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域,提高墻體結構保溫隔熱性能是建筑節(jié)能的關鍵問題之一。目前墻體保溫體系通常以有機材料為主,存在大量的安全隱患。同時在墻體保溫體系性能指標要求中經常忽視耐久性要求,特別是熱學性能耐久性的要求。這會導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需要進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,使用不恰當的墻體保溫體系會給建筑物帶來諸如火災、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題,高度重視墻體保溫體系安全性問題,高度重視墻體保溫體系耐久性問題。
　　 本文對墻體保溫體系與建筑物同壽命的內涵進行了闡述,認為墻體保溫體系“與建筑物同壽命”不僅是一個時間概念,而且和建筑物使用狀態(tài)及建筑物所處的環(huán)境條件關系密切。對墻體保溫體系提出熱學性能耐久性指標及試驗方法。同時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

3、的指標體系。指標體系中涵蓋了物理力學、熱學性能和耐久性三個方面性能指標要求?；谂c建筑物同壽命目的,建立的指標體系有助于分析評價墻體保溫體系能否達到與建筑物同壽命的要求,為材料研發(fā)和評判提供了標準和依據。
　　 對常見的墻體保溫體系的使用壽命和成本進行了分析。用于Ⅰ、Ⅱ類墻體保溫體系的無機自保溫材料,在滿足熱學性能耐久性情況下,可認為其基本達到與建筑物同壽命的要求。多元復合自保溫材料使用壽命的影響因素比較多,其中有機組分體積分數

4、是一個關鍵的因素。通過本文所建立的連續(xù)接觸模型和模擬燃燒試驗表明:有機保溫組分體積分數存在一個極限值。當有機顆粒體積分數超過極限值之后,有機保溫組分相互接觸在材料中形成貫穿性條帶,從而導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、建筑設計參數、環(huán)境條件等因素密切相關。依據歐洲的經驗,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,為評價墻體保溫體系經濟性提供了理論依據。
　　 在多元復合保溫材料傳熱過程和機理研究方面,對用于研究多元復合材料傳熱過程的模型進行了改進。(1)基于比等效導熱相等法則,建立了改進的復合材料導熱系數計算方法一單元體串并聯(lián)比較計算法。在復合材料傳熱過程分析中,考慮了熱流傳遞方向的影響。該計算方法精度與經典的Maxwell-Eucken模型相當,并且給出了由于傳熱方式的不同,復合材料導熱系數的可能區(qū)間。(2)基于熱流傳遞過程中遭

6、遇熱阻層的概率分布,建立了水泥基多元復合保溫材料導熱系數預測模型。該模型在較大的保溫組分體積分數范圍內均具有良好的計算精度。(3)基于最小熱阻法則,建立了水泥基基體材料導熱系數預測模型,該模型通過對熱流途徑的劃分,使傳熱過程不僅滿足基體材料組成的要求,同時符合最小熱阻理論要求。所建立的模型精度較高,更加接近于實驗結果。進行了保溫組分形貌參數對水泥基多元復合保溫材料傳熱過程影響的試驗研究,研究結果表明:除保溫組分本身性能外,保溫組分的粒徑

7、和級配也會對傳熱過程產生影響:在分析自保溫材料研究現(xiàn)狀和水泥基材料特點基礎上,結合多元復合保溫材料傳熱過程和機理的研究,表明水泥基多元復合自保溫材料是墻體自保溫材料最佳選擇之一。
　　 在水泥基多元復合自保溫材料耐久性及機理研究方面,進行了水泥水化齡期和碳化作用對其熱學性能耐久性影響的試驗研究。研究結果表明:水泥水化齡期和碳化作用對水泥基多元復合自保溫材料熱學性能耐久性影響比較復雜,存在正負兩方面效應。合適的水灰比、細小均勻的孔

8、徑、恰當的孔壁厚度以及適當的界面數量是保證水泥基多元復合自保溫材料熱學性能耐久性的基礎。模擬建筑物在實際使用過程中可能遭遇到的環(huán)境問題,進行了環(huán)境因素對水泥基多元復合自保溫材料熱學性能耐久性影響的試驗研究和機理分析。通過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水泥基多元復合自保溫材料熱學性能耐久性的影響。試驗結果和界面作用分析表明:控制有機保溫組分體積分數,使界而保持為固-固界而性質,提高材料防水性等技術措施能減緩干濕循環(huán)和凍

9、融循環(huán)作用帶來的熱學性能的下降,有利于保證水泥基多元復合自保溫材料熱學性能的耐久性。
　　 將水泥基多元復合自保溫材料的設計分為強度設計、熱學性能設計和耐久性設計。分別指出了各個設計內容需要考慮的影響因素。制定了水泥基多元復合自保溫材料的設計流程和程序。研究了設計的關鍵步驟和方法。在所建立的水泥基多元復合自保溫材料設計方法指導下,研發(fā)了一種保溫砌塊。其產品性能高于國內外的同類產品。對所研發(fā)的保溫砌塊工業(yè)化生產進行了探討,并討論了