玻化微珠陶粒保温承重混凝土的力学性能和热工性能的研究与分析

论文摘要

目前,全球能源危机的日益加剧,建筑节能在节能减排中所占的比重越来越大。因此,开发研制一种抗震、经济、节能省地型的新的建筑结构体系成为土木工程领域的重要课题。本文以此为目标,对玻化微珠陶粒保温承重混凝土这一新型建筑保温节能材料进行力学性能和热工性能的研究与分析。目前工程建设市场上所用的建筑保温材料分为有机类与无机类。有机类主要以聚苯板(EPS)、挤塑板(XPS)、胶粉聚苯颗粒、聚氨酯等有机材料为主;无机类主要是无机保温砂浆类。传统保温工程作法主要是建筑物主体结构形成后,再进行保温材料的粘贴或涂抹施工。这些传统保温系统的作法,不但施工速度慢、造价高,而且还不利于建筑物的结构受力和安全;此外,有机保温材料还存在许多无法避免的缺点,如火灾隐患大、造价高、易起鼓脱落、耐久性差等缺点。基于上述原因,本文从玻化微珠陶粒保温承重混凝土的原材料、配合比、及其基本力学、热工性能开展了试验研究工作,结合具体工程项目对玻化微珠陶粒保温承重混凝土结构的抗震与热工性能进行了理论模拟分析。本文研究的具体工作如下:(1)对玻化微珠陶粒保温承重混凝土的原材料玻化微珠与粉煤灰陶粒进行了分析与试验,并从其生产研制、改性方面对两种原材料进行优化,为后续工作奠定了基础。(2)运用正交试验的方法测定了18种不同配合比的玻化微珠陶粒保温承重混凝土试件抗压强度和导热系数,并对正交试验数据进行了分析。得出了各种因素的掺量与变化对玻化微珠陶粒混凝土抗压强度、导热系数的影响,并确定了主次因素,为后续试验工作奠定了基础。(3)在正交试验的基础上,选定配合比最优组合的方案做进一步试验,试验采用不同玻化微珠与陶粒的掺量,强度等级为32.5硅酸盐水泥、强度等级为42.5硅酸盐水泥,强度等级为52.5硅酸盐水泥、掺加粉煤灰陶粒、粗细铁矿砂、掺加粗细松脂岩尾砂、掺加Ⅰ型外加剂等进行配制,成功研制出C10～C50强度等级、导热系数0.120~0.650W/(m·K)的玻化微珠陶粒保温承重混凝土。得出玻化微珠作为保温混凝土材料是可行的,能与混凝土的其他组成材料结合良好,具有施工可操作性。(4)应用ANSYS大型分析软件,以太原某办公楼为例建立了玻化微珠陶粒保温承重混凝土框架结构保温体系,通过模态分析和谱分析,比较了该体系与普通混凝土框架结构的自振周期、基底剪力、层间弹性位移角以及应力、变形,表明该体系不仅能够满足抗震设计规范要求,而且具有比普通混凝土框架结构更好的抗震性能。(5)通过对整体式保温隔热建筑—玻化微珠陶粒保温承重混凝土保温体系的热工性能分析及能耗计算,表明该体系能够满足我国寒冷地区建筑节能65%的目标要求。通过本文的试验与分析,玻化微珠陶粒保温承重混凝土是一种既具有一般混凝土的物理力学性能,同时又具有保温性能、绿色、环保的高效益生态建筑材料。使用玻化微珠陶粒保温承重混凝土的保温系统整体性好、保温性能佳、综合性强,且能形成自保温体系。本文研究的“玻化微珠保温承重混凝土”已获得国家知识产权局发明专利授权(ZL200610012726.2),且后续研发的具有更高强度、更低导热系数的玻化微珠陶粒保温承重混凝土已申报国家知识产权局发明专利(申请号200910075208);目前所配出的抗压强度C40,导热系数0.2W/(m·k)的玻化微珠陶粒保温承重混凝土已通过国检中心检测并出具检验报告;该课题做为系列研究课题玻化微珠保温砂浆应用研究的重要组成部分,研究成果经山西省科技厅组织全国知名专家鉴定达到国际先进水平,并获山西省科技进步二等奖。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外建筑保温节能及围护结构能耗情况
• 1.1.1 国外建筑节能现状
• 1.1.2 我国建筑节能现状
• 1.1.3 我国建筑保温节能政策
• 1.2 本课题的历程
• 1.3 本文研究的背景及意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 玻化微珠陶粒保温承重混凝土所用材料的选用及特性研究
• 2.1 玻化微珠陶粒保温承重混凝土骨料的选用——玻化微珠与粉煤灰陶粒
• 2.2 玻化微珠的选用
• 2.3 对玻化微珠的改性研究
• 2.4 粉煤灰陶粒的选用
• 2.5 其他材料的选用
• 第三章 玻化微珠陶粒保温承重混凝土基本力学性能试验方案设计及研究
• 3.1 玻化微珠陶粒保温承重混凝土基本力学性能试验概述
• 3.2 玻化微珠陶粒保温承重混凝土的试验仪器及试验方法
• 3.2.1 玻化微珠陶粒保温承重混凝土试件的养护
• 3.2.2 抗压强度试验
• 3.2.3 导热系数的测定
• 3.2.4 容重的测定
• 3.3 玻化微珠陶粒保温承重混凝土试验结果及分析
• 3.3.1 试验结果
• 3.3.2 极差分析
• 3.3.3 各因素对考核指标的影响
• 3.3.4 玻化微珠保温砂浆试件的方差分析
• 3.3.5 玻化微珠保温混凝土受压破坏的断面特性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 玻化微珠陶粒保温承重混凝土框架结构抗震有限元分析
• 4.1 ANSYS 软件简介
• 4.2 计算模型的建立
• 4.3 模态分析
• 4.3.1 基本理论
• 4.3.2 模态分析
• 4.4 谱分析
• 4.4.1 基本理论
• 4.4.2 地震反应谱分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 整体式保温隔热建筑——玻化微珠陶粒保温承重混凝土体系的节能效果计算
• 5.1 整体式保温隔热建筑的概念
• 5.2 整体式保温隔热建筑工程概况
• 5.3 能耗理论
• 5.4 玻化微珠陶粒保温承重混凝土体系的能耗计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文及申报专利