节能型烧结页岩空心砖的研制

论文摘要

随着能源危机的出现,节能、低碳和绿色建筑在国民经济中的意义越来越受到重视。工程实践证明,墙体及窗户的保温隔热,是实现建筑节能的关键,而墙体材料的发展,又是实现建筑节能的基础。所以随着国家墙改政策的实施,市场上出现了不同类型的新型墙体材料,其中,空心砖得到了非常广泛的应用。在烧结实心砖中设置空气间层和内置微孔,都能有效改善烧结砖的热工性能。然而,空心砖孔型设计并不十分合理,以及缺少微孔化方面的研究。针对上述问题,本文作以下分析:首先在分析空气间层传热特点的基础上,考虑孔型、孔径比、孔洞率、孔排数和列数、排列方式等不同空气间层的孔洞结构对空心砖热工性能的影响,模拟结果表明:矩形孔具有较好的保温性能,而且随矩形孔长宽比增加保温效果愈好;增加孔的排列数、孔洞率和孔肋延长线系数都能提高空心砖的热工性能。市场上190mm×200mm×240mm节能空心砖模拟分析的导热系数为0.258 W/（m·K）,实测为0.248 W/（m·K）,相对误差约3.6%;优化设计的节能空心砖模拟分析的导热系数为0.236 W/（m·K）,与市场节能空心砖相比,降低约8.5%。第四章,在分析锯末、煤矸石和造纸污泥的基本物性、化学成分及热解特性等的基础上,分别按不同掺量和页岩混合,经陈化、成型、干燥和烧成等工序,通过混合料可塑性指数、烧结制品的密度和抗压强度等指标,分析成孔剂在生产烧结页岩空心砖时的合理掺量。试验表明:成孔剂的燃烧大都发生在200～600℃范围内,因此制品烧成过程中,在此温度范围内升温速率不宜过快,使成孔剂燃烧充分从而促进烧成反应;随着锯末和煤矸石掺量的增加,混合料的可塑性呈减小趋势,而造纸污泥能提高混合料的成型性能。其次,当锯末掺量9%时,密度降低至1166 Kg/m3,导热系数达到0.48 W/（m·K）;煤矸石掺量60%时,密度降低至1457Kg/m3,导热系数为0.62 W/（m·K）;造纸污泥掺量11%时,密度降低至1284Kg/m3,导热系数为0.54 W/（m·K）。结合生产工艺、力学性能等的要求,成孔剂的适宜掺量:锯末掺量≤5%,造纸污泥≤9%,煤矸石可根据制砖热量和可塑性要求,适量掺加,节约用煤。最后,借助X射线衍射分析了锯末掺量3%、煤矸石掺量40%和造纸污泥掺量7%的烧结制品的相组成,结果表明在经950℃烧成反应后,主要相组成为:石英、莫来石和长石等。在第五章中,利用优化的节能空心砖型、在确定页岩和煤矸石掺量的混合料中,再分别掺一定量的锯末和造纸污泥进行生产实验,烧制的节能型烧结页岩空心砖,其强度达到GB13545-2003标准规定的抗压强度MU3.5级,密度低至约700 Kg/m3。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 建筑能耗的含义
• 1.1.2 建筑节能的意义
• 1.1.3 外墙节能是建筑节能的关键
• 1.1.4 烧结空心砖是实现墙体革新与建筑节能的主要举措
• 1.2 国内外空心砖（砌块）研究与应用现状
• 1.2.1 国外研究与应用现状
• 1.2.2 国内研究与应用现状
• 1.3 课题的研究意义和目的
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究目的
• 1.4 本论文的主要工作
• 1.4.1 孔型优化设计
• 1.4.2 成孔剂对烧结页岩制品性能影响研究
• 1.4.3 节能型烧结页岩空心砖生产实验
• 2 原材料与试验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 页岩
• 2.1.2 锯末
• 2.1.3 煤矸石
• 2.1.4 造纸污泥
• 2.2 试验方法与仪器
• 2.2.1 基本性能测定
• 2.2.2 烧结制品性能测定
• 2.2.3 微观性能试验
• 2.3 烧结页岩空心砖孔型优化分析
• 2.3.1 Gambit 软件简介
• 2.3.2 Fluent 软件简介
• 2.3.3 软件模拟计算空心砖热工性能的优势
• 3 烧结页岩空心砖孔型优化试验
• 3.1 空心砖的空气间层传热过程分析
• 3.1.1 空气间层的导热
• 3.1.2 空气间层的对流传热
• 3.1.3 空气间层的辐射传热
• 3.2 烧结页岩空心砖孔型优化模拟过程和影响因素分析
• 3.2.1 孔型优化的模拟计算过程
• 3.2.2 页岩烧结空心砖热工性能的影响因素分析
• 3.3 节能型页岩烧结空心砖热工性能分析
• 3.3.1 节能型空心砖设计原则
• 3.3.2 节能型空心砖模拟流场分析
• 3.3.3 节能型空心砖热工性能对比分析
• 3.4 小结
• 4 成孔剂在烧结页岩制品中的应用研究
• 4.1 基本性能分析
• 4.1.1 页岩化学成分
• 4.1.2 原料颗粒级配
• 4.1.3 造纸污泥的基础性质
• 4.1.4 成孔剂的发热量
• 4.1.5 成孔剂的热解特性分析
• 4.2 试样制备工艺
• 4.2.1 配合比设计
• 4.2.2 试样制备
• 4.3 成孔剂对混合料成型性能的影响
• 4.3.1 锯末对混合料成型性能的影响
• 4.3.2 煤矸石对混合料成型性能的影响
• 4.3.3 造纸污泥对混合料成型性能的影响
• 4.4 成孔剂对烧结页岩制品性能的影响
• 4.4.1 成孔剂对烧结页岩制品体积密度和吸水率的影响
• 4.4.2 成孔剂对烧结页岩制品强度和显孔隙率的影响
• 4.4.3 烧成机理及物相组成分析
• 4.4.4 烧结制品的导热系数
• 4.5 小结
• 5 节能型烧结页岩空心砖生产试验
• 5.1 原料制备
• 5.1.1 基本性能
• 5.1.2 颗粒粒径
• 5.2 陈化
• 5.3 成型
• 5.4 干燥
• 5.4.1 湿坯的技术要求
• 5.4.2 干燥的技术要求
• 5.5 烧成
• 5.5.1 干坯的技术要求
• 5.5.2 烧成的技术要求
• 5.6 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录