蔣瓊

摘 要： 隨著建筑節(jié)能環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，本文研究了脫硫石膏砌體為改進(jìn)墻體材料，可提高墻體保溫隔熱性能和不燃性性能。

關(guān)鍵詞： 新型；建筑材料；脫硫石膏

利用工業(yè)廢棄物脫硫石膏生產(chǎn)脫硫石膏砌塊，是“禁實(shí)限黏”新型墻體材料的未來發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)家設(shè)立的墻體材料改革基金和各地政府出臺(tái)的墻體材料改革工作條例對(duì)新型墻體材料的推廣起了巨大的作用。國(guó)家主管部門發(fā)揮導(dǎo)向作用，出臺(tái)有關(guān)鼓勵(lì)高強(qiáng)節(jié)能墻體材料的優(yōu)惠政策，并撥出適量的科研費(fèi)用解決一些關(guān)鍵技術(shù)、材料和設(shè)備等問題，并將其發(fā)展應(yīng)用納入國(guó)家的技術(shù)發(fā)展政策。中國(guó)是一個(gè)工業(yè)大國(guó)，如何充分利用好工業(yè)廢棄物脫硫石膏，任重而道遠(yuǎn)。

1.新型脫硫石膏砌塊保溫隔熱性能研究

建筑墻體的熱物理性能反應(yīng)了本身保溫隔熱性能的好壞，無論在國(guó)外還是在國(guó)內(nèi)，墻體的熱物理性能作為主要的性能指標(biāo)，建筑墻體的保溫性能也是墻體的綠色節(jié)能主要指標(biāo)之一。因此，研究新型脫硫石膏砌塊墻體就必須研究墻體的保溫隔熱性能。墻體作為建筑空間的維護(hù)結(jié)構(gòu)及空間的隔斷結(jié)構(gòu)，其保溫隔熱性能的好壞直接影響建筑物的良好使用。在研究墻體的保溫隔熱性能時(shí)，經(jīng)常用導(dǎo)熱系數(shù)來衡量。導(dǎo)熱系數(shù)是指單位時(shí)間內(nèi)垂直于傳熱方向的單位面積1m，厚度1m，內(nèi)外表面溫度相差1℃時(shí)，通過傳導(dǎo)方式所傳遞的熱量。導(dǎo)熱系數(shù)越大，單位體積的導(dǎo)熱量就越多，材料的保溫隔熱性能越差；導(dǎo)熱系數(shù)越小，材料的保溫隔熱性能越好。依靠墻體材料自身較高的熱惰性和熱阻來達(dá)到保溫隔熱以及節(jié)能的要求。

1.1新型脫硫石膏砌塊熱阻值計(jì)算

脫硫石膏砌塊作為新型墻體材料，使用在建筑的內(nèi)隔墻中，材料的保溫性能直接影響后期使用中建筑空間的保溫性能。下面就新型脫硫石膏砌塊的保溫隔熱性能，分析研究砌塊本身的熱阻值，以及脫硫石膏砌塊墻體的熱阻值和導(dǎo)熱系數(shù)。根據(jù)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ134-2010）建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能要求，50%建筑外墻的導(dǎo)熱系數(shù)小于等于1.5W/（m2·K），熱阻應(yīng)大于等于0.67（m2·K）/W。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱阻是墻體處于自然環(huán)境中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和兩側(cè)空氣邊界共同阻抗熱量傳遞的能力。根據(jù)建筑節(jié)能規(guī)范：墻體內(nèi)表面換熱阻Ri=0.11（m2·K）/W；外表面換熱阻Re=0.04（m2·K）/W?？諝鈱拥臒嶙柚翟?cm 之前是隨空氣間層厚度的增加而增長(zhǎng)，超過4cm，空氣層熱阻基本不發(fā)生變化。所以，砌塊間孔洞的空氣熱阻為0.18（m2·K）/W。脫硫石膏砌塊作為新型墻體材料，要滿足建筑節(jié)能的要求，通過砌塊中孔洞的設(shè)置可以增加砌塊的導(dǎo)熱性能，砌塊中加入塑料泡沫顆粒，能夠達(dá)到綠色節(jié)能的效果?，F(xiàn)就脫硫石膏空心砌塊的熱阻值按照《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176-1993）規(guī)定的方法進(jìn)行計(jì)算：脫硫石膏空心砌塊的主規(guī)格尺寸為500mm×300mm× 200mm。

1.2新型脫硫石膏砌塊墻體熱工性能研究

本文中為了和其他墻體材料的熱工性能進(jìn)行比較，砌筑 240 厚的墻，在20厚水泥砂漿外粉刷和20 厚的混合砂漿內(nèi)粉刷情況下，分析脫硫石膏砌塊墻體的傳熱值?；旌仙皾{的導(dǎo)熱系數(shù)為0.87W/（m·K） ， 水泥砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)為0.93W/（m·K）。熱阻表示的是維護(hù)結(jié)構(gòu)墻體和兩側(cè)空氣邊界層共同阻抗熱量傳遞的能力，等于在熱傳遞的過程中熱流從墻體的一側(cè)傳遞到另一側(cè)所受到的阻力之和。

作為居民建筑中的墻體，其傳熱阻值越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小，墻體的保溫隔熱性能越好。新型脫硫石膏砌塊墻體的傳熱組值為 1.00 （m2·k /W），導(dǎo)熱系數(shù)為1.00W /（m2·k）。通過與其他砌塊熱阻值的比較，新型脫硫石膏砌塊墻體的保溫隔熱性能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，且其保溫性能比標(biāo)準(zhǔn)要求要好很多。

2.新型脫硫石膏砌塊燃燒性能試驗(yàn)

2.1建筑材料不燃性試驗(yàn)

該試驗(yàn)儀器的安放及操作步驟等均嚴(yán)格按照GB/T5464-2010《建筑材料不燃性試驗(yàn)方法》來實(shí)施。試驗(yàn)步驟如下：按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定使加熱爐溫度平衡；試驗(yàn)前確保整臺(tái)裝置處于良好的工作狀態(tài)；將按照規(guī)定制備的試樣放入試樣架；再將試樣（隨機(jī)抽取不同生產(chǎn)批次的砌塊）放入爐內(nèi)規(guī)定位置，并立即啟動(dòng)計(jì)時(shí)器；記錄熱電偶等溫度變化；進(jìn)行30 分鐘試驗(yàn)；記錄相關(guān)數(shù)據(jù)變化以及殘留物等；最后按照規(guī)定共測(cè)試五組試樣。根據(jù)試驗(yàn)情況以及記錄下的數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下分析：

（1）溫升

按照熱電偶溫升公式ΔT = Tm-Tf （ Tm 爐內(nèi)最高溫度，整個(gè)試驗(yàn)期間最高溫度的離散值； Tf 爐內(nèi)最終溫度，試驗(yàn)過程最后1 分鐘的溫度平均值），五組試樣的平均值 Tm =787.4℃， T =779.7℃，則最終溫升為7.7℃。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，溫升ΔT ≦30℃，顯然這點(diǎn)符合要求。

（2）質(zhì)量損失率

按照GB/T5464-2010《建筑材料不燃性試驗(yàn)方法》中的7.5.1 規(guī)定測(cè)量的各組試樣的質(zhì)量損失，以試樣初始的質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示。經(jīng)過天平量出試樣剩下部分的質(zhì)量，求出五組試樣的質(zhì)量損失部分，再除以初始質(zhì)量，最終計(jì)算出Δm 為8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的50%。故質(zhì)量損失率符合要求。

（3）火焰

根據(jù)GB/T5464-2010《建筑材料不燃性試驗(yàn)方法》中7.5.2 的規(guī)定，記錄連續(xù)火焰的持續(xù)時(shí)間。連續(xù)火焰是指試件表面的火焰燃燒時(shí)間持續(xù)5s 或者超過5s，對(duì)于持續(xù)火焰的記錄要精確到秒[103]。對(duì)于該新型脫硫石膏砌塊試樣的持續(xù)燃燒時(shí)間為tf = 0，及無持續(xù)燃燒。

通過上述三個(gè)重要數(shù)據(jù)以及整個(gè)試驗(yàn)的過程及觀察，可知該新型脫硫石膏砌塊為不燃性材料。

2.2新型脫硫石膏砌塊熱值的測(cè)定

所謂熱值指的是單位質(zhì)量的材料燃燒所產(chǎn)生的熱量。而總熱值指的是單位質(zhì)量的材料完全燃燒，并當(dāng)其燃燒產(chǎn)物中的水（包括材料中所含水分生成的水蒸氣和材料組成中所含的氫燃燒時(shí)生成的水蒸氣）均凝結(jié)為液態(tài)時(shí)放出的熱量，被定義為該材料的總?cè)紵裏嶂?，用PCS 表示。

具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）檢查兩個(gè)電極和點(diǎn)火絲，確保其接觸良好，在氧彈中倒入10ml 的蒸餾水，用來吸收試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的酸性氣體；

2）擰緊氧彈密封蓋，連接氧彈和氧氣瓶閥門，小心開啟氧氣瓶，給氧彈充氧至壓力達(dá)到3.0Mpa～3.5Mpa；

3）將氧彈放入量熱儀內(nèi)筒；

4）在量熱儀內(nèi)筒中注入一定量的蒸餾水，使其能夠淹沒氧彈，并對(duì)其進(jìn)行稱重；

5）檢查并確保氧彈沒有泄露；

6）將量熱儀內(nèi)筒放入外筒；

7）從量熱儀中取出氧彈，放置10min 后緩慢泄壓，打開氧彈。如氧彈中無煤煙狀沉淀物且坩堝上午殘留碳，便可確定試樣發(fā)生了完全燃燒；

8）若采用坩堝法進(jìn)行試驗(yàn)，試樣不能完全燃燒，則采用“香煙法重新進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3 建筑材料或制品單體燃燒試驗(yàn)

（1）單體燃燒試驗(yàn)裝置

單體燃燒試驗(yàn)相對(duì)來說是燃燒性能試驗(yàn)中最為復(fù)雜的部分，無論是從試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)步驟還是試驗(yàn)結(jié)果的分析與處理，相對(duì)而言都是需要做好許多相關(guān)工作的。其中試驗(yàn)裝置主要為SBI 裝置，包括燃燒室、試驗(yàn)設(shè)備（小推車、燃燒器、集氣罩、收集器和導(dǎo)管）、排煙系統(tǒng)和常規(guī)測(cè)量裝置。

脫硫石膏砌塊的燃燒試驗(yàn)是在燃燒實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)室的外圍墻由標(biāo)準(zhǔn)磚砌筑而成墻厚為240mm，室內(nèi)高度為2.4m，室內(nèi)地面為3.0m×3.0m 平面，在墻體的一側(cè)留有一個(gè)1.5m×2.5m 的洞口，該洞口是裝有燃燒砌塊的小推車進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的通道。在燃燒試驗(yàn)過程中，小推車固定在一個(gè)U 型卡槽處，燃燒試件的表面與試驗(yàn)室墻體之間要保持一定的距離。

（2）單體燃燒試驗(yàn)原理

由兩個(gè)成直角的垂直翼組成的試樣暴露于直角底部的主燃燒器產(chǎn)生的火焰中，火焰由丙烷氣體燃燒產(chǎn)生，丙烷氣體通過砂盒燃燒器并產(chǎn)生（30.7±2.0）kw 的熱輸出。試樣的燃燒性能通過20min 的試驗(yàn)過程來進(jìn)行評(píng)估。主要性能參數(shù)包括：熱釋放、產(chǎn)煙量、火焰橫向傳播和燃燒滴落物及顆粒物。

在點(diǎn)燃主燃燒器前，應(yīng)利用離試樣較遠(yuǎn)的輔燃燒器對(duì)燃燒器自身的熱輸出和產(chǎn)煙量進(jìn)行短時(shí)間的測(cè)量[108]。一些參數(shù)測(cè)量可自動(dòng)進(jìn)行，另一些則可通過目測(cè)法得出。排煙管道配有用以測(cè)量溫度。光衰減、O2 和CO2 的摩爾分?jǐn)?shù)以及管道中引起壓力差的氣流的傳感器，這些數(shù)值是自動(dòng)記錄的并用以計(jì)算體積流速、熱釋放速率和產(chǎn)煙率。對(duì)火焰的橫向傳播和燃燒滴落物及顆粒物可采用目測(cè)法進(jìn)行測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

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