頁巖陶?；炷疗鰤K關(guān)鍵技術(shù)研究.doc

頁巖陶?；炷疗鰤K關(guān)鍵技術(shù)研究永安市榮達(dá)建材有限公司 林致清1. 項(xiàng)目背景在國外，陶粒的應(yīng)用已非常廣泛。國外用于墻體中的陶?；炷林饕獮榻ㄖ鰤K和大型墻板。如東歐的一些國家，55%的大型墻板和95%的建筑砌塊是用陶?；炷林瞥傻?；美國80%以上的陶粒用于制作墻體用的小砌塊，其陶粒混凝土砌塊約占混凝土砌塊總量的50%左右；德國的天然陶粒也主要用于生產(chǎn)小型空心砌塊。我國于60年代起開始研制人造陶粒，陶粒產(chǎn)品主要有頁巖陶粒、粉煤灰陶粒和粘土陶粒等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2000我國陶粒的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到460萬m3。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年我國的人造陶粒主要為粘土陶粒，約占總量的70%以上，其次是頁巖陶粒，而粉煤灰陶粒僅占8%左右。我國是個(gè)人多地少的國家，耕地只有世界水平的25%，而耕地年人均凈減量卻為世界人均凈減量的兩倍。因此，我國人造陶粒應(yīng)采用以工業(yè)廢料和其它不用土或少用土的人造陶粒為主。 目前，我國陶粒產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成一定規(guī)模，陶?；炷疗鰤K占70%左右；陶?；炷涟宀模招母魤Π濉?fù)合保溫墻板、樓板等）占15%左右；其它方面的應(yīng)用（耐火隔熱制品、吸聲磚、園林和花卉、化工用品等）約占1213%。頁巖陶粒是以頁巖為原料，經(jīng)高溫快速焙燒膨脹而成的人造輕骨料。由于其內(nèi)部具有封閉的微孔結(jié)構(gòu)，表面有一層致密的釉面，外殼極為堅(jiān)硬，因而作為骨料，可以配制輕質(zhì)高強(qiáng)砌塊。與粘土陶粒相比，頁巖陶粒密度較大，強(qiáng)度較高，對應(yīng)的頁巖陶粒混凝土砌塊抗壓強(qiáng)度和熱惰性指標(biāo)較高，砌塊的收縮值也相對較小，因此具有較大的競爭優(yōu)勢。目前，對頁巖陶粒混凝土砌塊方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程應(yīng)用，沒有弄清楚巖頁陶粒性能、頁巖性陶?；炷列阅芘c頁巖陶粒混凝土砌塊性能之間的內(nèi)在關(guān)系，這樣造成所生產(chǎn)的頁巖陶?；炷疗鰤K質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大等問題。另外，針對福建省地方性材料和氣候條件，也應(yīng)開展系統(tǒng)深入研究，為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。頁巖陶粒混凝土砌塊作為一種即滿足新型墻材改革要求，又滿足建筑節(jié)能要求的具有保溫隔熱功能的新型墻體材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。2. 國內(nèi)外同類研究概況采用陶?；炷疗鰤K替代使用了幾千年的粘土磚，對保護(hù)耕地，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)健康快速發(fā)展具有著深遠(yuǎn)的意義。采用松散體積法進(jìn)行強(qiáng)度等級(jí)為MU10.0的陶?；炷列⌒涂招钠鰤K的配合比設(shè)計(jì)，并且指出增加砌塊的孔洞率，在傳熱方向上增加孔洞的排列數(shù)，可以提高砌塊保溫性能；在相同孔隙率情況下，錯(cuò)孔排列的傳熱系數(shù)小于齊孔排列的孔的傳熱系數(shù)，并設(shè)計(jì)了多種孔型，進(jìn)行相應(yīng)的熱工分析。我們對砌塊的傳熱形式、熱工性能等影響因素進(jìn)行分析，提出降低砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)、改變空心砌塊的孔型、增加孔洞的行列數(shù)、增大空心砌塊的外形厚度、減小孔洞尺寸和孔壁厚度等有效的改善措施。通過陶粒混凝土自隔熱保溫砌塊與陶砂成套應(yīng)用技術(shù)研究等課題研究，開發(fā)出矩形錯(cuò)位盲孔陶?；炷量招钠鰤K及自隔熱保溫砂漿成套應(yīng)用技術(shù)。其研究成果各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足國家有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求和節(jié)能建筑設(shè)計(jì)規(guī)定性要求。 目前，陶粒混凝土砌塊的研究大多從孔型優(yōu)化等宏觀試驗(yàn)角度展開，很少從陶?；炷疗鰤K配合比、孔型、空心率、抗壓強(qiáng)度、傳熱系數(shù)和成本之間的內(nèi)在關(guān)系和機(jī)理角度展開，尤其是還未有學(xué)者針對頁巖陶粒的特點(diǎn)和福建省地方區(qū)域特點(diǎn)開展研究。福建省存儲(chǔ)大量的頁巖，結(jié)合這個(gè)特點(diǎn)，研究出性價(jià)比較高的頁巖陶?；炷疗鰤K，將有利于建筑節(jié)能和墻體改革工作在福建省的深入開展。3. 對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用目前，加氣混凝土砌塊墻體為福建省政府主導(dǎo)的外墻自保溫系統(tǒng)。然而該系統(tǒng)也存在施工程序復(fù)雜（如需采用專用砂漿和界面劑等）、空鼓和開裂現(xiàn)象較為普遍等問題。通過與加氣混凝土砌塊進(jìn)行對比，可以看出頁巖陶粒混凝土砌塊的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益：加氣混凝土砌塊本身有較高的吸水率、較低的軟化系數(shù)，并且“濕脹干縮”現(xiàn)象很嚴(yán)重，因此，加氣混凝土砌塊需要專門的配套砂漿和界面劑，這增加了材料的費(fèi)用和人工費(fèi)用。頁巖陶?；炷疗鰤K表面較為致密，無需專門的界面劑，施工方便，綜合造價(jià)低，性價(jià)比高。福建省隸屬于夏熱冬暖地區(qū)，主要是隔熱，熱惰性指標(biāo)D是評價(jià)墻體隔熱性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。D值越大，熱量在墻體中衰減越快，隔熱性能越好。同等厚度的墻體，加氣混凝土砌塊的D一般都小于2.5，頁巖陶?；炷疗鰤K的D值一般都大于3.0，為維持與頁巖陶粒混凝土砌塊一樣的D值，必須增加加氣混凝土砌塊墻體厚度，這也增加了材料費(fèi)用。隔熱性能越好的房子，住戶夏天住得越舒服，因此頁巖陶粒混凝土砌塊必將受到住戶歡迎。頁巖陶?；炷疗鰤K大量采用經(jīng)過表面釉化、粒徑較大的頁巖陶粒，其體積穩(wěn)定性遠(yuǎn)好于只有細(xì)骨料的加氣混凝土砌塊，所以頁巖陶?；炷疗鰤K墻體的抗裂性遠(yuǎn)好于加氣混凝土砌塊的。這延長了建筑的使用壽命，減少了房屋維修費(fèi)用。頁巖陶?；炷疗鰤K是具有保溫隔熱功能的新型墻體材料，采用這種新型墻體材料，可簡化施工，避免開裂、空鼓等工程質(zhì)量通病，能創(chuàng)造很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 2012-3-29(1) 總體目標(biāo)研發(fā)一種采用福建省地方材料，各項(xiàng)指標(biāo)（抗壓強(qiáng)度、傳熱系數(shù)、熱惰性指標(biāo)等）滿足要求，性價(jià)比較高的頁巖陶粒混凝土砌塊。(2) 研究方案和技術(shù)路線1. 在現(xiàn)有的資料基礎(chǔ)上繼續(xù)收集相關(guān)資料，對已有的頁巖陶?；炷疗鰤K研究成果進(jìn)行總結(jié)歸納，吸取別人的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用上的調(diào)查研究。2. 頁巖陶粒混凝土配合比研究（1） 參考輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程（JGJ51-2002），研究頁巖陶?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)理論。以配合比設(shè)計(jì)參數(shù)（粉煤灰取代水泥的比例、水灰比、頁巖陶粒的級(jí)別、頁巖陶粒的摻量等）為因素，設(shè)計(jì)幾個(gè)水平，通過正交試驗(yàn)，研究配合比設(shè)計(jì)參數(shù)與頁巖陶?；炷撩芏?、導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度及成本之間的關(guān)系。（2） 基于正交試驗(yàn)結(jié)果及理論分析，篩選出幾組導(dǎo)熱系數(shù)較低和抗壓強(qiáng)度較高、性價(jià)比較高的頁巖陶?；炷僚浜媳?。3. 頁巖陶粒混凝土砌塊的研制（1） 通過對比試驗(yàn)，研究頁巖陶粒混凝土砌塊生產(chǎn)過程加壓前后頁巖陶?；炷了冶?、密度、抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系。（2） 通過對比試驗(yàn)，研究篩選出的幾組頁巖陶?；炷僚浜媳?、不同孔型、不同空心率與頁巖陶?；炷疗鰤K的吸水率、軟化系數(shù)、傳熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度及成本之間的關(guān)系，并進(jìn)行機(jī)理分析。（3） 采用ANSYS大型有限元軟件對頁巖陶粒混凝土砌塊孔型進(jìn)行優(yōu)化。通過試驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法，得到性能滿足相關(guān)規(guī)程要求，性價(jià)比較高的頁巖陶?；炷疗鰤K。4. 頁巖陶?；炷疗鰤K設(shè)計(jì)和性能預(yù)測方法通過ANSYS大型有限元軟件和研究過程所建立的各種數(shù)學(xué)模型，給出頁巖陶粒混凝土砌塊設(shè)計(jì)和性能預(yù)測方法。5. 工程應(yīng)用（1） 將研制的頁巖陶?；炷疗鰤K委托一家砌塊廠試生產(chǎn)，在工程中試點(diǎn)應(yīng)用。（2） 將頁巖陶?；炷疗鰤K設(shè)計(jì)和性能預(yù)測方法在周邊省份應(yīng)用，根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑牧霞皻夂驐l件（主要影響砌塊的厚度等），設(shè)計(jì)出適合于當(dāng)?shù)氐捻搸r陶?；炷疗鰤K。6. 形成技術(shù)總結(jié)報(bào)告，結(jié)題，鑒定。 (3) 研發(fā)內(nèi)容l 頁巖陶?；炷僚浜媳?。l 頁巖陶?；炷疗鰤K設(shè)計(jì)和性能預(yù)測有限元程序。l 采用福建省地方材料，研制性價(jià)比較高的頁巖陶?；炷疗鰤K。(4) 技術(shù)難點(diǎn)解決頁巖陶?；炷疗鰤K抗壓強(qiáng)度與傳熱系數(shù)之間的矛盾。(5) 采用的關(guān)鍵技術(shù)l 在頁巖陶?；炷林袚饺胍欢康姆勖夯?，改善孔隙結(jié)構(gòu)，提高抗壓強(qiáng)度，降低導(dǎo)熱系數(shù)。l 采用ANASYS程序模擬頁巖陶?；炷疗鰤K的孔形，研究同時(shí)能滿足抗壓強(qiáng)度和傳熱系數(shù)要求的孔型結(jié)構(gòu)。l 通過試驗(yàn)和有限元方法，建立頁巖陶粒混凝土密度、水灰比、抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)與頁巖陶?；炷疗鰤K水灰比、孔型結(jié)構(gòu)、抗壓強(qiáng)度和傳熱系數(shù)之間的關(guān)系。2、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)l 采用福建省地方材料，特別是工業(yè)廢料，以降低成本，提高性價(jià)比。l 綜合考慮熱傳導(dǎo)、對流換熱和熱輻射，采用ANSYS內(nèi)的流固弱耦合算法，建立計(jì)算陶?；炷疗鰤K的傳熱系數(shù)和抗壓強(qiáng)度的方法。3、項(xiàng)目主要技術(shù)指標(biāo)與國內(nèi)外同類技術(shù)或產(chǎn)品比較與加氣混凝土砌塊相比，頁巖陶粒混凝土砌塊具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）由于頁巖陶?；炷疗鰤K具有粗骨料-頁巖陶粒，頁巖陶粒通過焙燒得到，體積穩(wěn)定性好；而加氣混凝土砌塊只有細(xì)砂骨，細(xì)骨料的比表面積比粗骨料的大，所以頁巖陶?；炷疗鰤K比加氣混凝土砌塊有更好的體積穩(wěn)定性，采用頁巖陶粒混凝土砌塊可以減少墻體產(chǎn)生裂縫的可能性。（2）頁巖陶粒混凝土的孔隙較小，而加氣混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)是“墨水瓶”狀。頁巖陶?；炷疗鰤K的吸水性遠(yuǎn)低于加氣混凝土砌塊的，所以即使不使用界面劑，頁巖陶粒混凝土砌塊墻體很少會(huì)出現(xiàn)抹面砂漿粉化和空鼓現(xiàn)象。（3）頁巖陶?；炷劣休^大的容重，因此在傳熱系數(shù)相近的情況下，頁巖陶粒混凝土具有更好的隔熱性能，這對于南方以夏季隔熱為主的建筑尤為重要。另外，這兩者成本相差不多。因此在福建省大力推廣應(yīng)用陶?；炷劣衅涿黠@的優(yōu)勢。福建省是屬于夏熱冬暖地區(qū)，有其特有的氣候條件（如福建省較潮濕、沿海臺(tái)風(fēng)多、氣溫較高等）和地方材料（福建省粉煤灰較多等），國外和省外的陶粒混凝土砌塊技術(shù)不能照搬到福