建筑垃圾再生自保温砌块热工性能研究

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

　　摘要：选取多排孔建筑垃圾再生自保温砌块模型，针对建筑垃圾自保温砌块孔洞排列方式对再生自保温砌块传热系数的影响进行研究、分析，提出再生自保温砌块设计应注意的问题。

　　关键词：再生自保温砌块;建筑节能;设计

　　Abstract: Select multi hole regeneration thermal-insulating blocks construction waste from the model, in view of the construction waste from thermal-insulating blocks holes arrangement of recycled from thermal-insulating blocks the effect of heat transfer coefficient of research, analysis, and put forward the regeneration thermal-insulating blocks design problems should be paid attention.

　　Key Words: renewable thermal-insulating blocks; building energy efficiency; design

　　中图分类号： R124.3 文献标识码：A 文章编号：

　　一、引言

　　目前我国墙体节能保温体系分为外墙外保温、外墙内保温和外墙自保温体系。其中外墙内保温存在冷(热)桥和二次装修问题;外墙外保温具有工序多、造价高、效果差、寿命短的弊端;而墙体自保温体系具有安全性高，与建筑物同使用寿命等优点，已成为夏热冬冷地区建筑外墙节能推广技术。利用建筑垃圾生产再生自保温砌块是实现上述地区墙体自保温体系的改革，为该地区墙体自保温体系推广实施提供可靠的技术支持。

　　以建筑垃圾中的砂浆块、废混凝土块、碎砖、墙砖块等为原料，经破碎筛分分级，生产再生粗集料，利用再生粗集料生产再生自保温砌块技术的开发研究，加快提升我国建筑垃圾综合应用，促进夏热冬冷地区自保温墙体材料的研发推广应用，实现建筑节能50%的目标[1-2]提供必要的技术支持，具有十分显著的经济效益、社会效益及环境效益。

　　二、研究思路

　　北方寒冷地区以保暖为主，采用外墙外保温体系可以取得很好的效果;夏热冬冷地区应以隔热为主。我省居住建筑实现节能50%目标，节能技术选择必须与气候条件相适应。墙体自保温体系全寿命周期经济合理，外墙周边热桥处理后易达到节能要求。因此，夏热冬冷地区应重点开发研制和推广应用墙体自保温系统节能技术，而实现墙体自保温技术的关键是取决于自保温砌块热工性能指标。

　　本文以夏热冬冷地区最常见的240 mm×240 mm×90 mm 规格砌块为例进行研究。对于常见的空心砌块，矩形孔的平均传热系数最小，正方形孔次之，圆形孔最大[4]，所以在采用矩形孔的前提下，选取典型的多排孔空心砌块进行研究。提高建筑垃圾再生自保温砌块热工性能可采取以下4个途径：(1)加大砌块厚度，采用多排孔;(2)填充高效保温材料组成复合砌体;(3)组砌复合砌体[5-7];(4)调整砌块再生集料组成成分。但对于夏热冬冷地区，建筑墙体厚度基本限定在240mm 左右，加厚砌块尺寸和组砌复合砌体基本很难实现，填充高效保温材料、采用多排孔、调整砌块再生集料成分是可取的方法。近年来关于夏热冬冷地区自保温砌块研究和实践的成果表明，提高砌块材料自身的热工性能和设计良好的孔型尺寸对砌块的节能性能是关键。因此，本文从孔排列方式、砌块自身材料入手，对砌块热工性能进行定量分析，得出建筑垃圾再生自保温砌块热工设计的一般规律和设计重点。

　　本文选取的砌块模型

　　(1)再生集料导热系数

　　导热系数是建筑材料固有的热物理性质，建筑材料的导热系数越低，对建筑保温隔热越有利。所以，在建筑垃圾再生自保温砌块设计时，应尽量使用导热系数低的再生集料。经过模拟计算得出了建筑垃圾再生集料对再生砌块传热系数的影响。从图2可以看出，由于再生集料导热系数的不同，其传热系数差异显著。再生水泥碎砖砂浆比再生水泥砂浆的导热系数平均低21%，而其相对应的再生砌块传热系数平均低9%;但再生水泥碎砖砂浆比再生混凝土导热系数平均低45%，而其对应的再生砌块传热系数平均仅低19%。这就说明再生砌块的再生集料自身导热系数的降低与其对应的再生砌块传热系数减小有关。建筑垃圾再生自保温砌块设计时，在满足强度设计情况下，首选再生碎砖集料、再选再生砂浆集料，不但经济而且可降低再生砌块传热系数。

　　(2)孔洞排数

　　增加再生自保温砌块的孔洞排数实际上等效将隔热材料均匀分布于砌块内，从而达到降低自保温砌块材料的平均导热系数，进而改善自保温砌块保温性能的目的。研究表明，当砌块孔洞中间不填充保温材料(即填充空气)时，孔洞的排数对砌块传热系数的影响较大，平均每增加1排孔，传热系数降低10%～15%;但大于5排孔后，增加孔洞排数对保温性能无明显改善[2-3]。因此，本文以5排空砌块设计进行热工性能研究、分析。

　　(3)孔洞排列方式

　　砌块孔洞的排列方式对传热系数有一定影响，砌块孔洞排列方式有顺排和交叉排两种，研究表明，孔洞排数越多，采用叉排方式的优越性越明显，5排孔时，叉排方式的砌块比顺排方式的砌块传热系数平均要低15%左右。

　　砌块孔洞采用顺排方式时，横向热流路径短，热阻小传热系数大，采用叉排方式时，可以延长砌块内部横向热流路径，从而增大热阻，降低传热系数。

　　(4)实验结果分析

　　本文采用图1模型砌块，砌块配合见表2，试验结果见表3。

　　表2 建筑垃圾再生自保温砌块配合比(kg)

　　水泥再生混凝土集料再生水泥砂浆集料再生碎砖集料水

　　注：再生集料采用PE60X100型颚式破碎机破碎、筛分后得到的再生集料(粒径≤5mm)

　　试验结果与模拟结果基本一致，再次验证了利用建筑垃圾生产自保温砌块的可行性。根据试验结果和模拟分析可知，利用建筑垃圾再生集料，采用合理的自保温砌块模型，优化建筑垃圾再生砌块配合比设计，不仅能够满足墙体强度要求，而且还能改变墙体传热系数，满足夏热冬冷地区墙体自保温热工要求，具有广泛的社会效益和经济效益，符合再生资源开发利用。

　　四、结论

　　(1)建筑垃圾再生自保温砌块再生集料成分及孔洞填充材料、孔洞排数及排列方式是影响建筑垃圾再生自保温砌块传热系数的主要因素，在综合考虑这些因素的基础上合理进行再生自保温砌块设计。

　　(2)当建筑垃圾再生自保温砌块孔洞无填充物时，再生自保温砌块设计时应首要考虑孔洞排数及排列方式设计、孔洞排数及排列方式是影响建筑垃圾再生自保温砌块传热系数关键因素。

　　(3)当建筑垃圾再生自保温砌块孔洞排数及排列方式一定时，再生自保温砌块设计时应首要考虑再生砌块配合比设计、再生集料成分及填充物是影响建筑垃圾再生自保温砌块传热系数主要因素。

　　(4)就现阶段研究结果和外墙自保温体系工程应用效果看，建筑垃圾再生自保温砌块设计时，宜采用5排孔以上高效节能保温砌块。

　　(5)建筑垃圾再生自保温砌块宜采用240 mm×240 mm×190 mm，5排孔洞叉排的方式，不仅有助于砌筑，而且有助于建筑垃圾再生自保温砌块传热系数的降低，提高自保温墙体热工性能。

　　参考文献

　　[1] JGJ134—2001，夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].

　　[2] GB50189—2005，公共建筑节能设计标准[S].

　　[3] 胡达明. 夏热冬暖地区建筑自保温砌块的热工设计研究及建议[J].

　　新型建筑材料，2011(2)：24-34.

　　[4] 胡达明.夏热冬暖地区外保温复合墙体热工性能指标探讨[J].

　　新型建筑材料，2007(1)：35-37.

　　[5] 王沁芳，王智，张朝辉.轻集料混凝土空心砌块热工性能及其改善措施[J].

　　新型建筑材料，2006(6)：58-60.

　　[6] 夏赟，宋志晨，赵旸.关于影响砌块节能效果的因素分析[J].

　　低温建筑技术，2005(3)：95-96.

　　项目简介：浙江省大学生科研创新团队资助项目(2011R417008);

　　嘉兴市科技项目(2010AY1023).

　　作者简介：沈利海，嘉兴学院土木工程专业;雷红，嘉兴学院土木工程专业

　　娄康乐，嘉兴学院，副教授，国家一级注册建造师、国家注册造价工程师。

　　(责任编辑 于 静)