（材料学专业论文）重庆市区框架结构砌块填充墙裂缝状况与成因研究.pdf

中文摘要 一一一 摘要 框架结构的砌块填充墙容易出现各种裂缝，已经成为目前建筑工程的主要质 量问题，制约了轻质砌块等新型墙体材料的推广和使用。 根据对重庆市区砌块填充墙裂缝状况的大量调查，在实验室内对可能影响填 充墙裂缝产生的加气混凝土砌块和轻集料混凝土砌块以及砂浆等墙体组成材料的 基本性能进行了针对性的研究，并且在旖工现场对加气混凝土砌块填充墙和陶粒 混凝土空心砌块填充墙的变形进行了长期的监测。 在系统性研究的基础上，本文对砌块填充墙裂缝的成因进行了分析，认为造 成砌块填充墙大量出现裂缝的原因主要是： ( 1 ) 各种轻质砌块强度较低、干燥收缩值较大；( 2 ) 加气混凝土耐久性较 差，碳化和干湿循环造成砌块的强度以及抗裂性明显降低；( 3 ) 砌筑填充墙时砌 块含水率普遍较高，砌块产生较大的干燥收缩；( 4 ) 室内外温差和季节温差较大， 填充墙产生较大的温度变形；( 5 ) 加气混凝土吸水性较强而失水速度非常缓慢， 较高的含水率或相对湿度的变化使砌块产生含水率梯度，使砌块表层和内部产生 较大的变形差异；( 6 ) 构造措施不合理，没有采取相应的防止裂缝的措旋；( 7 ) 砌筑质量较差，普遍存在水平灰缝厚度不均匀、竖向灰缝厚度较小甚至没有砂浆 的现象；( 8 ) 使用保水性及和易性较差的普通水泥砂浆，砂浆的干燥收缩值与砌 块的干燥收缩值存在较大的差异，而且砂浆和砌块的粘结强度较低。 根据对各种裂缝成因的分析，本文提出了一些防止砌块填充墙产生裂缝的具 体措旎： ( 1 ) 砌筑填充墙时，应根据环境的温度和相对湿度控制砌块的含水率，轻集 料混凝土砌块含水率应小于6 8 ，加气混凝土砌块的含水率应尽量控制在较 低状态；( 2 ) 避免在高温时砌筑填充墙；( 3 ) 使用和易性和保水性好的砂浆，砂 浆稠度不小于9 0 m m ，提高砌筑质量，控制水平灰缝和竖向灰缝的厚度、饱满度 以及平整度符合要求；( 4 ) 提高填充墙项部镶砖的砌筑质量，填充墙顶部镶砖应 在填充墙砌筑完成约3 0 d 后进行；( 5 ) 填充墙砌筑完成后6 0 d 左右进行墙面抹灰和 构造柱施工；( 6 ) 构造柱间距以及拉结钢筋的设置符合规范要求，穿越管线时应 预留洞口避免在填充墙上穿凿洞口。 关键词：砌块，填充墙，裂缝，干燥收缩，砌筑质量 薹壅塑蔓 a b s t r a c t t h ec r a c k si nt h ef r a m es t r u c t u r ei n f i l l e dw a l lw i t ht h el i g h t w e i g h tc o n c r e t eb l o c k s h a sb e c o m eav e r ys e r i o u sq u a n t i t yp r o b l e mi nt h er e a l mo fc o n s t r u c t i o na n dr e s t r i c t e d t h ea p p l i c a t i o no f l i g h t w e i g h t c o n c r e t eb l o c k sw h i c ha r en e w t y p eb u i l d i n gn a a t e r i a l s a c c o r d i n gt ot h el a r g en u m b e r ss u r v e yo ft h ec r a c k sa c t u a l i t yi nc h o n g q i n g ，t h i s p a p e ri n v e s t i g a t e dt h eb a s i cp e r f o r m a n c eo f l i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t eb l o c k s ，a u t o c l a v e d a e r a t e dc o n c r e t eb l o c k sa n dm o r t a r sw h i c hi n f l u e n c et h ec r a c k si nt h el a b o r a t o r ya n d m o n i t o r e dt h ed e f o r m a t i o no ft h ef r a m es t r u c t u r ei n f i l l e dw a l lw i t ht h ea u t o c l a v e d a e r a t e dc o n c r e t eb l o c k sa n ds h a l ep a r t i c l ec o n c r e t eh o l l o wb l o c k si nt h ec o n s t r u c t i o n 1 0 c a l a tt h eb a s i co fs y s t e m i ci n v e s t i g a t e ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h ep r i m a r yr e a s o n so f c r a c k si nt h ef r a m es t r u c t u r ei n f i l l e dw a l lw i t ht h el i g h t w e i g h tc o n c r e t eb l o c k s 。t h em a i n r e a s o n sa r ea sf o l l o w s ： ( i ) t h el i g h t w e i g h tc o n c r e t eb l o c k sa r ep o o rq u a l i t ya n dl a r g es h r i n k a g e ( 2 ) t h ea u t o c l a v e da e r a t e dc o n c r e t eh a st h ep o o rq u a l i t yo fd u r a b i l i t y 。t h e c a r b o n a t i o na n dw a t e rc o n t a i nc i r c u l a t i o nr e d u c e dt h ec o m p r e s s i o n s t r e n g t ha n dr u p t u r e s t r e n g t h ( 3 ) t h es h r i n k a g ei n c r e a s e dm a r k e d l yw h e nt h ew a t e rc o n t a i nr a t i oo f l i g h t w e i g h t c o n c r e t eb l o c k si sv e r y h i g h e r ( 4 ) t h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eb e t w e e ni n d o o ra n do u t d o o ra n dd i f f e r e n ts e a s o n s c a u s e db i g g i s h t e m p e r a t u r ed e f o r m a t i o no f t h ei n f i l l e dw a l l ( 5 ) t h ea b s o r p t i o nr a t eo fa u t o c l a v e da e r a t e dc o n c r e t eb l o c k si s h i g h e rb u tt h e e v a p o r a t i o n r a t ei ss m a l l e r , w h e nt h ew a t e rc o n t a i na n d r e l a t i v eh u m i d i t ya r ec h a n g i n g ， t h ed e f o r m a t i o nd i f f e r e n c ei sa p p e a r i n gi nt h e s u r f a c el a y e ra n di n t e r i o ro f b l o c k s ( 6 ) t h ed e t a i l i n gr e q u i r e m e n ti sn o tr e a s o n a b l ea n dt h e r ei sal a c ko ft h em e a s u r e s t oa v o i dt h ec r a c k si nt h ef r a m es t r u c t u r ei n f i l l e dw a l l ( 7 ) t h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yi sp o o r , t h et h i c k n e s so fm o r t a r j o i n ti sn o ta c h i e v e d t h e p r e s c r i p t o f c r i t e r i o n ( 8 ) t h ew a t e rp r e s e r v i n gc a p a b i l i t ya n dw o r k a b i l i t yo fm o r t a ra r e p o o r s ot h e 5 h r i n k a g ed i f f e r e n c eb e t w e e nm o r t a ra n db l o c k si sb i g g e ra n dt h ef e l ts t r e n g ( hb e t w e e n m o r t a ra n db l o c k si sl o w e r a c c o r d i n g t ot h el a r g en u m b e r s s u r v e y o f t h ec r a c k s a c c o r d i n g t om e a n a l y s i so fc r a c k i n gr e a s o n si nt h ei n f i l l e dw a l l ，t h i sp a p e r b r i n g 1 1 1 重庆大学硕士学位论文 f o r w a r ds o m em e a s u r e st oa v o i dt h ec r a c k s ，t h em e a s u r e sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a t t h et i m et om a s o n r yi n f i l l e dw a l l ，a c c o r d i n gt ot h et e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v e h u m i d i t yo f e n v i r o n m e n tt oc o n t r o lt h ew a t e rc o n t a i no fl i g h t w e i g h ta g g r e g a t ec o n c l e t e b l o c k si sl e s st h a n6 8 a n dc o n t r o lt h ew a t e rc o n t a i no fa u t o c l a v e da e r a t e d c o n c r e t eb l o c k si sm o r el o w e l ( 2 ) a v o i d i n g t om a s o n r yi n f i l l e dw a l li nt h eh i 曲t e m p e r a t u r eo f t h e s e a s o n ( 3 ) e n h a n c e st h ew o r k a b i l i t y a n dt h e c o n s i s t e n c y o fm o r t a r ，c o n t r o l st h e c o n s i s t e n c yo fm o r t a ri s n o tl e s st h a n9 0 c m i m p r o v e st h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t y ， c o n t r o l st h et h i c k n e s sa n df l a t n e s so f m o r t a r j o i n tt oa c h i e v et h ep r e s c r i p to f c r i t e r i o n ( 4 ) i m p r o v e st h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yo ft h eb r i c k i n gu p p e ri n f i l l e dw a l l ，t h e b r i c k i n gu p p e ri n f i l l e dw a l ls h o u l dc a r l 2 ，t h r o u g hw h e nt h ei n f i l l e dw a l lh a sm a s o n r y t h i r t yd a y s ( 5 ) t h em o r t a rf o rc o a t i n ga n dc o n f i g u r a t i o nc o l u m ns h o u l dc a r r yt h r o u g hw h e n t h ei n f i l l e dw a l lw a s m a s o n r ys i x t yd a y s ( 6 ) c o n f i g u r a t i o nc o l u m ns p a c i n ga n dt e n s er e i n f o r c i n gs t e e lb a ra c h i e v et h e p r e s c r i p to fc r i t e r i o n ，a n da v o i d i n g t oe x c a v a t eh o l ei nt h ei n f i l l e dw a l l k e y w o r d s ：b l o c k ，i n f i l l e dw a l l ，c r a c k ，d r ys h r i n k a g e ，c o n s t r u c t i o n q u a l i t y 1 绪论 1绪论 1 1 建筑砌块的发展概况 1 1 1 建筑砌块的分类 砌块由非粘土材料制成，主要有混凝土砌块、各种利用工业废渣和粉煤灰等 制成的无熟料水泥煤渣混凝土砌块、轻集料混凝土砌块、蒸气养护的粉煤灰硅酸 盐砌块、加气混凝土砌块。 按原材料种类可以分为普通混凝土砌块、硅酸盐混凝土砌块、轻集料混凝土 砌块、加气混凝土砌块。普通混凝土砌块是以碎石、卵石、石屑、山砂、河砂等 为集料配制的普通混凝土加工而成；硅酸盐混凝土砌块是以石灰和含硅原料( 砂、 粉煤灰、炉渣、矿渣、自燃煤矸石、尾矿粉及其他天然含硅原料和工业废料) 配 制的混凝土加工而成；轻集料混凝土砌块是以火山渣、浮石、膨胀珍珠岩、煤渣、 水浮矿渣、自燃煤矸石、各种陶粒为集料配制的轻混凝土加工而成；加气混凝土 砌块是以含硅材料( 砂、粉煤灰、尾矿粉等) 和钙质材料( 水泥、石灰等) 加水 并加入适量的发气剂和其他附加剂，经混合搅拌、浇注发泡、坯体静停与切割后， 再经蒸压或常压蒸气养护制成 2 3 】。 砌块按尺寸的大小可以分为小型、中型和大型三种。小型砌块尺寸较小，型 号多、尺寸灵活、适用面广，其主规格的高度大于l1 5 m m 而小于3 8 0 m m ，但施 工时用手工砌筑，劳动量大。中型砌块尺寸较大，适于机械化施工，提高了劳动 生产率，但其型号少使用不够灵活。大型砌块尺寸大，有利于生产工厂化，施工 机械化，大幅度提高劳动生产率，加快施工进度，但需要有相当的生产设备和施 工能力。目前我国大量使用的主要是小型砌块。 砌块按其块体特征，可分为空心砌块和实心砌块两大类。凡平行于砌块承重 面的混凝土截面小于毛面积的7 5 者属于空心砌块，等于或大于7 5 者称为实心 砌块。空心砌块的空心率一般为3 0 5 0 ，取决于砌块的宽度、纵肋及横肋的厚 度以及孔洞的形状。而加气混凝土砌块只能是实心的。 按砌块的密度等级可以分为普通混凝土砌块和轻混凝土砌块两大类。普通混 凝土砌块的密度一般为l 1 0 0 1 5 0 0 k g m 3 ，轻混凝土砌块的密度一般为5 0 0 1 0 0 0 k g m 3 ，砌块的密度不仅同所用混凝土的密度有关，而且还随砌块的空心率大小而 异。 建筑砌块按用途大致可以分为墙用砌块、铺地砌块、花格砌块、筒仓砌块。 墙用砌块是建筑砌块的主要品种，除用于砌筑各类建筑物的墙体外，还可用于砌 筑挡土墙、高速公路音障及其他砌块构筑物。墙用砌块又可以分为结构型砌块、 重鏖盔堂堡圭堂垡堡壅 一 构造型砌块、装饰型砌块、功能型砌块【3 1 。其中结构型砌块可以分为承重砌块和j 承重砌块两种。非承重砌块主要用于填充墙、隔墙等只承受自重的墙体非承重 砌块的强度等级可适当低一些，一般不低于m u 2 8 即可。非承重砌块的块型规格 町与承重砌块相同，一般用于外围填充墙，也可按使用部位的要求而变，多数非 承重砌块的厚度较薄，常用于内部隔墙。 目前我国应用较多的砌块是：普通混凝土砌块，水泥煤渣砌块，火山渣混凝 土砌块，浮石混凝土砌块，陶粒混凝土砌块以及加气混凝土砌块。 1 1 2 国外建筑砌块发展概况 ( 1 ) 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。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 n ) 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1 0 亿 块。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，已成为美国一种主要 的建筑材料，应用范围日益广泛。 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。 ( 2 ) 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 0 0 万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 2 1 绪论 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t 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 0 0 5 0 0 0 万m 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，规模达1 1 8 4 万m 3 年；求劳克斯技术已 在6 个国家建了1 0 条生产线，生产能力为3 5 5 5 万矗年；海勃尔技术在2 2 个 国家建了5 1 条生产线，生产能力为8 5 0 万o 年。 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 0 万一左右，波 兰4 5 0 万m 3 左右，德国估计为3 5 0 万m 3 ，日本3 5 0 万一【4 j 。 1 1 _ 3 国内建筑砌块发展概况 ( 1 ) 混凝土砌块 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铜仁路口的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”j 。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试验楼。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 0 万m 3 ，到1 9 9 0 年，已增长到6 0 0 万m 3 ，1 9 9 5 年达到1 5 0 0 万1 1 1 3 ，1 9 9 8 年达到3 5 0 0 万r n 3 ，平均每年以2 0 的速度发展 5 1 。 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，各种轻集料 混凝土砌块也迅速发展起来。吉林、黑龙江等地盛产火山渣和浮石，因此北方许 多省、自治区用火山渣和浮石做集料生产混凝土砌块，既是就地取材，又改善了 砌块的热工性能。许多城市综合利用锅炉煤渣，用煤渣做集料生产轻混凝土砌块。 煤渣混凝土砌块被大量用于砌筑框架结构的填充墙，以及自承重的隔墙，由于集 料是利用工业废渣，砌块的生产成本较低，具有较好的经济效益和社会效益。一 些煤矿区则用自燃煤矸石做集料生产混凝土砌块，一些城市还采用各种陶粒生产 3 重庆大学硕十学位论文 轻集料混凝十砌块。近年来，轻集料混凝土砌块的发展十分迅速，有些地区轻集 料混凝土砌块的产量已超过普通混凝土砌块。 ( 2 ) 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，上海就设厂 生产加气混凝土砌块，并用其建造了当时国内最高的1 7 2 0 层的大楼5 幢，楼建 成后工厂也停产了。上世纪6 0 年代我国引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，生产能力已经达到6 7 0 万m 3 年，覆盖2 9 个省、市、自 治区。其中灰砂加气混凝土生产线5 6 条，生产能力为2 1 6 6 万m 3 年。粉煤狄加 气混凝土生产线7 7 条，生产能力为4 5 3 5 万m 3 年。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 0 0 0 万m 3 ，1 9 9 9 年实际产量为4 0 0 万m 3 ，其中粉煤灰加 气混凝土所占比例约为9 0 e 6 1 。粉煤灰加气混凝土产品主要是砌块、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 0 0 万m 2 。 1 。2 论文研究的背景 1 2 1 建筑砌块与墙体材料改革 目前，我国所用的墙体材料主要是粘土实心砖。1 9 9 9 年，粘土实心砖在各种 墙体材料中所占的比例仍接近8 0 ，全国粘土实心砖的年产量接近6 0 0 0 亿块【7 1 。 生产粘土砖需要耗费大量的粘土做原料，虽然国家提倡利用山土、河泥制砖，禁 止毁坏耕地，但是仍然有相当数量的粘土砖是毁田取土生产的。按全国有三分之 一的粘土砖是毁田取土生产的推算，每年因烧砖取土毁坏耕地约1 5 万亩，粮食减 产约6 0 0 0 万吨。我国人口多，耕地面积少，人多地少的矛盾日益尖锐，按全国现 有耕地1 4 亿亩计算，我国人均耕地占有量仅1 1 亩，在世界各国中是相当低的。 耕地是难以再生的资源，年复一年的大量毁田烧砖，不符合保护耕地的基本国策， 也贻害子孙后代。既要解决建房所需的墙体材料，又要减少烧砖毁田的危害，只 有发展少用粘土或不用粘土的新型墙体材料。 我国墙体材料改革的目标是：2 0 0 5 年作为主要发展目标的新型墙体材料平均 增长速度为7 8 ；到2 0 0 5 年新型墙体材料产量折合标准砖达到3 0 0 0 亿块，比 2 0 0 0 年增长9 0 0 亿块；新型墙体材料产量占墙体材料总产量的比例达到3 8 ，力 争4 0 ；城镇达到5 0 以上，大中城市( 辖区内) 达到6 0 以上，其中市区达到8 0 以上；农村要达到2 5 3 0 ：中西部地区和东部地区的差距减小2 个百分点以上； 实心粘士砖总量控制在4 8 0 0 亿块以内，淘汰实心粘土砖生产企业2 万家，减少实 4 心粘土砖6 0 0 亿块；节约土地1 1 0 万亩左右，节能8 0 0 0 万t 标煤，利用废渣3 亿t 。 2 0 1 5 年远景发展目标：新型墙体材料产品占墙体材料总产量的比例达到5 5 左右， 彻底改变实心粘土砖占主导地位的局面，实现新型墙体材料发展的历史性飞跃哺j 。 “九五”期间是新型墙体材料快速发展的时期，新型墙体材料产量增长迅速， 取得了显著的经济效益和社会效益。1 9 9 9 年，新型墙体材料产量达2 0 0 0 亿块( 标 准砖，下同) ，占墙体材料总产量的2 8 ，比1 9 9 5 年提高1 2 。实心粘土砖产量 由1 9 9 5 年的6 3 0 0 亿块减少到2 0 0 0 年的5 4 0 0 亿块。累计节约土地近4 0 万亩、节 能6 0 0 0 万吨标准煤、利用废渣2 亿吨，使用新型墙材的建筑面积达到2 亿m 2 ，节 能建筑面积达到7 4 7 0 万m 2 【。 目前大量应用的各类新型墙体材料主要是建筑砌块，轻质墙板和各种空心砖。 建筑砌块因价格较为低廉不占用耕地而受到欢迎，因此，为了实现墙体材料改革 的目标必须大力推广使用建筑砌块。 1 2 2 建筑砌块的技术经济优势及社会效益 ( 1 ) 技术经济优势 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，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l ，2 。如果墙面做内外粉刷，由 于砌块墙面比粘土砖墙平整，因而砌块墙比砖培可节约粉刷砂浆约2 0 1 3 1 。 用砌块建房，材料重量轻，运输量减少。按墙体计，每1 0 0 0 0 m 2 建筑，粘土 砖墙重约8 0 0 0 吨，砌块墙重约4 5 0 0 吨，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1m 2 建筑的建材重量，砌块建筑约为砖混 建筑的7 5 。 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 m m ，粘土砖墙体厚度一般为2 4 0 r a m 。两者相 比，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 【3 1 。 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 筑中广泛使用建筑砌块显然具有明显的经济效益。 ( 2 ) 社会效益 目前，我国是世界上开采与消耗矿物燃料最多的国家，煤在一次性能源中所 占的比例高达7 0 n 上，粉煤灰及废渣的排放量很大，因燃煤而产生的粉煤狄与 炉渣的年排放量逾2 亿t i o o 同时，由于综合利用率较低，造成粉煤灰和各类废渣 5 重庆人学硕士学位论文 大量堆积，未利用的废弃物不仅占用土地甚至耕地，还对土壤及水域造成污染。 表1 1 是近年我国粉煤灰排放总量及粉煤灰利用量，表1 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1 1 近年我国粉煤灰排放总量及粉煤灰利用量【6 “ 【 年份1 9 9 2 1 9 9 51 9 9 71 9 9 81 9 9 9 粉煤灰排放量( 1 0 8 t ) 0 9 11 1 51 2 51 1 51 1 5 粉煤灰利削量( 1 0 8 t )0 3 40 6 4 40 6 7 90 7 5 7 利用率( ) 3 75 1 5 5 9 ，06 5 8 表1 2 世界一些国家粉煤灰及炉底灰、渣的排放量和利用情况 粉煤灰排放炉底灰、渣排总排放量利用量 利用比例 国家 年份 量1 0 4 t放量1 0 4 t，1 0 4 t1 0 4 t 德国1 4 3 0 05 7 4 02 0 0 4 ，0 1 9 8 4 09 91 9 9 2 口本5 2 6 47 7 46 4 0 ，23 9 5 5 6 21 9 9 2 法国1 4 3 62 8 7 1 7 2 31 6 3 69 5 1 9 9 3 希腊7 0 0 06 3 o 7 6 3 06 8 0 08 9 1 9 9 2 波兰1 4 0 1 0 1 1 9 9 58 6 1 9 9 2 从表1 1 和1 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 o 1 1 2 1 , 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士砌块。 我国从1 9 6 5 年开始生产粉煤灰烧结砖，其产量高于蒸制砖，产品吃灰量大，可大量 节约粘土，性能则与粘土砖差不多，现在应用仍较普遍。除此以外，产量较大的是粉 煤灰硅酸盐砌块和免蒸免烧粉煤灰砌块，根据建筑功能的不同，产品有实心和空 7 0 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。 6 一 ! 堡鲨一 一一一 粉煤灰加气混凝土原料配方中，粉煤灰用量最少为6 0 ，最高可达7 5 - - 8 0 ， 可以有效的实现粉煤灰的综合利用，具有良好的经济和社会效益。 1 2 3 建筑砌块与建筑节能 建筑能耗原则上应包括建材生产、建筑旌工、建筑使用和建筑拆除能耗”“。 ( 1 ) 墙体材料生产能耗 我国是能源相对匮乏的国家，能源已经成为制约我国经济发展的一个重要因 素，解决能源不足的问题必须是开发与节约并重。粘土砖生产能耗很大，每生产l 万块粘土实心砖平均耗标准煤1 0 吨，按生产粘土砖6 0 0 0 亿块计算，每年全国烧 砖耗标准煤约6 0 0 0 万吨，与国外同体积材料相比，单位生产能耗平均高一倍以上， 单位建筑面积的采暖能耗为同等条件下发达国家的3 倍【l “。粘土砖生产能耗约占 当年建筑材料生产总能耗的5 5 ，约占全国煤炭总产量的5 吼随着我国经济的 发展，墙体材料的需求量越来越大，耗能高的粘土砖必须尽量用耗能低的新型墙 体材料取代。几种墙体材料的生产总能耗见表1 3 m ”j 。 表l _ 3 几种墙体材料的生产总能耗( 按其组成材料之生产能耗计) 墙体材料墙厚每m 2 墙面能耗( k g 标准煤) ( c m ) 制品生产水泥、石灰钢筋合计能耗比 粉煤灰加气混凝土 2 01 3 1 64 6 03 5 12 1 2 85 8 蒸压养护灰砂砖3 72 3 3 3 4 0 30 5 72 7 9 37 6 现浇陶粒混凝土2 84 3 ，0 0 1 1 63 4 84 7 6 41 3 0 蒸养混凝土空心砌块2 01 3 7 1 1 63 5 11 8 ，3 75 0 粘士空心砖2 4 2 5 5 43 2 20 5 72 9 3 38 0 粘土砖 3 73 l _ 9 24 ，0 30 5 73 6 5 21 0 0 如果以混凝土砌块和加气混凝土砌块等新型墙体材料代替粘土砖，则节能的 幅度相当可观。同时，各类轻集料混凝土砌块导热系数小，具有良好的绝热性能， 有利于减少建筑使用能耗。 ( 2 ) 墙体材料与建筑使用能耗 砌块墙体的保温隔热功能不仅与砌块品种、孔结构有关，而且也与砌筑砂浆 的种类、砂浆饱满度和砌块墙体的组合形式( 如单块砌块墙体和复合砌块墙体) 有密切关系。目前，我国南方的砌块建筑大都采用单排孔砌块作承重墙体，煤渣、 煤矸石、陶粒混凝土砌块和加气混凝土砌块多用于框架结构建筑的填充墙，也有 少最用作承重墙体。东北地区大多采用火山渣、浮石混凝土多排孔砌块作为建筑 7 重庆大学硕士学位论文 的外墙，内墙采用普通混凝土砌块，也有采用火山渣或浮石混凝土砌块砌筑。在 砌筑外墙时使用轻集料混凝土多排孔砌块或复合墙体，其保温隔热效果更好。 粘土砖的干导热系数为0 8 1w m q k 。，而砌块的导热系数随混凝土材料的不同 而有差异。几种常用新型墙体材料的干导热系数见表i 4 。 表t 4 几种常用新型墙体材料的于导热系数( w m k “) 普通水泥煤渣水泥煤矸石火山渣浮石陶粒 k 兰 加气 混凝土砌块混凝土砌块混凝土砌块混凝土砌块混凝十砌块混凝土砌块 混凝十 ( 单排孔)( 单排孔)( 多排孔)( 多排e l )( 多排孔)( 单排e l ) l 导热系数 0 1 51 0 l0 4 60 4 0 20 5 8 203 2 o 3 5 0 2 8 0 4 00 2 1 6 02 3 0 由表1 , 4 可知，除了单排孔普通混凝土砌块的干导热系数大于粘土砖外，其它 墙体材料的导热系数远小于粘土砖。粘土砖外墙的保温隔热性能比使用各类轻质 砌块的墙体相差4 5 倍。目前我国北方每年采暖能耗高达1 2 亿t 标准煤，而南 方空调降温能耗每单位建筑面积是北方采暖能耗的3 4 。我国节能工作起步较晚， 能源浪费严重，建筑能耗占全国总能耗的3 0 。如我国建筑采暖耗热量，外墙大 体上为与我们气候条件接近的发达国家的4 5 倍，屋顶为2 5 5 5 倍，外窗为1 5 2 2 倍，门窗透气性为3 6 倍，总耗能是他们的3 4 倍。建设部等八部委在国 发办 1 9 9 9 1 7 2 号文中要求：到2 0 0 5 年城镇新建采暖住宅建筑要在1 9 8 1 年住宅 能耗水平的基础上，达到降低能耗5 0 的要求；到2 0 1 0 年，在2 0 0 5 年的基础上， 再降低能耗3 0 ；非采暖地区的住宅建筑，也应贯彻节能的方针，制定节能的标 准，采取节能措施。2 0 0 3 年夏季，我国南方因高温导致空调用电量猛增，使很多 省市出现严重的电力紧张。仅空调一项，2 0 0 1 年全国新增空调装机容量已经超过 三峡电站竣工后的发电总装机容量。这固然是经济发展和人民生活水平提高与电 力供应紧张存在着矛盾，但是也提醒大家，必须使用建筑砌块等新型墙体材料以 达到建筑节能的目标。 1 2 4 重庆地区建筑砌块的生产与应用概况 重庆是一个山多地少的山地城市，能源基础是原煤和水电，土地资源保护任 务非常艰巨。而且重庆是我国重要的熏工业基地，燃煤电厂较多，1 9 9 6 年工业废 渣排放量超过1 0 0 0 万t ，而利用率仅5 4 2 7 ，2 0 0 0 年工业废渣排放量达到1 3 3 6 万t ，预计到2 0 1 0 年将达到1 5 5 8 万t 。虽然工业废渣的利用率呈上升趋势，但增 长速度缓慢，与一些经济发达的地区如天津、上海、江苏等地区( 综合利用率高达 8 0 以上) 相比，重庆市的工业废渣利用率仍然较低。工业废渣不仅占用了大量土 8 i 绪论 地，还严重污染环境，如果不采取有效利用和治理的措施，必将对重庆地区的生 态和水资源产生极端不利的影响，制约重庆市经济的可持续发展。近年来重庆市 的工业废渣的利用情况见表1 5 1 6 1 。 表1 51 9 8 5 1 9 9 7 年重庆市工业废渣的利用情况 t a b l e1 5g e n e r a ls i t u a t i o no f t h eu l i z ew a s t er e s i d u ef r o m1 9 8 5t o1 9 9 7 1年份工业废渣产生总量( 1 0 4 t )利用量( 1 0 4 t )利用率( ) 1 9 8 51 1 5 63 1 32 7 0 8 1 9 9 06 7 82 6 33 8 7 9 1 9 9 27 2 43 5 14 8 4 8 1 9 9 37 0 63 5 75 0 5 7 1 9 9 46 4 63 2 35 0 0 0 1 9 9 56 8 43 8 75 6 5 8 1 9 9 61 0 1 8 5 6 5 3 0 ，1 35 2 0 5 1 9 9 71 1 4 8 1 46 2 3 0 5 5 4 2 7 以粉煤灰、煤矸石等固体废弃物部分替代水泥作胶结材、集料或原材料，用 于生产墙体材料，是开发新型墙体材料的重要方向。重庆是一个新生的直辖市， 建筑业正处于高速发展时期，而重庆市墙体材料生产仍处于相对落后的状态，烧 结页岩砖等传统产品所占比例很高，产品结构不合理，生产工艺落后，规模效益 差，技术投入不足的矛盾日益突出。目前，重庆市的墙体材料绝大部分是各种机 制砖，其次是少量的砌块及墙板，而现在沿海地区大力提倡的复合墙板类材料几 乎没有。据重庆市墙材协会所做的年报汇总资料显示( 见表1 6 ) l 1 ，1 9 9 9 年重庆市 主要墙体材料产量合计为1 1 5 8 6 亿块标准块，其中各类烧结砖占9 1 ，3 6 ，各类砌 块占8 ，2 2 者之和超过总量的9 9 ，墙板的比重占不到1 。根据我国墙体材料 改革的要求，重庆市新型墙体材料的应用比例到2 0 0 5 年要达到7 5 ，要达到国家 提出的墙体材料革新和建筑节能目标任重而道远。 在重庆市建委和墙材协会的推动下，2 0 0 0 年重庆新型墙体材料的生产与应用 有所发展，加气混凝土砌块的用量保持了一定增长，各种类型的轻集料混凝土小 型空心砌块( 主要以膨胀珍珠岩和页岩陶粒等为集料) 的产量和用量均有明显增长， 目前重庆市各类轻质砌块用量为1 5 0 万i t l 3 左右，预计2 0 0 5 年可达到3 0 0 万m 3 。 重庆市目前生产的砌块主要用于砌筑填充墙，用于承重的混凝土砌块则很少生产。 此外，烧结页岩空心砖也在工程中大量应用。 9 重庆大学硕土学位论文 表1 6 重庆市主要墙体材料统计表( 1 9 9 9 ) 1 种类 机制砖 粘土 各类各类 总计 页岩砖灰砂砖煤矸石砖煤渣砖砌块板材 实心砖 产蜃 1 1 5 3 5 25 9 7 5 3 81 3 0 1 1 89 6 1 1 92 3 7 4 29 0 4 4 06 5 9 21 1 5 8 5 9 9 ( 万标准块) 重庆市新型墙体材料的用量逐年增加，但从总体而言，重庆市墙体材料改革 形势仍然严峻。设计和建设单位对推广新型墙体材料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。墙体材料产品比例不合理， 生产能耗高、功能差的页岩实心砖、灰砂砖在墙材中所占比例高，新型墙体材料 所占比重仍然较小，在部分区县几乎没有使用新型墙体材料，粘土砖的生产和应 用尚未得到有效禁止。在已有的新型墙体材料中，非承重内隔墙材料所占比例高， 适用于承重的或外墙用的新型墙体材料少。墙体材料生产方式仍然落后，虽然新 型墙材有一定发展，但仍以分散落后的小规模生产方式