新型墙体材料体系的研制与应用
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摘要
本课题以国家和地方墙体材料改革政策和发展现状为背景，综合利用当地可再生资源研制开发了新型墙体材料体系，该体系包括承重墙体材料——高绿色度蒸养粉煤灰砖(High-environmental-protection Steam-maintain Fly Ash Bricks，以下简称HSFAB)和非承重墙体材料——自发气轻质混凝土(Self-Aerated Lightweight Concrete，以下简称为SALC)。通过大量实验对宏观物理力学性能、耐久性能及微观结构进行了分析，结果表明该体系是传统实心粘土砖的理想替代产品。
在HSFAB的研究方面，通过两种体系HSFAB(即“水泥—钢渣—粉煤灰—炉渣”和“石灰—钢渣—粉煤灰—炉渣”体系)的配方优化设计，使之具有良好的社会、经济和环境效益；在高掺量工业废渣的前提下，根据各种原料的特性，对其采用不同的活化技术，使其具有较高的活性；自研的外加剂F，对HSFAB制品的物理力学性能和耐久性能均有明显的改善作用，尤其是对制品的干燥收缩性能有显著的抑制作用；通过对工艺参数的研究，结合实际生产普遍存在的问题，选取了HF-1100系列全自动液压墙体砖压机，有效地解决了传统制砖过程中常见的成型压力低、生产效率低、产品合格率低(即“三低”现象)等问题。
在SALC的研究方面，主要包括发气速度和稠化速度的协调性研究、新型多功能复合外加剂的研制、耐久性能的研究以及新型多功能非承重复合墙体结构及其浇注成型的快速组装模具设计等内容；结果表明：科学合理的引入辅助外加剂在一定程度上使SALC材料的工作性及相应物理力学性能得以最佳匹配，增强了SALC材料对冻融循环、干湿循环及干燥收缩的抵抗能力，使SALC在不同的环境下均具有较好的体积稳定性。
在实验研究和理论分析的基础上，本研究成果已在武汉市推广应用，其生产和施工工艺已基本完善。实践证明，HSFAB和SALC具有优良的物理力学性能、耐久性能以及较高的性价比。由于工业废渣利用率高使其具有良好的社会效益、经济效益和环境效益，为墙体材料的改革提供了坚实的理论基础和技术指导。
On the background of the innovation of the wall material and the current situation of the development in China, the regenerative material is synthetically used to prepare new wall material, including High-environmental-protection Steam-maintain Fly Ash Bricks(HSFAB) and Self-Aerated Lightweight Concrete(SALC).The mechanics characteristic, durability and micro-structure of the new wall material are analysed. It shows that the materials are the perfect replacement products of the traditional solid clay brick.
Two systems of HSFAB-cement-steel slag-fly ash-slag and lime-steel slag-fly ash-slag- are designed to fit for the requirement of performance, cost and environmental-protection, etc.. On the basis of the characteristic of the industry waste slag, which is high added to the HSFAB, different kinds of catalyzing methods are adopted to make the waste residue more active. The additive F, developed by the author can obviously improve the mechanics characteristic and durability of HSFAB, especially the restraining of the drying shrinkage. Based on the study of technics parameters and the problems in the manufacture, HF-1100 series full-automatic hydraulic pressure wall brick presses is chosed to solve the problems, such as low molding pressure, low efficiency and the certified product ration.
The study on SALC includes:1) the study on the harmonization between aeration rate and melts thickly rate;2) the study and application of the New Multi-function Composite Additive(NMCA);3)the study on the durability of SALC; 4) the designation of the structure of new multi-functional unbearing compound wall and fast equipment mold, etc. The results show: the additive can improve the harmonization of the workability and mechanics characteristic of SALC to a certain extent; improve the volume stability of SALC under different environment by enhancing the resistance to the freeze and thaw, dry and wet circle and drying shrinkage.
The accomplishment of the task is applied in Wuhan. And it is proved that HSFAB and SALC have good mechanics characteristic, durability and high performance/cost rate. The high content of industry waste slag lead to a good benefit on social, economy and environment, so the study have been offered the solid theoretical foundation and the technique direction for the innovation of wall material in China.
在HSFAB的研究方面，通过两种体系HSFAB(即“水泥—钢渣—粉煤灰—炉渣”和“石灰—钢渣—粉煤灰—炉渣”体系)的配方优化设计，使之具有良好的社会、经济和环境效益；在高掺量工业废渣的前提下，根据各种原料的特性，对其采用不同的活化技术，使其具有较高的活性；自研的外加剂F，对HSFAB制品的物理力学性能和耐久性能均有明显的改善作用，尤其是对制品的干燥收缩性能有显著的抑制作用；通过对工艺参数的研究，结合实际生产普遍存在的问题，选取了HF-1100系列全自动液压墙体砖压机，有效地解决了传统制砖过程中常见的成型压力低、生产效率低、产品合格率低(即“三低”现象)等问题。
在SALC的研究方面，主要包括发气速度和稠化速度的协调性研究、新型多功能复合外加剂的研制、耐久性能的研究以及新型多功能非承重复合墙体结构及其浇注成型的快速组装模具设计等内容；结果表明：科学合理的引入辅助外加剂在一定程度上使SALC材料的工作性及相应物理力学性能得以最佳匹配，增强了SALC材料对冻融循环、干湿循环及干燥收缩的抵抗能力，使SALC在不同的环境下均具有较好的体积稳定性。
在实验研究和理论分析的基础上，本研究成果已在武汉市推广应用，其生产和施工工艺已基本完善。实践证明，HSFAB和SALC具有优良的物理力学性能、耐久性能以及较高的性价比。由于工业废渣利用率高使其具有良好的社会效益、经济效益和环境效益，为墙体材料的改革提供了坚实的理论基础和技术指导。
On the background of the innovation of the wall material and the current situation of the development in China, the regenerative material is synthetically used to prepare new wall material, including High-environmental-protection Steam-maintain Fly Ash Bricks(HSFAB) and Self-Aerated Lightweight Concrete(SALC).The mechanics characteristic, durability and micro-structure of the new wall material are analysed. It shows that the materials are the perfect replacement products of the traditional solid clay brick.
Two systems of HSFAB-cement-steel slag-fly ash-slag and lime-steel slag-fly ash-slag- are designed to fit for the requirement of performance, cost and environmental-protection, etc.. On the basis of the characteristic of the industry waste slag, which is high added to the HSFAB, different kinds of catalyzing methods are adopted to make the waste residue more active. The additive F, developed by the author can obviously improve the mechanics characteristic and durability of HSFAB, especially the restraining of the drying shrinkage. Based on the study of technics parameters and the problems in the manufacture, HF-1100 series full-automatic hydraulic pressure wall brick presses is chosed to solve the problems, such as low molding pressure, low efficiency and the certified product ration.
The study on SALC includes:1) the study on the harmonization between aeration rate and melts thickly rate;2) the study and application of the New Multi-function Composite Additive(NMCA);3)the study on the durability of SALC; 4) the designation of the structure of new multi-functional unbearing compound wall and fast equipment mold, etc. The results show: the additive can improve the harmonization of the workability and mechanics characteristic of SALC to a certain extent; improve the volume stability of SALC under different environment by enhancing the resistance to the freeze and thaw, dry and wet circle and drying shrinkage.
The accomplishment of the task is applied in Wuhan. And it is proved that HSFAB and SALC have good mechanics characteristic, durability and high performance/cost rate. The high content of industry waste slag lead to a good benefit on social, economy and environment, so the study have been offered the solid theoretical foundation and the technique direction for the innovation of wall material in China.
引文
[1] 国家经贸委(转发)．财政部、国家税务总局关于部分资源综合利用及其它产品增值税政策问题的通知．2001(12)
[2] 陈福广．迈向21世纪的墙改之路．新型建筑材料．2001(12)，pp1
[3] 吴自强．马保国等．新型墙体材料．武汉：武汉理工大学出版社．2002
[4] 武汉市建设管理委员会．武汉市居住建筑节能设计技术规定．2000，pp1
[5] 马荣．我国新型墙体材料发展的机遇和挑战．中国煤炭．2001(11)，pp36
[6] 李湘洲．国外轻质墙体材料的现状与趋势．当代建设．2001(4)，pp30
[7] Guide for Selecting Proportions for high-strength concrete with Portland Cement and Fly Ash.ACI Material Journal. May-June. 1993.pp 137
[8] 王立文，李洪义．我国新型住宅结构体系及其墙体材料现状．房材与应用．2001(10)，pp36
[9] 马荣．实施可持续发展战略推进我国墙体材料革新事业．中国建材科技．2002(4)，pp8
[10] 王连广，陈维杰等．新型墙体材料的现状与展望．沈阳建筑工程学院学报(自然科学版)．2001(7)，pp191
[11] 杨林文．促进建筑节能推广新型墙体材料．山西建筑．2002(1)，pp71
[12] 沈荣熹，徐洛屹．中国墙体材料可持续发展技术途径探讨．建筑材料学报．2001(9)，pp203
[13] 政策与法规．墙体材料革新“十五”计划和2015年发展规划．砖瓦．2001(1)，pp7
[14] 何水清等．综合利用工业废渣发展新型墙体材料．中国物资再生．1999(3)，pp20
[15] 马保国，钟开红，蹇守卫等．不同结构体系的新型墙体材料的性能评价．墙材革新与建筑节能．2004(3)，pp36
[16] 李从典．我国利用粉煤灰制砖的发展历程与展望．新型建筑材料．2003(4)，pp28
[17] 李从典．我国粉煤灰制砖的昨天今天和明天．粉煤灰综合利用．2003(1)，
pp38
[18] 芩如军等．发展蒸养粉煤灰砖是墙材改革的重要途径．新型建筑材料．1998(4)
[19] 马保国，钟开红，蹇守卫，许婵娟．综合利用工业废渣生产新型承重墙体材料的研究．新型建筑材料．2004(5)，pp6
[20] 刘文永等．高掺量粉煤灰绿色建筑材料的开发应用．岩石矿物学杂志．2001(12)，pp500
[21] 李春妮，何增沁．粉煤灰的综合利用——蒸养粉煤灰承重砖的研制．大连民族学院学报．2001(4)，pp1
[22] 杨善勤．民用建筑节能设计手册．北京：中国建筑工业出版社．1998
[23] 马保国，钟开红，王迎飞等．环保型“水泥-钢渣-粉煤灰”砖的开发与应用．墙改与节能．2002(3)，pp35
[24] 郭小红等．正交设计在粉煤灰砖生产中的应用．房产与应用．1997(5)，pp37
[25] 周小英等．承重粉煤灰砖材料配合比及其力学性能的研究．郑州工业大学学报．2001(12)，pp28
[26] 王东威等．承重粉煤灰砖砌体受压力学性能的试验研究．郑州大学学报(工学版)．2002．3(1)，pp34
[27] 蒲心诚，姚琏等．混凝土学．北京：中国建筑工业出版社．1981
[28] 建筑工程质量检验工作手册(内部资料)．1993(3)，pp705
[29] 李仕群，王琦等．粉煤灰蒸养砖模拟耐候性混合循环的研究．混凝土与水泥制品．1997(1)，pp50
[30] 周明．蒸养与免蒸粉煤灰砖的优势比较．房材与应用．2001．8(4)，pp45
[31] 袁润章．胶凝材料学(第二版)．武汉：武汉工业大学出版社．1989
[32] 杨南如，岳文海．无机非金属材料图谱手册．武汉：武汉工业大学出版社．2000
[33] 诸培南，翁臻培等．无机非金属材料显微结构图册．武汉：武汉工业大学出版社．1994
[34] 李永鑫．含钢渣粉掺合料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究(博士论文)．北京：中国建筑材料科学研究院．2003(6)
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[36] 何水清．粉煤灰蒸养砖蒸养前湿混料制备技术．粉煤灰综合利用．1994(4)，pp19
[37] 陈慧．粉煤灰制砖设备和生产技术的研发．粉煤灰综合利用．2001(6)，pp35
[38] 张立友等．粉煤灰砖成型主机研制探讨．粉煤灰综合利用．2000(3)，pp49
[39] 张学敏．粉煤灰蒸养砖的生产与技术经济分析．煤炭加工与综合利用．1996(2)，pp51
[40] 朱晓莉，杨晓雯．利用工业废渣——氟石膏代替天然石膏做矿渣水泥缓凝剂试验．山东建材．1999(6)，pp18
[41] 张继能．加气混凝土生产工艺．武汉：武汉工业大学出版社．1990
[42] 马保国．复合预激发加气混凝土墙体材料——三峡移民工程新型墙体材料的研制与生产(鉴定报告)．1999
[43] A.K. Altunoglu, N.St.J. Braithwaite. Characterising materials for walls of fusion reactors. Journal of Alloys and Compounds.253-254(1997),pp397
[44] 卢康道，王爱勤等．高掺量粉煤灰新型轻质墙体材料的制备与研究．混凝土与水泥制品．1998(3)，pp48
[45] 马保国，钟开红，蹇守卫等．水化产物对粉煤灰加气混凝土强度的影响．墙材革新与建筑节能．2004(5)，pp18
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[48] 马保国，钟开红，许婵娟等．粉煤灰加气混凝土蒸压制品干燥收缩的研究．新型建筑材料论文集．2003(9)，pp173
[49] 马保国，钟开红，许婵娟等．轻质加气混凝土干燥收缩的研究。墙材革新与建筑节能．2003(12)，pp20
[50] O. Kayali, M.N. Haque. Drying shrinkage of fibre-reinforced lightweight aggregate. Cement and Concrete Research 29 (1999),pp1835
[51] J.M.Chi,R.Huang. Effect of aggregate properties on the strength and stiffness of lightweight concrete 25 (2003),pp197
[52] K. Kohno, T.Okamoto. Effects of artificial lightweight aggregate on autogenous shrinkage of concrete. Cement and Concrete Research 29(1999),pp611
[53] R.Wasserman, A.Bentur. Interfaeial Interactions in Lightweight Aggregate Concretes and their Influence on the Concrete Strength. Cement and
Concrete Composites 18(1996),pp67
[54] GB／T11969-1997、GB／T11970-1997、GB／T11971-1997、GB／T11972-1997、GB／T11973-1997、GB／T11974-1997、GB／T11975-1997加气混凝土的各种性能试验方法和标准
[55] 牛新文．粉煤灰加气混凝土浇注稳定性的控制．新型建筑材料．1997(9)，pp9
[56] 张云理．混凝土外加剂(建筑施工问答丛书)．北京：中国建筑工业出版社．1988
[57] 张冠伦，张云理．混凝土外加剂(原理及其应用技术)．上海：上海科学技术文献出版社．1985
[58] 顾红军等．轻质加气砼动力学性能研究．建筑技术开发．2002(12)，pp37
[59] 商桂林．谈加气砼调试的关键因素——石膏．房材与应用．1997(3)，ppl3
[60] G.M. Glenn, G.M. Gray. Starch-based lightweight concrete effect of starch source, processing method and aggregate geometry. Industrial Crops and Products 9 (1999),pp 133
[61] 李家和，张魁洁等．以化工石膏作为水泥缓凝剂的研究．哈尔滨建筑大学学报．1997(6)，pp72
[62] 杨新亚．无水氟石膏胶凝料及砌块的研究．新型建筑材料．1998(12)，pp38
[63] Seung Bum Park, Eui Sik Yoon. Effects of processing and materials variations on mechanical properties of lightweight cement composites. Cement and Concrete Research 29 (1999),pp193
[64] 王能关，谢尧生等．掺外加剂改善加气混凝土性能的研究．硅酸盐建筑制品．1994(2)，pp1
[65] 王嵘．粉煤灰及加气混凝土砌块的耐久性能研究．房材与应用．1998(6)，pp3
[66] Ta-Peng Chang, Mei-miao Shieh. Fracture properties of lightweight concrete. Cement and Concrete Research. Vol.26.NO2 (1996),pp181
[67] 尹宁，周建军．框架结构加气混凝土砌块墙体裂缝的研究．混凝土．2002(5)，pp34
[68] 庞宠志，如何预防加气砼砌体抹灰的空鼓及裂缝．山西建筑．2002(2)，pp42
[69] F. Blanco, P. Garca, P. Mateos. Characteristics and properties of lightweight concrete manufactured. Cement and Concrete Research 30 (2000),pp1715
[70] R.Wasserman, A.Bentur. Effect of lightweight fly ash aggregate
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[75] 张景涛，贾立英等．石灰粉煤灰加气混凝土浇注体稳定性的探讨．山东建材．1998(1)，pp39
[76] 马保国，朱洪波．现浇多功能复合墙体的研究(内部资料)．2001(3)
[77] 马保国，朱洪波，董荣珍．新型多功能非承重复合墙体结构及其快速组装模具(专利)．专利号：z102290716.5
[2] 陈福广．迈向21世纪的墙改之路．新型建筑材料．2001(12)，pp1
[3] 吴自强．马保国等．新型墙体材料．武汉：武汉理工大学出版社．2002
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Concrete Composites 18(1996),pp67
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[68] 庞宠志，如何预防加气砼砌体抹灰的空鼓及裂缝．山西建筑．2002(2)，pp42
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