建筑项目中烧结类墙体材料空心砌块应用性能研究

　　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

　　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。