论文总字数：34027字

摘 要

采用保温材料是实现建筑节能的重要途径，而有机保温材料存在易引发火灾、寿命短和耐久性低等问题，开发出集防火轻质自保温功能性于一体的节能环保型自保温材料具有重要的作用。本研究主要从泡沫基体和陶粒泡沫混凝土两方面出发，旨在设计出满足不同功能要求的自保温墙体材料，以实现轻质、高强、保温、防火、降噪等多种功能的复合。此外，对陶粒混凝土空心砌块的热工计算方法进行了研究。

首先对泡沫水泥基体的基本特性进行了相关研究。采用控制变量法分析比较了泡沫掺量和粉煤灰掺量对泡沫混凝土流动性能的影响；研究了粉煤灰、泡沫掺量、孔隙率对泡沫基体的强度、干燥收缩、吸水率、导热系数等性能的影响；采用密度法、X-CT法、压汞法等多种方法综合分析孔结构，分析比较了几种测试方法的结果，提出宜采用多种方法综合分析泡沫混凝土的孔隙率。分析了孔隙率与强度、干燥收缩、吸水率、导热系数的关系。保持气孔细小、均匀性是提高强度、干燥收缩等性能的重要技术措施。

在陶粒泡沫混凝土方面，研究了轻骨料的类型、粒径大小、掺量以及细集料对轻骨料泡沫混凝土各项性能的影响，并对陶粒上浮问题提出解决方法。研究发现筒压强度较高，粒径较小的轻骨料有利于提高混凝土的抗压强度；粒径较小的轻骨料在泡沫基体中分布更均匀，不易上浮；细集料的掺入能够增加轻骨料泡沫混凝土的密实度，降低胶凝材料用量，提高混凝土强度，并抑制陶粒的上浮，提高骨料分布的均匀性，改善陶粒泡沫混凝土的孔结构。

根据现行规范中的围护结构热阻计算方法对陶粒混凝土空心砌块的导热系数进行了计算，研究分析了砌块空腔的热阻及孔型对砌块热阻的影响。

关键词：墙体自保温技术；泡沫基体；孔隙率；陶粒泡沫混凝土；

Abstract

Using insulation materials is an important method to achieve energy efficiency in buildings, while the organic insulation material behaves poor in fire prevention, durability and has short life. Therefore, producing a kind of self-insulation material which is light and fire-preventing makes great sense. This study bases on the foam matrix and ceramsite foam concrete, aiming to design a kind of self-insulation wall materials meeting the requirements of different functions including light weight, high strength, insulation, fire protection, noise reduction and other functions. In addition, the calculation method for ceramsite thermal concrete hollow blocks were studied.

First, the basic properties of the foam cement matrix were researched. The effects of bubble content and fly ash on the flow properties of foam concrete were analyzed by using the method of control variables. The effects of fly ash, bubble dosage and porosity on the strength, drying shrinkage, water absorption, thermal conductivity etc of the foam matrix have been studied. Pore structure has been analyzed by density method, X-CT, mercury method. This paper analyzed and compared the results of these test methods and thought that foam concrete porosity should be analyzed by various methods. The relationship between porosity and strength, drying shrinkage, water absorption, thermal conductivity has been researched. Keeping pores small, uniformity is an important technical measure to improve strength, drying shrinkage and other properties.

About the ceramsite foam concrete terms, the influence of the type, particle size, dosage of lightweight aggregate and fine aggregate on the performance of lightweight aggregate foam concrete has been researched. This paper have also proposed some solutions to avoid the floating of ceramsite. The study found that higher cylinder pressure strength and smaller particle size will help improve the compressive strength of lightweight aggregate concrete; lightweight aggregate in smaller particle size is more uniform in the foam matrix and difficult to float. The add of fine aggregate will increase the density of lightweight aggregate concrete foam, reduces the amount of cementitious materials, improve concrete’s strength, inhibit the floating of ceramsite, improve the uniformity of the aggregate and the pore structure of ceramsite foam concrete.

According to the calculation method of thermal resistance of retaining structure in existing norms, the thermal conductivity of ceramsite hollow concrete blocks were calculated and the influence of the thermal resistance of block cavity and pass on the thermal resistance of block has been studied.

Key Words: Wall self-insulation technology; Foam matrix; Porosity; Ceramsite foam concrete

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 建筑节能的现实需要，墙体自保温技术 1

1.3 国内外自保温材料的研究现状 3

1.4 本文研究的内容 4

第二章 原材料及试验方法 6

2.1 实验材料的选择 6

2.1.1 水泥 6

2.1.2 矿物掺合料——粉煤灰 6

2.1.3 轻骨料 7

2.1.4 泡沫剂 8

2.1.5 外加剂 9

2.1.6 水 9

2.2 试验方法 10

2.2.1 泡沫基体的制备 10

2.2.2 工作性能试验 10

2.2.3 物理力学性能与耐久性试验 10

第三章 泡沫基体的制备与性能研究 11

3.1 泡沫基体的制备技术研究 11

3.2 泡沫基体的配合比设计 11

3.3 泡沫基体的性能测试 12

3.3.1 泡沫基体的工作性能试验 12

3.3.2 泡沫基体的抗压强度测试 14

3.3.3 泡沫基体干燥收缩性能测试 15

3.3.4 泡沫基体吸水率测试 16

3.3.5 泡沫基体导热性能测试 17

3.4 孔结构的表征 17

3.4.1 孔结构测试方法 17

3.4.2 孔结构测试结果 18

3.4.3 孔结构测试方法对比 21

3.5 本章小结 22

第四章 陶粒泡沫混凝土的制备与性能研究 23

4.1 陶粒泡沫混凝土的配合比设计 23

4.2 陶粒泡沫混凝土的性能测试 24

4.2.1 基准配合比方案 24

4.2.2 陶粒泡沫混凝土的抗压强度测试 24

4.2.3 陶粒泡沫混凝土干燥收缩性能测试 27

4.2.4 陶粒泡沫混凝土吸水率测试 27

4.2.5 陶粒泡沫混凝土导热性能测试 28

4.3 本章小结 29

第五章 陶粒混凝土空心砌块导热系数计算方法 30

5.1 热工计算方法 30

5.1.1 空心砌块热阻计算公式 30

5.1.2 传热系数计算方法 31

5.1.3 空气间层热阻计算方法 31

5.2 陶粒混凝土空心砌块热阻计算 32

5.2.1 孔洞排数对砌块热阻的影响 32

5.2.2 孔洞排列方式对砌块热阻的影响 33

5.3 本章小结 34

第六章 结论与展望 35

6.1 结论 35

6.2 展望 35

致谢 36

参考文献 37

第一章 绪论

1.1 研究背景

人类文明的发展主要依赖于能源、信息和材料。随着文明的进步，可使用的资源如石油、煤炭、天然气等矿产日益枯竭、环境在日趋恶化，能源面临的危机越来越严峻。据不完全统计表明，石油、煤炭、天然气等的可开采年限分别仅余40～50年、50～60年、200～220年。建筑、工业和交通对能源的消耗十分巨大，并称为“能耗巨头”。建筑节能是节能减排最重要的一环，其能耗占全社会能耗的30%，如加上建材生产过程中的能耗，则占比达46.7%。中国作为世界能源消耗大国，有效地节约能源、降低能耗，已迫在眉睫。统计显示，随着中国各大城市建设的迅猛发展，建筑总能耗逐年增加，今年已达27.45％，而发达国家的建筑能耗占比约为33％，以此推断，若干年后中国的建筑能耗要达35%左右，其中约40％用于北方城镇的冬季采暖，采暖地区约70%的面积采用集中供热系统^[[1]]。巨大的建筑能耗比例已经成为中国经济发展的软肋。据不完全统计，我国有高达400亿m²的已建房屋属于高耗能建筑，比例巨大，北方采暖地区需每年需多消耗数千万吨的标准煤，直接经济损失达数十亿元，并排放出大量的二氧化碳，建设部有专家指出，建筑能耗对全国温室气体排放的“贡献率”已达约25%。庞大的建筑能耗已经成为国民经济的一个巨大的负担，因此，建筑行业整体节能势在必行。综合建筑节能，促进能源节约和合理利用资源，从根本上缓解能源供应和经济社会发展之间的矛盾，实现可持续发展[^[2]]。

建筑节能是指在降低能耗的前提下进行建筑材料生产、房屋建筑和构筑物的施工和使用。中国的建筑节能工作已经进行了二十多年，特别是近几年随着建筑业的迅猛发展，我国在建筑领域可持续发展方面不断加大力度。1986年，《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑）提出节能30％；1996年又提出了节能设计达50％，并采取了诸多措施，推动建筑节能工作的发展；此后，2005年又提出在完成前两个阶段的基础上进一步提出节能65%；2013年由北京市质监局和北京市规划委颁布地方标准《居住建筑节能设计标准》，要求建筑节能设计达75%。

建筑保温材料是实现建筑节能的重要途径。在建筑围护结构中，应用节能技术和节能材料，提高外围护结构的保温隔热性能，降低能源损耗，并通过太阳能，地热等方式采暖，减小空调、暖气等设备的使用。由于建筑物外围护结构中，墙体所占的面积最大，外墙的热损失比例也是最大的。根据有关技术统计，在当今50%的节能普及下，围护结构各部位散热热损失比例为：墙体结构的传热热损失约占25%~30%；门窗的传热热损失约占20%~30%；屋面的传热热损失约占20~30%，地面10~20%[^[3]]。因而降低墙体的热散失率，提高外墙的保温隔热性能对于减小建筑能耗至关重要。目前的几种外墙保温技术主要有外墙外保温、外墙内保温、外墙加芯保温和外墙自保温技术。

1.2 建筑节能的现实需要，墙体自保温技术

外墙外保温技术最早发展于欧洲，在我国，外墙的保温技术起步较晚，但是在建筑节能工作的推进下，外墙外保温技术目前已经成为我国应用最为广泛的外墙节能技术。然而，此类外墙外保温系统在应用中大都存在工期长、使用年限与主体结构不匹配、施工工序复杂、造价较高等技术经济缺陷。此外，由于这类系统的保温材料大多为有机材料，属易燃材料，防火安全性差，一旦发生火灾，会加速火势蔓延，导致更大的火灾。如2008 年济南奥体中心的 2 次火灾，2009年2月北京央视大火，2010年11月15日发生的上海教师公寓重大火灾，2011年2月除夕夜沈阳皇朝万鑫国际大厦发生的特大火灾等，这几次火灾从社会层面来看，都是由有机保温材料的引起的火灾，其中，央视火灾是属于幕墙火灾，甚至是都没有设置基层墙体；上海大火是属于一般的外墙外保温火灾；沈阳大火属于有基层墙体的幕墙火灾^[[4]][[5]]。由此，2009年《民用建筑外保温及外墙装饰防火暂行规定》,保温材料的燃烧性能应为A级的规定^[[6]]，并在2011-65号文再次强调^[[7]]。而有机保温材料基本上属于B1、B2甚至B3级防火材料，如果严格执行保温材料必须为A级的规定，则意味着中国保温材料行业将面临全线洗牌。这一规定在一定程度上推动了不燃保温材料和外保温系统的开发与应用，但却在一段时间内出现了不燃保温材料供应极度短缺以致于很多工程无法开展陷入停顿的局面。最终由于市场无法找到满足要求的产品，在公消2012-350号文中取消了上述规定，改为允许使用B1级以上防火保温材料。

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