江蘇省的大部分地區(qū)處于長(zhǎng)江中下游，夏季炎熱，冬季潮濕寒冷，屬夏熱冬冷地區(qū)，為滿足節(jié)能50%的目標(biāo)，建筑外墻的傳熱系數(shù)應(yīng)不大于1.0W/(m2.K)。現(xiàn)在普遍使用的墻體材料如混凝土空心砌塊、粉煤灰空心砌塊等，保溫隔熱性能較差，不能滿足建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。為提高墻體的保溫隔熱效果，采用巖棉、泡沫塑料等保溫材料填充砌塊孔洞或做成夾心復(fù)合墻材，保溫效果好，但工程造價(jià)高，施工工藝復(fù)雜，環(huán)境污染大，廢棄物降解周期長(zhǎng)，秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)可以幫助用戶完美的解決農(nóng)作物秸稈焚燒問(wèn)題。
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈材料有數(shù)億噸，現(xiàn)階段大多數(shù)秸稈均被焚燒，造成嚴(yán)重的空氣污染。而農(nóng)作物秸稈具有良好的保溫隔熱性能，加工粉碎后的秸稈材料導(dǎo)熱系數(shù)與泡沫塑料、礦棉、玻璃棉相當(dāng)，若將其填充到空心砌塊孔洞內(nèi)完全有可能替代泡沫塑料等提高砌塊的保溫隔熱性能。但秸稈材料易腐爛霉變、定型差，不能直接用于工程保溫，采用適當(dāng)?shù)姆栏ㄐ吞幚砉に嚕墒菇斩挷牧系哪途眯院托螤罘�(wěn)定性滿足工程要求。
本研究擬通過(guò)在粉煤灰砌塊孔洞內(nèi)填充秸稈材料，降低孔洞內(nèi)空氣對(duì)流效應(yīng)，測(cè)試內(nèi)填農(nóng)作物秸稈的粉煤灰砌塊保溫墻體的熱工性能。
1、秸稈試件熱工性能的試驗(yàn)研究
1.1試驗(yàn)?zāi)康?br /> 將粉碎后的麥稈、稻稈、玉米稈與膠凝材料石膏和水按照不同比例摻配制作成試件，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為秸稈（麥稈、稻稈、玉米稈）試件，測(cè)試各秸稈試件硬化干燥后的導(dǎo)熱系數(shù)，為合理地確定粉煤灰空心砌塊內(nèi)的填充材料和摻配比例提供依據(jù)，農(nóng)作物秸稈可以經(jīng)過(guò)秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制成生物質(zhì)成型燃料，生物質(zhì)成型燃料是替代煤等化石能源最佳的選擇。
1.2秸稈粉碎
秸稈選用自然晾曬后的原狀麥草秸稈、稻草秸稈和玉米秸稈，采用多功能粉碎機(jī)分別進(jìn)行粉碎。秸稈粉碎后將其置于105℃烘箱中烘干，測(cè)試麥草秸稈、稻草秸稈和玉米秸稈的松散堆積密度秸稈依次為43.6、66.2、66.7kg/m3。
1.3試件設(shè)計(jì)
為了防止秸稈材料腐爛霉變，在試件制作前將秸稈材料置于飽和石灰水中浸泡一段時(shí)間。采用石膏作為膠凝材料，石膏凝結(jié)硬化速度快，可使秸稈材料在較短的時(shí)間內(nèi)固化定型。根據(jù)材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)裝置的要求，秸稈試件制作尺寸為300 mmx300 mmx50mm。
1.4試件分組
秸稈材料屬于較松散的材料，堆積密度小，空隙率大。當(dāng)石膏摻量過(guò)小時(shí)，秸稈試件成型困難。通過(guò)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石膏的摻量為2倍以上秸稈摻量時(shí)的成型效果良好。本試驗(yàn)考慮不同秸稈材料、不同摻配比例對(duì)秸稈試件導(dǎo)熱系數(shù)的影響，制作9組試件，不同秸稈試件的配比及其導(dǎo)熱系數(shù)見(jiàn)表。
1.5試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)過(guò)程
試驗(yàn)采用生產(chǎn)的JtrgG—III型建筑熱流計(jì)式導(dǎo)熱儀測(cè)定秸稈試件的導(dǎo)熱系數(shù)。
按表l列出的秸稈材料摻配比例制作秸稈試件，待試件制作完畢且養(yǎng)護(hù)1d后拆模，并將其在105-110℃烘干至恒重。試驗(yàn)時(shí)，將烘干后的秸稈試件緊靠熱板，移動(dòng)冷卻單元，并擰緊壓力裝置，使試件與冷、熱板接觸緊密，最后裝上保溫套及有機(jī)玻璃罩。開(kāi)啟電源，將熱板溫度、冷板溫度分別設(shè)定為35、5℃，試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)熱流計(jì)輸出電動(dòng)勢(shì)的變化，當(dāng)其變化值小于±1.5%時(shí)儀器進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，若連續(xù)4組讀數(shù)給出的熱阻差別不超過(guò)±1%，且不是單調(diào)地朝一個(gè)方向改變，結(jié)束試驗(yàn)。
1.6試驗(yàn)結(jié)果及分析
1.6.1試驗(yàn)結(jié)果
各秸稈試件的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
1.6.2結(jié)果分析
(1)材料配比對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響
從表1可以發(fā)現(xiàn)，隨著秸稈試件中石膏摻量的增加，試件的導(dǎo)熱系數(shù)增大、保溫性能降低。這是由于石膏摻量的增加使得秸稈試件硬化后秸稈與秸稈之間的空隙減小，試件更加密實(shí)，空氣層熱阻大的優(yōu)勢(shì)被削弱，使秸稈試件的導(dǎo)熟系數(shù)增加。
麥稈試件的導(dǎo)熱系數(shù)隨石膏摻量的增加變化不大，在0.0783~0.0858 W/(m·K)波動(dòng)，而稻稈試件、玉米稈試件的導(dǎo)熱系數(shù)則變化較大。
(2)秸稈材料對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響
從表l還可以看出，在石膏摻量較小情況下，玉米稈試件、稻稈試件的導(dǎo)熱系數(shù)較小，且比較接近，麥稈試件的導(dǎo)熱系數(shù)比兩者高39%左右；在高配比情況下，稻稈試件的導(dǎo)熱系數(shù)增大幅度最為明顯。
(3)秸稈填充料的選擇
對(duì)于用粉煤灰空心砌塊砌筑的普通墻體而言（以下簡(jiǎn)稱(chēng)普通墻體），墻體熱量的傳遞方式主要是導(dǎo)熱和對(duì)流，而對(duì)于內(nèi)填充秸稈粉料的粉煤灰空心砌塊的保溫墻體（以下簡(jiǎn)稱(chēng)保溫墻體），熱量傳遞方式主要是導(dǎo)熱。根據(jù)傳熱學(xué)理論，單位面積傳熱量4：
由式(1)可知，為使保溫墻體獲取較低的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)該減小秸稈層的導(dǎo)熱系數(shù)，另外復(fù)合墻體的自重宜越輕越好。因此，合理的填充料應(yīng)該滿足2個(gè)條件：低導(dǎo)熱系數(shù)（高熱阻）和低表觀密度（通過(guò)合理的材料配比體現(xiàn)）。這樣，m（秸稈）：m（石膏）=1：2.5的玉米稈試件和m（秸稈）：m（石膏）=1:3的稻稈試件較符合要求，但根據(jù)試驗(yàn)情況發(fā)現(xiàn)，稻稈試件的成型效果較玉米稈試件差，綜上所述，本研究選取m（秸稈）：m（石膏=l；25的玉米稈粉料作為最終的粉煤灰空心砌塊內(nèi)秸稈填充料。
2、內(nèi)填充農(nóng)作物秸稈的粉煤灰砌塊保溫
墻體熱工性能測(cè)試
2.1試驗(yàn)?zāi)康?br /> 通過(guò)測(cè)定內(nèi)填充玉米秸稈粉料的粉煤灰砌塊保溫墻體、普通粉煤灰空心砌塊墻體和加氣混凝土砌塊墻體的傳熱系數(shù)，分析在粉煤灰砌塊孔洞內(nèi)填充玉米秸稈對(duì)墻體熱工性能的影響。
2.2試驗(yàn)裝置
本項(xiàng)試驗(yàn)采用JTRC-I型墻體及玻璃制品保溫性能檢測(cè)裝置測(cè)定墻體的傳熱系數(shù)。
2.3保溫墻體設(shè)計(jì)及測(cè)點(diǎn)布置
在粉煤灰空心砌塊(主規(guī)格尺寸為390 mmx240mmx190mm)的孔洞內(nèi)填充經(jīng)防腐處理后的玉米秸稈填充材料(見(jiàn)圖1)，摻配比例為m（玉米秸稈）：m（石膏）：m（水）=1：2.5：2.5。然后將粉煤灰保溫砌塊置于105～110℃烘箱中烘干，使砌塊處于干燥狀態(tài)。在試件架內(nèi)用該砌塊砌筑高×寬×厚=1000mm×1000mmx240哪的試驗(yàn)墻體，周?chē)镁郯滨グ逄顚?shí)，并在墻體表面粉刷層內(nèi)鋪貼耐堿玻璃纖維網(wǎng)布防裂，待干燥硬化后布測(cè)溫點(diǎn)及熱流計(jì)。按上述同樣方法制作無(wú)填充材料的普通粉煤灰空心砌塊墻體和加氣混凝土砌塊墻體，作為對(duì)比構(gòu)件。
測(cè)溫點(diǎn)及熱流計(jì)具體布置為：砌體熱箱面用黃油或凡士林將2塊熱流計(jì)板貼在表面上，熱流計(jì)板周?chē)?個(gè)熱電偶，在與其相對(duì)應(yīng)的冷面也相應(yīng)布置4個(gè)熱電偶。
2.4試驗(yàn)過(guò)程
冷熱箱的溫度分別由冷箱的2臺(tái)制冷壓縮機(jī)及熱箱中的加熱器溫控器等分別控制，試驗(yàn)時(shí)將熱箱溫度控制在35℃左右，冷箱溫度控制在5℃左右，冷、熱箱兩側(cè)的空氣溫差值控制在30℃左右。試驗(yàn)時(shí)觀察溫度和熱流的變化，當(dāng)熱流冷熱兩側(cè)值讀數(shù)接近，沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，且穩(wěn)定足夠的時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束。
2.5試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)結(jié)果表明，普通粉煤灰空心砌塊墻體、內(nèi)填充玉米秸稈粉料的粉煤灰砌塊保溫墻體、加氣混凝土砌塊墻體的傳熱系數(shù)分別為2.234、0.988、0.950 W/(m2.K)。
由此可知，普通粉煤灰空心砌塊墻體的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的參數(shù)要求，達(dá)不到建筑節(jié)能的要求。而內(nèi)填充玉米秸稈粉料的粉煤灰砌塊保溫墻體的傳熱系數(shù)相比于普通粉煤灰空心砌塊墻體減小了55.8%，與工程中廣泛應(yīng)用的加氣混凝土砌塊墻體的傳熱系數(shù)相近，能大幅度地提高墻體的保溫性能，達(dá)到自保溫要求。
3、結(jié)語(yǔ)
(1)隨著秸稈試件中石膏摻量的增加，秸稈試件硬化后秸稈粉料間的空隙減小，試件更加密實(shí)，空氣層熱阻大的優(yōu)勢(shì)被削弱，秸稈試件的導(dǎo)熱系數(shù)增大、保溫性能降低。m（玉米秸稈）：m（石膏）=1：2.5的玉米稈試件表觀密度小，導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.0563 W/(m-K)，是較好的粉煤灰砌塊內(nèi)填料。
(2)內(nèi)填充玉米秸稈粉料的粉煤灰砌塊保溫墻體的傳熱系數(shù)僅為0.988 W/(m2.K)，相比較于普通粉煤灰空心砌塊墻體減小了55.8%，與加氣混凝土砌塊墻體的傳熱系數(shù)相近，能大幅度提高墻體的保溫性能，達(dá)到自保溫要求。
