摘要：在國家節能降耗的戰略思想指導下，建筑領域節能降耗成為研究的重點。研究表明，建筑物通過圍護結構傳熱的能耗占建筑物使用能耗的一半以上，則通過改善圍護結構熱工性能來降低傳熱能源消耗至關重要。考慮到建筑物保溫、防火、防水等綜合要求，利用燒結保溫空心砌塊作為墻體保溫材料，成為建筑新材料應用發展的趨勢。本文通過對燒結類墻體材料空心砌塊應用性能的研究，提出優化設計方案，使砌塊保溫性能得到優化提升。

　　關鍵詞：建筑節能;燒結類墻體材料;空心砌塊;孔型設計

　　1引言

　　隨著世界環境問題愈演愈烈，建筑節能成為近年來世界建筑發展的一個基本趨向。建筑節能包括兩個方面，即建筑降耗與使用降耗，而使用能耗在建筑能耗中占據較大比例。使用能耗是指建筑物在長期的使用過程中的能源消耗，比如照明、取暖、電氣、降溫等。對于我國北方建筑而言，取暖與降溫是冬夏兩季的主要能耗，因此在建筑中使用新型保溫材料是有效的節能措施。

　　統計數據表明，在我國北方地區，建筑圍護結構能耗占比高達55%~77%，而增大圍護結構的費用僅為項目總投資的3%~6%，但卻可以帶來20%~40%的節能效果。由此可見，選擇合適的新型節能材料，采取有效的措施，改善圍護結構熱工性能，對降低建筑使用能耗具有積極的作用。

　　2節能燒結類墻體材料空心砌塊實體部分性能研究

　　燒結類空心砌塊是目前建筑領域較新型的節能墻體材料，也是國家大力推廣的“綠色建材”之一，與傳統實心磚相比，表現出明顯的節約原料資源、節約能源的優點。為使燒結類空心砌塊材料達到甚至超過傳統建筑用材的功能標準，需要對其進行性能測試。本文以頁巖為主要材料，通過造孔劑添加實驗，找出造孔劑的最佳添加量，以及最佳燒成溫度。

　　2.1頁巖最佳燒成溫度

　　采用梯度爐實驗的方法，以頁巖為材料，將其原料按照規定步驟，燒制成36×36mm的圓柱體實體模型。具體步驟為：頁巖原料烘干磨細并過1mm篩→蘭炭末造孔劑烘干磨細過0.5mm篩→配料按比混合并加水攪拌→入密封袋并室內陳化3d→模具成型→溫室自然干燥24h，后恒溫干燥箱烘干。取試樣7份，設置燒成溫度自800℃~1000℃，每50℃為一檔，入梯度爐燒制。

　　結果顯示800℃欠燒，1100℃嚴重開裂變形，則按照《磚瓦原材料實驗方法》中的計算公式T=T1+T2-T12，可得頁巖的最佳燒成溫度為950℃。對各溫度檔實驗數據進行分析可知，隨著溫度的升高，試樣抗壓強度先增加，后基本不變，燒成收縮率很小。當到達850℃時，抗壓強度開始趨于穩定，當達到950℃時，顯氣孔率降低，體積密度升高，達到國家標準《燒結普通磚》中的相關規定。當溫度達到1000℃后，變化不明顯，因此出于節約能源的考慮，950℃為最佳燒結溫度。

　　2.2造孔劑對燒結保溫空心砌塊性能影響

　　以不同溫度、不同量的造孔劑為影響因子，分別進行實驗，選擇性能較好的試樣，然后進行導熱系數測定。首先，從頁巖可塑性來看，根據塑性公式IP=WL-WP計算材料的塑性指數，指數越大說明材料塑性越好。實驗數據分析發現，隨著蘭炭末造孔劑摻量的增加，頁巖可塑性下降，但幅度不大。

　　其次，從試樣性能來看，蘭炭末造孔劑摻量的增加帶來試樣燒失量的增加，但燒成收縮率很低，這說明造孔劑的添加可一定程度上抑制燒成收縮率;此外，在相同燒成溫度下，隨著蘭炭末造孔劑摻量的增加，試樣氣孔率增加，而抗壓強度降低，在相同造孔劑摻量下，隨著燒成溫度升高，氣孔率下降，體積密度升高，抗壓強度增大。當燒成溫度升高至一定程度后，試樣開裂變形，無法使用。

　　2.3觀測分析

　　選擇950℃燒成溫度下、9%蘭炭末造孔劑摻量的試樣進行觀測分析，結果顯示試樣中出現了許多微孔，且分布相對均勻，試樣結構變得疏松。燒成溫度上升到1040℃后，蘭炭末造孔劑摻量為12%，則試樣抗壓強度提升，顯氣孔率降低，體積密度增加。對這種狀態下的試樣孔徑分布進行測定，結果顯示其孔直徑基本在1μm以上，直徑為100μm左右的孔占比最大。

　　以達到規定的MU20強度等級標準為基礎，頁巖在950℃的燒成溫度下，導熱系數為0.4512W/(m·K)，添加12%摻量的蘭炭末造孔劑后，在1040℃的燒成溫度下，導熱系數為0.3598W/(m·K)。結果顯示，添加蘭炭末造孔劑后，頁巖導熱系數明顯下降，這說明造孔劑的加入明顯改善了試樣的保溫性能，而且還能達到標準，提高了試樣的性能。

　　3燒結保溫空心砌塊孔型結構研究

　　前文實驗表明，頁巖添加蘭炭末造孔劑后，在適當的燒成溫度與摻量下，空心砌塊實體獲得了更好的保溫性能。那么在此基礎上，通過進一步優化空心砌塊的孔型結構，則能夠進一步改善其保溫性能，進而達到節能降耗的效果。

　　3.1ANSYS熱分析

　　對流、傳導、輻射是熱量傳遞的三種主要方式，對于建筑圍護墻體材料而言，實體框架是必須的，那么在滿足抗壓標準的前提下，借助空氣導熱系數小的特點，設計合理的空氣層厚度，則有效提升保溫性能。當熱流動是線性穩態時，試樣熱分析相對較為簡單，但當熱流動是非線性穩態時，則對試樣導熱系數的測定相對麻煩。

　　因此采用ANSYS熱分析法，則可精確計算空心砌塊的導熱系數。ANSYS熱分析流程為：前處理：建模(定義單元類型、材料屬性、建模并劃分網絡)→求解：施加載荷計算(施加對流換熱載荷、設置求解選項、分析計算)→后處理：查看結果(進入通用后處理器、顯示溫度場分布圖、獲取外表面熱流率)。

　　3.2砌塊傳熱影響因素

　　孔長寬比：以10.53%空洞率的試樣，長寬比增加，熱傳遞減弱，但隨著長寬比增加，實體寬度隨之增加，實體熱傳遞量增大。但綜合兩種因素的實驗結果顯示，長寬比增加可降低砌塊導熱系數。孔排列數：孔排數增加則降低導熱系數，孔列數增加則相應增加豎肋，進而增加導熱量，砌塊保溫性能下降。孔肋延長線系數：增加孔肋延長線系數，則砌塊導熱系數下降，其有效方法為增加孔排數，將孔交錯排列。

　　孔洞率：孔洞率增加則砌塊導熱系數下降，保溫效果提升，但在工程實踐中，還需考慮抗壓指數等因素，需合理設計砌塊空洞率。孔洞排列方式：實驗表明，交錯排列具有更好的保溫效果，其熱傳導系數更小。孔洞間距：出于空心砌塊成型的考慮，孔洞間距過小則不易成型，而孔洞間距過大則增加對流換熱和輻射換熱，因此應合理設計孔洞間距，使其熱傳導系數處于合理狀態。

　　3.3符合節能標準的孔型設計

　　結合實驗分析可知，為在標準范圍內獲得最佳的保溫效果，燒結類空心砌塊的孔型設計可設計為矩形，增大長寬比，減小孔列數，增加孔排數，提高空洞率，減小孔洞間距，并采取交錯排列的孔型結構。通過燒結試驗，最終確定空心砌塊孔型設計為正交排列孔型，T型孔洞排列方式，這種結構較為合理，符合燒結類空心砌塊發展方向。通過本文實驗分析可知，為頁巖為材料燒制保溫空心砌塊，需結合地方氣候環境與功能需要，合理設計燒成溫度、造孔劑摻量，并科學的設計孔型，進而獲得最理想的熱工性能，為實現建筑節能提供思路。

　　參考文獻

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　　建筑方向論文投稿刊物：《建材技術與應用》(雙月刊)創刊于1980年，由山西綜合職業技術學院主辦，是經新聞出版署和科學技術部批準國內外公開發行的建材科技期刊。主要報道國內外建筑材料等專業領域的進展和動向，介紹建材工業的新技術、新工藝、新設備，交流生產技術和管理經驗。內容涉及水泥、玻璃、建筑衛生陶瓷、耐火材料、新型建筑材料、無機非金屬材料等專業領域。