（材料学专业论文）赤泥粉煤灰加气混凝土新型自保温墙体材料的试验研究.pdf

重庆交通大学学位论文原创性声明 i i i ii i iii ifi i ii i i iiii y 1 9 0 2 3 3 3 r h i l l 。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：烫于 日期：口年，t 月矽日 重庆交通大学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，同意学校保 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。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部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。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信 息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其 他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：襄于食 日期：力肜年1 2 月卯日 指导教师签名： 日期：劢加年i & 月j0 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列 数据库中全文发布，并按 中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定 享受相关权益。 学位论文作者签名：烫于赵 日期：7 , 0 1 0 年j 1 月矽日 指导教师签名： 摘要 赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的大量固体废渣，随着氧化铝生产规 模的日益扩大，赤泥的堆放量也是逐年增加，这不仅占用大量良田，还严重破坏 了生态环境，对资源也是一种浪费。新型建筑材料的产生与发展，对大量堆存的 工业废渣的有效回收实现了环境效益和经济效益的双赢。本文以拜耳法赤泥、低 等级粉煤灰、干排法电石渣、激发剂等为原料制备加气混凝土，开发研究新型墙 体材料。 试验首先研究了赤泥加气混凝土立方体抗压强度和干密度与各胶凝材料掺量 和料水比的线性相关性。研究结果表明：通过回归分析得出，立方体抗压强度和 干密度与各胶凝材料掺量和料水比存在十分显著的线性关系，并且加气混凝土中 的气孔特点和水的分布形式使得料水比成为影响立方体抗压强度的主要因素，而 赤泥中的碱含量对浆体的碱度影响，以及对铝粉发气的影响使得赤泥掺量成为影 响干密度的主要因素。在此基础上，考虑赤泥的放射性影响，加气混凝土中降低 赤泥掺量的同时，加入强碱性工业废料电石渣，有效地激发加气混凝土中粉煤灰 的火山灰效应，并研究各因素水平对加气混凝土制品性能的影响程度。研究结果 表明：当赤泥掺量控制在2 0 以下时，加气混凝土放射性检测，内照射指数为0 7 6 ， 外照射指数为1 1 3 ，达到g b 6 5 6 6 - 2 0 0 1 建筑材料放射性核素限量要求。最后 通过对制备的赤泥加气混凝土立方体采取不同的养护工艺进行比较分析，发现不 同的养护工艺直接影响着制品的饱水抗压强度、后期强度和干密度。 通过对赤泥加气混凝土热工性能试验研究表明，赤泥加气混凝土导热系数为 0 2 4 w ，m k ，热阻值为1 0 0 m 2 k w ，密度为8 6 4 k g m 3 ，与其他几种常用保温隔热 砌体材料相比，导热系数最低，密度最小，说明采用较小厚度的赤泥加气混凝土 砌体即可获得较大的热阻值，则赤泥加气混凝土具有良好的保温性能。 最后通过对样品s e m 扫描电镜分析显示，赤泥加气混凝土水化反应生成的主 要矿物是针棒状的钙矾石，也是赤泥加气混凝土强度的主要贡献者，同时还有纤 维状、网状c s h 胶凝水化产物。 关键词：赤泥；电石渣；加气混凝土；养护工艺：新型墙体材料 。 a b s t r a c t r e dm u di st h el a r g e s ts o l i dw a s t eg e n e r a t e dd u r i n ga l u m i n u mp r o d u c t i o nf r o m b a u x i t e w i mt h ei n c r e a s i n go fa l u m i n ao u t p u ：t ，t h ea m o u n t so fr e dm u dk e e pg r o w i n g ； i tt a k e st h em a s s i v el a n d si nt h es t a c kp r o c e s s ，b u ta l s oh a sc a u s e dt h es e r i o u sp o l l u t i o n t ot h en a t u r a le n v i r o n m e n t , a n dt h ew a s t et ot h en a t u r a lr e s o u r c e 1 1 1 ea p p e a r a n c ea n d d e v e l o p m e n to fn e wb u i l d i n gm a t e r i a li sg o o dn e w s t ot h o u s a n d so fv a r i o u si n d u s t r i a l w a s t e sr e s i d u eo fw h i c he f f e c t i v er e c y c l i n gc a nr e a l i z eaw i n w i no fe n v i r o n m e n t a la n d e c o n o m i cb e n e f i t s 砸sp a p e rs e l e c tt h eb a y e rp r o c e s sr e dm u d ，l o wg r a d ef l y - a s h , d r y p r o c e s sc a l c i u mc a r b i d es l u d g e ，a c t i v a t i o na n ds oo nf o rm a i nr a wm a t e r i a lt op r o d u c e a e r a t e dc o n c r e t e ，w h i c hw a sd e v e l o p e da n ds t u d i e da sn e ww a l lm a t e r i a l a tt h ef i r s t , t h ee x p e r i m e n ts t u d i e dt h el i n e a rd e p e n d e n c eb e t w e e nc o m p r e s s i v e s t r e n g t h , d r yd e n s i t yo fr e dm u da e r a t e dc o n c r e t ec u b ea n dav 耐e t yo fg e l l e dm a t e r i a l ， t h er a t i oo fn u t r i m e n t 1 1 1 er e s u l t ss h o w nt h a t , b ym e a n so fr e g r e s s i o na n a l y s i s ，i t e x i s t i n gs i g n i f i c a n t l yl i n e a rc o r r e l a t i o nb e t w e e nc o m p r e s s i v es t r e n g t h , d r yd e n s i t yo fr e d m u da e r a t e dc o n c r e t ec u b ea n dav a r i e t yo fg e l l e dm a t e r i a l ，t h er a t i oo fn u t r i m e n t 1 1 1 e m a i nf a c t o ro fi n f l u e n c i n g c o m p r e s s i v es t r e n g t hc o n c r e t ec u b ew a st h er a t i oo f n u t r i m e n t , b e c a u s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fs t o m a t aa n dt h ed i s t r i b u t i o n so fw a t e ri n a e r a t e dc o n c r e t e n em a i nf a c t o ro fi n f l u e n c i n gd r yd e n s i t yc o n c r e t ec u b ew a st h e a d m i x t u r eo fr e dm u d , b e c a u s et h ea l k a l ic o n t e n to fr e dm u di n f l u e n c e db a s i c i t yi n s l u r r y , a n dt h ep r o d u c i n gg a so fa l u m i n u m o nt h i sb a s i s ，a c c o r d i n gt ot h ei n f l u e n c eo f r a d i u ma c t i v i t yo nr e dm u d , a e r a t e dc o n c r e t ed e c r e a s e dt h ec o n t e n ti t , m e a n w h i l e ， m i x e dt h ec a l c i u mc a r b i d es l u d g et h a tw a si n d u s t r i a lw a s t er e s i d u eo f s t r o n g l ya l k a l i n e ， w h i c he f f e c t i v e l ya r o u s e da e r a t e dc o n c r e t ei np o z z o l a n i ce f f e c to ff l y - a s h i ts t u d i e dt h e f a c t o r so fa l lk i n d so fl e v e li n f l u e n c eo nt h ea e r a t e dc o n c r e t ep e r f o r m a n c eo fp r o d u c t s n l cr e s u l t ss h o w nt h a tw h e nc o n t e n to fr e dm u dh a sb e l o w2 0p e r c e n tt h er a t i oa c t i v e i n s p e c t i o no fa e r a t e dc o n c r e t e c o u l da c h i e v et h es t a n d a r dg b 6 5 6 6 2 0 0 1 “b u i l d i n g m a t e r i a lr a d i o n u c l i d el i m i t s ”，w h i c ht h ei n s i d ei l l u m i n a t ei n d e xw a s0 7 6 ，a n dt h e o u t s i d ei l l u m i n a t ei n d e xw a s0 7 6 f i n a l l y , a n a l y z e da n dc o m p a r e dw i t hv a r i o u sk i n d s o fc u r i n gt e c h n i q u eo nr e dm u da e r a t e dc o n c r e t ec u b es h o w nd i f f e r e n tm a i n t e n a n c e t e c h n i q u ed i r e c t l ye f f e c t e dt h es a t u r a t e dc o m p r e s s i v es t r e n g t h , l a t e rd e v e l o p m e n ta n d d r yd e n s i t yo np e r f o r m a n c eo fp r o d u c t s t h r o u g ht e s t i n g a e r a t e dc o n c r e t et h e r m a l p e r f o r m a n c e ，t h e r e s u l to f e x p e d m e n t a t i o ns h o w nt h a t , t h ec o e f f i c i e n to ft h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fr e dm u da e r a t e d c o n c r e t e ，t h e r m a lr e s i s t a n c ea n dd r yd e n s i t yw a s0 2 4 w m k1 o o m 2 - k w ，a n d 8 6 9 k g m 3 ，8 0u s i n gt h i nr e dm u da e r a t e dc o n c r e t ec o u l do b t a i nb i g g e rt h e r m a lr e s i s t a n c e ， i tj u s tp r o v e dt h a tr e dm u da e r a t e dc o n c r e t eh a df a v o r a b l ep e r f o r m a n c eo ft h e r m a l i n s u l a t i o n a tt h el a s t , t h r o u g ht h es a m p l e so fs e ma n a l y s i ss h o w nt h a th y d r a t i o np r o d u c t so f r e dm u da e r a t e dc o n c r e t ec a u s e dm a i nm i n e r a lt h a tw a se t t r i n g i t eo fn e e d l eb a r , w h i c h c o n t r i b u t e sm o s t l yt ot h es t r e n g t ho ft h ea e r a t e dc o n c r e t e a tt h es a m et i m e ，t h e r ew e r e g e l a t i n o u sh y d r a t i o np r o d u c t sw i t ht h ef o r mo ff i b r o u s ，n e t t yc s h k e y w o r d s ：r e dm u d ；c a l c i u mc a r b i d es l u d g e ：a e r a t e dc o n c r e t e ：c u r i n gt e c h n i q u e ： n e ww a l lm a t e r i a l 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 国内外赤泥综合利用现状1 1 1 2 国内外建筑节能墙体材料的应用现状4 1 1 3 自保温墙体材料在节能建筑中推广应用的目的和意义5 1 2 加气混凝土简介7 1 2 1 加气混凝土的分类7 1 2 2 加气混凝土砌块的主要性能7 1 2 3 加气混凝土在我国的生产和推广现状9 1 2 4 加气混凝土国内外生产和应用比较1 0 1 3 本课题研究目的和主要内容1 1 1 3 1 研究目的1 1 1 3 2 研究内容1 2 第二章原材料及试验方法1 3 2 1 原材料组成及性质1 3 2 1 1 赤泥1 3 2 1 2 粉煤灰1 5 2 1 3 电石渣1 5 2 1 4 水泥1 6 2 1 5 其他原材料1 7 2 2 试验方法1 8 2 2 1 料浆的制备1 8 2 2 2 浇注成型1 8 2 2 3 试件制备工艺及养护方法1 8 2 2 4 加气混凝土性能测试1 9 第三章赤泥加气混凝土试验研究2 0 3 1 试验室研究设计2 0 3 1 1 试验目的2 0 3 1 2 抗压强度回归方程的建立2 0 3 1 3 抗压强度线性相关性检验2 2 3 1 4 干密度回归方程的建立2 7 3 1 5 干密度线性相关性检验2 9 3 1 6 抗压强度与干密度的关系3 3 3 2 激发剂掺量和养护工艺对赤泥加气混凝土性能的影响3 4 3 2 1 激发剂掺量对加气混凝土性能的影响3 4 3 2 2 养护工艺对加气混凝土强度的影响3 5 3 3 本章小结3 7 第四章电石渣对赤泥加气混凝土性能的影响研究3 8 4 1 试验思路3 8 4 1 1 研究目的3 8 4 1 2 电石渣和赤泥的放射性检测3 8 4 1 3 电石渣的综合利用情况3 8 4 1 4 胶砂试验分析4 0 4 2 正交试验设计4 2 4 2 1 试验目的4 2 4 2 2 配合比方案正交试验设计4 3 4 2 3 正交试验数据分析4 4 4 3 引气剂与养护工艺对加气混凝土性能的影响5 0 4 3 1 铝粉掺量对加气混凝土性能的影响5 0 4 3 2 养护工艺与加气混凝土强度和密度的关系5 2 4 4 本章小结5 3 第五章赤泥加气混凝土热工性能试验研究5 4 5 1 加气混凝土的物理性能及能耗5 4 5 2 赤泥加气混凝土热工指标测试5 6 5 2 1 加气混凝土导热系数的测试5 6 5 2 2 加气混凝土其他热工指标5 7 5 2 3 试验结果5 8 5 3 墙体热工性能与建筑节能设计的关系5 9 第六章赤泥加气混凝土微观结构分析6 l 6 1 粉煤灰加气混凝土结构6 l 6 2 赤泥加气混凝土微观试验6 3 6 2 1s e m 图像分析6 3 6 2 2 水化反应6 4 6 3 赤泥加气混凝土结构形成机理6 5 第七章赤泥加气混凝土放射性检测6 7 7 1 建筑材料放射性参数6 7 7 2 放射性检测6 8 第八章结论与展望6 9 8 1 结论6 9 8 2 展望与建议7 0 致谢7 1 参考文献7 2 在校期间发表的论著及取得的科研成果7 4 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 国内外赤泥综合利用现状 赤泥俗称红泥，是制铝工业在铝土矿中提炼氧化铝生产过程中所排放的大量废 渣，因其中氧化铁含量较高呈红色，所以称之为赤泥n 。 赤泥具有强碱性和较高放射性两个特点，赤泥的强碱性是由于具有高铝、高硅 的铝土矿在生产氧化铝过程中，含硅矿物在溶出过程转化的钠硅渣等化学碱难以 脱除并且含量极大幢3 造成的；赤泥的放射性普遍偏高的根本原因是在铝土矿经系列 物理化学反应制取氧化铝过程中，其矿内赋存于锆石和独居石的u 、t h 等放射性 元素基本没有变化，9 0 以上都富集到赤泥中嘲。虽然近年来世界各国专家都在积 极地投入到综合利用赤泥的科学研究中，并取得了大量具有价值的成果，但随着 铝工业的发展，逐年堆存的赤泥量日益增加，对于如何大批量地利用与消耗赤泥， 仍是科学研究者们亟待解决的问题。 据统计，每生产1 吨氧化铝要排放1 1 8 吨赤泥，2 0 0 8 年我国生产氧化铝2 2 7 8 万吨，赤泥排放量达3 0 0 0 多万吨，累计赤泥存量近2 亿吨。据调查，重庆市氧化 铝企业规模较大的目前为止有三家，中国铝业股份有限公司重庆分公司、博赛矿 业集团的骨干企业南川先锋氧化铝有限公司、武隆鼎泰拓源氧化铝有限公司。重 庆南川拥有上亿吨高品位铝土矿储量，鼎泰拓源铝业和中铝，博赛同在这一矿带 上，几家企业氧化铝年产上百万吨，然而对于赤泥的开发利用却很少。2 0 0 9 年1 0 月在南川水江镇发布了一个氧化铝赤泥生产水泥项目的招商计划，总投资4 6 亿， 主要利用赤泥、磷激发剂、电厂粉煤灰等工业固体废渣及丰富的石灰石资源建设 每年2 0 0 万吨的水泥项目，但是到目前为止仍未建厂投产，所以对于重庆地区的 氧化铝赤泥废渣仍是筑坝堆存处理，这不仅占用了大量土地和农田，赤泥中的化 学成分渗入土中还易对周边环境造成土地碱化和地下水污染，使得环境恶化。对 于赤泥的综合利用主要有以下几个方面： ( 1 ) 有价金属和非金属的回收 赤泥中含有丰富的f e 、s i 、a l 、c a 、t i 、v 、s c 、稀土元素、t a 等等有价金属 和非金属元素，为回收这些宝贵而丰富的二次资源国内外都做了很多研究。例如 在金属铁的回收方面，前苏联、日本、美国、德国等早在上个世纪6 0 8 0 年代均做 了相关研究。m i s h r a ，b s t a l e y ，h 等“一1 利用焦炭作还原剂对赤泥进行了还原 2 第一章绪论 炼铁研究，结果表明：采用碳热还原，铁的金属化率超过9 4 ，进一步熔化可炼 得生铁，同时，t i o ：在熔化炉渣中得到有效富集，经酸浸出后可从溶液中回收。我 国在1 9 9 7 年广西冶金研究院开展赤泥炼海绵一磁选分离铁的研究，使铁的回收率从 3 0 上升到8 5 8 6 。另外有报道采用焙烧还原一磁选一浸出工艺、直接浸出一提取工 艺回收t e 3 等，回收率达到9 0 以上。o r h s e n k u h n up e t r o p u l u 等研究了用稀硝酸浸 赤泥，采用离子交换法从浸出液中分离钪、镧系元素方法；俄罗斯d i s m i r n o v 等 人研究一种树脂在赤泥矿浆中吸附一溶解新工艺，回收富集钪、铀、钍m 。 ( 2 ) 生产建材 利用赤泥作生产水泥的原材料 赤泥含有的无定型硅酸盐物质在和水泥水化过程中产生的c a ( o h ) ：作用产生 胶凝性。国内外实践表明，用赤泥可生产出多种型号的水泥。我国学者任冬梅综 合评述了利用赤泥生产水泥的研究进展。俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产 水泥，生料中赤泥配比可达1 4 。日本三井氧化铝公司与水泥厂合作，以赤泥为铁 质原料配入水泥生料，水泥熟料可利用赤泥5 2 0 k g t 。我国山东铝厂早在建厂初 期就对赤泥综合利用进行了研究，在上世纪6 0 年代初建成了综合利用赤泥的大型 水泥厂，利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥，水泥生料中赤泥配比年平均为 2 0 0 旷3 8 5 ，水泥的赤泥利用量为2 0 0 4 2 0 k g t ，产出赤泥的综合利用率3 0 - - 5 5 。 由于赤泥含碱量高，赤泥配比受水泥含碱指标制约。为更加有效地利用赤泥生产 水泥，山东铝业公司已完成国家“八五 科技攻关项目“常压氧化钙脱碱与低碱 赤泥生产高标号水泥的研究”和“低浓度碱液膜法分离回收碱技术，使以烧结法、 联合法赤泥为原料生产水泥的技术向前迈进一大步四1 。 利用赤泥的火山灰效应用于生产砖 利用赤泥为主要原料可以生产多种砖。邢国、杨爱萍、张培新哺1 、n e v i ny 嘲 分别报道了利用赤泥生产免蒸烧砖、粉煤灰砖、黑色颗粒料装饰砖和陶瓷釉面砖 等。王梅等n 通过对赤泥免烧砖的可行性研究及多次试验和求证，利用赤泥和粉煤 灰废渣的化学成分与物理性能类似黏土，与黏土、石灰石4 组分配料，经成烧成试 制的多孔砖，性能达到国标，颜色呈淡黄色，外观质量很好，强度比普通砖高一 二等级，可替代清水砖使用，并于2 0 0 4 年在中铝山东企业分公司建成了年产2 0 0 0 万块免烧砖的生产线，每年生产的经济效益达至1 1 4 5 0 万元。用赤泥和粉煤灰制烧结 砖，赤泥由于其粒度细、质软，有较强的塑性，其物理性质与黏土相似，可替代 黏土用于烧结砖生产，坯料有良好的成型性能。同时，由于其碱性氧化物含量高， 熔点较低，在高温时其微粒表面形成部分熔融状态，互相粘连并促进各矿物成分 的反应，使新的矿物与生成物迅速结晶长大，在坯体内形成网络结构，从而具有 较高的产品强度。利用钙质材料和硅质材料加水磨成料浆，经一定的工艺流程可 第一章绪论3 生产加气混凝土制品。用含钙质成分较高的赤泥取代一部分水泥和石灰，生产出 的加气混凝土密度和抗压强度均符合国标，而且赤泥生产加气混凝土过程中不需 要煅烧和烘干，节约了能源，降低了生产出成本。 利用赤泥制备微晶玻璃 国内早有报道1 ，利用赤泥透辉石相、钙绿榴石晶相等制备微晶玻璃，具有较 高耐磨、耐腐蚀性且机械强度良好，密度和显微硬度，显气孔率和吸水率等性能 都优于普通微晶玻璃n 列。 ( 3 ) 吸附材料 对于赤泥吸附废水中的重金属离子研究，国内外已有不少相关报道：例如 c e n g e l o g l u n 3 1 用赤泥吸附水体中的氟化物，经h c l 活化处理的赤泥对水体中氟的清 除效率为8 2 ，而褐煤、高岭石粘土、膨润土的脱氟效率分别为8 、1 8 2 和4 6 。 a h u n d o g a n n 耵用热处理( 2 0 0 - - 8 0 0 ) 和酸处理( h c l ) 技术活化赤泥，酸活化赤泥对 水体中的a s 有较好的吸附作用，当水体中a s 浓度为1 0m g l ，赤泥含量2 0g l 时， 2 5 1 h 吸附反应对a s ( v ) 的除去率为9 6 5 2 ，对a s ( ) 的除去率为8 7 5 4 。a k a y 誊 以赤泥作为交叉流微滤过程的载体，清除水体中的磷酸盐。研究表明，在吸附反 应过程中，磷酸盐作为胶体赤泥颗粒的凝结剂，赤泥集料对磷酸盐的过滤形成可 压缩的过滤饼，磷酸盐的滤除效果与p h 、磷酸盐赤泥比例、共存离子( 如硫酸离 ， 予) 浓度有关。当p h = 5 2 时，滤除率可达1 0 0 。n a m a s i v a y a r n 用赤泥吸附纺织染 料废水中的刚果红( c o n g or e d ) ，吸附能力主要受p h 值和吸附剂含量的影响，吸附 等温线为l a n g m u i r 和f r e 2 u n d li c h 型，l a n g m u i r 吸附容量为4 0 5m g ，吸附效果 墓 较好，处理成本较低。我国的孙道兴n 胡等测试了经1 0 0 充分干燥至恒重的赤泥 对水中重金属离子p b 2 + 、c d 2 + 、z n 2 + 、c r 3 + 、n i 2 + 的去除效果，结果表明，当赤泥投 加量为2g l 时，p b 2 + 的吸附率达至u 9 0 ，c r 3 + 的吸附率达虱j 9 4 以上，c d 2 + 和z n 2 + 的吸附率也达到8 5 以上，n i 2 + 的吸附率仅6 7 。韩毅n 盯等用氯化铁对赤泥进行 改性后，用其吸附废水中的6 价c r ，当废水中6 价c r 的质量浓度为8 0n a g l 、环境 温度为3 0 时，在p h 值为2 左右的酸性环境中投放改性赤泥l og l ，2 嵫到吸 附平衡，6 价c r 的去除率可达9 6 8 。文小年n7 埔3 等将赤泥烘干碾磨后过0 0 7 5 衄 筛，测定其对废水中p b 2 + 和c d 2 + 的去除效果，结果表明，赤泥投放量为2 9 l 时， 2 h 后p b 2 + 的吸附率达9 9 6 ，对c d 抖的去除率最大可达9 9 4 。 除此之外，2 0 0 0 年中铝公司某企业通过产学研合作成功研究开发了赤泥硅钙 肥产品、赤泥充填高效胶结剂、利用赤泥生产陶瓷滤料、研究赤泥复配型阻燃剂 及其聚乙烯中的阻燃应用、赤泥制备环境修复材料、赤泥作循环流化床锅炉脱硫 剂等。赤泥综合利用是一项跨越多技术领域、多学科的技术难题，长久以来，国 内外专业工作者围绕赤泥综合利用研究做了大量工作，取得一些应用成果，但大 4第一章绪论 多数研究成果受限于经济成本因素而未能实现工业应用。将赤泥生产于水泥和砖 加气混凝土砌块等新型建筑材料，不仅实现了变废为宝，更重要的是带来可观的 经济效益和环境效益。 1 1 2 国内外建筑节能墙体材料的应用现状 自2 0 世纪7 0 年代能源危机以后，世界各国相继进行了能源综合利用与开发应 用工作n ，当时美国制定了新建筑节能暂行标准、新建筑节能设计和评价标 准，德国在1 9 7 6 年颁布了建筑节能法，加拿大在1 9 7 2 年颁布了新建筑节 能法。法国分三个阶段完成了住宅经济使用能源设计规范，即1 9 7 4 年首次颁布 的规范，要求在1 9 5 8 1 9 7 3 年间建造的住宅采暖能耗的基础上节能2 5 ；1 9 8 2 年的 第二套规范，要求在前一规范的基础上再节能2 5 ；1 9 8 9 年的第三套规范，要求在 第二套规范基础上还有节能2 5 啪1 。在英国的建筑节能法规中，主要是控制外墙的 传热系数，而且保温要求在不断提高。丹麦最初的建筑法规定，重质外墙的传热 系数值不得大于o 6 w ( m 2 k ) ，轻质墙不得大于1 0 w ( m 2 k ) ，在1 9 8 5 年和1 9 9 7 年， 有先后作了两次修改，重质墙和轻质墙分别将为o 3 w ( m 2 k ) 和0 3 5 w ( m 2 k ) 。 欧美各国一致认为，在实施建筑节能的各项措施中，保温隔热是最行之有效 的。1 9 7 7 年4 月，当时的美国总统卡特在能源咨文中强调：全国已建建筑的9 0 都 必须在1 9 8 5 年前使用保温材料，以降低建筑的采暖空调能耗。联邦德国鼓励广大 房产主对旧建筑进行减少耗能的技术改造，规定在1 9 7 7 年2 月至1 9 8 2 年中，凡为改 善房屋围护结构和采暖设备支付的资金，政府都给予2 5 的补贴，并在1 0 年内减税 1 0 。瑞典国会1 9 8 1 年规定，十年内使旧有建筑能耗降低3 0 。丹麦规定，凡在1 9 8 2 年底完成的住宅节能改造可获得2 0 的津贴，这就相应地促进了各国保温材料的迅 速发展。 我国在1 9 8 6 年，建设部颁布了民用建筑节能设计标准( 采暖居住建筑部分) j g j2 6 8 6 。1 9 9 5 年，建设部将此试行标准订为j g j2 6 - 9 5 强制性标准，并将原标 准的节能率为3 0 9 6 提高到节能率为5 0 ，其中建筑物承担3 0 ，采暖系统承担2 0 9 6 。 根据我国建筑节能“十五 计划和2 0 1 5 年规划，至u 2 0 1 0 年，要在节能5 0 的节能建 筑的基础上，再节能2 5 ，实现累积节能1 7 亿吨标煤。1 9 9 3 年，我国颁布了 民 用建筑热工设计规范g b5 0 1 7 6 - 1 9 9 3 ，规范了节能建筑热工设计和计算方法及相 关参数的取值，还保证了室内的基本热环境。1 9 9 3 年，国家还颁布了旅游旅馆 建筑热与空气调节节能设计标准g b5 0 1 8 9 1 9 9 3 。2 0 0 1 年，建设部颁布了夏热 冬冷地区居住建筑节能设计标准j g j1 3 4 2 0 0 1 ，对我国夏热冬冷地区的居住建 筑，在建筑、热工和暖通空调方面提出了节能措施，对采暖和空调能耗规定了控 第一章绪论5 制指标，我国的节能建筑正在由住宅建筑向民用建筑、公共建筑和工业建筑发展， 由严寒和寒冷地区向夏热冬冷地区扩展，还要由城市向乡镇拓展，更要由节能的 低水平向高水平迈进。 要在我国很好地执行相关国家标准和行业标准，实现我国的建筑节能“十五 计划和2 0 1 5 年规划，就必须广泛采用新型建筑材料和保温节能材料。在中华人民 共和国建国初期，我国的保温材料只有草绳、稻壳、炉渣、石棉制品等，只能进 行简单的工程保温。随着国民经济的迅速发展，我国建材行业的科技人员，相继 开发了硅藻土制品、软木制品、矿渣棉及其制品、膨胀蛭石及其制品、膨胀珍珠 岩及其制品、玻璃棉及其制品等。随着改革开放的纵深发展及节能逐步普及和不 断提高，促进了我国保温材料工业的技术进步，先后从瑞典、意大利、美国、日 本、澳大利亚、波兰、德国、法国、韩国、奥地利、比利时、希腊、英国等，引 进了岩棉、矿渣棉、玻璃棉、硅酸铝纤维、硅酸钙、泡沫塑料、膨胀珍珠岩、膨 胀蛭石、矿棉装饰吸声板、钢丝网架夹芯板、彩钢夹芯板等各种生产线。 2 1 世纪是经济、社会、技术快速发展的时代，也是保护生态环境的时代。1 9 9 9移 年，国务院办公厅批发了 关于推进住宅产业现代化，提高住宅质量的若干意见， 将建筑节能与可持续发展作为我国现代化建设的重大战略来逐步实施。而保温材 料就是建筑节能与可持续发展中不可缺少的重要的物质基础。合理地用好保温材 料，设计好保温结构，无论南方和北方，也无论是城市和村镇，也不分工业建筑 和农业建筑以及民用建筑和公用建筑，最重要的就是要很好地发挥保温材料在建 筑节能中的重要作用。 楚 1 1 3 自保温墙体材料在节能建筑中推广应用的目的和意义 目前墙体保温节能体系一般分为两大类，一类是复合墙体保温体系；一类是 墙体自保温体系。 复合墙体保温体系包括外墙外保温和内保温两种瞳1 矧。其中，外墙外保温在我 国建筑节能墙体中占主导地位，外墙外保温体系就是在基层墙体外面附加聚苯板 等保温性能良好的绝热保温材料作保温层或外涂保温砂浆。外保温技术不仅适用 于新建的结构工程，也适用于旧楼改造，适用于范围广；外保温包在主体结构的 外侧，能够保护主体结构，延长建筑物的寿命；有效减少了建筑结构的热桥和冷 桥，增加建筑的有效空间；同时消除了冷凝，提高了空间的舒适度。 外保温体系主要有：膨胀聚苯板外保温体系、大模内置聚苯板外保温体系以 及胶粉聚苯颗粒外保温体系，其共同点都是在外围护结构外粘结一层聚苯乙烯泡 沫材料。这几种外保温体系的做法存在四大弊病： 6第一章绪论 聚苯乙烯属于石油制品，会加剧能源紧张； 受有价格影响，工程造价波动大、价格高； 保温体系的耐久性( 耐火性) 受到了质疑； 施工工序多，工程质量不易保证。 自保温体系指的是以单一墙体材料即能满足现有节能要求的外墙保温体系， 保温材料即墙体材料本身，采用专用砌筑砂浆、界面剂、抹面砂浆等配套材料由 干法施工完成，一般多应用于非承重墙体。目前，我国应用较多的自保温墙体材 料有以下几种：加气混凝土砌块、轻集料混凝土小型砌块、多孔砖、复合墙板等。 而加气混凝土一般作为非承重的结构材料和保温维护功能材料，是迄今唯一一种 能够同时满足墙材革新和我国寒冷地区6 5 节能要求的单一墙体材料。 加气混凝土自节能保温体系与墙体外保温体系对比有以下优点：设计方面。 外墙外保温隔热体系- 般厚度只有2 , - 一3 c m ；而自保温隔热墙体厚度可按要求做到 2 0 - 、- 3 0 c m ，能满足夏热冬冷地区现阶段的节能要求。另外由外墙外保温隔热体系 所处的环境以及材料本身存在着耐久性不足等问题导致设计年限短、使用寿命更 短。而自保温隔热体系不存在使用年限问题，自保温隔热体系与建筑物是同寿命 的。施工方面。外墙穿衣的保温隔热做法是复合做法，最普通的是外贴聚苯保 温板。但因其施工工序较多，采用手工操作，且对与之相匹配的辅助材料均有较 严格的质量标准，在当前市场不太规范的情况下，稍有疏漏就易于出现质量问题； 且受施工条件的影响较大。而墙体自节能保温体系作业简单方便、工期短、无需 二道工序，自节能墙体体系的施工工序与普通墙体的施工工序无大差异。另外由 于施工技术成熟，热工性能稳定受施工质量影响小，能保证节能效果。成本方 面。墙体外保温隔热体系主要采用聚合物材料，其价格较高，一般每平方米墙面 增加成本5 0 元以上，而自节能墙体体系每平方米墙面仅增加成本2 0 元左右。 密度方面。由于加气混凝土的孔隙率较高，一般为7 0 - - 8 0 ，从而大大降低了其密 度。加气混凝土的密度一般为4 0 0 - - 一7 0 0 k g m 3 ，约为粘土砖的1 3 ，普通混凝土的 1 5 ，采用加气混凝土砌块作墙体屋面材料，可以大大减轻建筑物的自重，从而减 少地震荷载和变形；同时可以减小建筑物基础、梁、柱等结构的尺寸和配筋率， 以降低基础造价，减少软弱地基的施工难度。在旧有住宅的改造扩建中使用加气 混凝土砌块，一般不需要加固原有承重结构，从而有效缩短了施工工期。因而， 自节能墙体体系同样具有成本优势，。 由于加气混凝土具有的上述一系列的优势，因此其作为一种轻质建筑材料， 在国内外的工程建设中均得到广泛的应用。尤其是其质轻、保温好，对于减少建 筑物自重，降低建筑物能耗，具有特别重要的意义。 第一章绪论 7 1 2 加气混凝土简介 1 2 1 加气混凝土的分类 蒸压加气混凝土砌块是以水泥、石灰、砂、粉煤灰、矿渣、发气剂、气泡稳 定剂和调节剂等为主要原料，经磨细、计量配料、搅拌、浇注、发气膨胀、静停、 切割、蒸压养护、成品加工和包装等工序制成的多孔混凝土制品。它具有质轻、 高强、保温、隔热、吸声、防火、可锯、可刨加工等特点，体积密度为3 0 0 - , - 8 5 0 k g m 3 ， 立方体抗压强度为1 o 1 0 o m p a ，热导率为o 1 0 o 2 1 w ( m k ) 。主要用于框架结构、 现浇混凝土结构建筑的外墙填充、内墙隔断，也可用于抗震圈梁构造多层建筑的 外墙或保温隔热复合墙体，有时也用于建筑物屋面的保温和隔热。 加气混凝土是在1 8 8 9 年由捷克人霍夫曼发明，并取得专利。其后，经过许多 专家的不断完善，技术逐渐趋于成熟，并被各国纷纷引进，成为世界上广泛应用 的轻质墙体之一。 加气混凝土分类主要有以下几种方式： 密 按照养护方式 按照养护方式可分为蒸养加气混凝土、蒸压加气混凝土和免蒸压加气混凝土。 按照原材料种类 按原材料的种类不同，可以分为水泥一石灰一砂加气混凝土砌块、水泥一石灰一 粉煤灰加气混凝土砌块、水泥一矿渣一砂加气混凝土砌块、水泥一石灰一尾砂加气混 凝土砌块、水泥一石灰一沸腾炉渣加气混凝土砌块、水泥一石灰一煤矸石加气混凝土 赫 砌块、水泥一粉煤灰加气混凝土砌块。 按照砌块强度和表观密度等级 加气混凝土砌块按强度等级分有：a 1 o ，a 2 0 ，a 2 5 ，a 3 5 ，a 5 o ，a 7 5 ， a i o 七个级别( 后面的数字表示立方体平均抗压强度的兆帕值) ；按表观密度分级 有：b 0 3 ，b 0 4 ，b 0 5 ，b 0 6 ，b 0 7 ，b 0 8 六个级别( 后面的数字表示其表观密度值， 单位是k g m s ) 。 按照使用功能 加气混凝土砌块按使用功能可以分为：砌块一墙体砌筑材料；屋面板一屋面受弯 构件；墙板一作为内外墙使用的板材；拼装大板一将墙板拼装而成的大型板材。 1 2 2 加气混凝土砌块的主要性能 表观密度 表观密度是加气混凝土制品的最基本的性能指标之一。通常所说的表观密度 8第一章绪论 指的是不含水的状态下的干密度。表观密度的大小受工艺因素如气孔的数量，结 构等的影响。在生产过程中可以通过调整料浆中铝粉的掺入量以获得不同表观密 度的制品。一般情况下，表观密度为7 0 0 k g m 3 的制品孔隙约为7 0 ；表观密