高性能泡沫混凝土自保温墙体热工性能.pdf

2 0 1 4 年 第 9期 (总 第 2 9 9 期 ) Nu mb e r 9 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No ．2 9 9 ) 混 凝 土 Co n c r e r e 混凝土制品 CONCRETE PR0DuCTS d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ．i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 4 ． 0 9 ． 0 2 6 高性能泡沫混凝土 自保温墙体热工性能 严洁 ，姚勇 ，陈代果 ，王海军 ( 西南科技大学 土木工程与建筑学院，四川 绵阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘要： 高性能泡沫混凝土是一种轻质， 并具有优良保温隔热性能的建筑节能材料。高性能泡沫混凝土 自 保温墙体的热桥分为墙 热桥和柱热桥， 在墙热桥部位采用高性能泡沫混凝土自保温形式 ， 柱热桥部位采用贴砌高性能泡沫混凝土保温板外保温形式， 利用 热流计对两种热桥部位的传热性能进行测试， 并用建筑传热理论分析其传热系数 、 热惰性指标等热工性能指标， 得出： ( 1 ) 两种热桥 部位下， 试件均不会出现结露现象； ( 2 ) 两种热桥部位的传热阻均大于最小传热阻， 即围护结构的传热量不会过大而使人体受凉； ( 3 ) 自 保温墙体的平均传热系数和热惰性指标均满足节能指标， 且优于传统建筑普通 2 4 0 实心砖墙。 关键词： 高性能泡沫混凝土；自保温墙体 ；热工性能 中图分类号： T U5 2 8 ． 0 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 9 — 0 1 0 2 — 0 4 Th e r ma l p e r f or ma n c e o f t h e i n s u l a t i on w a l l o f h i gh p e rfo r m a n c e f o a m c o n c r e t e Y A NJ i e ， Y AO Y o n g ， C H E ND a i g u o ， WA NGH a ij t m ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e ， S o u t h w e s t U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Mi a n y a n g 6 2 1 0 1 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： Hi【曲 p e r f o r manc e f o a m c o n c r e t e i s a b u i l d i n g e n e r gy- s a v i n g ma t e r i a l s ， w i t h the f u n c t i o n o f l i g h t w e i g h t a n d t h e r ma l i n s u l a - t i o n． Th e wa l l o f h i g h p e r f o rm anc e foam c o n c r e t e h a v e tw o k i nd s of the rm a l br i e， i n the wa l l u s i ng t he f o rm o f s e l f - t h e r ma l i ns u l a t i o n， a n d i n t h e c o l u mn u s i n g t he form o f e x t e rio r i n s u l ati o n wi th bo a r d．Us i n g the h e a t flo w me t e r t o t e s t h e a t t r an s f e r pe r f o rm a n c e an d a n a l y z e h e a t t r a n s f e r c o e ffic i e n t and t h e rm a l i n e r t i a i n d e x b y t h e t h e o r y o f b u i l d ing h e a t o f t h e tw o k i n d s o f the rm a l b r i d g e ．T h e r e s u l t i s ： ( 1 ) the s p e c i me n ’ S c o n d e n s i n g wi l l n o t o c c u r wi t h the two k i n d s o f t h e r ma l b rid g e ； ( 2 ) the tw o k i n d s o f the r mal b r i d g e ’ S t h e rm a l r e s i s t a n c e a r e s o g r e a t e r t h an themi n i mu mtha t theam o u n t o f h e a t tr ans f e r ’ S e n v e l o p e s t r u c t u r ei s n o t tool a r g el e a v i n gtheb o d yi s c o l d ； ( 3 ) the a v e r a g e o f h e a t t r a n s f e r c o e f fic i e n t an d t h e rm a l i ne r t i a i n d e x o f wall a l l be t t e r tha n the t r a d i t i o n a l s ol i d b r i c k wa l l wi th t h i c k n e s s of 2 40 ． K e y wo r d s ： h i 曲 p e r f o rmanc e f o rm c o n c r e t e ； i n s u l a t i o n w a l l ； t h e rma l p e r f o rm anc e 0 引言 据统计 ， 建筑能耗 目 前 已超我 国能源消费总量 的 1 ／ 4 ， 并将随着人 民生活水平 的提高逐步升至第一 位[ 1] ， 因而发 展建筑节能在能源紧缺的今天十分必要 ， 而建筑围护结构 中的墙体和钢筋混凝土部分产生了大量的建筑热桥 ， 增加 了建筑 的能耗水平 ， 因此建筑围护结构的性能是建筑节能 的关键[2 】 。 建筑热桥分为墙热桥和柱热桥等嘲 ， 目前 ， 对于墙热桥 常用粘贴或 固定保温板类外墙外保 温体系 ， 柱热桥常用保 温砂浆涂抹。 但上述两种体系都存在施工程序多， 保温层 容易开裂、 起翘甚至脱落等问题， 因此， 建筑市场亟需开发 新型墙体保温体 系 。 墙体 自保温体系是一种依靠墙体材料 自身较高的热 阻和热惰性， 就能满足相应气候分区节能指标要求的一种 节能体系。 其不仅能就地取材， 利用再生资源， 而且能符合 收稿 日期 ：2 0 1 4 - 0 3 — 1 8 基金项 目： “ 十二五” 国家科技支撑计~( 2 0 1 1 B A E 1 4 B 0 5 — 0 2 ) 1 0 2 国家墙改政策， 走工业化、 产业化的道路， 适用于夏热冬冷 地区的建筑节能。 与传统泡沫混凝土相比， 高性能泡沫混凝土是一种新型 泡沫混凝土， 其利用 s P — I I 新型高效发泡机将兼有物理发 泡与化学发泡双重功能 的高性能复合泡沫剂制成泡沫 ， 再 将泡沫混入到砂 、 粉煤灰和水泥等材料以及各种专用 的外加 剂和水组成 的混合料 中， 经养护而成的含有大量封闭气孔 的轻质混凝土， 其具有更轻质和更优良的保温隔热、 隔音 耐火 、 不燃等特性 ， 而且生产投资少 、 施工方便 、 可大量利用 工业废渣 ， 是工业与民用建筑 中大力推广的新型绿色建材 。 笔者利用热流传感器 H S 一 5 0 测量高性能泡沫混凝土 自保温墙体墙热桥和柱热桥两种热桥部位的热流密度、 壁面温度和环境温度等， 并用建筑传热理论分析其热工性 能指标 ， 探究高性能泡沫混凝土自保温墙体的热工性能， 为高性能泡沫混凝土在建筑节能墙材中的应用和推广提 供一定的参考。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1试 验 研 究 1 ． 1 原材料 普通混凝土的配合比为， 水泥： 砂： 石：水 = 1 1 4 ： 1 4 6 ： 2 7 2 ： 5 4 ， 泡沫混凝 土的配合比为 ， 水泥： 粉煤灰： 泡沫剂： 水 = 2 0 3 ： 5 1 ： 3 ： 7 1 ， 其中， 水泥用宜宾拉法基水泥制造有限公司生产的 4 2 ． 5 级 普通硅酸盐水泥 ， 粉煤灰用绵 阳热电厂 的 I 级粉煤灰 ， 泡沫 剂采用西南科技大学材料学院 自制的高性能复合泡沫剂 ， 为增加泡沫混凝土的抗裂性能和发泡性能 ， 还在混凝土搅 拌过程中添加 0 ． 6 k g聚丙烯纤维和 0 ． 2 k g 膨胀剂 ， 搅拌方 式采用卧搅 ， 振捣方式采用微震 。 1 ． 2试件 制备 从保温隔热角度 ， 现浇一个泡沫混凝 土围护结构作 为 密 闭空间 ， 并 由试 件将其分为冷 、 热箱两部分来分别模拟 室外 和室内环境 ， 在热箱放置恒温热源制造热量 ， 底部铺 设石棉来 杜绝热 量流失 ， 试验装置如图 1 所示 。 结构试件 为 9 0 mmx 9 0 mmx 4 0 0 ra i n的现浇钢筋混凝土柱 ， 柱配筋 4 4 , 6 @1 0 0 ， 柱左右两侧现浇有 1 0 0 m inx 1 2 0 0 m m 的高性能 泡沫混凝土墙 ， 柱冷箱一侧粘有 1 0 1 T I 1 T I 厚泡沫混凝土保温 板 ， 试件由滑槽送人装置内， 试件的结构构造如图 2 所示。 图 1 试验装置及测点布置图( 单位 ： mm) 图 2 试件构造详图 1 ． 3试 验 设 备 试验时 ， 采用 的热流传感器为专用 于精确接触测量的 全热流量 的传感器 H S 一 5 0 ， 尺寸为 5 0 m mx 5 0 mm x 3 m m， 内置 T型热电偶 ， 工作温度为一 1 8 0 ～ 2 0 0℃ ， 其标称灵敏度 Ks = 1 9 _ 3 i~ V ／ ( W／ m z ) ， 测量量程 为 0 ～ 5 0 m V， 测量温度传感 器 K型热 电偶 和 P T I O 0 热 电阻的精度 均为 0 ． 1℃。 数据 采集仪为 H F M一 4系列多通道热流计 ， 可同时测量通过墙体 的热流密度 、 墙体 内外壁面温度和室内外环境温度 ， 测量的 数据可 以导入配套软件 D a q P R O 一 5 3 0 0 进行处理。 2 热工性 能分析 夏热冬 冷地 区建筑 的保 温设计包括 围护墙 体系传热 阻或传热系数和热惰性指标 的验算 、 热桥部位内表 面的温 度验算等同 。 2 ． 1 热流密度 与 内壁 面温度 根据建筑结构和构造特点 ， 可将热桥分为 8 大类 ： 墙热 桥 、 柱热桥 、 门热桥 、 窗热桥 、 楼板热桥 、 屋顶热桥 、 阳台热 桥及其它热桥四 ， 墙热桥是由于内外墙体吸放热面积不同和 材料不同而形成的 ， 采用 自保温体系来降低墙体内表面温 度和通过该部位的热流密度。 柱热桥主要是 由于外围护结 构 中的钢筋混凝土柱 的导热系数较大 ， 使该部位成为热量 散失 的主要场所 ， 采用贴砌高性能泡沫混凝土保温板外保 温形式来减小柱 热桥效应。 墙热桥部位与柱热桥部位 的热 流密度和 内壁面温度如 图 3 所示。 柱热桥 部位 的热流 密 墙热桥部位的内壁温度 ‘ ＼ 墙热桥 部位 的热流 密度 柱热桥部位的内壁温度 7 0 6O 5 O 赠 40 时 IN／ mi n 图 3 热流密度和内壁面温度 由图 3知 ： ( 1 ) 墙热 桥部位 的热流密度 比柱热桥部位 小 ， 其 中 ， 墙 热桥部位热流密度 为 2 6 ． 5 W／ m ， 柱热桥部位 为 4 5 ． 4 W／ m 2 ； ( 2 ) 墙热桥部 位 的内壁 温度 比柱 热桥部位 大 ， 其 中 ， 墙热桥部位 内壁 温度 为 6 3 ． 5℃， 柱热桥部位 为 5 7 ． 9℃。 这是由于钢筋混凝土的导热系数 比泡沫混凝土大 ， 钢筋 混凝土 与周围环境热交 换频繁 ， 而泡沫混凝 土阻止 了热量传递 ， 维持了室内的温度； ( 3 ) 两个热桥部位的内 壁温度均高于室 内空气露点温度 3 4℃ ， 故试件均不会 出 现结露现象[ 5 J 。 2 ． 2传热 阻 传热阻是表征围护结构阻抗传热能力的物理量。 为了 限制内表面与人体之间的辐射换热量过大而使人体受凉 ， 用最小传热阻来限制通过围护结构的传热量过大。 围护结构传热阻 Ro = Rf + ZR j + R ( 1 ) 1 0 3 ∞ 如们 如 一 Ⅲ／ 一 、 姆 赣 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 式中 ： 墙体 的传热阻 ∑ = 尺 + 尺 + ； R i--~ z - 壁内表面的换热阻； 平 壁外表面的换热阻。 墙体传热阻计算过程如表 1 所示。 表 1 墙体传热阻 由表 1 可知 ： 墙热桥的传热阻 比柱热桥 大 ， 其 中墙热 桥传热阻为 1 ． 4 7 ( m K) ／ W， 柱热桥为 0 ． 8 3 ( m K) ， 均大 于最 小传热阻 0 ． 4 ( m 2 K) ／ W[4 ] 。 这说明高性能泡沫混凝 土 具有优 良的保温隔热性 。 2 ． 3 导热 系数与传热 系数 围护结构传热系数是表征围护结构保温隔热性能的 基本参数 ， 是建筑节能设计必须关注的热工指标之一 ， 传热 系数 K值越小 ， 保温隔热性能越好 。 外墙平均传热系数 K由墙热桥传热系数 K 与面积 和 柱热桥传热系数 ： 与面积 ， 用加权平均方法按式( 2 ) 计算 ： 一 K1 + K2 r ，、 “一 + 采用简化方法[6 ] 用墙热桥部位和柱热桥部位的面积 、 在外墙面积 中所 占的比值 A = 0 ． 6 5和 B = 0 ． 3 5 代替公 式中的 和 计算外墙的平均传热系数 K 。 墙体的导热系数计算过程如表 1 所示 。 可知 ： ( 1 ) 墙热 桥部位导热系数 的平均值为 0 ． 1 5 w／ ( m2 K) ， 比传统泡沫 混凝土( 0 ． 2 2 W／ ( mz K) ) 小 ； ( 2 ) 柱热桥部位导热系数 的平 均值为0 ．4 2 w／ ( m2 K) ， 比普通钢筋混凝土( 1 ． 7 5 w／ ( m K) ) 小很多， 这说明高性能泡沫混凝土具有优 良保温隔热性能。 高性能泡沫混凝土 自保温墙体热桥部位构造如图4 所示， 其中墙热桥部位构造为： 2 0 m m厚配套砂浆、 2 0 0 mm 厚高性能泡沫混凝土 、 2 0 m m厚 弹性底漆及柔性腻子 、 外 墙涂料 ； 柱热桥部位构造为 ： 2 0 m l r l 厚配套砂浆 、 5 0 0 m m厚 钢筋混凝土 、 1 0 0 mm厚高性能泡沫混凝土 、 2 0 mm厚 弹性 底漆及柔性腻子 、 外墙涂料。 图 4 高性能泡沫混凝土 自保温墙体构造 热桥部位传热系数计算过程如表 2和表 3 所示， 可 知 ： 墙热桥部位传热系数平均值为 0 ． 4 2 W／ m z K， 柱热桥部 位为 1 ． 2 3 W／ m K， 得 到高性能泡沫混凝土 自保温墙体的 平均传热系数 K = 0 ． 7 0 W／ ( m z K) ， 而传统建筑普通2 4 0实 心砖墙 的传热系数 K = I ．9 6 w／ ( m K) ， 可见采用 高性能泡 沫混凝土 自保温墙体后建筑 的保 温节能效果 明显改善 。 表 2 墙热桥部位的传热系数 2 ． 4 热惰性指标 墙体的热惰性 指标是 表征 围护结构外墙对 温度 波动 和热流波动抵抗 能力的主要热工 指标 之一 。 其计 算式为 D = ∑ S ， 由于材料层的热阻 R表达材料层抵抗热流波的 能力 ， 蓄热系数 S表达材料层抵抗温度波 的能力 ， 所 以， 热 惰性指标 D则综合表达了外墙 围护结构抵抗热流波和温 度波在材料层 中传播 的能力 。 热惰性指标越大 ， 说 明外来 的温度波穿透围护结构需要的时间越长 ， 波动幅度被减弱 1 0 4 的程度也越大同 。 材料的蓄热系数 s 值， 表征墙体储存或释放热量， 按式 S = N ／ —2 r c c p — MZ求得高性能泡沫混凝土平均蓄热系数分别为 4 ． 4 4 w／ ( m K) ， 式中 c 为材料 的比热 ， P为材料密度 ， z为 温度波动周期 ， 一般取 2 4 h 计算 。 其热惰性指标计算如表4 ， 可知， 高性能泡沫混凝土自 保温墙体的热惰性指标为 7 ． 9 0 ， 而传统建筑普通 2 4 0实心 砖墙的热惰性指标在 3 ． 6 3 左右。 所以， 可以判定高性能泡 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 沫混凝土自保温现墙体 比传统建筑墙体对温度波的衰减 能力大， 穿透墙体需要的时间更长。 表 4 墙体的热惰陛指标 3结 论 高性能泡沫混凝土 自保温墙体的热桥分为墙热桥和 柱热桥 ， 在墙热桥部位采用 自保 温形式 ， 在柱热 桥部位 采 用贴砌高性能泡沫混凝土保温板外保温形 式 ， 从而利用热 流计对两热桥的传热性能进行测试， 并用建筑传热理论分 析其传热系数、 热惰性指标等热工性能指标， 可以得到以 下结论 ： ( 1 ) 墙热桥部位的热流密度 比柱热桥部位 小 ， 墙热桥 部位的内壁温度 比柱 热桥部位大 ， 且 两个热桥部位 的内壁 温度均高于室 内空气露点温度 3 4℃ ， 故试件均不会出现 结露现象 。 ( 2 ) 墙热桥部位的传热阻比柱热桥部位大， 且均大于最 小传热阻， 故围护结构的传热量不会过大而使人体受凉。 ( 3 ) 高性能泡沫混凝土 自保温墙体的平均传 热系数 K 为0 ． 7 0 w／ ( m2 K) ， 热隋性指标 D为 7 ．9 0 ， 分别小于和大于传 统建筑普通 2 4 0 实心砖墙的传热 系数 ( ， _ 1 ． 9 6 w／ ( m z K) ) 和热惰性 指标( D = 3 ． 6 3 ) ， 且满足节能标 准阎 中的规定性指 标 ： 围护结构外墙部分传热系数 ≤1 ． 5 w／ ( m K) ， 热惰性 指标 D≥3 ． 0的要求。 可见， 高性能泡沫混凝土自保温现浇 墙体保温隔热性能较好 ， 可广泛用 于夏热冬冷地区居住建 筑非承重墙体。 参考文献 [ 1 】WANG Ha i y a n ． T h e r ma l p r o p e ~ y o f c o m p o s i t e w a l l a n d a n a l y s i s o f e n e r g y c o n s u mp t i o n [ D] ． Ha r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o gy ， 2 0 0 7 ． 【 2 】S U N D a rn i n g ， Z HO U H a i z h u ， T I A N H u i f e n g ． R e s e a r c h S t a t u s a n d p r o s p e c t o f b u i l d i n g t h e r ma l b r i d g e [ J ] ． B u i l d i n g s c i e n c e ， 2 0 1 0， 2 6 ( 2 ) ： 1 2 8 — 1 3 4 ． 【 3 】Z H A O L i h u a ， L I U X i n t o n g ． T h e rmal b r i d g e a n d b u i l d i n g h e a t l o a d [~ ． Ap p l i e d En e r g y Te c hn o l o g y， 1 9 9 9， 3： 2 6— 28 ． 【 4 】Z H A O D e w e i ， C H E N Y o n g l i a n g ， P A N Y u q i n ． D i s c u s s i o n o n a p p l i - c a t i o n o f f o a m c o n c r e t e i n s u l a t i o n s y s t e m i n t h e c o l d r e g i o n s I J 1 ． B u i l d i n g e n e r gy， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 4 3 - 4 4 ． [ 5 1 G B 5 0 1 7 6 — 9 3 ， 民用建筑热工设计规范[ s 】 ． 北京： 中国建筑工业出 版社 ， 1 9 9 3 ． [ 6 J H E J u n l i n ， L I J i a h u a ． E n e r g y r e s e a r c h o f b l o c k w a l l s w i t h X K D i n s u — l a t i o n f o a m c o n c r e t e [ J ] ． S i e h u a n B u i l d i n g ， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 6 ) ： 4 8 — 5 0 ． 【 7 J WA N G Z o n g h u a ． D i s c u s s i o n o n e x t e r n al w a l l t h e r m a l i n s u l a t i o n t e c h n o l o gy o f e n e r g y e ffi c i e n t bu i l di n g s b a s e d o n t h e rm a l p e r f o r - ma n c e t e s t [ D] ． S h a n d o n g Un i v e r s i t y ， 2 0 0 9 ． [ 8 ]8 中国建筑科学研究院．J G J I 3 4 — 2 0 0 1 ，夏热冬冷地区居住建筑节 能设计标准[ s 1 匕 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 ． 作者简介 ：严洁( 1 9 8 8 一 ) ， 女 ， 硕士研究 生， 主要从 事建筑结构设 计、 抗震与加固修复等方面的研究。 联系地址：四川省绵阳市西南科技大学土木工程与建筑学院 ( 6 2 1 0 1 0 ) 联 系电话 ：1 8 7 8 2 2 6 1 0 0 6 ■ 墓 曩 盟 2 0 1 4 年 进入5 0 0 强 水泥 和混 凝土 企业 名单 中国企业联合会 、 中国企业家协会举办的“ 2 0 1 4 年 中国 5 0 0 强企业高峰论坛” 日前在重庆举行 ， 会议当天发布了 2 0 1 4 中国 5 0 0 强企业榜单 。 小编整理了进入 5 0 0强的水泥和混凝土企业名单 。 中国企业联合会 、 中国企业家协会举办的“ 2 0 1 4 年 中国 5 0 0强企业高峰论坛” 日前在重庆举行 ， 会议当天发布了 2 0 1 4 中国 5 0 0 强企业榜单。 小编整理 了进入 5 0 0 强 的水泥和混凝土企业名单 ， 具体如下 ： 2 0 1 4 年进入 5 0 0 强水泥和混凝土企业名单 名次 企业名称 营业收入( 万元) 2 2 华润股份有限公司4 0 5 5 4 7 6 5 4 1 中国建筑材料集团有限公 司 2 5 2 2 5 6 7 9 1 4 7 安徽海螺集团有限责任公 司 9 3 2 4 2 7 4 1 7 5 中国中材集团有限公司 7 3 7 0 8 0 6 2 2 6 北京金 隅集团有 限责任公 司 5 2 7 2 8 0 6 2 8 1 吉林亚泰( 集团) 股份有限公司4 1 9 7 0 5 2 3 8 2 天瑞集 团股份有 限公司 3 0 3 1 5 5 9 4 6 1 沂州集 团有限公 司 2 7 9 3 8 6 8 4 7 4 新疆天业( 集 团) 有限公司 2 4 5 6 3 8 9 4 7 7 冀东发展集团有限责任公司 2 4 4 6 0 8 5 ( 来源： 中国水泥网信 息中心) 】 05 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m