自然干燥状态下粉煤灰蒸压加气混凝土砌块导热系数实验研究.pdf

全 国中文核心期刊 新 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 自然干燥状态下粉煤灰蒸压力 口 号 混凝土liU l I 身热系数实验研夯 黄建恩， 闫加贺， 吕恒林， 冯伟， 张丙利， 周泰 ( 中国矿业大学 力学与建筑工程学 院， 江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ) 摘要： 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的含水率对导热系数有较大的影响， 从而影响到建筑运行能耗和室内热湿环境。自然干燥 状态下砌块的含水率 随时 间不断变化， 通过对 实验 室 自然 干燥状 态下不同时间段的粉 煤灰蒸压加气 混凝土砌块含水率和导热系数 的实验测试 ， 得 出了导热系数、 含水率随静置时 间的变化规律 ， 并运用非线性最小二乘法拟合得 出了导热系数一 含水率函数， 为进一 步研究粉煤灰蒸压加气混凝土砌块 自然干燥状态对建筑能耗和 室内热湿环境的影响提供参考依据 。 关键词： 自然干燥； 粉煤灰； 蒸压加气混凝土； 导热系数； 含水率 中图分类号： T U 5 2 2 3 + 2 ； T U 5 2 2 3 + 5 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 x( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 4 9 0 3 Ex p e r i me n t a l s t u d y o n t h e r m a l c o n d u c t i v i t y o f fl y a s h a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e b l o c k d r y i n g i n n a tur a l e n vir o n m e n t HU A N G J i a n e n ， Y A N J i a h e ， L V He n i n ， F E N G We i ， Z H AN G B i n g l i ， Z HO U T a i ( S c h o o l o f Me c h a n i c s Ci v i l E ng i n e e rin g ， Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g Te c h n o l o g y， Xu z h o u 2 21 1 1 6， J i a n g s u， Ch i n a ) Abs t r ac t ： Mo i s t u r e c o n t e n t o f f l y a s h a u t o c l a v e d c o n c r e t e b l o c k s ( ACB) a f f e c t s n o t o n l y t h e t h e r ma l c o n d u c t i v i t y s e rio u s l y b u t a l s o t h e b u i l di n g o p e r a t i o n al e n e r gy c o n s u mp t i o n a n d i n d o o r t h e rm a l o r h u mi d e n v i r o n me n t Th e mo i s t u r e c o n t e n t o f ACB c h a n g e s wi t h t i me i n n a t u r a l d r y i n g e n v i r o n me n t Th e t h e rm a l c o n d u c t i v i t y a n d mo i s t u r e c o n t e n t o f AC B a r e t e s t e d b y s t a g e s i n e x p e ri me n t n a t u r al e n v i ron me n t Th e n we g e t v a ria t i o n l a ws o f t h e r mal c o n d u c t i v i t y a n d mo i s t u r e wi t h t i me i n t h e n a t u r a l e n v i r o n me n t T h e f u n c t i o n o f fly a s h a u t o c l a v e d c o n c r e t e b l o c k S t h e rm al c o n d u c t i v i t y t o mo i s t u r e c o n t e n t i s f i t t e d b a s e d o n n o n l i n e a r l e a s t s q u a r e me t h o d Th e r e s e a r c h r e s u l t s wi l l p r o v i d e b a s i s a n d r e f e r e n c e f o r s t u d y i n g o n b u i l d i n g e n e r gy c o ns u mp t i o n a n d i n d o o r t h e r ma l o r h u mi d e n v i r o n me n t aff e c t e d b y fly a s h a u t o c l a v e d c o n c r e t e b l o c k s t h e r mal e o n d u c t i v i t y a n d mo i s t u r e c o n t e n t i n n a t u r a l e n v i ron m e nt Ke y wor ds： d ryi n g i n n a t u r al e n v i ron me n t ； fl y a s h； a u t o c l a v e d a e r a t e d c o n c r e t e ； t h e rm al c o n d u c t i v i t y ； mo i s t ur e c o n t e nt O 引言 粉煤灰蒸压加气混凝土砌块( 简称灰加气砌块) 具有质 轻、 保温( 隔热) 、 利废、 抗震、 施工方便等优点， 是目前单一材 料砌筑即可达到国家建筑节能设计标准的墙体自 保温材料之 一 f 。灰加气砌块的含水率及导热系数受初始状态、 施工方 法、 自 然干燥等因素影响而不断变化， 进而影响建筑能耗和室 基 金项 目： 江苏省 六大人才 高峰 ” 资助项 目( 2 0 1 0 一 J Z 一 0 0 6 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4 0 9 作者简介： 黄建恩， 男， 1 9 7 0年生， 山东沂水人， 博士研究生 ， 副教授 ， 主要从事 暖通空调 、 建筑节能教学和研 究工作 。地址 ： 徐 州市大学路 1号中国矿业大学南湖校区力学与建筑工程学院建环系 ， E ma i l ： y h g r e e n1 6 3 e o m 。 内热湿环境质量。在建筑生命周期过程中其外墙的导热系数 是不断变化的圜 ， 因此， 要正确评价建筑的能耗和室内环境质 量需要考虑墙体热工性能的变化，而目 前的建筑能耗计算以 及建筑冷热负荷计算基本没有考虑建筑外墙导热系数变化的 影响 。为适应建筑节能评价的需求， 深入研究建筑材料在 自然干燥状态下热工性能的变化具有十分重要的意义。建筑 材料大多为多孔介质， 而且含有一定的水分， 其热工性能的变 ， 、 化具有一定的复杂性。关于含湿建筑材料的热工性能很多学 者已 进行过相关研究工作， 取得了很多研究成果。但是， 目 前 这些研究主要集中在砌块或材料的失水吸水性能、导热系数 计算以及导热系数与含水率的关系 面5 _ l q 自 然干燥状态 下含水率和导热系数变化规律缺乏深入的研 ，这将影响灰 加气砌块建筑节能评价的科学性。 因此， 研究灰加气砌块在自 然干燥过程的含水率及导热系数变化规律具有重要意义。本 N E W BUI L DI NG M ATE R I AL S 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 黄建恩， 等： 自然干燥状态下粉煤灰蒸压加 气混凝土砌块导热系数 实验研 究 文以徐州地区常见的B 0 6级灰加气砌块为对象， 研究其在实 验室环境下含水率和导热系数变化规律，为进一步研究灰加 气砌块自然干燥对建筑能耗和室内热湿环境的影响提供依据 和参考。 1 实验方案 为研究灰加气砌块在自 然干燥状态下的含水率和导热系 数的变化规律， 试验方案如下： ( 1 ) 将新出厂的灰加气砌块放置在实验室自 然环境中进 行干燥， 按G B 1 1 9 6 8 -2 0 0 6 ( 蒸压加气混凝土砌块 及相关国 家标准的规定制取试件，并测试不同时间段试件的含水率和 导热系数， 得出含水率和导热系数随静置时间的变化规律。 每 隔4 d 测试1 次， 整个实验周期为4 8 d 。 ( 2 ) 对实验室室内干球温度及相对湿度参数进行测试。 2 静置环境测试 2 1 测 试方 法 对灰加气砌块的干燥环境采用间歇性采样监测的方法， 采样时间和测试位置应尽可能的均匀【l l】 。本次测试在实验室 的中间( 1 号) 、 南侧( 2 号) 和北侧( 3号) 分别设置温、 湿度测 试仪表， 每天在5 点、 8 点、 l 2点、 1 6 点、 2 0点、 2 4 点分别采样 记录灰加气砌块静置环境的温湿度。 1 号温湿度测试为D H M 2 型通风干湿表， 温度测量范围一 l 0 4 5 ， 精度0 2 ； 相对湿度测量范围1 0 一 1 0 0 。 2 号温、 湿度测试为圆盘式温、 湿度表， 温度测量范围一 2 0 4 0 ， 测量 精度为 1 ； 相对湿、 度测量范围0 1 0 0 ， 测量精度为 1 。3 号温、 湿度测试为普通干湿球温度计， 温度测量范围一 1 0 - 5 0 q C ， 测量精度0 5 c c ； 相对湿度测量范围0 1 0 0 ， 测量精度为 l 。 2 2 环境实测结果 灰加气砌块在实 验室 静置过程中， 共采 集干球温度、 湿球 温度( 相对湿度) 数据1 8 6 6 组。灰加气砌块静置环境温、 湿度 变化如图1 、 图2 所示。 中19千球温度 22 2 0 1 8 1 6 1 2 l O 8 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 时间 h 图 1 灰加气砌块静置环境下的干球温度变化 5 O 新型建筑材料 2 0 1 2 9 1 0 0 9 O 罡8 O 蓄7 0 葵6 0 5 0 4 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 时间 h 图2 灰加气砌块静置环境下的相对湿度变化 3 含水率变化规律 3 1 试件制备 将出釜 1 0 d的灰加气砌块沿制品膨胀方向中心部分按 上、 中、 下顺序锯取 1 组， 上块上表面距离制品顶面3 0 m m ， 中 块在制品正中处， 下块下表面距离制品底面3 0 m m 。 各试件具 体参数如表 1 所示。 表 1 含水率试验试件参数 3 2 试验过程 试件于2 0 1 0 年 1 0 月7日 加工， 之后放在实验室环境( 如 图1 、 图2 ) 下静置， 并每隔4 d 测试 1 次3 块试件的质量M， 精确至 1 g ； 经过4 8 d 的测试后， 将试件放入电热鼓风干燥箱 内， 在( 6 0 土 5 ) 下保温2 4 h ， 然后在( 8 0 5 ) o C 下保温 2 4 h ， 再 在( 1 0 5 5 )下烘至恒质( ， 并将烘干至恒质的试件放在 电子天平上，分别测量其质量： S - 1 1 试件5 5 7 -3 g ， S - 1 2 试 件5 6 1 5 g ， S - 1 3 试件5 7 0 0 g 。 3 _ 3 实验结果分析 灰加气砌块的含水率变化曲线如图3 所示。 图 3 灰加气砌块的含水率变化曲线 由图3 可见，灰加气砌块在干燥过程中含水率的变化可 分为3 个阶段：在4 8 d 的测试周期中， 0 2 0 d 为静置初始阶 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 黄建恩， 等： 自然干燥状态下粉煤灰蒸压加气混凝土砌块导热系数 实验研 究 段， 试件含水率变化最快； 2 1 2 8 d 为静置过渡阶段， 试件含 水率变化逐渐变得平缓； 2 9 4 8 d 为稳定阶段， 试件含水率变 化较小， 并趋于恒定。 4 导热系数变化规律 4 1 试件制备 导热系数测试试件在灰加气砌块制品中心部分锯取， 试 件长度方向平行于制品的膨胀方向； 试件尺寸为3 0 0 m m x 3 0 0 m m x 3 7 5 m m ， 共制取1 4 个试件。 4 2 实验过程 导热系数试件制取后放置于实验室环境下静置，每4 d 测试1 次试件的导热系数， 同时测量其质量； 试验周期( 4 8 d ) 后， 将试件放入电热鼓风干燥箱内， 在( 6 0 5 ) 下保温 2 4 h ， 然后在( 8 0 5 ) 下保温2 4 h ， 再在( 1 0 5 ：6) 下烘至恒质a 。 同时， 测试在干燥状态下( 含水率0 ) 试件的导热系数。 本实验导热系数的测试采用美国安特公司生产的热物性 参数分析仪( Q u i c k l i n e T M 一 3 0 ) 。Q u i c k l i n e T M 一 3 0 是基于脉 冲式非稳态平面热源法的快速导热系数测试仪，测试时间为 1 0 1 6 m i n ： 适用于不同含水率的建筑材料、 土壤、 岩石等材料 导热系数的测试， 测试精度为5 x X + 0 0 0 1 W ( m K ) 为导热 系数测试值) 。 4 。 3 导热系数随时间的变化规律 在实验室环境下，灰加气砌块导热系数随时间的变化如 图4所示。 = 1龋 最 由 b 图 4 灰加气砌块导热系数变化曲线 从图4 可以看出，灰加气砌块导热系数随静置时间延长 而不断减小， 初始阶段( 0 2 0 d ) ， 灰加气砌块导热系数降低率 最大； 过渡阶段( 2 1 2 8 d ) ， 导热系数降低率随时间变化而不 断降低； 稳定阶段( 2 9 4 8 d ) ， 导热系数基本不变， 趋于恒定， 约为0 1 6 w ， ( m K ) 。 灰加气砌块完全干燥状态下( 含水率0 ) 导热系数为O 1 4 W ( m K ) 。由上述分析可知， 为了保证灰加 气砌块砌筑的墙体能够达到良好的热工性能，新出场的砌块 应至少静置2 8 d ， 并防止雨淋水淹等情况； 上墙砌筑方法宜采 用干法施工。 4 4 导热系数与含湿率函数关系 依据测试的导热系数与含水率， 采用自 行编制的M a t L a b 数值拟合程序( 基于非线性最小二乘曲线拟合法) ， 得到了灰 加气砌块导热系数与含水率的拟合函数， 如式( 1 ) 所示。 A = 0 0 0 2 2 e 擂 + 0 1 4 4 ( 1 ) 式中： A 导热系数， W ( m K ) ； ws 含水率， 。 式( 1 ) 适用于含水率0 3 5 0 的B 0 6 级灰加气砌块。 经导热系数测试实验得到灰加气砌块导热系数一 含水率 实测数据与拟合函数曲线如图5 所示。 = 籁 砸 图 5 灰加气砌块导热系数与含水率的拟合曲线 从图5 可见，灰加气砌块的导热系数随含水率的增加而 增大。灰加气砌块含水率较低时( 0 1 5 ) ， 导热系数基本不 变； 灰加气砌块含水率较高时( 1 5 一 3 5 ) ， 导热系数随含水 率增加变化较大，并且导热系数增幅随含水率增而增大。因 此， 在实际应用过程中， 应尽量将灰加气砌块的含水率控制在 l 5 以下， 使建筑物具有良 好的保温隔热性能。 5 结论 ( 1 ) 灰加气砌块静置干燥过程可分为初始阶段、 过渡阶段 和稳定阶段。 初始阶段随时间增长， 含水率和导热系数降低较 快， 过渡阶段含水率和导热系数随时间变化不断降低， 稳定阶 段含水率和导热系数逐渐趋于恒定。 因此， 从热工性能方面考 虑， 砌块出厂后应至少静置2 8 d ， 并防止雨淋、 水淹， 砌筑方法 宜采用干法施工。 ( 2 ) 灰加气砌块导热系数一 含水率近似成指数函数规律 变 化。 灰 加气砌块的导热系 数随 含水率的增 加而 增大， 含水率 较低时导热系数基本不变；含水率较高时导热系数随含水率 增加变化较大， 并且导热系数增幅随含水率增加而 曾 大。 在实 际应用过程中， 应尽量将灰加气砌块的含水率控制在 1 5 以 下， 使建筑物具有良 好的保温隔热性能 ( 3 ) 本研究结论是在实验室静置环境下得出的， 环境改 变， 含水率和导热系数随时间的变化规律会出现一定的变化， ( 下转第 6 5页) N E W BUI L DI NG MAT E RI AI 5 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 黄微波， 等： 纯聚脲技术用作 自然灾害防御技术的研究 c m喷射混凝土防护， 却被山洪将其冲毁， 露出钢筋， 纯聚脲技 术作为自 然灾害防御技术的优势在此得以体现。 4 结语 自然灾害的种类繁多， 人们采取了不同的方式进行预防， 取得了一定成效。然而其防御方法很难从根本上解决材料的 腐蚀及被水流冲刷、 淘蚀和溶解的问题， 冰雹的破坏、 地震破 坏建筑物造成大量人员伤亡， 以及泥石流所造成的二次灾害。 纯聚脲技术具有力学性能优异、 强耐老化性、 防腐抗渗、 抗冲蚀磨损性和节能环保的特点， 并具有整体无接缝、 连续性 的特点， 能有效地防止水流冲刷、 淘蚀和溶解， 增加结构的稳 定性， 且能承受高能量的冲击。 纯聚脲技术以其优异的性能将 在自 然灾害防御中起着举足轻重的作用。 参考文献 ： 1 】 王飞 基于地 理空间主 体建模的城 市 自然灾 害间接 经济损失评 估 D 上海 ： 上海师范大学 ， 2 0 1 0 【 2 黄微波 喷涂纯聚脲技术 M 北京 ： 化学工业出版社 ， 2 0 0 5 ： 1 - 5 3 】 We i b o H u a n g ， P i n g L v ， J i n g Z h a n g ， e t o 1 P r o p e r t i e s o f al i p h i e p o l y u r e a c o a t e d c o n c r e t e u n d e r s a h f o g e x p o s u r e J 】 A d v a n c e d Ma t e r i a l s Re s e a r c h， 2 01 1 ， 1 6 8 一l 7 O： 1 01 0 1 01 5 f4 】 P i n g L v ， G u o h u a C h e n ， We i b o Hu a n g D e g r a d a t i o n o f p o l y a s p a r t i c p o l y u r e a c o a t i n g u n d e r d i ff e r e n t a c c e l e r a t e d w e h e fi n g t e s t s J ； J o ur n a l o f S i c h u a n U n i v e r s i t y， 2 0 0 7， 3 9( 2 ) ： 9 2 97 5 】 Du d l e y J ， P fi me a u x E v alu a t io n of 印p l i e d t h i c k n e s s for p o l y u r e a t h i c k - fi l m e l a s t o mi c c o a t i n g C L i n i n g S y s t e m s o v e r C o n c r e t e S u b s t r a t e s 2 0 0 9中国 ( 北 京) 首届 喷涂 聚 脲峰 会 论文 集 北 京 ， 2 0 0 9： 1 8 4 1 9 4 f 6 】 马红亮 海工混凝 土纯聚脲 防护涂层性 能研 究 D 青 岛： 青岛理 工大学 ， 2 0 1 1 【 7 李鑫茂 纯聚脲防护涂层耐候老化及耐介质腐蚀性能研究【 D 1 青 岛： 青 岛理工大学， 2 0 1 1 8 李志高 喷涂聚脲在海工混凝土防护中的应用 C 1 2 0 0 9中国 ( 北 京) 首届喷涂聚脲峰会 论文集 北京， 2 0 0 9 ： 3 0 8 3 1 4 9 】 H u a n g We i b o ， L i u X u d o n g ， L u P i n g ， e t a 1 B e i j i n g S h a n g h a i h i s h s p e e d r a i l w a y p o l y u r e a p r o t e c t i o n p r o j e c t J 1 P o l y u r e a t h a n e s Ma g a z i n e ， 2 01 0， 7( 4 )： 2 1 3 21 6 1 O We i b o Hu a n g ， P i n g L v D e p e n d e n c e o f d y n a mi c m e c h a n i c a l p r o p e rty a n d mo r p h o l o g y o f p o l y a s p a rti c e s t e r s b a s e d p o l y u r e a o n c u ri n g t e mp e r a t u r e J P o l y me r Mme fi als S c i e n c e a n d E n g i n e e fin g， 2 0 1 0， 2 6( 3 )： 7 2 - 7 4 1 1 吴世强 黄河三角洲防波堤 ( 孤东海堤) 堤前海域最大冲刷深度 研究【 D 】 青 岛： 中国海洋大学 ， 2 0 0 5 【 1 2 马宝联 波浪与开孔直墙式防波堤的相互作用 D 】 大连： 大连理 工大学， 2 0 0 4 A ( 上接第 5 1 页) 但整体上先快后慢、 最后趋稳的变化规律是相同的， 为进一步 分析自 然干燥对建筑运行能耗以及室内热湿环境的影响提供 了一定的参考依据。 参考文献： 张敬堂 ， 周 卫国 蒸压加 气混凝 土砌块 含水 率对 节能设计的影响 叨 墙材革新与建筑节能， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 3 3 3 4 2 孔凡 红， 郑 茂余 ， 韩宗伟， 等 新建建筑围护结构热质传递对建筑 能耗的影响【 J J 暖通空调， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 6 - 9 3 】 陆耀庆 实用供热 空调设计手册 M 2版 北 京： 中 国建筑 工业 出 版社， 2 0 0 8 【 4 】 陆亚俊 ， 马最 良， 邹平华 暖通 空iN M 2版 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 7 5 1 王补宣， 王仁 含湿建筑材料的导热系数 J 工程热物理学报， 1 9 8 3( 5 ) ： 1 4 6 1 5 1 6 尚建丽， 王秀芬 加气混凝土砌块等Nq t 性质的试验研究 J 】 新 型建筑材料 ， 2 0 0 5( 4 ) ： 2 5 - 2 7 【 7 王秀芬 加气混凝土表面吸放湿性质 的试验研究 J 】 新型建筑材 料 ， 2 0 0 6 ( 9 ) ： 2 4 2 5 8 】 徐婷婷， 詹树林 含湿多孔建材有效导热系数的理论推算 J 低温 建筑技术 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 1 1 9 1 2 0 【 9 赵成文， 张威加气混凝土砌块失水和吸水性能的试验研究们 砖 瓦， 2 0 0 9( 1 1 ) ： 3 3 3 7 1 0 】 孙无 二 建筑材料导热系数 的回归计算f J 低温建筑 技术 ， 1 9 9 4 ( 3 ) ： l 6 1 8 1 1 迟长涛 ， 黄浩华 ， 陈朝 东 空气监测技术 问答 MI 北京： 化学工业 出版社， 2 0 0 6 A N E W B UI L D I NG MA T E R I AL S 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m