1、加氣混凝土砌塊在建筑節能中的應用第一章、緒論1.研究背景在我國的傳統建筑中，主要使用的是燒結粘土磚，這種磚主要以粘土為主要原料，經配料、制胚、干燥、焙燒而成。這種磚具有取材方便，造價低廉等優點。但其生產能耗高，對耕地破壞嚴重，抗震性能差。在城市全球化和全球城市化的進程中,特別是在我國當前正在推行資源節約型、環境友好型社會建設中,燒結粘土磚已經無法適應時代的發展。另一方面，隨著我國能源問題的日益突出,國家對建筑節能越來越重視。目前建筑耗能己與工業耗能、交通耗能并列為我國能源消耗的三大“耗能大戶”。尤其是建筑耗能伴隨著建筑總量的不斷攀升和居住舒適度的提高,呈急劇上揚趨勢。建筑能耗(包括建造能耗、生

2、活能耗、采暖空調等)約占全社會總能耗的30%,其中最主要的是采暖和空調,占到20%,約為.26億噸標準煤。為此，我國已經公布實施了一些相關的法律規范來約束：民用建筑工程節能質量監督管理辦法民用建筑節能條例民用建筑節能工程質量監督工作導則。關于進一步推進墻體材料革新和推廣節能建筑的通知中也明確規定：城市建筑中禁止實心粘土磚的生產與使用；到 2011 年初，要將實心粘土磚在全國范圍內的使用量控制在4000 億塊/年以下；而且，要積極推廣新型墻體材料的使用，將其在墻材中的使用比重提高到 55%以上，在建筑中的使用比例要達到 65%以上，建筑節能要達到 65%的標準。2008 年國家頒布并實施了民用建

3、筑節能條例，積極鼓勵并拓展民用建筑物的節能途徑。12. 加氣混凝土砌塊技術的出現與應用 蒸壓加氣混凝土砌塊（簡稱加氣混凝土砌塊），代號ABC，是以鈣質材料（水泥、石灰）和硅質材料（砂、礦渣、粉煤灰）為基本原料，經過磨細，并以鋁粉為發氣劑，按一定比例配合，再經過料漿澆筑、發氣成型、胚體切割和蒸壓養護等工藝制成的一種輕質，多孔的建筑材料2.具有輕質多孔、保溫隔熱、防火性能良好、可釘、可鋸、可刨和具有一定抗震能力等優點。 我國是生產和應用蒸壓加氣混凝土較早的國家之一。早在19世紀30年代,上海已設廠生產加氣混凝土砌塊。1976年起,由于墻體材料改革的需要,加氣混凝土工業在全國迅速發展,然而其推廣和應

4、用卻面臨著較多困難。進入新世紀,為適應國家的技術經濟、墻體改革、保溫節能政策要求,迫切需要研究出一種自重輕、受力和抗震性能好、造價低、保溫隔熱隔音效果好且施工方法簡單的新型墻材以取代粘土磚墻材。而加氣混凝土砌塊的性能恰恰適合這一要求,自此,加氣混凝土砌塊作為一種輕質建筑材料,在工程建設得到了廣泛的重視和應用。3. 本文主要研究的內容（1） 研究探討了加氣混凝土砌塊的組成，結構與性能之間的聯系。（2） 通過對加氣混凝土砌塊自保溫墻體體系的特性研究 ，說明其在建筑節能方面的應用與發展。第2章 、加氣混凝土砌塊的形成機理及特性研究 2.1加氣混凝土砌塊的主要原材料的特性與分析 加氣混凝土砌塊主要原材

5、料包括膠結材料，含硅質原料，發氣材料，外加劑和水。 2.1.1膠結材料（1）水泥 砂加氣混凝土生產過程中，水泥的作用不只是提供強度，更重要的是保證生產初期階段的繞注穩定性、述體硬化速度，并對后期蒸壓過程中的反應起著相當大的作用。（2） 生石灰 石灰石經過高溫煅燒（9001100）碳酸分解生成生石灰。生石灰在砂加氣混凝土生產過程中的主要主要有：（1）、遇水消解放出熱量（加速培粉與水反應放出氧氣，形成具有多孔結構的還體。（2）、在蒸壓條件下，生石灰與桂質材料中的二氧化桂反應生成水化產物，使還體硬化產生強度。（3）、生石灰的初期溶解度大，有利于促進料楽的稠化和還體的硬化，提高砌塊的強度。 2.1.2

6、含硅質原料 生產蒸壓加氣混凝土的主要原料是含硅質原料、含石灰質材料以及鋁粉。硅石、粉煤灰、礦渣和頁巖等等都是含硅質材料，選擇時應選用其主要成分含有大量的的那一種材料。 2.1.3發氣劑 發氣劑有金屬發氣劑和非金屬發氣劑，金屬發氣劑主要包括鋁、鋅、鎂等等，非金屬發氣劑包括有雙氧水、碳化鈣等等。鋁粉是目前最成熟的在生產中應用得最廣泛的發氣劑，其作用就是在混合攪拌條件下與料漿中的發生化學反應從而放出氫氣，料漿在出氣的過程中就會形成很多細小而均勻幵口和閉口孔隙，使得蒸壓加氣混凝土形成良好的氣孔結構。 2.1.4活性激發劑 一種能夠激發工業廢渣里面的活性物質，讓其發生化學反應的復合劑。粉煤灰、爐渣等工業

7、廢渣里面含有大量的SiO2和Al2O3這些活性物質，但它們以“玻璃體”惰性狀態存在，通過激發的化學方法，讓其發生化學反應，產生粘結性，可大大降低水泥用量提高其利用率。 2.2加氣混凝土的化學反應機理 2.2.1蒸壓養護前的反應機理 制品在養護前，在攪拌機中放放含硅質料漿、石灰質原料、鋁粉、水及外加活性激發劑，在對原料的混合攪拌過程中，加氣混凝土就發生了化學反應，石灰質原料主要是生石灰中的會立即和水發生水化作用，同時錫粉也在飽和消石灰溶液中發生化學反應產生氧氣，氧氣從料漿中放出從而引起發氣。 生石灰與水發生的化學反應： CaO+H2O=Ca(OH)2+Q(熱量)在堿性條件下，鋁粉在料漿中發生的化

8、學反應： 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2 2Al+3Ca(OH)2+6H2O=3CaOAl2O3+3H2鋁放置在空氣中，很容易被氧化形成致密的氧化膜，阻礙鋁的進一步反應氧化，但是在酸性或者堿性環境下，氧化鋁能夠與酸或堿反應，生成新的化合物從而破壞保護層。加氣混凝土料漿是呈強堿性，在水的作用下，它會首先發生下列反應： Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O不難看出，鋁粉的主要作用就是在料漿中進行化學反應放出氣體，在料漿屮形成很多細小而且均勻的開口和閉口孔隙，從而使得砌塊內部形成多孔結構，氣孔在砌塊材料內部會形成靜空氣層，從而實

9、現其輕質保溫隔熱目的。生石灰的主要成分包括兩部分：一部分是非活性的，另一部分是活性的，也就是從碳酸中分解出來的，可以與與氧化硅發生反應的，呈游離狀態的一氧化鈣，它的有效成分叫做活性一氧化鈣，也稱之為有效一氧化鈣。蒸壓砂加氣混凝土在生產過程中，生石灰的主要作用體現下面幾個方面（1）生石灰的主要作用是提供有效一氧化鈣在水熱條件下，促使它與硅質材料中的三氧化二鋁、二氧化硅發生化學反應，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸從而保證蒸壓加氣混凝土制品獲得足夠強度。（2）生石灰能提高蒸壓砂加氣混凝土料漿的PH值，即增加其堿度，為鋁粉發氣提供條件，促使鋁粉順利進行發氣反應。（3）生石灰水化時，可以放出大量的熱量，能提供

10、有效的熱量。生石灰的這種迅速大量放熱功能，為蒸壓加氣混凝土料漿提供了需要的有效熱源，使砌塊述體在硬化階段，使其配料快速升溫到85左右，加速剩余水分的蒸發，促使砌塊還體得到進一步的凝結硬化。 2.2.2蒸壓養護階段的化學反應機理 在蒸壓釜中，加氣混凝土在高溫高壓條件下會發生水熱反應，這種反應是固體之間或固體和膠凝物質之間發生的表面反應。硅質原料與生石灰的水熱反應如下：生石灰與硅石的水熱反應：在約10個大氣壓，1800的條件下，消石灰Ca(OH)2和硅石SiO2按下式開始反應： 7C+4S+nHC7S4Hn 式中 C:CaO S:SiO2 H:H2O生石灰首先與硅石的表面發生反應，生成含有石灰成分

11、比較多的水化硅酸鈣，水化硅酸鈣然后再和它內部還沒有反應的硅石發生化學反應，繼而生成含較少石灰成分的水化硅酸鈣。其反應過程如下： 7C7S4Hn+8S7C5S4Hn C5S4Hn+S5CSHn 4CSHn+SC4S5Hn然后，由很多非特定且含有大量結晶水的水化硅酸鈣，最后生成高強度的“托勃莫來石”晶體。 C4S5HnC4S5H5第3章 、加氣混凝土砌塊自保溫墻體的理論探究 3.1墻體自保溫體系簡介墻體自保溫系統是指按照一定的建筑構造，采用節能型墻體材料及配套專用砂漿使墻體熱工性能等物理性能指標符合相應標準的建筑墻體保溫隔熱系統。目前,在建筑中常使用的外墻保溫主要有外墻外保溫體系、外墻內保溫體系、

12、外墻自保溫體系三種技術。 3.1.1外墻外保溫體系簡介外墻外保溫是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法，因其可以減少點影響，同時保護主體墻材不受多大的溫度變形應力，是目前應用最廣泛的保溫做法，也是目前國家大力倡導的保溫做法。 3.1.2外墻內保溫體系簡介 外墻內保溫體系也是一種傳統的保溫方式，與外墻外保溫體系的做法基本相同,所不同的是把保溫隔熱材料設置在墻體的內側,其常用的保溫隔熱材料有聚苯乙烯板、巖棉板、水泥膨脹珍珠巖板、充氣石膏板或保溫砂漿等。目前在歐洲一些國家應用較多，它本身做法簡單，造價較低，但由于一定程度地存在著結構冷熱橋的問題，并且內保溫體系容易破壞，影響室內空間，近年來在我國

13、的應用有所減少。3.1.3外墻自保溫體系簡介 墻體自保溫體系指的是以單一墻體材料即能滿足現有節能要求的外墻保溫體系,保溫材料即墻體材料本身,通常采用的外墻內保溫材料有以下幾種加氣混凝土砌塊、輕集料混凝土小型砌塊、多孔磚、復合墻板等,這種內保溫體系是當前我國在建設兩型社會進程中重點研究和推廣的一種節能保溫墻體。由于受熱工性能、土地資源、能源資源以及環境保護等多方面條件的限制,目前大力提倡使用的外墻內保溫系的墻體材料是一種集保溫隔熱及結構安全需要于一體的新型墻體材料加氣混凝土砌塊。 外墻自保溫體系的優點一是采用輕質多孔材料,工程造價低。二是可縮短工期,增加建筑物的使用面積。其不足主要體現在外墻自保

14、溫體系采有的砌體材料強度相對較低,加上與外飾面材料收縮率不相同,在使用的過程中容易出現面層起鼓或墻體開裂的現象。3.2加氣混凝土自保溫墻體特點及性能 加氣混凝土砌塊自保溫系統是將砂加氣混凝土砌塊直接用于結構外墻而成為自保溫體系,具有質量輕、保溫隔熱隔聲性能優良、防火性能好、表面堅固、抗沖擊性能好、方便施工和外飾面宜于處理等優點。該體系由內側和外側兩部分組成,外側結構為加氣混凝土墻體防水界面劑、粉刷層（局部增添耐堿玻纖網格布）和飾面層：內側結構為批嵌層（局部增添耐堿玻纖網格布）和飾面層3.2.1 加氣混凝土砌塊的物理及力學性能簡介（1） 孔隙率高,密度小。加氣混凝土在生產過程中由于化學反應產生氫

15、氣造成的氣孔及干燥過程中由于水分蒸發留下的毛細孔約占加氣混凝土總體積的40%70%。由于大量孔隙的存在,致使大量空氣進入混凝土內,大大降低了材料的密度,一般加氣混凝土的密度400800kg/m3,大約是普通混凝土的20%,粘土磚的30%。（2） 隔音性好。由于砂加氣混凝土的內部結構是含有大量的氣孔和微孔結構,經過對100mm、150mm、200mm厚表面未粉刷的加氣混凝土墻體進行聲學實驗測定,平均隔聲量分別為36db、43db、47db,說明加氣混凝土墻體具有良好的隔音性能。（3） 強度能夠滿足結構要求。由于砂加氣混凝土孔隙率大、容重輕,因而也降低了加氣混凝土的強度。然而,由于砂加氣混凝土塊體

16、尺寸較大,砌塊尺寸精確,制品勻質性較好,加氣混凝土砌體強度約為立方強度的70%80%,所以加氣混凝土在砌體中的強度利用系數較高。能夠滿足結構對材料強度的要求（4） 耐火性優良,保溫隔熱性能好。加氣混凝土屬不燃材料,具有優良的耐火性,在受熱至80100及以上時會出現收縮和裂縫,但是在70以前不會損失強度,結構完全具有必要的強度和安全性,并且加氣混凝土墻體在高溫下不會產生對人體有害氣體,是一種安全的防火材料。同時,通過熱工實驗表明,同體積的加氣混凝土的導熱性能僅為普通混凝土的1/7,為粘土實心磚砌體的1/4,具有良好的保溫隔熱性能。（5） 良好的可加工性,砌筑方便。加氣混凝土中由于沒有粗骨料、質又

17、輕,因此可容易實現鉆孔、釘接、切割、刨平、雕鏤等加工作業。同時,一塊砂加氣混凝土砌塊相當于塊紅磚,在砌筑的過程中,方便快捷,并能降低勞動力成本。（6） 優良的抗滲性。由于加氣混凝土砌塊內部多孔是封閉、獨立球狀結構,滲水有先快后慢的特點,因此,砂加氣混凝土砌筑的外墻,具有優良的抗滲透性,特別適用于南方多雨季節的建筑結構。3.2.2加氣混凝土砌塊作為建筑外墻在建筑節能方面的優勢（1） 生產過程環保，節能節土。 加氣混凝土砌塊是充分利用工業廢物、建筑固體廢棄物和生活廢品為主要原料而進行生產的,制備的原材料較為豐富,以其替代粘上磚,還可以有效的保護耕地,利用工業廢渣,并且加氣混凝土砌塊的生產工藝流程是

18、采用廢水、廢氣、廢渣余熱綜合利用的可閉式良性循環的工廠化模式,過程中完全沒有污染和危險廢物產生,不會污染環境,從整體上達到了節水、節電、節能、節材的目的。同時,自保溫體系其使用命與建筑物壽命相同,成本回收期限長,顯得更為經濟合理。（2） 有效降低建造過程的工期及費用 砂加氣混凝土產品為無機材料,主要原材料均為硅酸鹽材質,具有良好的化學穩定性,使用壽命和混凝土相當,所采用的配套輔助材料也都是水泥基類的無機材料,因而,整個系統的耐久性良好,日常維護也簡單、經濟。同時,砂加氣混凝土砌塊孔隙率高、密度小,可有效減輕墻體荷載、降低建筑結構的造價費。另外,砂加氣自保溫系統只需要單一的墻體就可以滿足保溫節能的要求,不需要在墻體外面另外再施加保溫隔熱層,節約了外保溫隔熱層的材料和人工費用。（3） 作為建筑外墻具有優良的保溫隔熱效果由于加氣混凝土具有多孔結構,其導熱系數僅為0.15W/m3,同體積的加氣混凝土的導熱性能僅為普通混凝土的1/7,為粘土實心磚砌體的1/4,具有良好的保溫隔熱性能。適用于北方寒冷地區冬季房屋節能工程中。節省冬季房屋因保暖所消耗的大量化石，電力資源，在一定程度上也減少了對大氣環境的污染。第5章 結論與展望 5.1結論 本文通過對加氣混凝土砌塊的形成機理及物理特性的研究，說明了其在建筑外墻自保溫體系中的作用以及在建筑物節能方面的優勢，主要有以下幾點：1.