本文關(guān)鍵詞： 承重保溫夾芯復合墻體 引氣型全輕輕集料混凝土 泡沫混凝土 墻體力學有限元分析 無拉接件設(shè)計 熱工性能 生產(chǎn)工藝設(shè)計　出處：《華南理工大學》2013年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著我國建筑節(jié)能工作不斷深入和完善，特別是建筑節(jié)能設(shè)計標準體系的建立，對外墻的傳熱系數(shù)和熱惰性指數(shù)有了明確的要求。但在所有的新型墻體材料中，只有加氣混凝土是良好的節(jié)能材料，卻存在著強度低、收縮較大、抗?jié)B透能力較差等問題。研究開發(fā)使用保溫隔熱效果好、使用方便、又能作為外墻承重、各項技術(shù)性能都優(yōu)秀的實用型新型墻體材料是建筑節(jié)能的迫切需要。保溫夾芯復合墻體既具有外保溫墻體的一些共性特點，又具有保護保溫材料、保護主體結(jié)構(gòu)、改善墻體潮濕情況、改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量等特點，適用于既有承重要求，又對保溫性能有要求的墻體結(jié)構(gòu)，具有巨大的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢和非常廣闊的市場前景，是建筑節(jié)能研究的熱點之一。 但是，目前保溫夾芯復合墻體在材料選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)等環(huán)節(jié)上主要依賴實際經(jīng)驗和既有生產(chǎn)工藝。研究開發(fā)存在以下兩點突出問題。其一、結(jié)構(gòu)層主要采用普通混凝土或輕質(zhì)混凝土，大都布置了縱向鋼筋網(wǎng)和橫向鋼筋拉接件，這一方面大大增加墻體自重，使結(jié)構(gòu)趨于復雜化，又極不利于降低導熱系數(shù)，減少熱阻和熱橋效應。以往的研究已經(jīng)指出，橫向拉接件在外荷載中承受的應力很小；且拉接件的間距和類型對于夾芯墻的抗壓強度和彈性模量影響都很小。其二、現(xiàn)有的夾芯復合墻板的保溫層均采用有機材料，導致夾芯復合墻板存在著內(nèi)部容易結(jié)露，防火性能差等缺點，教訓良多。 因此，本論文在綜合分析了各種復合墻體研究的基礎(chǔ)上，確定以引氣型全輕輕集料混凝土為結(jié)構(gòu)層材料、加氣泡沫混凝土為保溫層材料的基本組成單元，對承重保溫夾芯復合墻體進行理論的力學模擬及實驗的材料制備與結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究。 本文首先針對我國夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能的要求，選定以陶�；炷翞榻Y(jié)構(gòu)層和泡沫混凝土為保溫層的直板板式復合結(jié)構(gòu)，利用有限元分析法對無拉接件的承重保溫夾芯復合墻體進行了力學的模擬研究，提出了普遍適用的這種類型墻體在豎向荷載和風荷載作用下各種應力分布的基本規(guī)律。發(fā)現(xiàn)了豎向壓應力主要由結(jié)構(gòu)層承擔，底部兩角壓應力明顯較大，墻高的兩側(cè)的中下位置，存在著壓應力相對較小的區(qū)域，豎向荷載作用下，夾芯界面上的切向接觸應力很小，風荷載作用下，墻體界面法向應力峰值出現(xiàn)在墻高約1/4和3/4的位置，隨著墻厚及墻高度增加而增大等。證明了無拉接件的承重墻體是可能實現(xiàn)的。獲得各種寬高比下的力學性能數(shù)據(jù)。其中，墻體總厚度150mm，保溫層厚度40mm，承重10MPa下的保溫夾芯復合大型墻體，有限元分析要求結(jié)構(gòu)層抗壓強度大于13.6MPa，保溫層抗壓強度大于0.19MPa，，結(jié)構(gòu)層與保溫層界面間的剪切強度應大于3.89KN/m~2，粘結(jié)強度必須大于1.45KN/m~2。 為了配制既能承重又兼具一定隔熱功能、用于保溫夾芯復合墻體的結(jié)構(gòu)層的全輕輕集料混凝土，本文采用引氣技術(shù)，研制得容重為1110kg/m3，28天抗壓強度為18.8MPa，導熱系數(shù)為0.38W/(m·K)的引氣型全輕輕集料陶粒混凝土。系統(tǒng)研究了聚羧酸引氣劑、松香酸鈉引氣劑、月桂基引氣劑對全輕輕集料混凝土容重、孔隙率、孔分布及吸水率等的影響，發(fā)現(xiàn)聚羧酸和月桂基的引氣效果優(yōu)于松香酸鈉。發(fā)現(xiàn)了單一引氣劑的引氣效果優(yōu)于復合引氣。提出了在全輕輕集料混凝土添加月桂基引氣劑，可制備出高強、輕質(zhì)、導熱系數(shù)小的全輕輕集料混凝土。 本文繼而研究了水膠比、粉煤灰摻量、發(fā)泡劑種類和用量對泡沫混凝土性能的影響，選用了動物蛋白型發(fā)泡劑，制備出容重為620kg/m3、抗壓強度為1.9MPa、導熱系數(shù)為0.18W/(m·K)的泡沫混凝土。 在此基礎(chǔ)上，本文首次研究開發(fā)了結(jié)構(gòu)層和保溫層均為水泥基無機材料、無拉接件的滿足夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能的要求的承重保溫夾芯復合墻體結(jié)構(gòu)。為了克服結(jié)構(gòu)層和保溫層界面粘結(jié)力不足的缺陷，系統(tǒng)研究了不同齒形嵌合方式對墻體力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)合理的界面齒形嵌合的方法可以大幅度增加界面的劈裂抗拉強度，同時也增加抗壓強度，從而使無拉接件的設(shè)計思想成為可能。該種復合墻體的熱工性能測定和計算表明，該復合墻體的設(shè)計不僅可以滿足夏熱冬暖地區(qū)承重外墻的節(jié)能要求，而且因無拉接件而克服了這類型墻體的冷熱橋效應的通病和以及采用有機保溫材料作為保溫層的易燃，耐久性差等缺點。以全輕輕集料陶�；炷翞榻Y(jié)構(gòu)層材料、水泥泡沫混凝土為保溫層材料，采用齒型結(jié)構(gòu)復合方式，齒寬為50-60mm，齒間距為150mm,保溫層厚度為40-50mm，研制出墻體厚度為150mm的保溫夾芯復合墻體；其劈裂抗拉強度較高，可達1.2MPa，比較直板型復合結(jié)構(gòu)提高了52.4%。其傳熱系數(shù)k約為1.3W/（m~2·K），熱惰性指標D約為4.15，完全滿足夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能50%對外墻的熱工設(shè)計要求。 本文還對這種新型復合墻體的生產(chǎn)工藝進行了初步設(shè)計。
[Abstract]:With the deepening and improvement of building energy - saving work in our country , especially the building of energy - saving design standard system , there is a clear demand for heat transfer coefficient and thermal inertia index of exterior wall . However , the existing thermal insulation sandwich composite wall mainly depends on the actual experience and the existing production process in material selection , structural design , product development and so on . Firstly , the structure layer mainly adopts ordinary concrete or lightweight concrete , which greatly increases the dead weight of the wall body , makes the structure tend to be complicated , and has very little influence on the compressive strength and the elastic modulus of the sandwich wall . Therefore , on the basis of comprehensive analysis of various composite wall studies , it is determined that the air - induced full - light aggregate concrete is the structural layer material , the aerated foam concrete is the basic component unit of the heat - insulating layer material , and the research on the theoretical mechanics simulation and the material preparation and structural design of the load - bearing heat - insulating sandwich composite wall is carried out . In this paper , according to the requirement of building energy saving in summer and winter warm areas in China , the composite structure of straight plate with ceramsite concrete as structural layer and foam concrete is selected . The mechanical properties data of this kind of wall under the action of vertical load and wind load are discussed . The compressive stress of the wall is more than 13.6MPa , the compressive strength of the thermal insulation layer is greater than 0.19MPa , and the shear strength between the structural layer and the thermal insulation layer should be greater than 3.89KN / m ~ 2 , and the bonding strength must be greater than 1.45KN / m ~ 2 . In order to prepare the full - light aggregate concrete which can bear both load bearing and heat insulation function and is used for thermal insulation sandwich composite wall , this paper studies the influence of air entraining agent , sodium rosin entraining agent and lauryl air entraining agent on the weight , porosity , pore distribution and water absorption of lightweight aggregate concrete . It is found that the air entraining effect of polycarboxylic acid and lauryl group is better than that of sodium rosin . It is found that the air entraining effect of polycarboxylic acid and lauryl group is better than that of compound bleed air . In this paper , the influence of cement ratio , fly ash content , type and dosage of foaming agent on the properties of foam concrete is studied . Animal protein type foaming agent is selected to prepare foam concrete with weight of 620 kg / m3 , compressive strength of 1.9 MPa and thermal conductivity of 0.18 W / ( m 路 K ) . In order to overcome the defects of structural layer and thermal insulation layer , this paper studied the influence of different tooth form fitting methods on the mechanical properties of wall . This paper also makes a preliminary design for the production process of the novel composite wall .

【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU551

【參考文獻】

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本文編號：1478728