王 錚 梁 杰 張小周 方光秀

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

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·建筑材料及應(yīng)用·

新型再生復(fù)合節(jié)能材料的承重砌塊試驗(yàn)研究★

王 錚 梁 杰 張小周 方光秀*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

通過試驗(yàn)，研制出一種再生復(fù)合材料保溫混凝土承重砌塊，并對混凝土砌塊的力學(xué)性能進(jìn)行了測試，試驗(yàn)得出各部分的性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，最后指出該保溫砌塊具有抗壓強(qiáng)度優(yōu)良、導(dǎo)熱性能良好、造價(jià)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種適用于北方寒冷地區(qū)的保溫墻體材料。

再生骨料，混凝土空心砌塊，力學(xué)性能，導(dǎo)熱系數(shù)

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，建筑對于節(jié)能的要求持續(xù)增加，外墻保溫結(jié)構(gòu)的節(jié)能在建筑節(jié)能中占了很大的比重，尤其是墻體材料的選用更是在當(dāng)前形勢下需要著重考慮的。目前，我國的外墻保溫系統(tǒng)存在施工工藝不過關(guān)、穩(wěn)定性和耐熱性不足等缺陷。因此，極力開發(fā)與推廣應(yīng)用自保溫墻體材料構(gòu)造設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，達(dá)到圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能、保溫的效果是當(dāng)務(wù)之急。建筑垃圾日益增多，而通過處理加工成再生骨料并加以循環(huán)利用成再生骨料混凝土，可減輕環(huán)境負(fù)荷，同時(shí)符合可持續(xù)發(fā)展要求。因此，以再生骨料為原料，通過科學(xué)的配比和排孔設(shè)計(jì)，并加入硅酸鹽水泥、天然砂石、水以及其他添加劑等材料，配制承重再生骨料復(fù)合節(jié)能混凝土砌塊是一項(xiàng)重要課題。

國內(nèi)的專家、學(xué)者對再生骨料混凝土砌塊做了大量試驗(yàn)研究，并得到了重要成果。如：雍玉鯉等[1]對砌塊空氣層的形狀和厚度進(jìn)行研究，并提出砌塊孔型為矩形且空氣層厚度達(dá)到40 mm以上時(shí)導(dǎo)熱性能最優(yōu)，同時(shí)提出砌塊孔洞行列數(shù)越多，砌塊的平均傳熱系數(shù)越小、保溫效果越好；謝靜靜[2]通過對玻化微珠保溫材料試驗(yàn)，得出在再生混凝土保溫砌塊中其摻量越大，導(dǎo)熱系數(shù)越低的結(jié)論；卓玲等[3]將再生骨料取代率提高至85%，按照砌塊等級(jí)MU5.0進(jìn)行了配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本文在分析有關(guān)再生骨料混凝土砌塊的研究成果[4]基礎(chǔ)上，自主優(yōu)化設(shè)計(jì)出一組導(dǎo)熱性能優(yōu)良的以?；⒅闈{作為填充材料的空氣層孔型為矩形、強(qiáng)度為MU7.5的再生復(fù)合節(jié)能材料混凝土承重砌塊，同時(shí)經(jīng)過28 d的養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)得出該新型再生復(fù)合節(jié)能材料承重砌塊的抗壓強(qiáng)度，并提出最優(yōu)配合比。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1)水泥：P.O42.5普通硅酸鹽水泥，產(chǎn)地為吉林省磐石市冀東水泥磐石有限責(zé)任公司；2)天然粗骨料：粒徑為5 mm～10 mm的延吉市礫石；3)天然細(xì)骨料：粒徑為5 mm以下的延吉市河砂；4)再生粗、細(xì)骨料：來自延吉市施工現(xiàn)場的廢棄混凝土試塊，經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎后進(jìn)行篩分。本試驗(yàn)采用再生細(xì)骨料的粒徑范圍為5 mm 以下，再生粗骨料粒徑范圍為5 mm～10 mm；5)?；⒅椋狠p質(zhì)保溫材料，產(chǎn)自凌海市龍巖建材廠；6)膠粉：廊坊康特化工生產(chǎn)的KT-03聚苯顆粒保溫砂漿專用膠粉；7)水：延吉市自來水。

1.2 試件制作

本文共進(jìn)行三種形式的試件制作，分別是：1)尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的再生骨料混凝土試塊9塊，坍落度為0；2)尺寸為300 mm×300 mm×30 mm玻化微珠試件6塊；3)根據(jù)《普通混凝土小型空心砌塊》[5]《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]等規(guī)范，選定砌塊的尺寸為390 mm×190 mm×190 mm的再生復(fù)合材料混凝土砌塊6塊。

1.3 再生復(fù)合承重混凝土砌塊設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)研究[1]確定再生復(fù)合材料混凝土砌塊肋寬為30 mm，并按照文獻(xiàn)研究[7]所提到的當(dāng)空氣層厚度大于40 mm時(shí)熱阻變化趨勢漸弱的結(jié)論，把空氣層的厚度定為50 mm厚，同時(shí)為了砌塊間的咬合力更強(qiáng)而設(shè)計(jì)出新的塊型，其空心率為41%。具體尺寸如圖1所示。

2 再生復(fù)合承重砌塊配合比設(shè)計(jì)與強(qiáng)度

2.1 再生復(fù)合承重混凝土的配合比設(shè)計(jì)

強(qiáng)度為MU7.5的再生復(fù)合材料承重砌塊的配合比設(shè)計(jì)時(shí)，按照表1中所示普通混凝土配合比公式分別計(jì)算各材料的用量，單位用水量取140 kg/m3[3]。

表1 普通混凝土配合比計(jì)算公式

1)混凝土28 d抗壓強(qiáng)度。

由式(1)得：

fb=7.5/(0.957 7-1.129×0.41)=15.16 MPa。

其中，fb為配制混凝土空心砌塊的混凝土28 d抗壓強(qiáng)度，MPa；fk為混凝土空心砌塊設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)；E為空心砌塊空心率，為0.41。

2)混凝土空心砌塊的配制強(qiáng)度。

fh由式(2)得：

fh=15.16×1.20×1.00×1.02×1.0/(1-0.41)+6.6=38.05 MPa。

其中，D為成型工藝系數(shù)(振動(dòng)不加壓型時(shí)D=1.20)；H為養(yǎng)護(hù)條件系數(shù)(蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)H=1.00)；M為空心率影響強(qiáng)度的調(diào)整系數(shù)(取1.02)；K為體型系數(shù)(取1.0)。

3)用水量。固定為140 kg[3]。

4)混凝土空心砌塊水泥用量。

按照式(4)得：

mco=(0.106×45+38.05)×140/23.85=251.35 kg。

其中，fce，g為水泥強(qiáng)度等級(jí)；mwo為單位用水量。

5)水灰比。

按照式(5)得：

W/C=140/251.35=0.56。

6)混凝土空心砌塊砂率。

由式(6)得：

βs=0.255+0.3×0.56-0.01×31/2=0.41。

其中，Dm為粗骨料的最大粒徑，mm。

7)混凝土空心砌塊粗細(xì)骨料用量。

按照式(7)分別計(jì)算得出：

ms=454.55 kg；mg=654.1 kg。

按照再生粗骨料取代率為90%、再生細(xì)骨料取代率為50%配制混凝土。因此，再生粗骨料用量為588.7 kg/m3，再生細(xì)骨料用量為246.3 kg/m3。綜上，再生復(fù)合節(jié)能承重混凝土空心砌塊的理論配合比為:mco∶mwo∶ms∶mg=1∶0.56∶1.81∶2.60。

2.2 再生復(fù)合承重混凝土試塊強(qiáng)度

按照150 mm×150 mm×150 mm的試模制作混凝土試塊，按照3 d，7 d，28 d的養(yǎng)護(hù)期，測試混凝土的抗壓強(qiáng)度。其混凝土強(qiáng)度值和相關(guān)齡期的關(guān)系，如圖2所示。

由圖2可知，經(jīng)過28 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，最終混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到16.68 MPa，達(dá)到并超過理論計(jì)算值。

3 ?；⒅闈{配合比的設(shè)計(jì)與試件制備

?；⒅槭且环N輕質(zhì)保溫材料，用來填充空心砌塊的空氣層，使砌塊具有更好的自保溫性能，同時(shí)保證輕便的特點(diǎn)。本文根據(jù)計(jì)算所得的三種配合比，制備三組玻化微珠試件。在控制水、水泥和膠粉的比例不變的情況下，逐漸增加?；⒅轭w粒的摻量進(jìn)行對比分析，三組的配合比如表2所示。

表2 ?；⒅榧案鞑牧嫌昧颗浜媳?kg/m3

玻化微珠漿試件及導(dǎo)熱系數(shù)測試如圖3所示。

通過28 d的同條件養(yǎng)護(hù)，研究?；⒅閾搅繉υ嚰?dǎo)熱系數(shù)的影響。?；⒅閾搅颗c導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系如圖4所示。

由三組試件的導(dǎo)熱系數(shù)對比可知，在?；⒅闈{試件中，玻化微珠的摻量越大，試件導(dǎo)熱性能越好，當(dāng)比例為第三組所示時(shí)，?；⒅榈膶?dǎo)熱系數(shù)最小達(dá)到 0.139 7 W/(m·K)。

為降低成本，在玻化微珠試件中水泥摻量較少而導(dǎo)致試件強(qiáng)度較低。通過加入少量膠粉可加強(qiáng)試件的粘結(jié)力，但對試件導(dǎo)熱系數(shù)產(chǎn)生影響，因此，?；⒅闈{實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)低于試驗(yàn)測定值。

4 再生復(fù)合節(jié)能材料混凝土承重砌塊制備與力學(xué)性能測試

4.1 砌塊的制備

在制備砌塊前，先進(jìn)行砌塊模具的制作。按照砌塊的設(shè)計(jì)尺寸，利用建筑模板的拼接做好模具以后，依照mco∶mwo∶ms∶mg=1∶0.56∶1.81∶2.60的配合比把混凝土澆筑到模具中，制作的砌塊尺寸為390 mm×190 mm×190 mm，共6塊。

砌塊拆模后，在空心層里澆筑上述第三組配合比的?；⒅闈{，1 d后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.2 砌塊的物理力學(xué)性能測定

砌塊的強(qiáng)度試驗(yàn)按《混凝土小型空心砌塊試驗(yàn)方法》[8]的規(guī)定進(jìn)行。把砌塊放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)28 d以后，取其中的5塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，如圖5所示。

當(dāng)試驗(yàn)荷載達(dá)到極限荷載的70%時(shí)，裂縫開展明顯且有響聲，達(dá)到極限荷載時(shí)，試件壓潰。再生復(fù)合節(jié)能材料承重砌塊的抗壓強(qiáng)度值如表3所示。

表3 再生復(fù)合節(jié)能材料承重砌塊的抗壓強(qiáng)度 MPa

由表3中的抗壓強(qiáng)度取5個(gè)砌塊的平均值，得到再生復(fù)合節(jié)能材料承重砌塊的抗壓強(qiáng)度值為7.74 MPa，達(dá)到預(yù)期理論值，滿足承重要求。

5 結(jié)語

1)通過試驗(yàn)得出，在自主優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)的?；⒅闈{中，?；⒅榈膿搅吭酱?，導(dǎo)熱系數(shù)越??；當(dāng)玻化微珠、水、水泥的比值為1∶2.8∶0.4時(shí)，導(dǎo)熱性能最好，且成本最低。由于膠粉的摻入會(huì)對導(dǎo)熱性能產(chǎn)生影響，因此，建議在合理的情況下，空心砌塊填充?；⒅闀r(shí)考慮減少膠粉的摻量。

2)本文設(shè)計(jì)的再生復(fù)合節(jié)能材料混凝土承重砌塊抗壓強(qiáng)度值達(dá)到7.74 MPa，滿足初始設(shè)計(jì)強(qiáng)度為MU7.5砌塊的理論值和承重砌塊強(qiáng)度要求，填充的玻化微珠漿降低砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)，且略微加強(qiáng)砌塊的強(qiáng)度，提高與完善砌塊的綜合性和施工性。由上文述，該砌塊是適合北方寒冷地區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的新型復(fù)合節(jié)能承重砌塊。

[1] 雍玉鯉，江昔平.新型復(fù)合自保溫砌塊的研究[J].混凝土，2012(1):109-112.

[2] 謝靜靜.再生混凝土保溫砌塊性能研究[J].混凝土與水泥制品，2013(11):55-58.

[3] 卓 玲，陳寶璠.MU5.0再生骨料混凝土空心砌塊配合比設(shè)計(jì)[J].硅酸鹽通報(bào)，2014(2):271-276.

[4] 張 偉.墻體自保溫砌塊的研究進(jìn)展[J].新型建筑材料,2009,36(1)：13-15.

[5] GB 8239—1997，普通混凝土小型空心砌塊[S].

[6] GB 50003—2001，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7] 李建成.混凝土空心砌塊的孔型對其隔熱性能的影響[J].混凝土與水泥制品，1995(5)：50-52.

[8] GB/T 4111—1997，混凝土小型空心砌塊試驗(yàn)方法[S].

Experimental study on renewable energy-saving composite material block★

Wang Zheng Liang Jie Zhang Xiaozhou Fang Guangxiu*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

Through test,the paper studies a recycled composite material insulating concrete load-bearing masonry block,tests the mechanical properties of the concrete masonry block,and finds out that the mechanical property of concrete masonry block meets demands.In the end,it points out advantages of the insulating masonry block,such as great anti-pressure strength,good heat conducting properties and low cost.Therefore,it is the kind of thermal insulating material appropriately used in north cold regions.

recycled aggregate,concrete hollow block,mechanical property,heat conductivity

1009-6825(2016)29-0088-03

2016-08-08

★:延大大學(xué)生暑期學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：SQC2016001)；延大科技發(fā)展計(jì)劃校企合作項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：602015001)

王 錚(1994- )，男，在讀碩士； 梁 杰(1994- )，男，在讀本科生； 張小周(1996- )，男，在讀本科生

方光秀(1967- )，男，博士，教授

TU522.36

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