加气混凝土砌块在建筑节能中的应用

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1、加气混凝土砌块在建筑节能中的应用第一章、绪论1研究背景在我国的传统建筑中，主要使用的是烧结粘土砖，这种砖主要以 粘土为主要原料，经配料、制胚、干燥、焙烧而成。这种砖具有取材 方便，造价低廉等优点。但其生产能耗高，对耕地破坏严重，抗震性 能差。在城市全球化和全球城市化的进程中，特别是在我国当前正在 推行资源节约型、环境友好型社会建设中，烧结粘土砖已经无法适应 时代的发展。另一方面，随着我国能源问题的日益突出，国家对建筑节能越来 越重视。目前建筑耗能己与工业耗能、交通耗能并列为我国能源消耗 的三大“耗能大户”。尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和 居住舒适度的提高，呈急剧上扬趋势。建筑能耗（包

2、括建造能耗、生活 能耗、采暖空调等）约占全社会总能耗的30%,其中最主要的是采暖和 空调，占到20%,约为.26亿吨标准煤。为此，我国已经公布实施了一些相关的法律规范来约束：民用 建筑工程节能质量监督管理办法民用建筑节能条例民用建筑 节能工程质量监督工作导则。关于进一步推进墙体材料革新和推 广节能建筑的通知中也明确规定：城市建筑中禁止实心粘土砖的生 产与使用；到2011年初，要将实心粘土砖在全国范围内的使用量控 制在4000亿块/年以下；而且，要积极推广新型墙体材料的使用，将 其在墙材中的使用比重提高到55%以上，在建筑中的使用比例要达 到65%以上，建筑节能要达到65%的标准。2008年国家

3、颁布并实施 了民用建筑节能条例，积极鼓励并拓展民用建筑物的节能途径。12.加气混凝土砌块技术的出现与应用蒸压加气混凝土砌块（简称加气混凝土砌块），代号ABC，是 以钙质材料（水泥、石灰）和硅质材料（砂、矿渣、粉煤灰）为基本 原料，经过磨细，并以铝粉为发气剂，按一定比例配合，再经过料浆 浇筑、发气成型、胚体切割和蒸压养护等工艺制成的一种轻质，多孔 的建筑材料2.具有轻质多孔、保温隔热、防火性能良好、可钉、可 锯、可刨和具有一定抗震能力等优点。我国是生产和应用蒸压加气混凝土较早的国家之一。早在19世 纪30年代，上海已设厂生产加气混凝土砌块。1976年起，由于墙体材 料改革的需要，加气混凝土工业在

4、全国迅速发展，然而其推广和应用却 面临着较多困难。进入新世纪，为适应国家的技术经济、墙体改革、 保温节能政策要求,迫切需要研究出一种自重轻、受力和抗震性能好、 造价低、保温隔热隔音效果好且施工方法简单的新型墙材以取代粘土 砖墙材。而加气混凝土砌块的性能恰恰适合这一要求，自此，加气混凝 土砌块作为一种轻质建筑材料,在工程建设得到了广泛的重视和应 用。3本文主要研究的内容（1）研究探讨了加气混凝土砌块的组成，结构与性能之间的联系。（2）通过对加气混凝土砌块自保温墙体体系的特性研究，说明其在建筑节能方面的应用与发展。第二章、加气混凝土砌块的形成机理及特性研究2.1加气混凝土砌块的主要原材料的特性与分

5、析加气混凝土砌块主要原材料包括胶结材料，含硅质原料，发气材 料，外加剂和水。2.1.1胶结材料（1）水泥砂加气混凝土生产过程中，水泥的作用不只是提供强度，更重 要的是保证生产初期阶段的绕注稳定性、述体硬化速度，并对后期蒸 压过程中的反应起着相当大的作用。（2）生石灰石灰石经过高温煅烧（9001100C）碳酸分解生成生石灰。生 石灰在砂加气混凝土生产过程中的主要主要有：（1）、遇水消解放 出热量（加速培粉与水反应放出氧气，形成具有多孔结构的还体。（2）、 在蒸压条件下，生石灰与桂质材料中的二氧化桂反应生成水化产物， 使还体硬化产生强度。（3）、生石灰的初期溶解度大，有利于促进 料楽的稠化和还体的

6、硬化，提高砌块的强度。2.1.2含硅质原料生产蒸压加气混凝土的主要原料是含硅质原料、含石灰质材料 以及铝粉。硅石、粉煤灰、矿渣和页岩等等都是含硅质材料，选择时 应选用其主要成分含有大量的的那一种材料。2.1.3发气剂发气剂有金属发气剂和非金属发气剂，金属发气剂主要包括铝、 锌、镁等等，非金属发气剂包括有双氧水、碳化钙等等。铝粉是目前 最成熟的在生产中应用得最广泛的发气剂，其作用就是在混合搅拌条 件下与料浆中的发生化学反应从而放出氢气，料浆在出气的过程中就 会形成很多细小而均匀幵口和闭口孔隙，使得蒸压加气混凝土形成良 好的气孔结构。2.1.4活性激发剂一种能够激发工业废渣里面的活性物质，让其发生

7、化学反应的 复合剂。粉煤灰、炉渣等工业废渣里面含有大量的SiO2和AI2O3这 些活性物质，但它们以“玻璃体”惰性状态存在，通过激发的化学方 法，让其发生化学反应，产生粘结性，可大大降低水泥用量提高其利 用率。2.2加气混凝土的化学反应机理2.2.1蒸压养护前的反应机理制品在养护前，在搅拌机中放放含硅质料浆、石灰质原料、铝粉、 水及外加活性激发剂，在对原料的混合搅拌过程中，加气混凝土就发 生了化学反应，石灰质原料主要是生石灰中的会立即和水发生水化作 用，同时锡粉也在饱和消石灰溶液中发生化学反应产生 氧气，氧气从料浆中放出从而引起发气。生石灰与水发生的化学反应：CaO+H2O=Ca(OH)2+Q

8、(热量)在碱性条件下，铝粉在料浆中发生的化学反应：2AI+6H2O=2AI(OH)3+3H22AI+3Ca(OH)2+6H2O=3CaO AI2O3+3H2铝放置在空气中，很容易被氧化形成致密的氧化膜，阻碍铝的进 一步反应氧化，但是在酸性或者碱性环境下，氧化铝能够与酸或碱反 应，生成新的化合物从而破坏保护层。加气混凝土料浆是呈强碱性， 在水的作用下，它会首先发生下列反应：AI2O3+2NaOH=2NaAIO2+H2OAI(OH)3+NaOH=NaAIO2+2H2O不难看出，铝粉的主要作用就是在料浆中进行化学反应放出气 体，在料浆屮形成很多细小而且均匀的开口和闭口孔隙，从而使得砌 块内部形成多孔

9、结构，气孔在砌块材料内部会形成静空气层，从而实 现其轻质保温隔热目的。生石灰的主要成分包括两部分：一部分是非活性的，另一部分是 活性的，也就是从碳酸中分解出来的，可以与与氧化硅发生反应的， 呈游离状态的一氧化钙，它的有效成分叫做活性一氧化钙，也称之为 有效一氧化钙。蒸压砂加气混凝土在生产过程中，生石灰的主要作用 体现下面几个方面(1) 生石灰的主要作用是提供有效一氧化钙在水热条件下，促 使它与硅质材料中的三氧化二铝、二氧化硅发生化学反应，生成水化 铝酸钙和水化硅酸从而保证蒸压加气混凝土制品获得足够强度。(2) 生石灰能提高蒸压砂加气混凝土料浆的PH值，即增加其碱 度，为铝粉发气提供条件，促使铝

10、粉顺利进行发气反应。(3) 生石灰水化时，可以放出大量的热量，能提供有效的热量。 生石灰的这种迅速大量放热功能，为蒸压加气混凝土料浆提供了需要 的有效热源，使砌块述体在硬化阶段，使其配料快速升温到85C左 右，加速剩余水分的蒸发，促使砌块还体得到进一步的凝结硬化。2.2.2蒸压养护阶段的化学反应机理在蒸压釜中，加气混凝土在高温高压条件下会发生水热反应，这 种反应是固体之间或固体和胶凝物质之间发生的表面反应。硅质原料 与生石灰的水热反应如下：生石灰与硅石的水热反应：在约10个大气压，1800C的条件下，消石灰Ca(0H)2和硅石SiO2 按下式开始反应：7C+4S+nHC7 S4 Hn式中一 C

11、:CaO S:SiO2 H:H20生石灰首先与硅石的表面发生反应，生成含有石灰成分比较多的 水化硅酸钙，水化硅酸钙然后再和它内部还没有反应的硅石发生化学 反应，继而生成含较少石灰成分的水化硅酸钙。其反应过程如下：7C7 S4 Hn+8S7C5 S4 HnC5 S4 Hn+S5CSHn4CSHn+SC4S5Hn然后，由很多非特定且含有大量结晶水的水化硅酸钙，最后生成 高强度的“托勃莫来石”晶体。C4S5HnC4S5H5第三章、加气混凝土砌块自保温墙体的理论探究3.1墙体自保温体系简介墙体自保温系统是指按照一定的建筑构造，采用节能型墙体材料 及配套专用砂浆使墙体热工性能等物理性能指标符合相应标准的

12、建 筑墙体保温隔热系统。目前，在建筑中常使用的外墙保温主要有外墙 外保温体系、外墙内保温体系、外墙自保温体系三种技术。3.1.1外墙外保温体系简介外墙外保温是一种把保温层放置在主体墙材外面的保温做法，因 其可以减少点影响，同时保护主体墙材不受多大的温度变形应力，是 目前应用最广泛的保温做法，也是目前国家大力倡导的保温做法。塑却躬瓏就拴抗裂股聚I棗也型水航子離料酎琨球纤沌哄轉蜿親賊第I游捜弑I磔騒舉玉梅3.1.2外墙内保温体系简介外墙内保温体系也是一种传统的保温方式，与外墙外保温体系的做法基本相同，所不同的是把保温隔热材料设置在墙体的内侧，其常用 的保温隔热材料有聚苯乙烯板、岩棉板、水泥膨胀珍珠

13、岩板、充气石 膏板或保温砂浆等。目前在欧洲一些国家应用较多，它本身做法简单， 造价较低，但由于一定程度地存在着结构冷热桥的问题，并且内保温 体系容易破坏，影响室内空间，近年来在我国的应用有所减少。3.1.3外墙自保温体系简介墙体自保温体系指的是以单一墙体材料即能满足现有节能要求 的外墙保温体系，保温材料即墙体材料本身，通常采用的外墙内保温材 料有以下几种加气混凝土砌块、轻集料混凝土小型砌块、多孔砖、复 合墙板等，这种内保温体系是当前我国在建设两型社会进程中重点研 究和推广的一种节能保温墙体。由于受热工性能、土地资源、能源资 源以及环境保护等多方面条件的限制，目前大力提倡使用的外墙内保 温系的墙

14、体材料是一种集保温隔热及结构安全需要于一体的新型墙 体材料一加气混凝土砌块。外墙自保温体系的优点一是采用轻质多孔材料，工程造价低。二 是可缩短工期，增加建筑物的使用面积。其不足主要体现在外墙自保 温体系采有的砌体材料强度相对较低，加上与外饰面材料收缩率不相 同,在使用的过程中容易出现面层起鼓或墙体开裂的现象。3.2加气混凝土自保温墙体特点及性能加气混凝土砌块自保温系统是将砂加气混凝土砌块直接用于结 构外墙而成为自保温体系，具有质量轻、保温隔热隔声性能优良、防 火性能好、表面坚固、抗冲击性能好、方便施工和外饰面宜于处理等 优点。该体系由内侧和外侧两部分组成，外侧结构为加气混凝土墙体 防水界面剂、

15、粉刷层(局部增添耐碱玻纤网格布)和饰面层：内侧结 构为批嵌层(局部增添耐碱玻纤网格布)和饰面层3.2.1加气混凝土砌块的物理及力学性能简介(1) 孔隙率高,密度小。加气混凝土在生产过程中由于化学反应产生 氢气造成的气孔及干燥过程中由于水分蒸发留下的毛细孔约占加气 混凝土总体积的40%70%。由于大量孔隙的存在，致使大量空气进入 混凝土内,大大降低了材料的密度,一般加气混凝土的密度 400800kg/m3,大约是普通混凝土的20%,粘土砖的30%。(2) 隔音性好。由于砂加气混凝土的内部结构是含有大量的气孔和 微孔结构,经过对100mm、150mm、200mm厚表面未粉刷的加气混凝 土墙体进行声

16、学实验测定，平均隔声量分别为36db、43db、47db,说明 加气混凝土墙体具有良好的隔音性能。(3) 强度能够满足结构要求。由于砂加气混凝土孔隙率大、容重轻 因而也降低了加气混凝土的强度。然而，由于砂加气混凝土块体尺寸 较大,砌块尺寸精确,制品匀质性较好，加气混凝土砌体强度约为立方 强度的70%80%,所以加气混凝土在砌体中的强度利用系数较高。能 够满足结构对材料强度的要求(4) 耐火性优良，保温隔热性能好。加气混凝土属不燃材料，具有优良 的耐火性,在受热至80100C及以上时会出现收缩和裂缝，但是在 70C以前不会损失强度,结构完全具有必要的强度和安全性，并且加气 混凝土墙体在高温下不会

17、产生对人体有害气体,是一种安全的防火材 料。同时，通过热工实验表明，同体积的加气混凝土的导热性能仅为普 通混凝土的1/7,为粘土实心砖砌体的1/4,具有良好的保温隔热性能。(5) 良好的可加工性，砌筑方便。加气混凝土中由于没有粗骨料、质 又轻,因此可容易实现钻孔、钉接、切割、刨平、雕镂等加工作业。 同时，一块砂加气混凝土砌块相当于块红砖，在砌筑的过程中,方便快 捷，并能降低劳动力成本。(6) 优良的抗渗性。由于加气混凝土砌块内部多孔是封闭、独立球 状结构，渗水有先快后慢的特点，因此，砂加气混凝土砌筑的外墙，具有 优良的抗渗透性，特别适用于南方多雨季节的建筑结构。3.2.2加气混凝土砌块作为建筑

18、外墙在建筑节能方面的优势(1) 生产过程环保，节能节土。加气混凝土砌块是充分利用工业废物、建筑固体废弃物和生活废 品为主要原料而进行生产的，制备的原材料较为丰富，以其替代粘上砖, 还可以有效的保护耕地,利用工业废渣，并且加气混凝土砌块的生产工 艺流程是采用废水、废气、废渣余热综合利用的可闭式良性循环的工 厂化模式，过程中完全没有污染和危险废物产生，不会污染环境，从整 体上达到了节水、节电、节能、节材的目的。同时，自保温体系其使 用命与建筑物寿命相同，成本回收期限长,显得更为经济合理。(2) 有效降低建造过程的工期及费用砂加气混凝土产品为无机材料,主要原材料均为硅酸盐材质，具有 良好的化学稳定性

19、，使用寿命和混凝土相当，所采用的配套辅助材料也 都是水泥基类的无机材料,因而,整个系统的耐久性良好，日常维护也 简单、经济。同时，砂加气混凝土砌块孔隙率高、密度小，可有效减轻 墙体荷载、降低建筑结构的造价费。另外，砂加气自保温系统只需要 单一的墙体就可以满足保温节能的要求,不需要在墙体外面另外再施 加保温隔热层，节约了外保温隔热层的材料和人工费用。(3) 作为建筑外墙具有优良的保温隔热效果由于加气混凝土具有多孔结构，其导热系数仅为0.15W/m3,同体 积的加气混凝土的导热性能仅为普通混凝土的1/7,为粘土实心砖砌 体的1/4,具有良好的保温隔热性能。适用于北方寒冷地区冬季房屋节 能工程中。节

20、省冬季房屋因保暖所消耗的大量化石，电力资源，在一 定程度上也减少了对大气环境的污染。第五章结论与展望5.1结论本文通过对加气混凝土砌块的形成机理及物理特性的研究，说明 了其在建筑外墙自保温体系中的作用以及在建筑物节能方面的优势， 主要有以下几点：1总结了在我国目前面临的能源问题并指出了建筑节能在节约能源 资源方面的重要意义2探究了加气混凝土的形成机理以及其砌体的特性，分析了加气混凝 土砌块的强度、隔音、保温、耐火、抗渗等方面的性能。3指出了加气混凝土作为建筑外墙体系的优势与应用。它可以有效降 低建造过程以及建筑物使用过程中产生的能耗，做到建筑节能环保。5.2展望自保温砌块作为节能与结构一体化结

21、构体系的主要墙体材料，在 我国节能建筑中将会得到广泛应用。尽管己取得显著进展，但许多技 术问题尚有待完善，需要继续研究.1砌块签材和高效坡充保温材料的优选与研发基材热工性能直接决定自保温砌块的保温效果。在保证砌块物理 力学性能的前提下，应优选导热系数低的混凝土及其原材料。自保温 砌块应注重各种固体废弃物的利用。包括建筑垃圾、工业尾矿、粉煤 灰、炉渣、矿渣等。研制保温性能和耐久性好、性价比高、填充方便 的高效填充保温材料，注重利用工农业废弃物。2自保温砌块专用生产装备的研制自保温砌块品种繁多，结构多样。若没有专用生产装备，生产效率 很低,影响企业经济效益,必须加快研制专用生产设备。例如在线填充 高效保温材料自保温砌块成型机、在线复合高效保温材料的复合结构 保温砌块成型机等。3自保温砌块专用保温砌筑砂浆的研究由墙体砌筑材料砌筑而成的墙体，其保温性能主要取决于砌筑材 料的热工性能，砌筑砂浆热工性能也是非常重要的因素，尤其是砌筑砂 浆导热系数和灰缝宽度。因此必须提高砌筑砂浆的保温性能，研制专 用保温型砌筑砂浆。