一种轻质高强石渣粉混凝土节能砌块及其制备方法

摘要

一种轻质高强石渣粉混凝土节能砌块，它是按重量比为水泥：石渣粉：聚苯乙烯颗粒：厚壁空心微珠：粘结剂：水＝1：3～5：0.03～0.06：0.5～0.8：0.01～0.02：0.35～0.5配置的原料，经搅拌、成型、静置、养护后制得的砌块。本发明采用聚苯乙烯颗粒等体积取代部分石渣粉、减薄砌块壁肋厚度及增加砌块的排孔数，提高砌块墙体的传热热阻；通过掺加表面圆滑、密度和导热率低、流动性好、强度高的厚壁空心微珠，解决了因加入聚苯乙烯颗粒带来的拌合料流动性差的技术问题，大幅度提高聚苯乙烯颗粒的掺加量；通过掺加粘结剂以解决聚苯乙烯颗粒表面湿润性，使得其与水泥浆体的粘结紧密，确保不因聚苯乙烯颗粒的引入而降低石渣粉混凝土砌块壁肋的强度和抗渗能力。本发明还通过低频加料高频成型、自变频幅技术以实现聚苯乙烯混凝土砌块的正常压制成型并提高砌块壁、肋的强度。

说明书

技术领域

本发明涉及属于建筑材料技术领域，特别是一种轻质高强石渣粉混凝土节能砌块及其制备方法。

背景技术

国内提高混凝土小型空心砌块热工性能采取了四条技术途径，前三种技术途径为：采用轻骨料混凝土、改变砌块孔结构、在砌块空洞中填充保温材料和采用复合结构，改变砌块孔洞结构的报道因与本专利无关故不叙述。第四条技术途径为本申请人发明的《一种保温混凝土空心砌块及其制备方法》（专利号为ZL200610044759.5）。

采用轻骨料混凝土的报道有：符向桃^[1]的ZMQ砌块和唐旭东^[2]的QTC轻质复合砌块采用膨胀珍珠岩为骨料，王金昌等^[3]研制成功超轻陶粒砼复合保温砌块，刘国强^[4]以微孔轻质混凝土作为基材，朱卫中等^[5]研究了浮石、页岩轻集料次轻混凝土砌块砌体的热工性能。张荣^[18]等研制的轻质保温聚苯混凝土空心砌块采用炉渣、陶粒、膨胀珍珠岩等为骨料，添加适当比例的聚苯泡沫及大掺量水泥（42-46%）搅拌混合而成的轻骨料混凝土砌块，其产品具有成本高（掺加大量水泥所致）、强度低（抗压强度≤1.5MPa）的特点，且未见其热工性能指标，因而不能满足建筑技术规范中的最低强度等级要求，难以在建筑工程中推广应用。

在砌块孔洞中填插保温材料的报道有：殷仲海^[6]提出向砌块孔洞中填加膨胀珍珠岩、散状玻璃棉或散状矿物棉等松散绝热保温材料，以隔断在砌块之间形成的空心通道的气流，减少对流换热量。高岩等^[7]研究后认为保温材料填充于混凝土空心砌块孔洞内部形成的复合砌块改善了空心砌块的保温性能，在提高热阻方面，轻集料混凝土砌块复合效果明显，普通混凝土砌块复合效果很小。夏赘等^[8]认为增加砌块的热阻，可以采取在孔内填塞导热系数较低的材料，如苯板。但一定要注意填塞的材料在使用过程中一定要保持干燥状态，否则保温效果要大打折扣。韦延年^[9]认为在小砌块孔洞中内插或内填不同类型的轻质保温材料，能改善小砌块砌体的热工性能。但由于混凝土肋壁的传热较大，砌体的热阻增值很有限，且在孔洞中内插、内填轻质保温材料，又多为手工操作，工序多，施工速度慢，效率低，更不适宜。

采用复合结构的报道有：王智敏^[10]开发的π形保温防漏系列复合砌块，该产品由混凝土砌块和保温、密封三部分材料组成，包括π形砌块、π形主墙砌块和π形模板砌块三类，每类砌块可含有不同规格的系列块型。殷仲海^[6]认为在围护结构墙体上，可以复合轻质高效的玻璃棉、岩棉、泡沫塑料等保温材料(内保温或外保温)，以提高墙体的导热热阻。杜春礼等^[11]认为轻质材料蓄热系数小，虽然经过复合后的屋顶和东、西外墙的传热系数(K值)能满足标准的限值，如选材不当，热惰性指标(D值)较低，其隔热性能往往达不到“热工规范”的要求，从而也会导致外围护结构内表面温度波幅较大，应引起重视。关洪波^[12]提出复合砌块由结构层、保温层和保护层组成。结构层即原标准砌块，保护层与结构层采用保温材料，厚度为20mm，保温材料主要用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)板材、泡沫玻璃和岩棉板等。王微等^[13]研制了一种填充型节能保温砌块，它由空心或实心块体、保温层和面层组成，保温层选用高效保温材料—— 阻燃型聚苯泡沫板(EPS板)，通过榫形结构与拉筋“复合”在轻集料混凝土块体内。该砌块是吉林市怀氏建筑材料有限责任公司的专利产品。王武祥^[14] 提出复合结构保温砌块由基层、保温层和面层组成。其特征是以单排孔(或多排孔)的混凝土空心砌块为基层，孔洞上下贯通(或不贯通)，混凝土块作为面层，面层与基层之间由高效保温材料聚苯乙烯型材来联结，其最显著的技术特征是没有冷桥。徐井波等^[15]介绍法国混凝土工业研究中心在推广薄壁混凝土砌块的基础上，进一步开发出保温承重砌块。这种砌块的承重主体部分与薄壁承重砌块大体相同，底部封闭，容重为18～20kg/m³发泡聚苯乙烯制作的保温块，由混凝土砌块中的燕尾槽卡紧。杨鼎宜等^[16]的研究表明对混凝土空心砌块类材料进行保温隔热复合处理，可以大幅度改善其节能效果。金孟贤^[17]提出通过对混凝土小型空心砌块块体外侧增加隔热保温条孔， 条孔与原砌块错肋连接，四周表平面设计为齿壁面，中间肋设计为楔形肋，砌块条孔中插入或填塞轻质隔热保温材料，加强砌块墙体的构造措施处理。

专利号为ZL200610044759.5的发明专利提供了《一种保温混凝土空心砌块及其制备方法》^[19]，系通过在普通石渣粉混凝土中用聚苯乙烯颗粒等体积取代部分石渣粉的方法来降低普通石渣粉混凝土的导热系数，提高砌块墙体的传热热阻，但由于聚苯乙烯颗粒具有表面憎水性、不能与水泥料浆良好地润湿亲和、容重小、容易出现集中悬浮，且掺量大时砌块难以成型及强度大幅度下降，因此聚苯乙烯颗粒的掺量很少，所制成的节能砌块热阻低，180mm厚度的墙体，其传热系数K≥1.8 W/(m²·K)，只能满足夏热冬暖地区节能50%的要求，应用范围受限。

从现有节能砌块相关研制文献来看，其技术途径主要是三条：一是采用轻集料混凝土砌块；二是在普通混凝土砌块的孔洞中填充或灌注轻集料混凝土；三是在普通混凝土砌块中复合轻质聚苯板。这三种技术途径存在以下问题：

（1）片面采用轻质材料降低砌块的导热系数和墙体的传热系数（k），却忽视了热惰性指标(D)也同时降低的问题。理论上，墙体的保温性能常用传热系数K和热阻R表示，保温性能的好坏主要取决于导热系数的大小，导热系数越小其保温性能越好，它是与材料的密度成正比的；而墙体隔热性能往往用热阻R和蓄热系数S的乘积，即热惰性指标D来表示，隔热性能的好坏主要与蓄热系数S有关，但隔热性能却与材料的密度成反比。并且，一般建筑围护结构用热惰性指标作为评价值比较全面。因此，夏热冬暖地区砌块材料的选择应注意对墙体热惰性指标的影响。

（2）在普通混凝土砌块的孔洞中填充或灌注轻集料混凝土存在施工问题。

（3）在普通混凝土砌块中复合轻质聚苯板存在砌块生产工艺复杂的问题。

参考文献

[1] 符向桃,钱书琨,谢朝学,ZMQ砌块－节能新材料，建材工业信息，No.5,2005,pp27-30

[2] 唐旭东, QTC轻质复合砌块在框架结构填充墙的应用,施工技术，Vol.34,No.5,2005,pp17-19

[3] 王金昌,郭海燕, 王友才,超轻陶粒砼复合保温砌块的性能研究, 油气田地面工程，Vol.24,No.3, 2005,pp36-39

[4] 刘国强,多功能复合混凝土砌块的研制,建筑砌块与砌块建筑，No.5,2003,pp27-28

[5] 朱卫中，周运灿，曹大光，单星本，高长海，浮石、页岩轻集料次轻混凝土砌块砌体性能试验研究，建筑砌块与砌块建筑，No.1,2005,pp24-27

[6]殷仲海,保温隔热材料在建筑工程中的应用,国外建材科技，Vol.26,No.4,2005,pp60-62 

[7]高岩，赵立华，张泓森,复合混凝土砌块热工特性研究, 哈尔滨工业大学学报,Vol.35, No.7, 2003, pp866-868

[8]夏赘，宋志晨，赵吻,关于影响砌块节能效果的因素分析,低温建筑技术，No.3,2005,pp95-96 

[9]韦延年，混凝土小砌块建筑的建筑热工节能设计，四川建筑科学研究，Vol.29,No.4,2003,pp112-113

[10]王智敏,π形保温防漏系列复合砌块，建筑砌块与砌块建筑，No.3,2003,pp20-23

[11] 杜春礼,谢宁,城市住宅建筑节能技术研究,天津建设科技，No.4,2004,pp22-24

[12]关洪波,复合承重保温砌块块体构造的研究，墙材革新与建筑节能，No.4,2000,pp13-14

[13]王微,邹秀燕,林超,齐晓刚,复合节能砌块保温层厚度的确定,建筑砌块与砌块建筑，No.3,2004,pp36-40

[14]王武祥,复合结构保温砌块的研制，房材与应用，No.6,2003,pp15-17

[15] 徐井波，刘亚忠, 法国混凝土砌块的发展及特点，低温建筑技术，No.2,2004, pp90

[16]杨鼎宜,陈峰,混凝土空心砌块砌体保温隔热性能测试,建筑砌块与砌块建筑，No.3 ,2003, pp11-12

[17] 金孟贤，混凝土小砌块住宅建筑节能体系可行性研究报告, 建筑装饰材料世界，No.5, 2004, pp70-72

[18] 张荣，白兴武，轻质保温、抗冻结构材料—聚苯混凝土小型空心砌块，发明专利，申请号99118208.1

[19] 严捍东，薛宗明，田正艾，一种保温混凝土空心砌块及其制备方法，发明专利，专利号200610044759.5。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种轻质高强石渣粉混凝土节能砌块及其制备方法，以降低砌块墙体的传热系数，提高砌块墙体的传热热阻和强度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

     一种轻质高强石渣粉混凝土节能砌块，它是由水泥、石渣粉、聚苯乙烯颗粒、厚壁空心微珠、粘结剂、水为原料制成的空心砌块，其中，所述的各成分的配置重量比为水泥：石渣粉：聚苯乙烯颗粒：厚壁空心微珠：粘结剂：水＝1：3～5：0.03～0.06：0.5～0.8：0.01～0.02：0.35～0.5。

上述砌块的制备方法：

a)  备料：依上述配制重量比分别称取水泥、石渣粉、聚苯乙烯颗粒、厚壁空心微珠、粘结剂和水；

b)  将其中的水泥、粘结剂和水混合并搅拌均匀；

c)  将聚苯乙烯颗粒加入上述搅拌后的物料中并搅拌均匀；

d)  再将上述的石渣粉和厚壁空心微珠加入到搅拌后的物料中，并搅拌均匀；

e)  利用砌块成型机将上述搅拌均匀的混合物料压制成型，制成砌块坯体；

f)  将成型的砌块坯体静置1d后，浇水养护14d以上，再经自然养护至28d即可，制得砌块成品。

上述步骤e)砌块成型机的振动频率70Hz和振幅1.6mm、振动加速度18g。

    由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

    掺加适当比例的厚壁空心微珠，利用厚壁空心微珠表面圆滑、密度低、导热率低、流动性好、强度高的特性，提高了拌合料的流动性，解决了因引入的聚苯乙烯颗粒影响拌合料流动性不足的技术问题，可大幅度提高聚苯乙烯颗粒的掺加量，利用聚苯乙烯颗粒等体积取代部分石渣粉，确保砌块正常成型和混凝土的强度，同时提高砌块的热阻；同时通过掺用粘结剂以解决聚苯乙烯颗粒表面湿润性，使得其与水泥浆体的粘结紧密，确保不因聚苯乙烯颗粒的引入而降低石渣粉混凝土砌块壁肋的强度和抗渗能力；通过调整砌块成型参数以提高减薄后砌块的强度，采用低频加料高频成型、自变频幅技术。针对本配方拌合物流动性及骨料颗粒大小，选择出一种较适宜的振动频率（70Hz）和振幅（1.6mm）、振动加速度(18g),以达到最佳的振实效果。本发明生产的砌块用混凝土的导热系数降低至0.2(W/m·Ｋ)左右；180mm厚度（四排孔）砌块墙体的传热系数降低至0.95W/(m²·K)；200mm厚度（五排孔）砌块墙体传热系数降低至0.85W/(m²·K)；热惰性指标维持在3.0左右；从而满足《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》节能65%的要求，达到理想的保温节能效果；应用范围包括夏热冬暖及夏热冬冷地区在内的长江以南地区，为普通混凝土空心砌块的推广应用和废弃石渣粉的综合利用提供广阔的前景。

具体实施方式

 实施例1：一种轻质高强石渣粉混凝土节能砌块，其是由水泥、石渣粉、聚苯乙烯颗粒、厚壁空心微珠、粘结剂、水为原料制成的空心砌块，其中，所述各成分的配制重量比为水泥：石渣粉：聚苯乙烯颗粒：厚壁空心微珠：粘结剂：水＝1：4：0.04：0.7：0.02：0.426。

砌块主要性能指标达到：混凝土的导热系数≤0.2(W/m·K)左右；180mm厚度（四排孔）砌块墙体的传热系数K≤0.95W/(m²·K)，200mm厚度（五排孔）砌块墙体传热系数降低至K≤0.85W/(m²·K)；热惰性指标维持在3.0左右；砌块抗压强度≥10MPa；砌块强度达到MU10。

实施例2：本实施例与实施例1不同的是：

其各成分的配制重量比为水泥：石渣粉：聚苯乙烯颗粒：厚壁空心微珠：粘结剂：水＝1：3：0.03：0.8：0.01：0.35。

砌块主要性能指标达到：混凝土的导热系数≤0.22(W/m·K)左右；180mm厚度（四排孔）砌块墙体的传热系数K≤1.0W/(m²·K)，200mm厚度（五排孔）砌块墙体传热系数降低至K≤0.9W/(m²·K)；热惰性指标维持在3.0左右；砌块抗压强度≥15MPa；砌块强度达到MU10。

实施例3：本实施例与实施例1不同的是：

其各成分的配制重量比为水泥：石渣粉：聚苯乙烯颗粒：厚壁空心微珠：粘结剂：水＝1：5：0.06：0.5：0.025：0.5。

砌块主要性能指标达到：混凝土的导热系数≤0.18(W/m·K)左右；180mm厚度（四排孔）砌块墙体的传热系数K≤0.90W/(m²·K)，200mm厚度（五排孔）砌块墙体传热系数降低至K≤0.80W/(m²·K)；热惰性指标维持在3.0左右；砌块抗压强度≥8MPa；砌块强度达到MU10。

上述轻质高强石渣粉混凝土节能砌块的制备方法：

a)  备料：依上述配制重量比分别称取水泥、石渣粉、聚苯乙烯颗粒、厚壁空心微珠、粘结剂和水；

b)  将其中的水泥、粘结剂和水混合并搅拌均匀；

c)  将聚苯乙烯颗粒加入上述搅拌后的物料中并搅拌均匀；

d)  再将上述的石渣粉和厚壁空心微珠加入到搅拌后的物料中，并搅拌均匀；

e)  利用空心砌块成型机将上述搅拌均匀的混合物料压制成型，制成空心砌块坯体；空心砌块成型机的振动频率70Hz、振幅1.6mm、振动加速度18g；

f)  将成型的空心砌块坯体静置1d后，浇水养护14d以上，再经自然养护至28d即可，制得空心砌块成品。

与专利号为ZL200610044759.5提供的《一种保温混凝土空心砌块及其制备方法》相比，本发明的改进之处为：

1、石渣粉的掺量减少50%，聚苯乙烯颗粒掺量增加300%，砌块固体壁肋厚度从19mm减薄至13mm，180mm或190mm宽度的砌块从3排孔增加为4排孔，200mm宽度的砌块可设置5排孔，成型砌块仍保持≥10MPa的高强度。

2、通过掺加适当比例的厚壁空心微珠，利用其表面圆滑、密度低、导热率低、流动性好、强度高的性能特点，一方面在确保混凝土强度的同时提高其热阻，另一方面可以提高拌合料的流动性。

3、针对本配方拌合物流动性及骨料颗粒大小，采用低频加料高频成型、自变频幅技术，选择出一种较适宜的振动频率（70Hz）和振幅（1.6mm）、振动加速度(18g),以达到最佳的振实成型效果，确保减薄后砌块的强度。

4、通过采用本项发明的技术改进措施，可以使得砌块用混凝土的导热系数从原先的0.5(W/m·K)降低至0.2(W/m·K)左右；180mm厚度砌块墙体的传热系数从原先的1.80W/(m²·K)降低至0.95W/(m²·K)，200mm厚度砌块墙体传热系数降低至0.85W/(m²·K)；热惰性指标维持在3.0左右；从原先满足《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》节能50%的要求，进而提高至满足《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》节能65%的要求；应用范围从原先的仅适用于夏热冬暖地区扩展至包括夏热冬暖及夏热冬冷地区在内的长江以南地区。

上述仅为本发明的具体实施方式，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。