论文部分内容阅读
摘要：通过对EPS轻质混凝土的材料选用和配合比研究，设计了满足热工性能和密度的最佳配合比，该轻质混凝土应用于钢丝网架节能墙板，在满足节能的前提下，减小了框架结构外围护墙体的厚度。
关键词：轻质混凝土?配合比?热工性能
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-02
钢丝网架节能墙板是一种以钢丝网为骨架，水泥为胶凝材料，废旧聚苯乙烯泡沫塑料颗粒、膨胀珍珠岩、粉煤灰等工业废料为集料组成EPS轻质混凝土，浇注成墙体结构层和保温层一体化的新型节能墙板。
从环境角度而言该墙板充分利用了工业废料，减少了环境污染；从墙板自身性能而言整体性好，水平荷载作用下具有较大变形和耗能能力，且易实现与主体结构的可靠连接，能有效预防地震破坏时造成的损失。钢丝网架节能墙板主要适用于抗震设防烈度7度、高度小于等于50 m的钢筋混凝土框架、钢结构框架外围护
结构。
1 EPS轻质混凝土配合比设计
(1）材料性能分析
为了达到理想的保温节能效果，首先应研究EPS轻质混凝土的热工性能和配合比。其主要成分EPS颗粒具有良好的保温隔热性能、呈密闭孔结构不吸水、而且轻质、韧性高，是EPS轻质混凝土保温节能的主要因素。
但是EPS颗粒用做混凝土的骨料也有一定的缺点，例如：由于EPS颗粒特别轻，表观密度只有10?kg/m3左右，而水泥砂浆的密度达到2000?kg/m3两者密度相差悬殊，极易产生分层离析现象；EPS颗粒是一种有机高分子物質，其表面憎水亲油，且呈密闭孔结构不吸水，而水泥是一种无机胶凝材料，以离子化合物为主，其表面基团具有强烈的吸水性，两种材料截然不同的表面性质导致了EPS颗粒难以和水泥砂浆有效的结合。针对EPS颗粒的两大缺点，在试验配比的过程中采用控制水灰比、掺和外加剂和掺合料的方法来获得和易性良好的EPS轻质混凝土。
粉煤灰在EPS轻质混凝土中与水泥浆共同形成包裹聚苯乙烯颗粒的壳体，创造了将松散的聚苯乙烯粘结成整体的条件，且降低了EPS混凝土的密度。粉煤灰的水化反应主要表现在水泥水化之后，消除水泥素浆的表面裂缝，提高了轻质混凝土耐腐蚀与耐水性；减小了素水泥浆的干缩性，降低了结构温度应力，提高了抗冻能力；增加了包裹聚苯依稀的浆体数量和质量；增加了制品的密实度，从而增加了强度。
粉煤灰掺量的增加，EPS轻质混凝土的和易性得到有效的改善，且其分层离析现象也得到很好的改善，但粉煤灰用量继续增大则导致抗压强度逐渐下降。因此，粉煤灰掺量易取35%。
珍珠岩具有强度高、轻质、保温隔热、电绝缘性能好、且防火性能良好，添加一定量的珍珠岩，可以改善EPS混凝土防火性能较差的缺点，其密度小，同时也降低了EPS混凝土的密度。
同其他混凝土一样，聚苯乙烯混凝土拌合料中加入的水具有水泥水化和可拌性的双重作用，用水量的高低显著影响拌合物的和易性及混凝土制品的强度，水灰比小时，用水量少，强度较高，但拌合物的和易性较差。同时，随着水灰比的增大，其抗压强度减小，且会导致分层离析现象严重，造成EPS轻质混凝土的轻度降低，因此，添加减水剂，控制较小水灰比，保证EPS混凝土的抗压强度，避免出现分层离析现象，保证混凝土拌合物的和易性。
纤维素醚具有增稠保水的作用，添加一定量的纤维素醚可以改善EPS混凝土的流动性和凝结特性，但掺量不宜过大，否则会导致混凝土过于黏稠而不利于施工；纤维素醚可以使得混凝土在凝结硬化过程变慢，从而延长可操作时间；另外，纤维素醚还可以增加混凝土的粘结强度，提高了EPS混凝土与钢丝网架之间的粘结
能力。
(2）配合比设计
通过设计18个试块，来分析不同的外加剂和掺合料对EPS轻质混凝土性能的影响，从而获得最优配合比。18个试块分为三组分别研究珍珠岩、减水剂及甲基羟乙基纤维素醚对EPS轻质混凝土性能的影响，每组内又通过改变粉煤灰的掺入量来研究粉煤灰的用量对混凝土的性能的影响，从而确定粉煤灰的最优用量，最后综合各种外加剂和掺合料对混凝土性能的影响，选定最优配合比，进行试验研究。每种试块的材料用量见表1。
(3）试验测定
对试块进行导热系数的测量，为墙体热工性能分析提供依据。仪器采用 “迅速导热系数测定仪”（Quick Thermal Conduct.Meter），型号：QTM-500，PD-11探头。该仪器在短时间内就可测得试件的导热系数，在测量过程中可观测升温曲线，也可自动判断样品的适当加热电流值，操作简便。
试验测定每组试块的密度和导热系数，确定密度和导热系数最佳的配合比。其中最佳导热系数见表2所示，导热系数见表3所示。
则平均吸水量为：
试验测定每个试块的密度和导热系数，确定密度和导热系数最佳性能比的EPS轻质混凝土的配合比为：粉煤灰：水泥：水：珍珠岩：减水剂：纤维素醚：EPS=1：3：1.38：0.15：0.028：0.015：0.055。
2 钢丝网架节能墙板热工设计
钢丝网架节能墙板主要应用于严寒地区，其热工设计是外围护墙体应用的关键。根据当地框架结构居住建筑4～8层建筑的热工设计要求，传热系数为0.4，以此进行钢丝网架节能墙板的热工
计算。单一材料的热阻值由式（1）计算：
因此按照热工计算，钢丝网架节能墙板所需墙厚300?mm，可以满足居住建筑节能65%要求。
3 结语
通过对EPS轻质混凝土材料选用和配合比设计，设计了满足热工性能和密度的最佳配合比，该配合比轻质混凝土应用于钢丝网架节能墙板，在满足节能的前提下，墙体厚度控制在300?mm左右，减小了框架结构围护外墙的厚度。但是钢丝网架节能墙板在使用中尚应注意墙板边缘与框架梁柱、门窗洞口连接处的保温处理，避免出现热桥。
参考文献
[1] 周可可，陈兵，陈龙珠.EPS颗粒级配对EPS混凝土力学性能的影响[J].哈尔滨工程大学学报，2010（2）.
[2] 吴秋生，余其俊，韦江雄，等.EPS轻骨料混凝土工作性能改善与评价方法研究[J].保温材料与节能技术，2008（2）.
[3] 赵晓艳，田稳苓，周明杰，等.EPS轻集料混凝土配合比及性能试验研究[J].混凝土，2009（2）.
[4] 王录明，张大英，王树明.废旧聚苯乙烯泡沫混凝土试验研究[J].混凝土，2008（5）.
关键词：轻质混凝土?配合比?热工性能
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-02
钢丝网架节能墙板是一种以钢丝网为骨架，水泥为胶凝材料，废旧聚苯乙烯泡沫塑料颗粒、膨胀珍珠岩、粉煤灰等工业废料为集料组成EPS轻质混凝土，浇注成墙体结构层和保温层一体化的新型节能墙板。
从环境角度而言该墙板充分利用了工业废料，减少了环境污染；从墙板自身性能而言整体性好，水平荷载作用下具有较大变形和耗能能力，且易实现与主体结构的可靠连接，能有效预防地震破坏时造成的损失。钢丝网架节能墙板主要适用于抗震设防烈度7度、高度小于等于50 m的钢筋混凝土框架、钢结构框架外围护
结构。
1 EPS轻质混凝土配合比设计
(1）材料性能分析
为了达到理想的保温节能效果，首先应研究EPS轻质混凝土的热工性能和配合比。其主要成分EPS颗粒具有良好的保温隔热性能、呈密闭孔结构不吸水、而且轻质、韧性高，是EPS轻质混凝土保温节能的主要因素。
但是EPS颗粒用做混凝土的骨料也有一定的缺点，例如：由于EPS颗粒特别轻，表观密度只有10?kg/m3左右，而水泥砂浆的密度达到2000?kg/m3两者密度相差悬殊，极易产生分层离析现象；EPS颗粒是一种有机高分子物質，其表面憎水亲油，且呈密闭孔结构不吸水，而水泥是一种无机胶凝材料，以离子化合物为主，其表面基团具有强烈的吸水性，两种材料截然不同的表面性质导致了EPS颗粒难以和水泥砂浆有效的结合。针对EPS颗粒的两大缺点，在试验配比的过程中采用控制水灰比、掺和外加剂和掺合料的方法来获得和易性良好的EPS轻质混凝土。
粉煤灰在EPS轻质混凝土中与水泥浆共同形成包裹聚苯乙烯颗粒的壳体，创造了将松散的聚苯乙烯粘结成整体的条件，且降低了EPS混凝土的密度。粉煤灰的水化反应主要表现在水泥水化之后，消除水泥素浆的表面裂缝，提高了轻质混凝土耐腐蚀与耐水性；减小了素水泥浆的干缩性，降低了结构温度应力，提高了抗冻能力；增加了包裹聚苯依稀的浆体数量和质量；增加了制品的密实度，从而增加了强度。
粉煤灰掺量的增加，EPS轻质混凝土的和易性得到有效的改善，且其分层离析现象也得到很好的改善，但粉煤灰用量继续增大则导致抗压强度逐渐下降。因此，粉煤灰掺量易取35%。
珍珠岩具有强度高、轻质、保温隔热、电绝缘性能好、且防火性能良好，添加一定量的珍珠岩，可以改善EPS混凝土防火性能较差的缺点，其密度小，同时也降低了EPS混凝土的密度。
同其他混凝土一样，聚苯乙烯混凝土拌合料中加入的水具有水泥水化和可拌性的双重作用，用水量的高低显著影响拌合物的和易性及混凝土制品的强度，水灰比小时，用水量少，强度较高，但拌合物的和易性较差。同时，随着水灰比的增大，其抗压强度减小，且会导致分层离析现象严重，造成EPS轻质混凝土的轻度降低，因此，添加减水剂，控制较小水灰比，保证EPS混凝土的抗压强度，避免出现分层离析现象，保证混凝土拌合物的和易性。
纤维素醚具有增稠保水的作用，添加一定量的纤维素醚可以改善EPS混凝土的流动性和凝结特性，但掺量不宜过大，否则会导致混凝土过于黏稠而不利于施工；纤维素醚可以使得混凝土在凝结硬化过程变慢，从而延长可操作时间；另外，纤维素醚还可以增加混凝土的粘结强度，提高了EPS混凝土与钢丝网架之间的粘结
能力。
(2）配合比设计
通过设计18个试块，来分析不同的外加剂和掺合料对EPS轻质混凝土性能的影响，从而获得最优配合比。18个试块分为三组分别研究珍珠岩、减水剂及甲基羟乙基纤维素醚对EPS轻质混凝土性能的影响，每组内又通过改变粉煤灰的掺入量来研究粉煤灰的用量对混凝土的性能的影响，从而确定粉煤灰的最优用量，最后综合各种外加剂和掺合料对混凝土性能的影响，选定最优配合比，进行试验研究。每种试块的材料用量见表1。
(3）试验测定
对试块进行导热系数的测量，为墙体热工性能分析提供依据。仪器采用 “迅速导热系数测定仪”（Quick Thermal Conduct.Meter），型号：QTM-500，PD-11探头。该仪器在短时间内就可测得试件的导热系数，在测量过程中可观测升温曲线，也可自动判断样品的适当加热电流值，操作简便。
试验测定每组试块的密度和导热系数，确定密度和导热系数最佳的配合比。其中最佳导热系数见表2所示，导热系数见表3所示。
则平均吸水量为：
试验测定每个试块的密度和导热系数，确定密度和导热系数最佳性能比的EPS轻质混凝土的配合比为：粉煤灰：水泥：水：珍珠岩：减水剂：纤维素醚：EPS=1：3：1.38：0.15：0.028：0.015：0.055。
2 钢丝网架节能墙板热工设计
钢丝网架节能墙板主要应用于严寒地区，其热工设计是外围护墙体应用的关键。根据当地框架结构居住建筑4～8层建筑的热工设计要求，传热系数为0.4，以此进行钢丝网架节能墙板的热工
计算。单一材料的热阻值由式（1）计算：
因此按照热工计算，钢丝网架节能墙板所需墙厚300?mm，可以满足居住建筑节能65%要求。
3 结语
通过对EPS轻质混凝土材料选用和配合比设计，设计了满足热工性能和密度的最佳配合比，该配合比轻质混凝土应用于钢丝网架节能墙板，在满足节能的前提下，墙体厚度控制在300?mm左右，减小了框架结构围护外墙的厚度。但是钢丝网架节能墙板在使用中尚应注意墙板边缘与框架梁柱、门窗洞口连接处的保温处理，避免出现热桥。
参考文献
[1] 周可可，陈兵，陈龙珠.EPS颗粒级配对EPS混凝土力学性能的影响[J].哈尔滨工程大学学报，2010（2）.
[2] 吴秋生，余其俊，韦江雄，等.EPS轻骨料混凝土工作性能改善与评价方法研究[J].保温材料与节能技术，2008（2）.
[3] 赵晓艳，田稳苓，周明杰，等.EPS轻集料混凝土配合比及性能试验研究[J].混凝土，2009（2）.
[4] 王录明，张大英，王树明.废旧聚苯乙烯泡沫混凝土试验研究[J].混凝土，2008（5）.