應(yīng)用SPSS 11.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析得出不同砌塊組間比較F=58.719,P＜0.01,說(shuō)明不同砌塊砌體間傳熱系數(shù)值不同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出的不同砌塊砌體平均傳熱系數(shù)比較圖見(jiàn)圖2。

根據(jù)圖2可知,納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊砌體的傳熱系數(shù)＜未加納米材料的粉煤灰?jiàn)A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?jiàn)A心砌塊砌筑的砌體傳熱系數(shù)最低,保溫性能最好,說(shuō)明本研究的主要對(duì)象——納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊具有較好的保溫性能。我們還可以發(fā)現(xiàn),無(wú)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(shuō)明砌塊內(nèi)填充聚苯乙烯泡沫可明顯改善墻體的保溫性能。無(wú)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(shuō)明納米材料具有奇特的性質(zhì),其機(jī)制有待于進(jìn)一步研究探討。

4 結(jié)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?jiàn)A心砌塊。2)四種不同類型砌塊砌筑的砌體,以納米粉煤灰?jiàn)A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(jié)構(gòu)有關(guān),其機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

[1] 季 韜,黃與舟,鄭作樵.納米混凝土物理力學(xué)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(xué)院學(xué)報(bào),2002,15(2):56-58.

[3] 宋國(guó)芳,朱 平,王四清,等.納米粉煤灰?jiàn)A心砌塊的研制[J].科技導(dǎo)報(bào),2009,27(17):96-100.

[4] 楊莉萍,張雙喜,王延?xùn)|.新型復(fù)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(fù)合墻體保溫性能的試驗(yàn)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.