节能烧结类墙体材料性能研究

【摘要】：当今世界全球经济迅猛发展，能源危机不断加剧，节约能源已成为一个棘手的问题。建筑能耗约占整个社会总能耗的30%左右，因此，建筑节能显得尤为重要。建筑物使用能耗占建筑物总能耗的绝大多数。建筑物通过围护结构传热的能耗占建筑物使用能耗的一半以上。因此，改善围护结构热工性能，降低传热的能源消耗，是一个重要的研究方向。有机保温材料虽然保温效果好，但其使用寿命短，更换麻烦，同时也给建筑防火带来了问题。利用烧结保温空心砌块作为墙体保温材料，可以彻底解决建筑防火问题，实现与建筑物同寿命，是理想的墙体保温材料。 本文研究了烧结保温空心砌块实体部分性能，通过造孔剂的加入降低导热系数，增加保温性能。并对烧结保温空心砌块孔型结构进行了优化设计，给出了符合西安地区第三步建筑节能65%设计标准的孔型结构。 论文首先对原料的理化指标进行实验分析，分析结果为：新疆页岩的化学成分适宜制备烧结保温砌块，页岩的烧结过程属于液相烧结，烧成温度范围为850℃~1050℃，最佳烧成温度为950℃。其次，向页岩中添加不同比例的兰炭末造孔剂，在不同温度下烧成，测试其抗压强度、体积密度及显气孔率。结果表明：随着烧成温度的升高，试样抗压强度增大，体积密度增加，显气孔率降低；随着造孔剂掺量的增加，试样抗压强度下降，体积密度减小，显气孔率提高。当造孔剂添加量为12%，烧成温度为1040℃时，试样抗压强度等级达到MU20，导热系数下降至0.3598W/(m K)，比不加造孔剂的试样导热系数降低了20.26%，并且抗压强度没有明显下降。在保证抗压强度不下降的前提下，试样保温性能得到明显提升。 ANSYS热分析研究得出，通过增加矩形孔长宽比、增加孔排数、减少孔列数、增大孔洞率、增大孔肋延长线系数、减小孔洞间距可以增加烧结保温空心砌块的保温性能。交错排列的孔型结构保温性能优于齐排列和正交排列的孔型结构。 自行设计的模型S1、S2、S3传热系数均小于0.6W/(m2K)，均达到了西安地区第三步建筑节能65%的设计标准。模型S1相对于德国Poroton烧结保温空心砌块而言更符合国内砖瓦厂生产实际。正交排列孔型虽然需要通过增加砌块厚度来达到建筑节能65%的要求，但其力学性能比交错排列孔型好，应得到人们的足够重视。T型排列孔型保温性能最好，由于其孔洞尺寸不满足国标规定，能否推广还有待商榷。相同模型，实体部分导热系数下降，砌块保温性能得到提升。 【关键词】：页岩烧结保温砌块 造孔剂 导热系数 孔型设计 ANSYS热分析
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU522.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1.绪论9-23
• 1.1 资源能源问题9
• 1.2 建筑节能9-12
• 1.2.1 建筑能耗9-10
• 1.2.2 外墙保温技术10-12
• 1.3 墙体材料12-16
• 1.3.1 墙体材料的发展12-13
• 1.3.2 绿色建材13-14
• 1.3.3 节能烧结类墙体材料14-15
• 1.3.4 页岩烧结保温空心砌块15-16
• 1.4 国内外研究现状16-19
• 1.4.1 国外墙体材料发展现状16-18
• 1.4.2 国内墙体材料研究现状18-19
• 1.5 课题研究目的及方案19-23
• 1.5.1 课题研究目的19-20
• 1.5.2 课题研究方法20-23
• 2.原料及实验方法23-33
• 2.1 实验方法23-27
• 2.1.1 实验方案23-24
• 2.1.2 试样检测方法24-27
• 2.1.3 ANSYS热力学有限元分析27
• 2.2 原料分析实验27-33
• 2.2.1 页岩27-29
• 2.2.2 兰炭末29-33
• 3.烧结保温空心砌块实体部分性能研究33-47
• 3.1 页岩最佳烧成温度实验33-37
• 3.1.1 梯度炉实验33-34
• 3.1.2 烧成温度对页岩试样性能的影响34-35
• 3.1.3 页岩烧结机理分析35-37
• 3.2 造孔剂对烧结保温空心砌块性能的影响37-42
• 3.2.1 造孔剂对页岩可塑性的影响37-38
• 3.2.2 造孔剂对试样性能的影响38-42
• 3.3 微观分析42-43
• 3.3.1 扫描电子显微镜分析42-43
• 3.3.2 压汞仪孔径分布测定分析43
• 3.4 导热系数测定43-44
• 3.5 本章小结44-47
• 4.烧结保温空心砌块孔型结构研究47-63
• 4.1 ANSYS 热分析基本原理及过程47-50
• 4.1.1 传热学基本原理47-48
• 4.1.2 空气层传热分析48
• 4.1.3 ANSYS热分析过程48-50
• 4.2 砌块传热影响因素分析50-57
• 4.2.1 孔长宽比对砌块热工性能的影响50-51
• 4.2.2 孔排列数对砌块热工性能的影响51-53
• 4.2.3 孔洞率对砌块热工性能的影响53-54
• 4.2.4 孔肋延长线系数对砌块热工性能的影响54-55
• 4.2.5 孔洞排列方式对砌块热工性能的影响55-56
• 4.2.6 孔洞间距对砌块热工性能的影响56-57
• 4.3 符合建筑节能 65%要求的孔型设计57-61
• 4.3.1 节能烧结制品设计标准57
• 4.3.2 符合建筑节能 65%的烧结保温空心砌块孔型设计57-61
• 4.4 本章小结61-63
• 5.结论63-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-71
• 硕士期间发表论文情况71

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