宋国芳 蒋 荣

纳米材料是20世纪80年代初发展起来的新型材料,它具有奇特的性能和广阔的应用前景,被誉为跨世纪的新材料,引起了科学界和企业界的极大关注。纳米材料对水泥、混凝土力学性能影响的研究具有探索性意义,能改善粉煤灰混凝土的物理力学性能[1]。为提高粉煤灰在建材领域的利用层次,探索纳米材料在砌块研究及应用的可行性,我们根据正交实验方法,以砌块抗压强度为主要指标,优化砌块配合比参数,研制出纳米粉煤灰夹心砌块[3]。为进一步研究纳米粉煤灰夹心砌块的保温性能,我们制作了纳米粉煤灰夹心砌块、粉煤灰夹心砌块、纳米粉煤灰空心砌块及粉煤灰空心砌块四种砌块,研究了四种砌块砌筑砌体的传热系数并进行了统计学分析,以探讨纳米粉煤灰夹心砌块的保温性能,现报告如下。

1 纳米粉煤灰夹心砌块的制作

1.1 试验原材料

1)粉煤灰。采用耒阳电厂Ⅲ级湿排原状粉煤灰。2)水泥。试验所用水泥为衡阳市水泥厂生产的湘江牌42.5R普通硅酸盐水泥。3)纳米SiO2。浙江弘晟科技材料股份有限公司生产。4)集料。细集料:本地河砂、中砂,细度模数2.162,表观密度2.167 g/cm3,堆积密度1.52 g/cm3。粗集料:本地碎石,粒径为5 mm～10 mm,密度2.63 g/cm3。集料配比:砂/(砂+石)=0.39。5)其他。废旧聚苯乙烯泡沫:将废旧聚苯乙烯泡沫加工破碎成1 cm～4 cm的颗粒。外加剂:主要由高效减水剂、早强剂、激发剂等有机和无机材料复合而成。水:普通自来水。

1.2 砌块设计方案

1)块型设计。根据目前粉煤灰混凝土小型空心砌块190宽系列的规格,其主砌块的尺寸为390 mm×190 mm×190 mm。2)孔型设计。采用砌块横向主孔为双孔方式,孔形为方孔,两孔中间壁厚为42 mm。孔为144 mm×130 mm×130 mm,周边壁厚30 mm,中间壁厚42 mm,孔内填入废旧聚苯乙烯泡沫,如图1所示。3)泡沫颗粒大小设计。垂直空气间层的厚度,太大了没有用,太小了效果不是很好,宜选用2 cm～4 cm厚的垂直(与传热的热流方向垂直)空气间层,这样的空气间层占用的空间少,保温效果也比较好。

1.3 纳米粉煤灰夹心砌块的制作

根据正交试验法,以砌块抗压强度为主要指标,综合考虑,纳米粉煤灰夹心砌块选取的配方为:粉煤灰40%,水泥14%,纳米材料为配方1,水22%[3]。

表1 不同砌块墙体的传热系数 W/(m2·K)

2 纳米粉煤灰夹心砌块保温性能测试

2.1 试验方法

墙体保温性能试验参照GB/T 13475-2008绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法进行,试验装置与文献类似[4,5],主要包括计量箱、热套间、冷箱、冷套间和空调器,以及量测不同位置温度的热电偶温度计。各墙体的传热系数为:

其中,K为传热系数,W/(m2·K);A为试件计算面积,m2;Q为通过试件热量,W;Tni,Tne分别为热、冷室的环境温度,℃。

2.2 统计学处理

应用SPSS 11.5软件进行统计学分析,砌体间传热系数比较采用配四组设计的多个样本均数比较。

2.3 试验结果

试验得到的各类砌块墙体的实测传热系数见表1。

应用SPSS 11.5软件进行统计学分析得出不同砌块组间比较F=58.719,P＜0.01,说明不同砌块砌体间传热系数值不同。根据实验结果作出的不同砌块砌体平均传热系数比较图见图2。

根据图2可知,纳米粉煤灰夹心砌块砌体的传热系数＜未加纳米材料的粉煤灰夹心砌块砌体＜纳米粉煤灰空心砌块砌体＜未加纳米材料粉煤灰空心砌块砌体。

3 讨论

从图2可以发现,由四种不同类型砌块砌筑的砌体,以纳米粉煤灰夹心砌块砌筑的砌体传热系数最低,保温性能最好,说明本研究的主要对象——纳米粉煤灰夹心砌块具有较好的保温性能。我们还可以发现,无论是掺加了纳米材料的砌块还是未掺加纳米材料的砌块,填入聚苯乙烯泡沫的夹心砌块墙体保温性能较未加入聚苯乙烯泡沫的空心砌块墙体有明显提高,说明砌块内填充聚苯乙烯泡沫可明显改善墙体的保温性能。无论是填入聚苯乙烯泡沫的夹心砌块还是未填充聚苯乙烯泡沫的空心砌块,掺加纳米材料的砌块砌筑的墙体传热系数低于未掺加纳米材料的同类砌块砌筑的墙体,说明纳米材料具有奇特的性质,其机制有待于进一步研究探讨。

4 结论与建议

1)利用纳米材料、水泥、粉煤灰等主要原材料,中间填入废弃聚苯乙烯泡沫,可制作纳米粉煤灰夹心砌块。2)四种不同类型砌块砌筑的砌体,以纳米粉煤灰夹心砌块砌筑的砌体传热系数最低,保温性能最好。3)砌块中填充聚苯乙烯泡沫的砌体保温性能优于同类空心砌块砌体,故夹心砌块有利于建筑物的节能及消除白色污染。4)掺加纳米材料的砌块保温性能高于未掺加纳米材料的砌块,可能与纳米材料改善砌块的微观结构有关,其机制有待于进一步研究。

[1] 季 韬,黄与舟,郑作樵.纳米混凝土物理力学性能研究初探[J].混凝土,2003(3):13-14.

[2] 张照宇.粉煤灰砌块的研究[J].苏州城建环保学院学报,2002,15(2):56-58.

[3] 宋国芳,朱 平,王四清,等.纳米粉煤灰夹心砌块的研制[J].科技导报,2009,27(17):96-100.

[4] 杨莉萍,张双喜,王延东.新型复合保温砌块的热工性能研究[J].新型建筑材料,2002(10):85-87.

[5] 陈建芳,张双喜,叶必朝.复合墙体保温性能的试验研究[J].新型建筑材料,2005(6):85-88.

[6] Kumar S.Utilisation of FaL-G bricks and blocks in buildings[J].Indian Concr J,2001(75):463-467.