高透光混凝土及其节能与力学特性

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jessicazrz
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当前,绿色建筑与建筑节能已成为国际建筑产业的主要发展方向,也是推进我国能源可持续发展的重要引擎。绿色建筑不仅能够节约能源、减轻环境负荷,而且能够为人们提供更为舒适、健康的空间环境。而绿色建材是绿色建筑发展的重要基础和支撑,只有展开对绿色建材的研发和应用,才能构建绿色建筑,实现节能环保的目标。由此,一种新型建筑材料——“透光混凝土”应运而生,它是一种将透光材料均匀分布于混凝土中的复合材料,能够透过光线,使得混凝土变得非常明亮、通透。透光混凝土不仅凭借其良好的美观性和装饰性改变了传统墙体沉闷、阴暗、庞大单调的效果,而且其良好的透光性、绝热性能够大大提高室内的采光水平和室舒适度,降低照明能耗和采暖/制冷能耗,能达到建筑节能的目的。为了促进透光混凝土的推广和应用,本论文对透光混凝土的制备工艺及其基本性能进行试验研究,对透光混凝土墙体的传热机理以及其对室内环境和建筑能耗的影响进行分析,同时对透光混凝土墙体的抗震性能进行研究,主要研究内容和结论如下:(1)为了实现透光混凝土工业化生产,自主研发了一种透光混凝土工程化施工设备及施工方法,并细化了各种透光材料的透光混凝土制备工艺。为了得到透光混凝土透光性能与光纤空间分布的关系以及透光率的计算表达式,结合透光混凝土的透光试验,利用ZEMAX光学分析软件对透光混凝土建立了透光率预测模型。采用玻璃纤维网格布制备出玻纤增强透光混凝土,并对其制备工艺以及基本性能进行了系统的试验研究。结果表明,透光混凝土能够完全的透过可见光和红外光,透光混凝土透光率的大小与光纤间距、光纤半径密切相关;在加入玻璃纤维网格布后透光混凝土的抗压强度、抗冻融性以及抗渗性均得到明显提高,而且使得透光混凝土表现出更好的整体性和延性。(2)采用试验研究与ANSYS软件数值模拟相结合的研究方法,对透光混凝土墙体的保温隔热性能和耐候性进行分析。结果发现,无论在夏季还是冬季,透光混凝土墙体都能有效的降低室内与室外的热交换;透光混凝土墙体整体的温度应力和变形均小于普通墙体整体的温度应力和变形,表明透光混凝土墙体有着良好的保温隔热效果,且能够降低墙体开裂的风险;不管是高温-淋水阶段还是加热-冷冻阶段,透光混凝土墙体整体的应力和变形均小于普通墙体整体的应力和变形,表明透光混凝土墙体在抵御恶劣天气变化的情况下,能够降低墙体产生空鼓和裂缝的风险,提高墙体的耐久性。(3)采用试验研究与ANSYS、ECOTECT软件数值模拟相结合的研究方法,分析了透光混凝土墙体对室内环境和建筑能耗的影响。结果表明,透光混凝土房室内温度分布比普通房更为均匀,其室内温度也更接近人体舒适温度;在最不利条件全阴天情况下,透光混凝土房内的自然采光水平要明显高于普通房,平均照度提高了近一倍;在人工照明条件下,透光混凝土房的全局照度比普通房提高了 34.4%,且照明时间比普通房降低了 45.3%;透光混凝土墙体使得室内的舒适度提高了 24.7%,不满意度PPD降低了 34.5%;在最冷日透光混凝土房耗能降低了 14.2%,全年总耗能量降低了 15%,其中占比重最大的采暖总耗能降低了 20%,表明透光混凝土墙体的节能效果明显,尤其对如大连地区这种日照条件好的寒冷区域节能效果更佳。(4)采用ABAQUS分别对未加固透光混凝土墙体、配筋透光混凝土墙体、配纤增强透光混凝土墙体的进行数值模拟分析。结果表明,未加固透光混凝土墙体受压破坏后裂缝宽度较大,呈现明显的“X”形破坏;透光混凝土墙体经过配筋加固后,不但使得其抗压承载力得到有效提高,而且明显改善了墙体的脆性破坏特征;水平配GFRP网格布使得透光混凝土墙体的承载力和整体性均得到明显提升。在低周反复加载作用下,未加固透光混凝土墙体的抗震性能最差,而配筋加固和水平配GFRP网格布能够显著提高透光混凝土墙体的变形能力和抗震性能。GFRP网格布发挥了其良好的抗拉性对于墙体裂缝的迅速扩展起到很好的抑制作用,随着配筋率的提高,配纤增强透光混凝土的耗能分别提高了约32%,79%,138%,表明配筋+配纤加固方式的抗震性能最好。
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