與建筑物同壽命的墻體保溫體系及自保溫材料研究.pdf

1、建筑節(jié)能是節(jié)能減排工作的重要領(lǐng)域,提高墻體結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能是建筑節(jié)能的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前墻體保溫體系通常以有機(jī)材料為主,存在大量的安全隱患。同時(shí)在墻體保溫體系性能指標(biāo)要求中經(jīng)常忽視耐久性要求,特別是熱學(xué)性能耐久性的要求。這會(huì)導(dǎo)致墻體保溫體系與建筑物主體使用壽命不一致,在建筑物使用周期內(nèi)需要進(jìn)行二次或多次墻體保溫改造,從而大幅度增加建筑物使用成本。此外,使用不恰當(dāng)?shù)膲w保溫體系會(huì)給建筑物帶來(lái)諸如火災(zāi)、高空墜物等安全隱患。因而必須高度重視墻

2、體保溫體系與建筑物主體使用壽命相匹配的問(wèn)題,高度重視墻體保溫體系安全性問(wèn)題,高度重視墻體保溫體系耐久性問(wèn)題。
　　 本文對(duì)墻體保溫體系與建筑物同壽命的內(nèi)涵進(jìn)行了闡述,認(rèn)為墻體保溫體系“與建筑物同壽命”不僅是一個(gè)時(shí)間概念,而且和建筑物使用狀態(tài)及建筑物所處的環(huán)境條件關(guān)系密切。對(duì)墻體保溫體系提出熱學(xué)性能耐久性指標(biāo)及試驗(yàn)方法。同時(shí)按照墻體保溫體系在建筑物中使用部位和功用的不同,將墻體保溫體系分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類,為每類墻體保溫體系建立了相應(yīng)

3、的指標(biāo)體系。指標(biāo)體系中涵蓋了物理力學(xué)、熱學(xué)性能和耐久性三個(gè)方面性能指標(biāo)要求?；谂c建筑物同壽命目的,建立的指標(biāo)體系有助于分析評(píng)價(jià)墻體保溫體系能否達(dá)到與建筑物同壽命的要求,為材料研發(fā)和評(píng)判提供了標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。
　　 對(duì)常見(jiàn)的墻體保溫體系的使用壽命和成本進(jìn)行了分析。用于Ⅰ、Ⅱ類墻體保溫體系的無(wú)機(jī)自保溫材料,在滿足熱學(xué)性能耐久性情況下,可認(rèn)為其基本達(dá)到與建筑物同壽命的要求。多元復(fù)合自保溫材料使用壽命的影響因素比較多,其中有機(jī)組分體積分?jǐn)?shù)

4、是一個(gè)關(guān)鍵的因素。通過(guò)本文所建立的連續(xù)接觸模型和模擬燃燒試驗(yàn)表明:有機(jī)保溫組分體積分?jǐn)?shù)存在一個(gè)極限值。當(dāng)有機(jī)顆粒體積分?jǐn)?shù)超過(guò)極限值之后,有機(jī)保溫組分相互接觸在材料中形成貫穿性條帶,從而導(dǎo)致材料耐火性能和使用壽命迅速下降。Ⅲ類墻休保溫體系的使用壽命與組成材料性能、建筑設(shè)計(jì)參數(shù)、環(huán)境條件等因素密切相關(guān)。依據(jù)歐洲的經(jīng)驗(yàn),Ⅲ類墻體保溫體系的使用壽命一般在25～30年。分別采用LCA和LCCA法來(lái)分析墻體保溫體系的使用成本,制定了兩種分析方法的流

5、程圖,為評(píng)價(jià)墻體保溫體系經(jīng)濟(jì)性提供了理論依據(jù)。
　　 在多元復(fù)合保溫材料傳熱過(guò)程和機(jī)理研究方面,對(duì)用于研究多元復(fù)合材料傳熱過(guò)程的模型進(jìn)行了改進(jìn)。(1)基于比等效導(dǎo)熱相等法則,建立了改進(jìn)的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算方法一單元體串并聯(lián)比較計(jì)算法。在復(fù)合材料傳熱過(guò)程分析中,考慮了熱流傳遞方向的影響。該計(jì)算方法精度與經(jīng)典的Maxwell-Eucken模型相當(dāng),并且給出了由于傳熱方式的不同,復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的可能區(qū)間。(2)基于熱流傳遞過(guò)程中遭

6、遇熱阻層的概率分布,建立了水泥基多元復(fù)合保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測(cè)模型。該模型在較大的保溫組分體積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)均具有良好的計(jì)算精度。(3)基于最小熱阻法則,建立了水泥基基體材料導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測(cè)模型,該模型通過(guò)對(duì)熱流途徑的劃分,使傳熱過(guò)程不僅滿足基體材料組成的要求,同時(shí)符合最小熱阻理論要求。所建立的模型精度較高,更加接近于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。進(jìn)行了保溫組分形貌參數(shù)對(duì)水泥基多元復(fù)合保溫材料傳熱過(guò)程影響的試驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明:除保溫組分本身性能外,保溫組分的粒徑

7、和級(jí)配也會(huì)對(duì)傳熱過(guò)程產(chǎn)生影響:在分析自保溫材料研究現(xiàn)狀和水泥基材料特點(diǎn)基礎(chǔ)上,結(jié)合多元復(fù)合保溫材料傳熱過(guò)程和機(jī)理的研究,表明水泥基多元復(fù)合自保溫材料是墻體自保溫材料最佳選擇之一。
　　 在水泥基多元復(fù)合自保溫材料耐久性及機(jī)理研究方面,進(jìn)行了水泥水化齡期和碳化作用對(duì)其熱學(xué)性能耐久性影響的試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:水泥水化齡期和碳化作用對(duì)水泥基多元復(fù)合自保溫材料熱學(xué)性能耐久性影響比較復(fù)雜,存在正負(fù)兩方面效應(yīng)。合適的水灰比、細(xì)小均勻的孔

8、徑、恰當(dāng)?shù)目妆诤穸纫约斑m當(dāng)?shù)慕缑鏀?shù)量是保證水泥基多元復(fù)合自保溫材料熱學(xué)性能耐久性的基礎(chǔ)。模擬建筑物在實(shí)際使用過(guò)程中可能遭遇到的環(huán)境問(wèn)題,進(jìn)行了環(huán)境因素對(duì)水泥基多元復(fù)合自保溫材料熱學(xué)性能耐久性影響的試驗(yàn)研究和機(jī)理分析。通過(guò)定義界面作用影響因子的方法初步定量描述了界面作用對(duì)水泥基多元復(fù)合自保溫材料熱學(xué)性能耐久性的影響。試驗(yàn)結(jié)果和界面作用分析表明:控制有機(jī)保溫組分體積分?jǐn)?shù),使界而保持為固-固界而性質(zhì),提高材料防水性等技術(shù)措施能減緩干濕循環(huán)和凍

9、融循環(huán)作用帶來(lái)的熱學(xué)性能的下降,有利于保證水泥基多元復(fù)合自保溫材料熱學(xué)性能的耐久性。
　　 將水泥基多元復(fù)合自保溫材料的設(shè)計(jì)分為強(qiáng)度設(shè)計(jì)、熱學(xué)性能設(shè)計(jì)和耐久性設(shè)計(jì)。分別指出了各個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容需要考慮的影響因素。制定了水泥基多元復(fù)合自保溫材料的設(shè)計(jì)流程和程序。研究了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟和方法。在所建立的水泥基多元復(fù)合自保溫材料設(shè)計(jì)方法指導(dǎo)下,研發(fā)了一種保溫砌塊。其產(chǎn)品性能高于國(guó)內(nèi)外的同類產(chǎn)品。對(duì)所研發(fā)的保溫砌塊工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行了探討,并討論了