加氣混凝土砌塊在建筑節(jié)能中的應(yīng)用

1、加氣混凝土砌塊在建筑節(jié)能中的應(yīng)用第一章、緒論1.研究背景在我國的傳統(tǒng)建筑中，主要使用的是燒結(jié)粘土磚，這種磚主要以粘土為主要原料，經(jīng)配料、制胚、干燥、焙燒而成。這種磚具有取材方便，造價低廉等優(yōu)點。但其生產(chǎn)能耗高，對耕地破壞嚴重，抗震性能差。在城市全球化和全球城市化的進程中,特別是在我國當前正在推行資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)中,燒結(jié)粘土磚已經(jīng)無法適應(yīng)時代的發(fā)展。另一方面，隨著我國能源問題的日益突出,國家對建筑節(jié)能越來越重視。目前建筑耗能己與工業(yè)耗能、交通耗能并列為我國能源消耗的三大“耗能大戶”。尤其是建筑耗能伴隨著建筑總量的不斷攀升和居住舒適度的提高,呈急劇上揚趨勢。建筑能耗(包括建造能耗、生

2、活能耗、采暖空調(diào)等)約占全社會總能耗的30%,其中最主要的是采暖和空調(diào),占到20%,約為.26億噸標準煤。為此，我國已經(jīng)公布實施了一些相關(guān)的法律規(guī)范來約束：民用建筑工程節(jié)能質(zhì)量監(jiān)督管理辦法民用建筑節(jié)能條例民用建筑節(jié)能工程質(zhì)量監(jiān)督工作導則。關(guān)于進一步推進墻體材料革新和推廣節(jié)能建筑的通知中也明確規(guī)定：城市建筑中禁止實心粘土磚的生產(chǎn)與使用；到 2011 年初，要將實心粘土磚在全國范圍內(nèi)的使用量控制在4000 億塊/年以下；而且，要積極推廣新型墻體材料的使用，將其在墻材中的使用比重提高到 55%以上，在建筑中的使用比例要達到 65%以上，建筑節(jié)能要達到 65%的標準。2008 年國家頒布并實施了民用建

3、筑節(jié)能條例，積極鼓勵并拓展民用建筑物的節(jié)能途徑。12. 加氣混凝土砌塊技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用 蒸壓加氣混凝土砌塊（簡稱加氣混凝土砌塊），代號ABC，是以鈣質(zhì)材料（水泥、石灰）和硅質(zhì)材料（砂、礦渣、粉煤灰）為基本原料，經(jīng)過磨細，并以鋁粉為發(fā)氣劑，按一定比例配合，再經(jīng)過料漿澆筑、發(fā)氣成型、胚體切割和蒸壓養(yǎng)護等工藝制成的一種輕質(zhì)，多孔的建筑材料2.具有輕質(zhì)多孔、保溫隔熱、防火性能良好、可釘、可鋸、可刨和具有一定抗震能力等優(yōu)點。 我國是生產(chǎn)和應(yīng)用蒸壓加氣混凝土較早的國家之一。早在19世紀30年代,上海已設(shè)廠生產(chǎn)加氣混凝土砌塊。1976年起,由于墻體材料改革的需要,加氣混凝土工業(yè)在全國迅速發(fā)展,然而其推廣和應(yīng)

4、用卻面臨著較多困難。進入新世紀,為適應(yīng)國家的技術(shù)經(jīng)濟、墻體改革、保溫節(jié)能政策要求,迫切需要研究出一種自重輕、受力和抗震性能好、造價低、保溫隔熱隔音效果好且施工方法簡單的新型墻材以取代粘土磚墻材。而加氣混凝土砌塊的性能恰恰適合這一要求,自此,加氣混凝土砌塊作為一種輕質(zhì)建筑材料,在工程建設(shè)得到了廣泛的重視和應(yīng)用。3. 本文主要研究的內(nèi)容（1） 研究探討了加氣混凝土砌塊的組成，結(jié)構(gòu)與性能之間的聯(lián)系。（2） 通過對加氣混凝土砌塊自保溫墻體體系的特性研究 ，說明其在建筑節(jié)能方面的應(yīng)用與發(fā)展。第2章 、加氣混凝土砌塊的形成機理及特性研究 2.1加氣混凝土砌塊的主要原材料的特性與分析 加氣混凝土砌塊主要原材

5、料包括膠結(jié)材料，含硅質(zhì)原料，發(fā)氣材料，外加劑和水。 2.1.1膠結(jié)材料（1）水泥 砂加氣混凝土生產(chǎn)過程中，水泥的作用不只是提供強度，更重要的是保證生產(chǎn)初期階段的繞注穩(wěn)定性、述體硬化速度，并對后期蒸壓過程中的反應(yīng)起著相當大的作用。（2） 生石灰 石灰石經(jīng)過高溫煅燒（9001100）碳酸分解生成生石灰。生石灰在砂加氣混凝土生產(chǎn)過程中的主要主要有：（1）、遇水消解放出熱量（加速培粉與水反應(yīng)放出氧氣，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的還體。（2）、在蒸壓條件下，生石灰與桂質(zhì)材料中的二氧化桂反應(yīng)生成水化產(chǎn)物，使還體硬化產(chǎn)生強度。（3）、生石灰的初期溶解度大，有利于促進料楽的稠化和還體的硬化，提高砌塊的強度。 2.1.2

6、含硅質(zhì)原料 生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土的主要原料是含硅質(zhì)原料、含石灰質(zhì)材料以及鋁粉。硅石、粉煤灰、礦渣和頁巖等等都是含硅質(zhì)材料，選擇時應(yīng)選用其主要成分含有大量的的那一種材料。 2.1.3發(fā)氣劑 發(fā)氣劑有金屬發(fā)氣劑和非金屬發(fā)氣劑，金屬發(fā)氣劑主要包括鋁、鋅、鎂等等，非金屬發(fā)氣劑包括有雙氧水、碳化鈣等等。鋁粉是目前最成熟的在生產(chǎn)中應(yīng)用得最廣泛的發(fā)氣劑，其作用就是在混合攪拌條件下與料漿中的發(fā)生化學反應(yīng)從而放出氫氣，料漿在出氣的過程中就會形成很多細小而均勻幵口和閉口孔隙，使得蒸壓加氣混凝土形成良好的氣孔結(jié)構(gòu)。 2.1.4活性激發(fā)劑 一種能夠激發(fā)工業(yè)廢渣里面的活性物質(zhì)，讓其發(fā)生化學反應(yīng)的復合劑。粉煤灰、爐渣等工業(yè)

7、廢渣里面含有大量的SiO2和Al2O3這些活性物質(zhì)，但它們以“玻璃體”惰性狀態(tài)存在，通過激發(fā)的化學方法，讓其發(fā)生化學反應(yīng)，產(chǎn)生粘結(jié)性，可大大降低水泥用量提高其利用率。 2.2加氣混凝土的化學反應(yīng)機理 2.2.1蒸壓養(yǎng)護前的反應(yīng)機理 制品在養(yǎng)護前，在攪拌機中放放含硅質(zhì)料漿、石灰質(zhì)原料、鋁粉、水及外加活性激發(fā)劑，在對原料的混合攪拌過程中，加氣混凝土就發(fā)生了化學反應(yīng)，石灰質(zhì)原料主要是生石灰中的會立即和水發(fā)生水化作用，同時錫粉也在飽和消石灰溶液中發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，氧氣從料漿中放出從而引起發(fā)氣。 生石灰與水發(fā)生的化學反應(yīng)： CaO+H2O=Ca(OH)2+Q(熱量)在堿性條件下，鋁粉在料漿中發(fā)生的化

8、學反應(yīng)： 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2 2Al+3Ca(OH)2+6H2O=3CaOAl2O3+3H2鋁放置在空氣中，很容易被氧化形成致密的氧化膜，阻礙鋁的進一步反應(yīng)氧化，但是在酸性或者堿性環(huán)境下，氧化鋁能夠與酸或堿反應(yīng)，生成新的化合物從而破壞保護層。加氣混凝土料漿是呈強堿性，在水的作用下，它會首先發(fā)生下列反應(yīng)： Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O不難看出，鋁粉的主要作用就是在料漿中進行化學反應(yīng)放出氣體，在料漿屮形成很多細小而且均勻的開口和閉口孔隙，從而使得砌塊內(nèi)部形成多孔結(jié)構(gòu)，氣孔在砌塊材料內(nèi)部會形成靜空氣層，從而實

9、現(xiàn)其輕質(zhì)保溫隔熱目的。生石灰的主要成分包括兩部分：一部分是非活性的，另一部分是活性的，也就是從碳酸中分解出來的，可以與與氧化硅發(fā)生反應(yīng)的，呈游離狀態(tài)的一氧化鈣，它的有效成分叫做活性一氧化鈣，也稱之為有效一氧化鈣。蒸壓砂加氣混凝土在生產(chǎn)過程中，生石灰的主要作用體現(xiàn)下面幾個方面（1）生石灰的主要作用是提供有效一氧化鈣在水熱條件下，促使它與硅質(zhì)材料中的三氧化二鋁、二氧化硅發(fā)生化學反應(yīng)，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸從而保證蒸壓加氣混凝土制品獲得足夠強度。（2）生石灰能提高蒸壓砂加氣混凝土料漿的PH值，即增加其堿度，為鋁粉發(fā)氣提供條件，促使鋁粉順利進行發(fā)氣反應(yīng)。（3）生石灰水化時，可以放出大量的熱量，能提供

10、有效的熱量。生石灰的這種迅速大量放熱功能，為蒸壓加氣混凝土料漿提供了需要的有效熱源，使砌塊述體在硬化階段，使其配料快速升溫到85左右，加速剩余水分的蒸發(fā)，促使砌塊還體得到進一步的凝結(jié)硬化。 2.2.2蒸壓養(yǎng)護階段的化學反應(yīng)機理 在蒸壓釜中，加氣混凝土在高溫高壓條件下會發(fā)生水熱反應(yīng)，這種反應(yīng)是固體之間或固體和膠凝物質(zhì)之間發(fā)生的表面反應(yīng)。硅質(zhì)原料與生石灰的水熱反應(yīng)如下：生石灰與硅石的水熱反應(yīng)：在約10個大氣壓，1800的條件下，消石灰Ca(OH)2和硅石SiO2按下式開始反應(yīng)： 7C+4S+nHC7S4Hn 式中 C:CaO S:SiO2 H:H2O生石灰首先與硅石的表面發(fā)生反應(yīng)，生成含有石灰成分

11、比較多的水化硅酸鈣，水化硅酸鈣然后再和它內(nèi)部還沒有反應(yīng)的硅石發(fā)生化學反應(yīng)，繼而生成含較少石灰成分的水化硅酸鈣。其反應(yīng)過程如下： 7C7S4Hn+8S7C5S4Hn C5S4Hn+S5CSHn 4CSHn+SC4S5Hn然后，由很多非特定且含有大量結(jié)晶水的水化硅酸鈣，最后生成高強度的“托勃莫來石”晶體。 C4S5HnC4S5H5第3章 、加氣混凝土砌塊自保溫墻體的理論探究 3.1墻體自保溫體系簡介墻體自保溫系統(tǒng)是指按照一定的建筑構(gòu)造，采用節(jié)能型墻體材料及配套專用砂漿使墻體熱工性能等物理性能指標符合相應(yīng)標準的建筑墻體保溫隔熱系統(tǒng)。目前,在建筑中常使用的外墻保溫主要有外墻外保溫體系、外墻內(nèi)保溫體系、

12、外墻自保溫體系三種技術(shù)。 3.1.1外墻外保溫體系簡介外墻外保溫是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法，因其可以減少點影響，同時保護主體墻材不受多大的溫度變形應(yīng)力，是目前應(yīng)用最廣泛的保溫做法，也是目前國家大力倡導的保溫做法。 3.1.2外墻內(nèi)保溫體系簡介 外墻內(nèi)保溫體系也是一種傳統(tǒng)的保溫方式，與外墻外保溫體系的做法基本相同,所不同的是把保溫隔熱材料設(shè)置在墻體的內(nèi)側(cè),其常用的保溫隔熱材料有聚苯乙烯板、巖棉板、水泥膨脹珍珠巖板、充氣石膏板或保溫砂漿等。目前在歐洲一些國家應(yīng)用較多，它本身做法簡單，造價較低，但由于一定程度地存在著結(jié)構(gòu)冷熱橋的問題，并且內(nèi)保溫體系容易破壞，影響室內(nèi)空間，近年來在我國

13、的應(yīng)用有所減少。3.1.3外墻自保溫體系簡介 墻體自保溫體系指的是以單一墻體材料即能滿足現(xiàn)有節(jié)能要求的外墻保溫體系,保溫材料即墻體材料本身,通常采用的外墻內(nèi)保溫材料有以下幾種加氣混凝土砌塊、輕集料混凝土小型砌塊、多孔磚、復合墻板等,這種內(nèi)保溫體系是當前我國在建設(shè)兩型社會進程中重點研究和推廣的一種節(jié)能保溫墻體。由于受熱工性能、土地資源、能源資源以及環(huán)境保護等多方面條件的限制,目前大力提倡使用的外墻內(nèi)保溫系的墻體材料是一種集保溫隔熱及結(jié)構(gòu)安全需要于一體的新型墻體材料加氣混凝土砌塊。 外墻自保溫體系的優(yōu)點一是采用輕質(zhì)多孔材料,工程造價低。二是可縮短工期,增加建筑物的使用面積。其不足主要體現(xiàn)在外墻自保

14、溫體系采有的砌體材料強度相對較低,加上與外飾面材料收縮率不相同,在使用的過程中容易出現(xiàn)面層起鼓或墻體開裂的現(xiàn)象。3.2加氣混凝土自保溫墻體特點及性能 加氣混凝土砌塊自保溫系統(tǒng)是將砂加氣混凝土砌塊直接用于結(jié)構(gòu)外墻而成為自保溫體系,具有質(zhì)量輕、保溫隔熱隔聲性能優(yōu)良、防火性能好、表面堅固、抗沖擊性能好、方便施工和外飾面宜于處理等優(yōu)點。該體系由內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩部分組成,外側(cè)結(jié)構(gòu)為加氣混凝土墻體防水界面劑、粉刷層（局部增添耐堿玻纖網(wǎng)格布）和飾面層：內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)為批嵌層（局部增添耐堿玻纖網(wǎng)格布）和飾面層3.2.1 加氣混凝土砌塊的物理及力學性能簡介（1） 孔隙率高,密度小。加氣混凝土在生產(chǎn)過程中由于化學反應(yīng)產(chǎn)生氫

15、氣造成的氣孔及干燥過程中由于水分蒸發(fā)留下的毛細孔約占加氣混凝土總體積的40%70%。由于大量孔隙的存在,致使大量空氣進入混凝土內(nèi),大大降低了材料的密度,一般加氣混凝土的密度400800kg/m3,大約是普通混凝土的20%,粘土磚的30%。（2） 隔音性好。由于砂加氣混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是含有大量的氣孔和微孔結(jié)構(gòu),經(jīng)過對100mm、150mm、200mm厚表面未粉刷的加氣混凝土墻體進行聲學實驗測定,平均隔聲量分別為36db、43db、47db,說明加氣混凝土墻體具有良好的隔音性能。（3） 強度能夠滿足結(jié)構(gòu)要求。由于砂加氣混凝土孔隙率大、容重輕,因而也降低了加氣混凝土的強度。然而,由于砂加氣混凝土塊體

16、尺寸較大,砌塊尺寸精確,制品勻質(zhì)性較好,加氣混凝土砌體強度約為立方強度的70%80%,所以加氣混凝土在砌體中的強度利用系數(shù)較高。能夠滿足結(jié)構(gòu)對材料強度的要求（4） 耐火性優(yōu)良,保溫隔熱性能好。加氣混凝土屬不燃材料,具有優(yōu)良的耐火性,在受熱至80100及以上時會出現(xiàn)收縮和裂縫,但是在70以前不會損失強度,結(jié)構(gòu)完全具有必要的強度和安全性,并且加氣混凝土墻體在高溫下不會產(chǎn)生對人體有害氣體,是一種安全的防火材料。同時,通過熱工實驗表明,同體積的加氣混凝土的導熱性能僅為普通混凝土的1/7,為粘土實心磚砌體的1/4,具有良好的保溫隔熱性能。（5） 良好的可加工性,砌筑方便。加氣混凝土中由于沒有粗骨料、質(zhì)又

17、輕,因此可容易實現(xiàn)鉆孔、釘接、切割、刨平、雕鏤等加工作業(yè)。同時,一塊砂加氣混凝土砌塊相當于塊紅磚,在砌筑的過程中,方便快捷,并能降低勞動力成本。（6） 優(yōu)良的抗?jié)B性。由于加氣混凝土砌塊內(nèi)部多孔是封閉、獨立球狀結(jié)構(gòu),滲水有先快后慢的特點,因此,砂加氣混凝土砌筑的外墻,具有優(yōu)良的抗?jié)B透性,特別適用于南方多雨季節(jié)的建筑結(jié)構(gòu)。3.2.2加氣混凝土砌塊作為建筑外墻在建筑節(jié)能方面的優(yōu)勢（1） 生產(chǎn)過程環(huán)保，節(jié)能節(jié)土。 加氣混凝土砌塊是充分利用工業(yè)廢物、建筑固體廢棄物和生活廢品為主要原料而進行生產(chǎn)的,制備的原材料較為豐富,以其替代粘上磚,還可以有效的保護耕地,利用工業(yè)廢渣,并且加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)工藝流程是

18、采用廢水、廢氣、廢渣余熱綜合利用的可閉式良性循環(huán)的工廠化模式,過程中完全沒有污染和危險廢物產(chǎn)生,不會污染環(huán)境,從整體上達到了節(jié)水、節(jié)電、節(jié)能、節(jié)材的目的。同時,自保溫體系其使用命與建筑物壽命相同,成本回收期限長,顯得更為經(jīng)濟合理。（2） 有效降低建造過程的工期及費用 砂加氣混凝土產(chǎn)品為無機材料,主要原材料均為硅酸鹽材質(zhì),具有良好的化學穩(wěn)定性,使用壽命和混凝土相當,所采用的配套輔助材料也都是水泥基類的無機材料,因而,整個系統(tǒng)的耐久性良好,日常維護也簡單、經(jīng)濟。同時,砂加氣混凝土砌塊孔隙率高、密度小,可有效減輕墻體荷載、降低建筑結(jié)構(gòu)的造價費。另外,砂加氣自保溫系統(tǒng)只需要單一的墻體就可以滿足保溫節(jié)能的要求,不需要在墻體外面另外再施加保溫隔熱層,節(jié)約了外保溫隔熱層的材料和人工費用。（3） 作為建筑外墻具有優(yōu)良的保溫隔熱效果由于加氣混凝土具有多孔結(jié)構(gòu),其導熱系數(shù)僅為0.15W/m3,同體積的加氣混凝土的導熱性能僅為普通混凝土的1/7,為粘土實心磚砌體的1/4,具有良好的保溫隔熱性能。適用于北方寒冷地區(qū)冬季房屋節(jié)能工程中。節(jié)省冬季房屋因保暖所消耗的大量化石，電力資源，在一定程度上也減少了對大氣環(huán)境的污染。第5章 結(jié)論與展望 5.1結(jié)論 本文通過對加氣混凝土砌塊的形成機理及物理特性的研究，說明了其在建筑外墻自保溫體系中的作用以及在建筑物節(jié)能方面的優(yōu)勢，主要有以下幾點：1.