ZMQ纖維混凝土模卡節(jié)能防災砌塊的研究

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normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>[摘　要] 　研究了不同摻量ZMQ纖維、ZMQ防水黏結添加劑對ZMQ砌塊的抗折、防裂、抗?jié)B性、吸水率和熱工性能的影響。探討和分析了水泥基纖維復合材料抗折防裂、抗?jié)B性、熱工性能提高的機理。試驗證明，摻ZMQ纖維和防水黏結劑能顯著降低混凝土的脆性，提高混凝土抗折強度、抗?jié)B性和熱工性能。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>[關鍵詞] 　ZMQ砌塊；纖維增強防裂；抗?jié)B性；吸水率；熱工性能

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>研發(fā)出適合夏熱冬冷地區(qū)氣候特點，解決節(jié)能建筑節(jié)能不節(jié)錢、干縮開裂現象較多、“二次裝修”困難等不足，是我們湖南大學衡陽分校建筑工程系ZMQ纖維混凝土模卡節(jié)能防災砌塊(以下簡稱“ZMQ 砌塊”)課題組3年來致力探討的課題。2003年10月，“纖維混凝土保溫砌塊技術預研究”列為上海市建設科研項目計劃。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>ZMQ砌塊采取不燃材料膨脹珍珠巖作為保溫材料，以期有效地控制火災、熱輻射和次生煙塵災害。珍珠巖保溫性能穩(wěn)定，價格低廉，是一種較好的保溫材料，但其吸水率大，不適宜應用于潮濕環(huán)境，并且膨脹珍珠巖混凝土存在抗拉強度低、極限應變小、抗沖擊性差、脆性大、易開裂等缺點。為改善其抗折、抗剪、開裂、抗?jié)B性、吸水率等特性，我們在該材料中摻加了ZMQ纖維、ZMQ防水黏結劑等材料組成了ZMQ砌塊，該砌塊很好地滿足了其使用、施工環(huán)境和保溫效果的性能要求。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1 　試驗方法

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>纖維增強膨脹珍珠巖混凝土成型及抗壓、抗折強度按GBJ81-1985普通混凝土力學性能試驗方法。參照GB10303-1989膨脹珍珠巖絕熱制品的技術要求和GB11969加氣混凝土性能試驗方法。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1.1 　實驗設計思路

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>ZMQ砌塊結構由表層結構和芯層結構組成，材料由水泥、膨脹珍珠巖、ZMQ防水黏結添加劑、ZMQ纖維、BY7減水劑、砂等組成。先經課題組反復實驗，找出ZMQ砌塊在干燥條件下滿足抗壓強度和保溫性能的基本配合比(重量比)。表層結構層:水泥∶砂∶珍珠巖∶水∶減水劑= 1∶1.5∶0.48∶0.46∶0.0135。芯層結構層: 水泥∶珍珠巖∶水∶減水劑= 1∶1.23∶0.46∶0.0135。然后通過摻加ZMQ纖維、ZMQ防水黏結添加劑，改變表層結構層與芯層結構層的結合方式和結合厚度，設置公母榫鑲砌結構來改善ZMQ砌塊的抗折、抗剪、防裂、抗?jié)B能力和吸水率，提高墻體整體剛度、環(huán)境適應性和熱工性能，最后調整和確定產品的材料配比和生產工藝。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1.2 　試驗用原材料

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>水泥：采用衡陽市水泥廠生產的湘江牌425號普通硅酸鹽水泥。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>膨脹珍珠巖：采用湖南冷水灘美迪實業(yè)公司產品，堆積密度value="180" UnitName="kg">180kg/m3，細度模數3.6，大于value="5" UnitName="mm">5mm的顆粒不超過5% ，壓縮比1.5，熱導率0.064～0.072W/(m·K) 。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>細砂：采用衡陽市砂石場普通河砂，含泥量小于2%，細度模數2.2～1.6。ZMQ纖維:采用獨特的三葉型橫截面，經過接枝處理的改性聚丙烯纖維。白色單絲；相對密度0.91；長度2～30mm；纖度6～16D(當量直徑0.02～0value=".1" UnitName="mm">.1mm)；熔點165～173℃；抗拉強度>500MPa；斷裂伸長率15%～25%；彈性模量>3800MPa；濃NaOH溶液、濃氨水、濃鹽酸、濃硫酸、濃硝酸對其強度無影響；分散性:隨機取value=".1" UnitName="g">0.1g纖維，投入到盛有300ml水的燒杯中，晃動燒杯，纖維均勻分散，無并絲、無纏繞，無結團。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>ZMQ防水黏結劑：課題組自配，由有機硅氧烷、尿素和水玻璃等組成。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>減水劑：采用岳陽白銀化工生產的BY7型超早強減水劑，由甲基萘磺酸鈉甲醛縮合物、增強劑等材料復合而成。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2 　ZMQ纖維增強實驗

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2.1 　實驗方法及數據

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Day="30" IsLunarDate="False" IsROCDate="False">2.1.1 　測定28d抗壓、抗折強度。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>表層結構層ZMQ拌合料基本配比保持不變，ZMQ纖維(長度5～8mm)摻入量(kg/m3)逐步增加(14組實驗)，實驗平均值如表1。玻璃等組成。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>減水劑：采用岳陽白銀化工生產的BY7型超早強減水劑，由甲基萘磺酸鈉甲醛縮合物、增強劑等材料復合而成。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Day="30" IsLunarDate="False" IsROCDate="False">2.1.2 　測定抗?jié)B性

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>抗?jié)B性能參照GBJ82-1985規(guī)定進行，試件為上下底面直徑各為value="175" UnitName="mm">175mm和value="185" UnitName="mm">185mm、高度為value="150" UnitName="mm">150mm的圓臺體，試件養(yǎng)護方法同力學性能測定的立方體試件?；九浔葥?st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" Sourcevalue="1.5" UnitName="kg">1.5kg/m3ZMQ防水黏結劑，實驗平均值如表2。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>nth="12" Day="30" IsLunarDate="False" IsROCDate="False">2.1.3 　抗裂觀察實驗

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>制作4組value="1200" UnitName="mm">1200mm×1600mmZMQ纖維摻量(kg/m3 )分別為0、0.4、0.8、1.2的ZMQ砌體，120d觀察，無ZMQ纖維摻入時砌體有裂紋；當ZMQ纖維摻入量超過value=".8" UnitName="kg">0.8kg/m3砌塊料時，所有ZMQ砌體均無裂紋產生。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2.2 　實驗結果分析

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>a) 表1試驗結果表明，當纖維含量從value=".4" UnitName="kg">0.4kg/m3～value="2" UnitName="kg">2.0kg/m3，混凝土的抗壓強度幾乎沒有變化，但抗折強度提高達25%。數值說明ZMQ纖維對強度的影響程度和纖維在混凝土中的體積率有關。課題組分析認為，之所以抗折強度提高幅度大于抗壓強度提高幅度，原因在于混凝土脆性及自收縮等造成內部存在不同尺度的微裂縫，而微裂縫對抗折強度的影響遠大于抗壓強度；ZMQ纖維對抗折強度的影響可從纖維對混凝土結構內原生裂紋尺度的細化效應增強了混凝土介質的連續(xù)性、有機材料對振動波的吸收和ZMQ纖維鈍化了原生裂隙尖端的應力集中，使介質內的應力場更加連續(xù)和均勻幾方面來理解。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>b) 表2試驗結果表明，隨著ZMQ纖維摻量的增加，混凝土的滲透高度減小。課題組分析認為，由于纖維與混凝土之間握裹力極強，可以有效控制混凝土結晶體的位移；裂縫碰到鄰近的微纖維時立即被阻擋，因而防止了裂縫的擴大；均勻分布在混凝土中的大量纖維降低了混凝土表面的析水，阻礙了集料的離析，從而使混凝土中直徑為50～100nm的孔隙含量大大降低，可以極大地提高抗?jié)B能力，同時大大增強混凝土的抗凍能力。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>c) 抗裂觀察表明，加入ZMQ纖維后，抗裂能力提高，可有效控制面層不產生大于value=".2" UnitName="mm">0.2mm的有害裂縫。課題組分析認為，由于ZMQ纖維與水泥基料的結合力極強，易于充分混合，在混凝土內部形成多向分布的支撐體系，該體系有助于減弱混凝土的塑性收縮及凍融時的張力，而收縮時的能量被混凝土中大量的高強ZMQ纖維所吸收，有效的增強了混凝土的韌性及延性，有效釋放溫度應力，提高了抗變形能力，抑制其微裂縫的產生與發(fā)展。同時，砌筑采用ZMQ膠泥，無濕化作業(yè)，有利于避免因濕脹率大于干縮率幾乎一倍而使砌塊墻體出現的收縮裂縫。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3 　ZMQ防水黏結劑效果實驗

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3.1 　實驗方法及數據

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>制作ZMQ芯層材料value="100" UnitName="mm">100mm×value="100" UnitName="mm">100mm×value="100" UnitName="mm">100mm試件，標準養(yǎng)護28d后，在105～110℃下烘至恒重稱重，放入20+value="5" UnitName="℃">5℃水中浸泡48h后取出擦干稱重。測試摻加ZMQ防水黏結劑對ZMQ混凝土吸水率的影響。實驗平均值如表3。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3.2 　實驗結果分析

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>表3試驗結果表明，摻加適量的ZMQ防水黏結劑可以降低ZMQ砌塊的吸水率。當ZMQ防水黏結劑摻量為value="1.5" UnitName="kg">1.5kg/m3時，ZMQ芯層材料吸水率≤10% ，課題組分析認為，膨脹珍珠巖性能穩(wěn)定，價格低廉，是一種較好的保溫材料，但其吸水率大，不適宜應用于南方潮濕環(huán)境；ZMQ防水黏結劑能使珍珠巖表面形成防水薄膜；ZMQ防水黏結劑有微膨脹作用，有利于補償混凝土自收縮，抑制其微裂縫的產生與發(fā)展；與拒水性好的表層結構層配合，ZMQ砌塊在南方潮濕環(huán)境下，能保持良好的防水保溫效果，同時又有較好的透汽性。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4 　ZMQ砌塊熱工性能

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4.1 　計算方法及數據

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>課題組以位于北緯24°39～30°08′之間的湖南省氣候特征參數作為研究依據，采用以value="18" UnitName="℃">18 ℃為基準的采暖度日數HDD18，以value="26" UnitName="℃">26℃為基準的空調度日數CDD26。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>依據《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB50176-1993及《民用建筑節(jié)能設計標準(采暖居住建筑部分)》JGJ26-1995，課題組對ZMQ主砌塊墻體構造及熱工計算參數的最終實驗取值為，外結構層:導熱系數λ=0.58W/(m·K)，厚度value="15" UnitName="mm">15mm；芯層結構層:λ=0.102W/(m·K)，厚度value="120" UnitName="mm">120mm；內結構層:λ =0.58W/(m·K)，厚度value="15" UnitName="mm">15mm；內側水泥砂漿:λ=0.93W/(m·K)，厚度value="5" UnitName="mm">5mm。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>ZMQ 砌塊熱工計算：

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>a) 外結構層value="15" UnitName="mm">15mm+芯層結構層value="120" UnitName="mm">120mm+內結構層value="15" UnitName="mm">15mm+兩側水泥砂漿各value="5" UnitName="mm">5mm傳熱系數：

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>Kp1 = 1/(Ri +ΣRP +Re)

normal style="TEXT-INDENT: 27pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 3.0" align=left>= 1/(0.11+0.005/0.93+0.015/0.58+0.12/0.102+0.015/0.58+0.005/0.93+0.04)

normal style="TEXT-INDENT: 27pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 3.0" align=left>= 0.72W/(m2·K)

normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>b) 結構“熱橋”value="150" UnitName="mm">150mm傳熱系數:

normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>Kp2 = 1/(Ri+ΣRP+Re)

normal style="TEXT-INDENT: 36pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 4.0" align=left>= 1/(0.11+0.005/0.93+0.15/0.58+0.005/0.93+0.04)

normal style="TEXT-INDENT: 36pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 4.0" align=left>= 2.38W/(m2·K)

normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>c) ZMQ砌塊墻體計權傳熱系數K

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>K = 0.72×0.923+2.38×0.077

normal style="TEXT-INDENT: 27pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 3.0" align=left>= 0.85W/(m2·K)

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4.2 　結果分析

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>計算結果表明， ZMQ砌塊墻體平均傳熱系數K≦0.85W/(m2·K)，小于外墻傳熱系數限值1.5 W/ (m2·K)，滿足建筑節(jié)能65%的要求。課題組實際測試數據和DOE22程序能耗分析結果表明，當改變圍護結構傳熱系數K 時，隨著K值的減小，能耗指標的降低并非按線性規(guī)律變化。當外墻平均K值降為1W/(m2·K)時，再減小K值對降低建筑能耗的作用已不明顯。在非穩(wěn)態(tài)傳熱的條件下，還應該用高強、高密度ZMQ纖維保溫混凝土表層的設計來滿足抵抗溫度波和熱流波在建筑圍護結構中傳播能力的熱惰性指標。ZMQ砌塊采用預成球雙嘴三料一次性復合成型技術，重要的是形成保溫混凝土表層與保溫混凝土芯層均勻漸變和有機結合，提高ZMQ 砌塊的強度，另一方面使墻體達到隔聲指數≧45db(二級)的標準要求，還滿足墻體拒水性與透氣性設置，提高墻體的耐凍融、耐侯能力。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>5 　幾點結論

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>a) 普通膨脹珍珠巖混凝土由于其脆性、自收縮開裂和內部微裂縫使其抗折強度增長小于抗壓強度增長，使后期強度和耐久性能有可能下降。ZMQ纖維摻量為value="2" UnitName="kg">2kg/m3時，可以提高抗折強度25 %以上。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>b) ZMQ防水黏結劑能使珍珠巖表面形成防水薄膜；防水黏結劑的微膨脹作用，有利于補償混凝土自收縮，抑制其微裂縫的產生與發(fā)展，當其摻量為value="1.5" UnitName="kg">1.5 kg/m3時，ZMQ砌塊材料吸水率≤10%，在南方潮濕環(huán)境下，能保持良好的防水保溫效果。但當其摻量達到一定比例后，防濕效果不再明顯增加。

normal style="TEXT-INDENT: 18pt; TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none; mso-char-indent-count: 2.0" align=left>c) 課題組的綜合研究證明，可以通過摻加ZMQ纖維、ZMQ防水黏結添加劑，改變表層與芯層結構層的結合方式和結合厚度，設置鑲砌結構等多項手段來改善ZMQ砌塊的抗折、防裂、抗?jié)B能力和吸水率，提高墻體整體剛度、環(huán)境適應性和熱工性能。

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>參考文獻

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>1 　建設部. 夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準，JCJ134-2001

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>2 　朱盈豹編著. 保溫材料在建筑墻體節(jié)能中的應用. 北京:中國建材出版社，2003

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>3 　謝朝學. 利用“三廢”制輕型保溫隔熱建筑材料. 安全與環(huán)境工程，2004，(3)

normal style="TEXT-ALIGN: left; mso-layout-grid-align: none" align=left>4 　高丹盈，B.Brahim. 纖維聚合物筋混凝土的粘結機理及錨固長度的計算方法.