（管理科学与工程专业论文）建筑墙体砌块材料应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 2 1 世纪，人类面临着人口膨胀、资源短缺、环境恶化这前所未有的挑战，人类 要生存和发展必须坚持可持续发展战略，才能有效地赢得这场生存挑战的胜利，而 作为人类最基本的生存活动建筑，在整个生命周期内直接消耗着大量不可再生 资源和能源，并影响着人类的生存环境，更应该走可持续化发展道路建筑绿色 化。而作为建筑的主要物质基础建筑墙体材料更应该绿色化，可以说建筑墙体 材料的发展不仅是满足自身的需要，也是满足建筑绿色化的需要，更重要是满足人 类生存环境的优化和社会进步的发展需要。 本文以目前的建筑发展形势为引入点，结合我国“十五”期间所进行墙体改革 的实际情况，详细论述了建筑墙体砌块材料分类及应用。提出了建筑墙体砌块材料 就是一种绿色建筑材料的论点；针对建筑墙体砌块材料应用中存在的三大方面的问 题：发展的社会问题、使用功能问题、工程质量问题，应用社会经济学、裂缝理论、 热功理论、柔性渐变理论等进行了详细的分析论证，提出了相应的发展对策和防治 措施。 为实现墙体材料改革的目标，加快建筑墙体砌块材料的推广应用的目的，又结 合工程实际，应用管理经济学、模糊数学等现代工程理论对砌块建筑的宏观性能进 行了分析评价，认为：建筑墙体砌块材料的应用性能完全满足绿色建筑的发展要求。 总之，建筑墙体砌块材料具有节能、环保、利废的作用，它的推广应用具有极 大的社会效益和经济效益，对推动墙体材料改革和技术理论的创新，具有重大的现 实意义和历史意义。 关键词：建筑墙体砌块应用裂缝对策措施 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h e2 1 “c e n t u r y , m a n k i n df a c e sm a n yn e w c h a l l e n g e ss u c ha sp o p u l a t i o ne x p l o s i o n ， r e s o u r c es h o r t a g ea n de n v i r o n m e n td e t e r i o r a t e w em u s ts t i c kt ot h es t r a t e g yo f s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n ti fw ew a n tt os u b s i s ta n do v e r c o m et h en e wc h a l l e n g e s b u i l d i n g ，t h eb a s i c l i v i n ga c t i v i t i e s ，c o n s u m em a n yn o n - r e n e w a b l er e s o u r c e sa n de n e r g ys o u r c e sd i r e c t l y s o ， i te s p e c i a l l ys h o u l dp e r s i s ti nt h es t r a t e g yo fs u s t a i n a b l ed e v e l 叩m e n t _ 一g r e e nb u i l d i n g t h em a t e r i a lo f w a l lb u i l d i n gi st h em a i ns u b s t a n c eb a s eo f b u i l d i n g s oi ts h o u l db eg r e e n i ti sn o to n l yt h en e e d so fi t s e l fb u ta l s ot h en e e d so fb u i l d i n ga n dt h en e e d so fm a n k i n d l i v i n ge n v i r o n m e n ta n ds o c i a ld e v e l o p m e n t t h ea r t i c l eb e g u nw i t ht h ed e v e l o p m e n to fb u i l d i n ga n dc o m b i n e dw i mt h er e a l r e f o r mi n s t a n c e so f w a l lm a t e r i a ld u r i n gt h et e n t hf i v e y b a r i td i s c u s s e dt h ea p p l y i n ga n d c l a s s e so f b r i c k l a y i n ga n dp u tf o r w a r dt h ea r g u m e n tt h a tt h eb r i c k l a y i n gi sal 【i n do f g r e e n b u i l d i n gm a t e r i a l n l ea r t i c l ea i m e da tt h et h r e ep r o b l e m si na p p l y i n go ft h eb r i c k l a y i n g t l l e ya r et h ep r o b l e mo fd e v e l o p m e n t ，t h ep r o b l e mo fu s i n gf u n c t i o na n dt h ep r o b l e mo f p r o j e c tq u a l i t y i ta n a l y z e d a n dd e m o n s t r a t e dt h et h r e ep r o b l e m sb ya p p l y i n g s o c i o e c o n o m i c s ，i n t e r s t i t i a lt h e o r y , p y r o l o g yt h e o r ya n df l e x i b l eg r a d u a lc h a n g e t h e o r y i tp u tf o r w a r dt h er e l a t i v ec o u n t e r m e a s u r e sa n dt h ep r e v e n t i o na n dc u r i n g m e a s u r e s i no r d e rt or e a l i z et h er e f o r ma i mo fw a l lb u i l d i n gm a t e r i a la n ds p e e dt h ea i mo f p o p u l a r i z i n gt h eb r i c k l a y i n g ，i tc o n s i d e r e dt h er e a ls i t u a t i o no fp r o j e c t , i ta n a l y z e dt h e m a c r o s c o p i cc a p a b i l i t yo fb r i c k l a y i n gb u i l d i n gb ya p p l y i n gm a n a g e m e n te c o n o m i c s ， f u z z ym a t h e m a t i c sa n ds u c hm o d e r np r o j e c tt h e o r y i tc a m et ot h ec o n c l u s i o n ：t h e c a p a b i l i t yo f b r i c k l a y i n gc a nf i l l l ym e e tt h en e e d s o f t h ed e v e l o p m e n to f g r e e nb u i l d i n g t os u m u p ，t h eb r i c k l a y i n gh a st h ef u n c t i o no f e n e r g ys a v i n g ，e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n a n dw a s t eu s i n g 1 t sw i d ea p p l y i n gh a sg r e a ts o c i a lb e n e f i ta n de c o n o m i cb e n e f i tw h i c h h a si m p o r t a n tp r a c t i c a la n dh i s t o r i c a ls i g n i f i c a n c et ot h er e f o r ma n dt h et h e o r yi n n o v a t i o n o f w a l lb u i l d i n gm a t e r i a l k e yw o r d s ：b u i l d i n g w a l lb u i l d i n gb l o c k a p p l i c a t i o n c r a c kc o u n t e r m e a s u r e m e a s n r e i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以阻确方式标明。本人完全意识副本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：渺 日期：矗矿口多年，月4 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 保密口，在 不保密击。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者张者红 日期：d ，矿多年i7 月乒日 年解密后适用本授权书。 ，夏 p 强帅 名 ，芦 戤 如 师 v 教 夕 一 吵 华中科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 绪论 人口的增长和人类物质活动规模的增大已引起了全球性的环境危机。在历史上 没有任何一个世纪比2 1 世纪人类面临的环境威胁更为严峻：温度效应、酸雨、臭氧 层破坏、土壤衰竭等正严重影响着人类的生存环境。大规模的污染在灭绝着某些生 物种类的同时也在威胁着人类自身的安全，全球有限的自然资源正日趋枯竭，与此 同时，随着社会发展，人口急剧增加使资源、能源的过度消耗，所引起的生态严重 失衡和环境污染日渐严重，使得人类不得不审视自己的生活方式，并积极面对这一 挑战，也就是说人类进入2 l 世纪面对如此环境等生存条件就要有一个极高要求的生 存空间以适应基本生存和发展，而建筑活动是人类最主要的生存活动之一，从建筑 的规划、设计、施工、运行到拆除、报废这一生命周期内与其它所有人工产品相比， 建筑对资源、能源的消耗和环境污染影响很大( 如图1 - 1 所示) 。 砖黼西 a 口a 口 口a 廿口 鉴a a a 口0 0 0 口a 口d 口廿口a 口a 口口 精九嚣a 基曹翻 口a a 口 盘a d 口 口一d a 建设运行拆除及报废 图1 1 建筑生命周期内对环境的影响 华中科技大学硕士学位论文 因此，从2 0 世纪9 0 年代发达国家开始把可持续发展观延伸到建筑领域，提出 了绿色建筑的概念。所谓绿色建筑就是人类提供一个健康、舒适的活动空间，同时 最高效率地延用能源、最低限度地影响环境的建筑物，其实质就是能充分利用自然 环境资源，并基本上不触动生态环境平衡，尽量采用天然或环保的建筑材料，充分 利用再生资源1 2 1 。要实现建筑的绿色化，作为建筑的主要物质基础建筑墙体材料， 从原材料的开采、加工、使用、回收等每一个环节都直接影响着建筑的功能、环境 条件和资源、能源的消耗，因此必须对墙体材料进行改革创新，大力推广利用工业 废料生产的新型墙体材料( 如建筑墙体砌块材料) 和解决应用中的问题是值得研究 的课题【3 l 口 1 2 建筑墙体砌块材料的发展概况 1 2 1 墙体材料及发展 墙体是建筑物的重要组成部分之一，它起承重、围护和分隔的作用 4 1 。墙体材料 主要有砖、块、板三类，占整个建筑材料的7 0 以上，它对建筑物的功能、节能、 利废、环保等起着至关重要的作用【5 1 。 二十世纪五十年代中期，我国建筑科研人员利用工业灰渣研究、生产粉煤灰砌 块。进入六十年代，又有蒸压灰砂加气混凝土砌块、加气混凝土、煤矸石砖、中型 混凝土空心砌块等绿色墙材。1 9 7 5 年国家建工总局( 建设部前身) 招集全国建工、 建材科研、生产、应用专家调查，经过多次调查讨论后，为适应当时的“建筑工业 化”提出了“大板建筑”、“砌块建筑”、“框架建筑”和“现场浇注混凝土工艺( 大 板) ”四大建筑体系作为我国第一次“墙体改革”的施行方案。 二十世纪八十年代，随着我国基建任务增加，大中城市高层建筑的增多，以及 大中城市地震级别的提高，原有的几种新型墙体材料被淘汰。如中型粉煤灰砌块、 中型混凝土空心砌块和中型煤渣混凝土空心砌块等。随着我国建筑科技的发展，新 的绿色墙体材料也随之研制成功并投入生产和使用，如普通混凝土小型空心砌块、 轻骨料砼小砌块、加气混凝土砌块、石膏空心板材、g r c 板等。 2 华中科技大学硕士学位论文 上述墙体材料都是不用土地作生产原材料，而且在能耗上比传统墙体材料要少 得多，如混凝土小型空心砌块，水泥生产能耗和生产砌块能耗相加后，其总能耗只 有实心粘土砖能耗的l 街；加气混凝土能耗只有实心粘土砖的6 0 0 w - 7 0 ，不少品种 的墙体材料是利用工业灰渣生产的，如水泥煤渣混凝土砌块，符合废弃物利用、加 快推进资源综合利用、发展节能环保的原则要求，这些新型墙体材料完全符合国家 建筑节能标准要求，是新型的绿色的墙体材料，代表着2 l 世纪建筑材科的发展方向， 必然在未来的建材行业中占主导地位，是建材工业发展的重点，其基本标志为1 6 l ： ( 1 ) 节约资源。原材料尽可能少用甚至不用天然资源，多用甚至于全部使用各 种工业废弃物； ( 2 ) 降低能耗。包括降低材料的生产能耗和建筑物的使用能耗； ( 3 ) 节约土地。既不毁地取土作原料，所用工业废弃物又能降低建筑物的作用 能耗； ( 4 ) 可清洁生产。其生产过程不排放或极少排放废渣、废水、废气，生产噪声 低，自动化程度高； ( 5 ) 具有多种功能。外墙材料要求轻质、美观、高强、抗冲击、防火、抗震、 保温、隔音、抗渗、抗大气腐蚀；内墙材料要求轻质，具有足够的强度，具有抗冲 击、防火、隔音、杀菌、防霉、调湿、无放射性等优良性能； ( 6 ) 可再生利用。到使用寿命后，可再生利用而不造成环境污染。 1 2 2 建筑墙体砌块 建筑墙体砌块是用于砌筑的形体大于砌墙砖的人造块体，是新型的墙体材料1 5 1 ， 通称建筑砌块。 1 、建筑墙体砌块的分类 常见的分类见表1 1 所示1 1 1 另外还有按产品主规格的尺寸，可分为大型砌块( 高度大于9 8 0 r a m ) 、中型砌块 ( 高度为3 8 0 - - 9 8 0 m m ) 和小型砌块( 高度大于1 1 5r t m l 小于3 8 0r n m ) 。 目前我国应用较多的是小型普通混凝土墙体砌块和加气混凝土墙体砌块等。 华中科技大学硕士学位论文 表1 - 1 建筑墙体砌块的种类 分类方法种类 特征 按块体密 轻混凝土砌块 密度等级在1 0 0 0k g m 3 以下的建筑砌块 度分类 普通混凝土砌块 密度等级在1 0 0 0 蚝m 3 以上的建筑砌块 空心率大于或等于2 5 的砌块，如混凝土小型 按有无孔 空心砌块 空心砌块、烧结空心砌块等 洞及孔洞 无孔洞或空心率小于2 5 j n 蒸匪加气混凝土砌块、 大小分类密实砌块 粉煤灰砌块 以水泥、石灰，砂粉煤灰，矿渣、铝粉等为主要原 蒸压加气混凝土砌块 料 普通混凝土小型空心砌块 用水泥混凝土制成的砌块 轻集料混凝土小型空心砌块 用轻集料混凝土制成的砌块 粉煤灰小型空心砌块以水泥、粉煤灰、各种轻重集料和水为主要原材料 按照生产 粉煤灰砌块以粉煤灰、石灰、石膏和集料等为原料、加水搅拌 原料分类 以水泥、粗细集料，色质集科、颜料和水为主要原 装饰混凝土砌块 材料 以泡沫剂、胶凝材料、集料、掺和料各种外加剂和 泡沫混凝土砌块 水等 石膏砌块 以建筑石膏为主要原料 烧结砌块 经焙烧而制成的砌块 墙用砌块 建筑物、挡土墙、公路隔声屏障 结构型墙用砌块承重砌块、非承重砌块 按用途 过梁砌块、圈粱砌块、门窗砌块、控制缝砌块、柱 分类 构造型墙用砌块 用砌块，楼( 屋) 面砌块；此外还有烟囱砌块，窗 台砌块，开口端砌块、压顶砌块、芯柱底部砌块 装饰型墙用砌块劈离砌块，凿毛、条纹，磨光、雕塑、釉面砌块等 功能墙用砌块绝热砌块、吸声砌块，抗震砌块 2 、建筑墙体砌块的绿色性。 经过墙体材料革新“十五”规翅i 的结构调整和技术创新，正把砌块作为主导的 墙体材料逐步代替“秦砖汉瓦”，砌块从原材料，制造、使用到拆除整个生命周期具 有以下特点哆 ( 1 ) 节约资源。混凝土小砌块和轻骨料混凝土小砌块不用秸土，不涉及破坏耕 4 华中科技大学硕士学位论文 地和土地资源。 ( 2 ) 节约能源，。生产1 m 3 小砌块用标煤为3 0l 唔左右，而生产传统墙材实心粘 土砖1m 3 用标煤1 1 4 k g 左右，实心页岩砖1m 3 用标煤1 3 6l 唔左右。lm 3 小砌块的能 耗只占实心粘土砖和实心页岩砖的2 6 1 3 和2 2 1 ( 3 ) 利用工业灰渣。利用煤渣、粉煤灰、自然矸石等工业灰渣都可以生产轻骨 料砼小砌块，也可以将粉煤灰、磨细的矿渣取代部分水泥，加入极少量的外加剂， 生产高性能砌块。 ( 4 ) 减少环境污染，保护生态平衡，增强和保持自然界的绿色含量。 ( 5 ) 可持续发展，既能满足我们当代人的需要，又不危害后代人经济发展和社 会进步。因此，2 0 0 3 年我国针对建筑砌块进行环境标志产品认证【甜，发布了h b c 2 0 2 0 0 3 标准。 其产品质量必须满足g b 厂r 1 1 9 6 8 一1 9 9 7 、g b l 5 2 2 9 - - 9 4 、g b 厂r 1 3 5 4 5 9 2 、 j c 舸2 3 8 9 1 9 6 、j g 厂r 6 9 8 1 9 9 8 、j g b 6 2 - - 2 0 0 0 等相关质量标准。企业污染物排放 应满足国家或地方污染物排放标准，产品中使用的废弃物和工业副产品( 如稻草、 木屑、炉渣、粉煤灰、煤矸石等) 的含量应大于3 5 ，产品放射性应满足g b 6 5 6 6 2 0 0 l 中建筑主体材料的要求。 3 、建筑墙体砌块材料的发展 ( 1 ) 国外建筑墙体砌块材料发展概况 混凝土砌块：混凝土砌块( 混凝土小型空心砌块) 起源于美国。1 8 6 6 年哈 契逊( c s h u t c h i n s o n ) 获得了美国第一份生产空心砌块的专利证书 9 1 。1 8 7 4 年鲁道 斯( t b r h o d e s ) 的专利能用混凝土或其他材料在塑性状态制成多种形状的空心砌块。 1 8 9 0 年帕尔墨( h s p a l m a r ) 最先以商业方式生产混凝土砌块，并于1 8 9 7 年用3 0 8 1 0 ( i 1 1 ) 的空心砌块建成了一幢房屋。1 9 0 0 年，帕尔墨的芯模能移动、侧模可 调整的砌块成型机获得了专利。随后，许多类似的、手动的砌块成型机相继出现， 采用这些砌块成型机生产砌块的作坊在美国各地纷纷建立，用混凝土砌块建造房屋 开始普及。1 9 0 6 年，美国的房屋建造量增多，木材和粘土砖价格与1 8 9 8 年相比分 别增长了6 4 和5 9 。与此同时，波特兰水泥工业迅速发展，1 9 0 6 年水泥价格比 华中科技大学硕士学位论文 1 9 0 0 年降低了1 6 5 ，为砌块的发展提供了有利条件。一战后，混凝土砌块获得了 一次大发展的机会。1 9 1 9 年美国大约有2 0 0 0 家砌块工厂，年产砌块约5 0 0 0 万块。 1 9 2 8 年美国的砌块工厂增至4 0 0 0 家，年产砌块约3 8 7 亿块。二战结束以后，建 筑业迅速发展，1 9 4 5 年美国砌块产量达到5 亿块，1 9 4 6 年达到l o 亿块【1 0 1 。5 0 年 代以后美国砌块产量一直上升，混凝土砌块建造的房屋也更加普遍。上世纪8 0 年 代，美国混凝土砌块的产量稳定在3 5 亿块左右。二战以后，混凝土砌块的生产及 应用技术传至美洲及欧洲一些国家，随后又传到亚洲、非洲及大洋洲，混凝土砌块 发展成为世界范围内流行的一种建筑材料。混凝土砌块经历了一百多年的发展，其 生产和应用技术已较成熟，除美国外，后起的许多国家和地区通过自己的实践，充 实和提高了混凝土砌块生产与应用的水平，并形成了一些适合当地条件的特色。目 前，混凝土砌块已成为世界各国的主导墙体材料，发达国家其应用比例已占墙体材 料的7 0 。 加气混凝土砌块：加气混凝土工业化生产，起始于1 9 2 9 年瑞典y x k u l t 的 y t o n g ，即伊通工厂。二次世界大战以前，加气混凝土的总产量不超过1 o l o s m 3 ， 并且主要集中在北欧三国( 瑞典、挪威、芬兰) 。二次世界大战以后，西欧、东欧、 前苏联等国相继引进加气混凝土生产技术并完善了生产工艺，涌现出一批专利技术， 加气混凝土获得了很大发展，至今已有大约5 0 个国家设厂生产，产量约4 5 5 0 1 0 7m 3 ，分布的范围包括寒带、温带和热带地区，主要用于墙体和屋面。北欧国家 因住房趋于饱和，加气混凝土工业衰落，而东亚、东南亚、非洲则正在大力发展加 气混凝土工业。现在德国已成为加气混凝土的技术中心，伊通技术已在2 3 个国家 建立了4 4 条生产线，年生产规模达1 2 x1 0 7 m 3 ；求劳克斯技术已在6 个国家建了1 0 条生产线，年生产能力为3 6 x1 0 6 m 3 ；海勃尔技术在2 2 个国家建了5 1 条生产线， 年生产能力为8 5 1 0 6 m 3 。 现在生产加气混凝土的主要国家的年产量分别是：前苏联6 5 1 0 6 m 3 左右，波 兰4 5 l o * m 3 左右，德国估计为3 5 l o m 3 ，日本3 5 1 0 e m 3 。 ( 2 ) 国内建筑墙体砌块发展概况 混凝土砌块 6 华中科技大学硕士学位论文 我国生产和应用混凝土砌块的时间不长，混凝土砌块在我国仍然是一种新型建 筑材料。我国最早的混凝土砌块建筑是上海市延安中路同仁路口的2 5 幢砌块房屋， 但这些房屋是外国人造的，所用混凝土砌块也不是我国厂商生产的【“l 。我国自己生 产混凝土砌块开始于1 9 4 5 年前后，当时从美国进口了1 0 多台斯梯恩公司( s t e a m s ) 的固定式砌块成型机，生产煤渣混凝土砌块，用于砌筑填充墙和围墙。由于当时 我国水泥产量少，砌块成本高，未能大量推广。 上世纪5 0 年代末，我国贵州、广西两省由于山多土少，开始自行发展小型砌块。 1 9 6 0 年，南宁首次建成一栋三层粉煤灰空心砌块实验楼。1 9 7 4 年开始，广西河池区 把小砌块建筑作为一种建筑结构体系。1 9 7 9 年，南宁市建成一栋六层的小砌块办公 楼，建筑面积5 6 4 5 m 2 。 进入上世纪8 0 年代，我国小砌块的生产和应用由南向北逐步推广。1 9 8 2 年，中 国砌块工业协会正式成立，小砌块建筑的设计、施工、生产、科研全面启动，我国 小砌块的生产和应用步入了新的阶段。1 9 8 1 年，我国建筑砌块产量约为1 2 1 0 m 3 ， 到1 9 9 0 年，已增长到6 o 1 0 , m 3 ，1 9 9 5 年达到1 5 x 1 0 7 万m 3 ，1 9 9 8 年达到3 5 1 0 7 m 3 ， 每年以2 0 的速度发展，2 0 0 0 年已达4 8 x1 0 , m 3 t 1 2 ，2 0 0 2 年6 o x1 0 7 m 3 ，现已突 破7 o 1 0 7 m 3 。 随着混凝土砌块在我国北方地区的推广和在建筑中的广泛应用，利于工业废渣 生产各种轻集料混凝土砌块也迅速发展起来。既改善砌块的热工性能，又降低砌块 的生产成本，具有较好的经济效益和社会效益。 加气混凝土砌块 我国是较早生产和应用加气混凝土的国家，早在1 9 3 1 1 9 3 2 年，上海就生产加 气混凝土砌块。上世纪6 0 年代我国弓l 进瑞典西波列克斯技术。在北京市建成加气混 凝土生产线。1 9 7 6 年起，由于墙体材料改革的需要，加气混凝土工业在全国迅速发 展，到1 9 8 1 年底，有生产厂4 3 个，1 9 8 5 年有6 4 个，1 9 9 0 年有8 5 个，1 9 9 5 年发 展到1 3 3 个，年生产能力已经达到6 7 x l o m 3 ，覆盖2 9 个省、市、自治区。1 9 9 9 年 我国共有加气混凝土厂2 3 0 家，年生产能力1 o 1 0 , m 3 ，1 9 9 9 年实际产量为4 o 1 0 6 m 3 ，其中粉煤灰加气混凝土所占比例约为9 0 “”。粉煤灰加气混凝土产品主要是砌 7 华中科技大学硕士学位论文 块、少量屋面板和墙板。产品主要作为墙体材料应用于各种公共建筑和住宅建筑中， 1 9 9 9 年的产量可建各类民用建筑2 5 l o m 2 。2 0 0 3 年的产量己达1 o 1 0 7 m 3 ，并按 3 8 的速度逐年递增。 1 3 论文研究的背景 1 3 1 墙体材料改革的形势 进入2 1 世纪全球生态环境变化己达到危机界线，每天地球的巨大变化情况：森 林每天消失5 5 0 0 0 公顷，农田每天消失2 0 0 0 0 公顷，物种每天消失1 0 0 2 0 0 种，人 口每天净增长2 1 4 0 0 0 人“1 。人口膨胀、资源短缺、环境恶化是当今社会可持续发展 面临的三大问题。为此必须发展绿色建筑以适应人类生存的需要，而占建筑固体材 料中的7 0 以上的墙体材料，从资源开采、制造加工、运输使用到回收再利用的每一 环节都应减少对环境的危害和对人类健康的负面影响，实现其绿色化，这才能满足 人类社会发展的需要。 实施可持续发展战略，加强生态建设和环境保护是我国的一项基本国策。2 0 0 0 年制订并实施了墙体材料革新“十五”规划“”，提出墙体材料革新是保护土地资源， 节约能源，资源综合利用，改善环境的重要措施；为保证其实施，2 0 0 2 年修正了规 范标准，加强了技术基础性工作；2 0 0 3 年中华人民共和国清洁生产促进法颁布 实施，针对我国人均资源相对不足，生态环境严重恶化的现实使建材工业生产逐步 走向新型工业化道路；2 0 0 4 年4 月1 5 日国务院召开了电话会议，贯彻中央人口、资 源、环境系统工作座谈会，大力发展新型墙体材料和推广节能建筑对正确处理“三 个问题”和缓解我国生态环境恶化起积极推动作用“”；在十届全国人大三次会议上 政府工作报告中，再次提出通过墙体材料改革缓解我国能源、资源与我国经济社会 发展的矛盾。截止目前基本实现了“十五”时期的结构调整，逐步用新型墙体材料 代替“秦砖汉瓦”。使“禁实”工作由1 7 0 个大中型城市向中小型城市发展，初步改 变了以实心粘土砖为主导墙体材料的局面，初步实现了“十五”时期的墙改目标， 使我国墙体改革步入可持续发展轨道。 华中科技大学硕士学位论文 1 3 2 建筑墙体砌块的应甩现状 曾作为最大宗的墙体建筑材料砖，在我国生产和使用已有三千多年的历史， 随着我国经济与建设的快速发展，墙体用砖量增速惊人，据不完全统计，近年来我 国粘土实心砖的年生产销量已超出各国的总和，按2 0 0 3 年近6 0 0 0 亿块标准计算每 年挖废良田至少1 0 0 k m 2 ，耗标准煤至少6 x 1 0 7 t ，排放c 0 2 废气1 7 1 0 s t 使有限的 资源大量破坏，生态环境变得更加脆弱，必须加大墙体材料的改革，根本改变以实 心粘土砖为主导墙体材料的局面，为此必须充分利用工业废料煤矸石、粉煤灰等， 生产出环保、节能的建筑墙体砌块，截止目前各类砌块年产量已达9 x 1 0 7 m 3 ，新型 墙体材料的产量占墙体总产量6 0 以上，逐渐形成以建筑墙体砌块为主导的多种墙 体材料共存的墙改局面。 建筑砌块行业经历了2 0 多年的发展，我国生产厂家逾万家，有生产规模的近5 0 0 0 家，分布在全国各地，形成了西部弱于东部，县镇弱于城市的发展格局，各种砌块 品种基本齐全，普通混凝土砌块与各种轻质砌块都有生产应用，普通混凝土砌块是 最主要的品种，约占建筑砌块总量的7 0 ，墙用砌块仍是以3 9 0 m i n x l 9 0 m m x l 9 0 r a m 系列为通用规格，墙用砌块绝大多数都是以单排孔，墙用砌块中的建筑构造砌块， 品种较少。装饰砌块种类、花色较少，生产及应用技术有待提高。特殊用途的砌块 ( 如筒仓砌块、吸音砌块、花墙砌块、保温砌块等) 尚未大量生产和应用。在墙改 政策的强力推动下，尽管生产工艺逐渐规范化，逐渐对砌块生产实行质量监督检测、 生产许可或准用证制度，但仍然存在着劣质砌块充斥市场，传统的消费习惯对新型 墙体材料的推广有相当大的阻力，又加上价格较高等因素，在一定程度上制约了推 广和应用；在应用领域，墙体材料改革仍然形势严峻，如设计和建设单位对推广建 筑砌块以达到建筑节能和墙体材料改革目标的迫切性认识不足，观念尚未得到根本 转变，粘土砖的生产和应用尚未得到有效禁止，非承重内隔墙材料所占比例高，适用 于承重的或外墙用的建筑砌块少，墙体材料生产方式仍然落后，仍以分散落后的小 规模生产方式为主，缺乏规范化管理等，这就形成了建筑培体砌块推广应用和影响 建筑墙体砌块发展的社会问题；同时也存在着应用技术不配套，对新材料性能的缺 乏了解，而盲目沿袭实心粘土砖的工艺措施，以致对应用过程中出现的综合技术问 9 华中科技大学硕士学位论文 题缺乏正确的处理方法和态度，甚至于出现保温、隔热、渗漏等使用功能问题；墙 体出现裂缝、抹灰空鼓等工程质量问题。这三大问题直接影响着建筑墙体砌块的推 广应用，进而影响着墙体材料的改革，这是值得研究的课题。 随着经济的发展和住房制度的改革深化，大量的家庭购买住房，极大的促进了 建筑业的发展。在此同时，人们越来越关注环境和建筑质量问题，由此而造成的质 量投诉越来越多，使人们对建筑砌块这种绿色材料产生了怀疑，对砌块的态度由欢 迎变成了抵制，有些工程业主强调要求使用粘土砖，这严重违背了我国墙体材料改 革的初衷，与墙体材料改革方向背道而驰，直接影响着建筑绿色化的进程。在工程 实际上必须解决好以上存在的问题，但截止目前对砌块的发展问题缺乏系统研究， 缺少强有力的对策，对使用功能及工程质量问题，都是凭着砖混结构的工程经验提 出，采取因素控制的施工措施，缺乏实际应用性的具体控制指标，而有些措施如控 制裂缝问题措施，可行性较差。如果采取这些措施必然使砌块的生产成本和建筑成 本大幅度提高，同时施工难度也会明显增加，总之，目前在施工过程中缺乏防止产 生主要问题的有效而且便于采用的对策和措施。 随着国家建筑节能政策的实施，每年竣工面积达1 8 x1 0 “。2 o xi 0 ”m 2 “”，而每 年墙体材料的需求量将达到2 7 x1 0 n 一3 o x1 0 “m 2 ，使用推广建筑砌块不仅是提高经 济效益和建筑节能的需要，也是强化建筑功能，改善人居环境的需要。 1 4 论文研究的目的和意义 我们国家在“十五”期间制订了墙改规划和建筑发展规划，以及相关配套的改 革政策，以节省耕地、节约能源、资源综合利用、保护环境和改善建筑功能、提高 建筑质量为目标，以提高经济效益为中心，以结构调整为主线，以科技创新为动力， 以建筑应用为龙头，促进建筑砌块工业健康发展，但是在推广应用过程中仍然还存 在着一些影响砌块发展的社会问题、使用功能问题和工程质量问题，针对这些问题 缺乏系统的探讨和研究，造成了一定的负面影响，为此，本论文结合我国建筑墙体 砌块生产和应用的实际情况，在调查的基础之上，以实验观测为手段，以理论分析 为依据，来研究砌块应用过程中存在三大方面的问题，探讨研究出有效的对策和防 i o 华中科技大学硕士学位论文 治措施，并用管理经济学、模糊数学等现代工程理论对砌块的宏观性能进行整体分 析评价，认为：建筑堵体砌块的应用性能完全满足绿色建筑的发展要求，建筑墙体 砌块具有节能、环保、利废的特点，它代表着2 1 世纪新型建筑材料的发展方向，从 而确定出以建筑墙体砌块为主导墙体材料的发展地位，以实现加快绿色墙体材料一 一建筑墙体砌块的推广应用的目的。此目的的实现为确保砌块建筑的质量和使用功 能，减少新型材料负面影响，具有重大的社会效益，同时本论文的完成也有利于合 理采用材料、降低工程造价，为修订墙体工程的施工规程提供依据，还将为现有砌 块的改性和新型墙体材料的开发研究提供参考，为其它缘色材料的应用研究提供一 个模式，也有利于国家墙改政策的实施和新型墙体材料的生产与应用，使建筑与社 会、经济、人口、资源、环境等得以协调发展，具有重要的社会发展意义和经济意 义。 1 5 论文研究的对象和内容 1 5 1 论文研究的对象 以建筑墙体砌块材料应用过程为主线，针对应用中的问题进行了系统地研究。 1 5 2 论文研究的内容 建筑墙体砌块就是一种新型的建筑材料，是利用工业废料生产的一种建筑制品， 本文从基本概念和理论出发，论证了它具有应用特性，又与传统的实心黏土砖相比 具有极大的优越性，但仍然存在着：影响发展的社会问题、使用功能的问题、工程 质量的问题，对此类问题特别对工程质量的问题进行了系统分析，提出了相应的发 展对策和防治措施，又利用现代工程学理论对砌块建筑进行了宏观性能分析，认为 建筑墙体砌块将是主导的墙体材料，它的发展应用将促进建筑的可持续发展。主要 章节内容为： l 、结合目前的社会发展形势概述了建筑砌块的分类及发展概况，提出了本文研 究的内容，达到的目的： 华中科技大学硕士学位论文 2 、建筑墙体砌块材料应用分析； 3 、建筑墙体砌块材料主要应用闯题一裂缝的研究； 4 、建筑墙体砌块材料应用问题的对策及防治措施； 5 、建筑墙体砌块材料应用后性能分析； 6 、工程实例； 7 、结论。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 2 建筑墙体砌块材料应用分析 建筑墙体砌块作为绿色材料已广泛应用在工程中，它有多种用途和许多品种， 就目前为止在建筑工程主要作为墙体的承重或非承重材料，形成了以混凝土空心墙 体砌块和加气混凝土墙体砌块为主导墙体的建筑结构体系，根据绪论中建筑墙体砌 块材料的应用现状，结合传统的砖结构对其应用进行分析。 2 1建筑墙体砌块材料的技术经济优势 墙体砌块由于块体比粘土砖大，因而砌筑效率较高。按墙体施工用工量计，砌 筑砌块墙体的用工量一般为粘土砖墙体的6 0 ，按建筑物用工量计，墙体砌块房屋的 单方用工量约为砖混建筑的8 0 。而且砌筑砌块墙体比砌筑粘土砖墙体节省砌筑砂 浆，国外习惯采用肋铺砂浆法砌筑，砌块墙比砖墙可节约砌筑砂浆2 3 ，而我国采用 满铺砂浆法砌筑，砌块墙比砖墙可节约砌筑砂浆1 2 。如果墙面做内外粉刷，由于砌 块墙面比粘土砖墙平整，因而砌块墙比砖墙可节约粉刷砂浆约2 0 “。用墙体砌块 建房，材料重量轻，运输量减少。按墙体计，每1 o x1 0 4 m 2 建筑，粘土砖墙重约8 0 1 0 3 t ，砌块墙重约4 5 1 0 3t ，砌块墙的重量比砖墙轻4 3 ，相应的减少了材料运 输量。按整幢建筑物计，每1i n 2 建筑的建材重量，墙体砌块建筑约为砖混建筑的7 5 。 墙体砌块代替粘土砖砌筑墙体的另一优点是房屋的使用面积可适当增大。在非 采暖地区，砌块墙墙体度厚一般为1 9 0 n n ，粘土砖墙体厚度一般为2 4 0 n n 。两者相比， 墙体砌块建造的房屋使用面积可增加2 3 。在采暖地区，如果采用轻集料混凝土 砌块砌筑墙体，房屋使用面积可增加4 5 “”。 使用墙体砌块建造房屋，可比粘土砖建筑节省工程造价约1 5 ，缩短工期5 0 ， 节省木材7 0 ，节省钢材4 0 0 ，采暖耗能降低3 0 - 5 0 。同时，墙体砌块建筑在施 工中废除了传统手工瓦刀作业，减少大部分模板和高层脚手架，免除十几道施工作 业程序，大幅度降低了劳动强度，提高施工作业的安全性和科学性。因此，砌块具 有较好的经济和社会效益。 华中科技大学硕士学位论文 和实心粘土砖相比，墙体砌块具有保温、隔音、防火、质轻、抗震、坚固、美 观等优点，住起来舒服，有利于实现建筑的轻型化、节能化、舒服化、美观化。混 凝土圈梁和芯柱组成的弱框架与砌块共同工作的小砌块结构体系，可提高砌块结构 体系变形能力和抗震能力；同时，其砌体自重轻、抗压强度高、耐久性强，可提高 建筑的安全使用寿命，用其建造的房屋抗地震能力强【1 7 1 。 混凝土墙体砌块自重轻、强度高，墙面平整，与基层抹灰结合好，易粉刷；另 外，一块混凝土砌块主块( 3 9 0 m m x1 9 0n l l t l x1 9 0m m ) 相当于9 6 块实心粘粘土砖 的体积，可有效提高砌筑效率，缩短施工周期。 综合以上诸因素，以及考虑缩短施工周期及施工管理费用减少等因素，在建筑 中广泛使用建筑墙体砌块显然具有明显的经济效益。 2 2 建筑墙体砌块材料环境及社会效益 我国近年工业废渣年排放量近1 o 1 0 “t ，累计总量达6 6 x1 0 “t ，利用率率仅为 4 0 左右。绝大部分废渣如煤矸石、矿渣等均可代替粘土制造砌块和砖。生产相当于 1 o 1 0 ”实粘土砖的新型墙材，一年可消纳废渣7 o x1 0 7 吨，节约耕地3 万亩，节约 生产能耗1 o x1 0 e 吨标准煤。目前，我国是世界上开采与消耗矿物燃料最多的国家达 3 o 1 0 “标准煤，其中1 5 用于建筑消耗，煤在一次性能源中所占的比例高达7 0 以上，产生大量的c 0 2 、n o x 、s 0 2 等，粉煤灰及废渣的排放量很大【1 8 j ，因燃煤而产 生的粉煤灰与炉渣的年排放量逾2 0 1 0 ”吨。同时，由于综合利用率较低，造成粉 煤灰和各类废渣大量堆积，未利用的废弃物不仅占用土地甚至耕地，废气形成酸雨、 引发温室效应等，还对土壤及水域造成污染。表2 1 是近年我国粉煤灰排放总量及 粉煤灰利用量，表2 - 2 是世界一些国家的粉煤灰及炉底灰、渣的排放量和利用情况。 表2 - 1 近年来我国粉煤灰排放总量及粉煤灰利用量1 1 3 】 年份 1 9 9 21 9 9 51 9 9 71 9 9 81 9 9 1 9 2 0 0 l 2 0 0 4 粉煤灰排放量 o 9 l1 1 51 2 5 1 1 51 1 51 31 8 o o h ) 粉煤灰利用量 0 3 4 o 5 2 0 6 4 40 6 7 9o 7 0 2o 8 0 61 1 7 ( 1 0 8 t 1 利用率( ) 3 74 55 1 55 9 o6 16 26 5 华中科技大学硕士学位论文 表2 - 2 世界上些国家粉煤灰及炉底杰、渣的排放量和利用情况i ”l 粉煤灰排放 炉底灰、渣排总排放量 利用比例 国家 利用量，x1 0 4 l 年份 量x l o * t放量1 0 hx 1 0 4 t ， 德国 1 4 3 0 0 5 7 4 - o 2 0 0 4 0 1 9 8 4 o 9 9 1 9 9 2 日本5 2 6 47 7 46 4 0 2 3 9 5 56 21 9 9 2 法国 1 4 3 62 8 7 1 7 2 31 6 3 69 51 9 9 3 希腊 7 0 0 o6 3 0 7 6 3 06 8 0 o8 91 9 9 2 波兰 1 4 0 1 01 1 9 9 5 8 61 9 9 2 从表2 - 1 和表2 - 2 中可以看出我国粉煤灰排放总量很大，利用率也逐年提高，但 与其他利用率很高的国家相比仍有一定差距，说明我国粉煤灰综合利用仍然有较大 的潜力。目前我国粉煤灰的主要用于筑路、回填、建筑工程以及建材生产。其中用 于筑路和回填的粉煤灰占利用总量的5 1 5 ；用于建材生产的比例为3 0 0 ，主要 用于生产墙体材料、水泥、水泥砂浆、混凝土掺合料等。 目前，粉煤灰墙体材料主要有烧结粉煤灰砖、粉煤灰硅酸盐砌块和粉煤灰加气 混凝土砌块。根据建筑功能的不同，产品有实心和空心两种，空心产品的孔隙率逐 渐增大。建筑砌块是我国今后重点发展的新型墙体材料，粉煤灰砌块因具有质轻、 保温隔热性能好等优点，很适合现代建筑结构，因而具较大的发展潜力。我国粉煤 灰加气混凝土的起步和研究较晚，但发展迅速，生产和应用技术日趋成熟，是一种既 可以承重又兼有保温功能的轻质墙体材料。节约能源，减少环境污染，生产l m 3 混 凝土空心砌块耗标煤大约3 0 k g ，而生产l m 3 实心黏土砖需耗标煤大约1 1 4k g ，空心 砌块耗煤量只占实心黏土砖的2 2 2 4 。加之砌块建筑墙体保温效果好，可降低采 暖地区冬季供热费用，年节约能折合5 1 0 ”t 标准煤，即在使用过程中可节约大量 能源，同时减少c 0 2 排放，保护环境。不破坏土地资源，利用我国资源丰富的河砂 及年排放量日益增加的工业废渣，生产轻质和普通混凝土砌块，可有效地保护耕地。 据统计资料显示：2 0 0 5 年全国新型墙体材料产量达到3 0 0 0 亿块，比2 0 0 0 年增加9 0 0 亿块，年均增长速度为8 ；淘汰实心黏土砖生产企业2 万家，减少产量6 0 0 亿块， 实心黏土砖总量控制在