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陶粒轻集料混凝土砌块的研究
 
      在满足防火要求与寿命要求的前提下,减少建筑物与环境的热交换,是实施建筑节能的最有效措施。在不同的气候条件下对建筑物外围护结构的保温隔热要求有较大差别。南方地区则以隔热为主,北方地区主要以保温为主。而对于夏热冬冷地区,夏季需要隔阻外围护结构受太阳辐射被加热升温,向室内传递的热量,夜间还要使围护结构能快速散热;冬季则主要是隔阻外围护结构向室外传递热量。在南方,夏季制冷是建筑用能的主体,冬季采暖相对为辅。这一地区节能建筑围护结构设计重点除应满足夏季白天良好的隔热性(衰减值较大,延迟时间长)、夜间散热快之外,还要求在冬季具有良好的保温性能。 
      陶粒轻集料微孔混凝土体材料具有良好的热工性能和防火性能,使用这种材料做自保温墙可以增大围护结构的热阻值和热惰性指标,以减少建筑物与环境的热交换,是实施建筑节能的有效措施之一。同时,可实现建筑物墙体与围护结构同寿命和一体化。因此陶粒轻集料微孔泡沫混凝土自保温砌块(以下简称陶粒微孔泡沫混凝土砌块)应运而生。本文主要介绍该型砌块材料组成、结构特点、性能指标、配合比和生产工艺技术及其建筑保温围护一体化墙体的构造和作法。  
      陶粒微孔泡沫混凝土砌块是采用超轻陶粒(陶粒堆积密度小于400kg/m3)和微孔泡沫混凝土(水、水泥、专用水泥发泡剂、粉煤灰、专用促凝增强剂)经混合搅拌制浆、浇注模具成型、脱模免切割或二次切割定型、自然养护或蒸汽养护而成的实心砌块制品。其创新点为陶粒微孔泡沫混凝土砌块采用整体浇注成型,其内外同质。在陶粒与陶粒之间,充满了具有细密气孔的水泥基微孔泡沫体。这些水泥基微孔泡沫体的密度与陶粒相当或比陶粒更低,因此,其砌块可实现超轻化,承重型砌块密度不大于1000kg/m3,非承重型砌块密度不大于600kg/m3。充分集成了两种材料的优良特性,具有防火抗渗、轻质高强、高效保温、耐久性好的特点,是一种集装饰、保温等功能为一体的新型节能墙体材料。
  1 陶粒微孔泡沫混凝土砌块结构特点及规格
陶粒微孔泡沫混凝土砌块规格分主砌块和切割薄板块两种。主砌块主尺寸采用我国中型砌块的通用规格尺寸(长*宽*厚),有600*300*250;600*300*2000;600*240*120;600*240*250;600*190*200等规格;切割薄板块有300*250*40、50、60;600*300*70、80、90等规格。

  
 
  图1 产品外观结构


切割薄板块适用于剪力墙、框架梁柱等的模内置或贴砌等热桥部位的处理。主砌块用于自保温墙体砌筑,可使用保温砌筑砂浆砌筑以提高灰缝处热工性能,采用普通砌筑砂浆砌筑须用EPS灰缝压条。  
  2 主要原材料及配合比
  2.1 原辅材料
  2.1.1胶凝材料
陶粒微孔泡沫混凝土砌块采用浇注模制工艺,所制备的陶粒微孔泡沫混凝土浆料是一种流态料自密实浆体,可采用普通硅酸盐水泥,但其硬化慢,不能满足浇注工艺的快速脱模要求。不采用蒸汽养护时,也可采用快硬硫铝酸盐水泥,该种水泥凝结快、早期强度高,有利微孔的稳定形成,可以提高模具周转速度和微孔泡沫的稳定性及减低收缩性。水泥标号应不小于42.5级。但快硬硫铝酸盐水泥抗碳化能力较差,表面易起粉,一般要与普通硅酸盐水泥和矿渣粉复配成快硬型复合水泥使用。  
    2.1.2陶粒轻集料
陶粒轻集料可选用烧胀、烧结或免烧型粘土陶粒和粉煤灰陶粒。骨料为自然级配,并要求粒形好和级配合理。生产非承重自保温砌块时,陶粒堆积密度不大于600kg/m3;若生产承重砌块,陶粒堆积密度可不大于1200 kg/m3。对于承重型砌块,陶粒的筒压强度应不小于10MPa;非承重砌块,陶粒的筒压强度应不小于4MPa。吸水率应不大于20%。细轻集料应尽量采用陶砂或其他轻砂,以降低砌块密度。生产承重砌块,可以采用河砂
  2.1.3增强纤维
纤维是一种重要的增强、增韧组分,主要用于提高混凝土材料的断裂韧性和抗裂防渗性能。在轻集料微孔混凝土中掺加一定数量的纤维,这种有机纤维非常细小,比表面积大,需要吸附大量水泥浆包裹,因而在胶凝材料用量、砂率不变的情况下,掺加纤维将使混凝土的粘度有所增加,可以形成三维网络结构,不仅可以起到增强、增韧的作用,而且还可以有效防止轻集料的上浮,提高混凝土的稳定性。因此掺加纤维能够有效控制轻集料的自由运动,从而减小混凝土的分层离析程度,改善混凝土的各项性能。  
  2.1.4高效减水剂和发泡剂
陶粒轻集料微孔混凝土需采用高效减水剂和引气发泡剂。其中使用高效减水剂的主要目的是能够改善和易性,增加塌落度。同等条件下使用高效减水剂可使塌落度增加10cm以上,从而获得塌落度为20±2cm的流态混凝土;而使用引气发泡剂是获得基体微孔泡沫结构的必要条件。引气发泡剂品种有蛋白类、松香胶类、合成活性剂类、植物皂素类。从稳泡性、发泡倍数、泌水率三大技术性能及使用成本综合考虑,建议选用复合型高效发泡剂,其发泡倍数不小于30,可满足发泡技术要求。
使用效果优良的外添加剂,是获得高性能陶粒轻集料微孔混凝土的关键。这就要求外加剂体系针对流态轻集料微孔混凝土特点,具备抗裂减缩、高效减水促流、起泡稳泡和增强水泥石与集料粘结力的性能。要协调解决陶粒轻集料微孔混凝土微孔形成、拌和物稳定性和流动性,工业化的生产工艺对陶粒轻集料微孔混凝土拌和物的流动性和稳定性都提出了非常高的要求。  
    2.1.5辅助矿物材料
采用粉煤灰、硅灰、矿渣微粉可增强复合胶凝材料的安定性,从而提高轻集料微孔混凝土的耐久性。加入少量粉煤灰,可以提高砌块强度。粉煤灰最好采用一级灰或二级灰。
  2.1.6其他外加剂
主要有膨胀减缩剂、发泡稳定剂、硅水泥促凝剂(禁止使用速凝剂)等。当采用低碱度硫铝酸盐水泥时,为克服其强度倒缩,应使用专用增强剂,以保证砌块的后期强度。  
脱模剂使用乳化油皂液,具有无毒味、高隔离和不污面性能,可使用于喷涂工艺。  
  2.2 陶粒微孔泡沫混凝土砌块配合比及性能测试
  2.2.1配合比设计范围
    每立方米制品材料用量:  
水泥基胶凝材料                    400~500kg/m3;
烧胀粘土陶粒                     150~250kg/m3;
粒化高炉水渣集料                  50~100kg/m3;
粉煤灰(一级干灰)                 水泥量20%~30%  
短纤维                           0.5kg  
微孔泡沫气泡率                      40%~60%  
高效减水剂                        水泥量1%  
水灰比0.6,控制料浆容重900~1000 kg/m3。
  2.2.2试验用配合比及主要性能指标测定


  表1
 
  3 生产工艺技术
陶粒微孔泡沫混凝土砌块可采用先进的工艺技术实现大规模工业化生产。其生产工艺由原材料处理、陶粒发泡混凝土料浆制备、成组模浇注成型、脱模切割、蒸汽养护、码垛包装养护等组成。
在原材料处理工段必须进行陶粒预湿处理,使之达到一定的含水率,以增加陶粒与其他物料的界面结合力,。尽量通过复配使陶粒轻集料级配连续。使用部分膨胀珍珠岩和膨润土降低料浆密度并掺加纤维素增粘可有效减小陶粒上浮现象。  
应尽量采用蒸汽或干热养护,以避免浇注后由于水泥终凝时间长而造成塌模,同时提高砌块强度。试验表明初期采用蒸汽或干热养护时砌块强度较自然养护提高10%-30%。  
陶粒微孔泡沫混凝土砌块生产工艺流程见图3。

  
 
  图2 陶粒微孔泡沫混凝土砌块生产工艺流程
  4.陶粒微孔泡沫混凝土砌块自保温墙体系统构造作法
陶粒微孔泡沫混凝土砌块适用于砌筑自保温墙体,其建筑保温墙体的构造和作法如图3所示。 


 
  图3 框架结构体系建筑自保温墙体构造作法
陶粒微孔泡沫混凝土砌块可锯切,砌块应上下错缝搭砌,一般搭接长度为200mm,个别部位不应小于100mm,并符合有关结构构造要求;砌筑前不宜浸水,应采用保温砌筑砂浆并尽量减小灰缝厚度以减小灰缝热桥提高墙体热工性。  
  5 结语
陶粒微孔泡沫混凝土砌块基体材料组成独特合理,充分发挥了轻集料混凝土和泡沫混凝土的优良特性,轻质高强,体积稳定,热工性能好,生产工艺成熟可靠,适于工业化规模生产,制品保温隔热,其建筑保温墙体系统耐火性好,耐久性可与建筑主体同寿命,是可满足国家第三步(65%)建筑节能目标要求的理想的耐火性保温墙材产品。

 
 
 
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