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1、粉煤灰加气混凝土在外墙保温中的应用 北京金隅集团技术中心副主任 中国资源综合利用协会专家委员会委员 二九年十月十九日,张增寿,1,衷心感谢 中国资源综合利用利用协会粉煤灰专业委员会 提供的宝贵交流机会！,2,交流提纲,燃煤电厂粉煤灰的特征 国内外粉煤灰综合利用现状 粉煤灰加气混凝土的性能特点 粉煤灰加气混凝土外墙保温体系 我国主流墙体保温体系比较 结论与建议,3,一、粉煤灰的特征：粉煤灰的形成过程,燃煤锅炉烟气在尾部引风机的负压作用下，经除尘器过滤、收集、风选后获得的细小颗粒统称飞灰；风选分离出来、沉降下来的比较粗的颗粒称为炉底灰。合称粉煤灰。 因此，粉煤灰是颗粒不均匀、矿物相组成复杂、活性多
2、变的混合物，受到煤粉颗粒成分、粒度、燃烧温度、风压等多种因素的随机叠加影响。 工业发达国家因为煤种和火电厂燃烧条件单一，所以粉煤灰的特征相对稳定; 我国幅员辽阔，煤炭资源分布面广，各地工业发展水平不同，各地电厂粉煤灰特征各异。,4,50年代已开始在建筑工程中作混凝土、砂浆的掺和料，在建筑工业中用来生产砖，在道路工程中作路面基层材料等，尤其在水电建设大坝工程中使用最多； 60年代开始粉煤灰利用重点转向墙体材料，研制生产粉煤灰密实砌块、墙板、粉煤灰烧结陶粒和粉煤灰粘土烧结砖等； 1990年粉煤灰排放量为6700万t，利用量为1900万t，利用率为28.3； 1995年排放量为9936万t，利用量为
3、4145万t，利用率已达42； 2000年排放量为1.2亿t，利用量为7000万t，利用率为58。 近年来，粉煤灰的排放量、利用率呈同步增长，2007年全国粉煤灰的综合利用率达到66%。,二、国内外粉煤灰综合利用现状：我国,5,二、国内外粉煤灰综合利用现状：我国的利用领域,建材产品：约占利用总量的45左右，主要用于粉煤灰水泥(掺量30以上)，代粘土做水泥原料，普通水泥(掺量30以下)，硅酸盐承重砌块和小型空心砌块，加气混凝土砌块及板，烧结陶粒，烧结砖，蒸压砖，蒸养砖，高强度双免浸泡砖，双免砖，钙硅板，大体积混凝士，泵送混凝土，高低标号混凝土，灌浆材料等。 道路工程：约占利用总量的20，主要用于
4、粉煤灰、石灰石砂稳定路面基层，粉煤灰沥青混凝土，粉煤灰用于护坡、护提工程和刚粉煤灰修筑水库大坝等。 农业：约占利用总量的15，主要用于改良土壤，制作磁化肥，微生物复合肥，农药等。 填筑材料：约占利用总量的15%，主要有：粉煤灰综合回填，矿井回填，小坝和码头等的填筑等。 提取矿物和高附加值利用：约占利用总量的5%，主要有：粉煤灰中提取微珠、碳、铁、铝，洗煤重介质，冶炼三元合金，高强轻质耐火砖和耐火泥浆，作为塑料，橡胶等的填充料，制作保温材料和涂料等。,6,二、国内外粉煤灰综合利用现状： 国内各区域粉煤灰利用率特征,7,二、国内外粉煤灰综合利用现状： 欧洲燃煤产品协会（ECOBA）公布的数据（单位
5、：万吨）,8,二、国内外粉煤灰综合利用现状： 美国粉煤灰协会（ACAA）公布的数据，单位：万短吨，1吨=1.102短吨）,9,二、国内外粉煤灰综合利用现状： 日本煤炭能源中心（JCOAL）提供的数据,2007年日本粉煤灰产生量1199万吨，有效利用1163万吨，利用率97。 由于粉煤灰产生量逐年增加，而水泥产量不断减少，近年来逐渐增加了粉煤灰替代粘土作为水泥原料的比例，但已经接近极限。,10,二、国内外粉煤灰综合利用现状：前沿综述,中国有色金属工业协会组织北京炎黄投资管理有限公司、北京航空航天大学：利用粉煤灰和煤矸石等工业固体废料为原料，使用电热还原法直接制备铝硅铁合金。 水电部、冶金部等：乳
6、化碳化体系从粉煤灰浸出液中制取超细氢氧化铝,进而煅烧制取超细氢氧化铝。 美国美泰科公司：高强粉煤灰陶粒，筒压强度大5Mpa；堆积密度650-850Kg/m3；颗粒粒径（5-20mm和5mm以下）连续级配，属结构型轻骨料範畴。 日本NEC：阻燃性聚碳酸脂树脂。 日本JFE控股公司：使用电热还原法直接制备铝硅铁合金。 旭硝子株式会社：轻质加气混凝土板材。 東北発電工業（株）東京営業所：水処理剤FA-MICS。 自然応用科学（株）：用粉煤灰研发微晶玻璃。 （株）神戸製鋼所：透水系数为110-2cmsec，压缩強度为16Nmm2，空隙率818的透水性极强的混凝土材料。,11,二、国内外粉煤灰综合利用现
7、状：我国存在的问题,利用方式较为单一, 主渠道仍为筑路、建材制品、混凝土和水泥等, 受季节影响较大, 综合利用率偏低且存在显著的地区差异。 在综合利用过程中, 尚存在对环境的某些负面影响, 如贮灰场和运输车的扬尘污染、提取有用物质后废渣的处理、农用过程中重金属积累及建材制品的放射性问题等。 粉煤灰品质波动大, 资源化程度低, 表现为烧失量、细度常难达到应用要求。 在精细化工利用方面（如提炼有价值矿物合金组分材料、塑料填充剂及回收稀有金属等）研究的较多，真正应用于生产实践的仍较少。 粉煤灰资源开发和综合利用和发达的欧美国家相比还存在一定的差距，主要表现在影响粉煤灰质量的煤燃烧技术、粉煤灰的收集与
8、分选技术，以及粉煤灰制品的质量控制体系（包括技术标准、规范和质量检测等）。目前比较成熟的技术和已建成生产线有：粉煤灰加气混凝土、粉煤灰砌筑水泥、粉煤灰粘土砖、粉煤灰硅酸盐密实砌块、粉煤灰地面砖、粉煤灰蒸压砖、粉煤灰免烧砖、粉煤灰硅酸盐水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰筑路、粉煤灰充填等。,12,二、国内外粉煤灰综合利用现状：我国的发展方向,在水泥及混凝土中的应用 粉煤灰既可以代替部分黏土作为烧制水泥的原料，又可以作为水泥的混合材。三者对粉煤灰的质量要求不尽相同，便于实行差异化供应 随着天然矿物的日趋紧张和商品混凝土的快速发展，必将是今后的主流应用方向之一。 值得注意的是粉煤灰供应与下游需求之间的时间差
9、带来的风险。 蒸压/ 蒸养粉煤灰砖 凡符合JC/T 409- 2001 硅酸盐建筑制品用粉煤灰质量要求的I、II、级粉煤灰均可使用 干燥收缩值一般在0.6%1.0%，砌墙很容易产生裂缝； 如果采用普通水泥砂浆，蒸压粉煤灰砖砌体的抗剪强度比烧结实心粘土砖砌体低30%，随着抗震设计规范的修订，将在更多的地区被限制应用。,13,粉煤灰掺量一般可达70 %, 质轻, 容重在400800 kg/m3, 多孔, 在容重为500kg/m3 时, 孔隙率为80 %左右; 具有良好的防火性能, 不燃, 无烟; 加工性良好, 可用一般的木工工具进行锯、刨、钉、铣。 200mm厚的400级粉煤灰加气砌块混凝土传热系
10、数值0.59W/mK，250mm厚的500级粉煤灰加气砌块混凝土传热系数值0.58W/mK，明显优于其他复合保温体系 以400级加气混凝土砌块作为主体保温材料，热桥部位外贴300级加气混凝土进行“断桥”处理。该体系能够以单一材料方式满足我国全部地区75节能要求、具备大规模供应能力、具有非常明显的性价比优势 目前存在的主要问题是： 孔洞分布、水化产物组成不合理，B04抗压仅2.0Mpa； 主流产品为B06、B07级，部分厂家有能力制造B05、B04； 尺寸偏差大：砌筑灰缝达15mm，冷热桥影响显著； 工法繁琐、苛刻：抹灰层容易出现空鼓、开裂、剥落。,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：综述,14,三
11、、粉煤灰加气混凝土的性能特点：孔结构,15,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：力学性能（ B04）,16,抗冻性质量损失5.0%；冻后强度1.6Mpa,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：抗冻、干缩性（B04）,17,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：吸水性（B04）,相同体积的烧结砖和加气混凝土吸水规律： 吸水总量大，吸水速度相对较慢,18,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：导热系数,19,可以看出，在目前我国主要的外墙材料中 加气混凝土密度最轻、导热系数最低。,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：导热系数对比,20,（密度416，专用抹灰砂浆抹灰厚度5mm） 1#样品： 试件长高厚=1020mm980m
12、m240mm 灰缝5mm 含水率19.86% 传热系数0.56 2#样品： 试件长高厚=600mm 240mm 240mm。 放置5天后进行测试，含水率25.27%。 传热系数0.61 3#样品： 长高厚= 600mm 240mm 240mm ， 灰缝保持15mm厚， 烘干处理，样品含水率4.49% 传热系数0.51,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：墙体传热系数,21,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：耐火性能,加气混凝土遇火150min后，火焰温度达到1000，背火面温度仅850。 由于其生产原料完全是不可燃的无机材料，当其接触到大于1600 的火焰趋于熔化时，也不产生任何烟气或有毒、有害气体
13、。,22,三、粉煤灰加气混凝土的性能特点：隔声性能（B05）,23,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系：构造体系,（混凝土结构、轻钢结构）框架填充加气混凝土保温体系 内浇外砌混凝土结构加气混凝土保温体系 内砖（块）外砌混合结构加气混凝土保温体系 加气混凝土自承重保温体系 加气混凝土外墙板保温体系,24,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系：德国体系,德国的轻钢结构低层住宅用砂加气保温体系，特点包括： 强度高：B04抗压强度达3.0Mpa， B05抗压强度达4.0Mpa 尺寸偏差小：砌筑灰缝仅3mm，没有冷热桥影响； 保温性能好：300mm厚 B04级传热系数0.31 （W/mK） ；300mm厚 B
14、05级0.36（W/mK） 品种丰富：包括盖桥块、薄过梁、承重过梁等 节点、配套材料完善周到,25,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系：砌筑砂浆,块材高度远大于传统实心粘土砖 砌筑砂浆必须有抗下垂、触变等流变性能 砌筑灰缝饱满、密实，保证砌体墙具有足够的劈剪强度和抗震性能 灰缝的厚度、砌筑砂浆硬化体密度，都会影响墙体的保温性能。 这就要求砌筑砂浆轻质，并实现薄层砌筑,26,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系：灰缝影响,注：1、加气混凝土砌块按B05级计算。 2、灰缝宽度按15mm计算。,注：1、加气混凝土砌块按B05级计算。 2、砂浆密度1800 Kg/m3,27,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系
15、：粘结强度,28,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系：抹灰,目前抹灰技术规程中的要求： 首先要求多次淋水到规定深度 现场配制界面剂封闭拉毛 116、114混合砂浆分层抹灰 目前抹灰技术带来的问题 程序繁琐，条件苛刻 材料质量、施工质量难以控制 空鼓、开裂、剥落时有发生 在我国127个城市禁止现场搅拌砂浆，这样的施工方式将无法实现,29,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系:专用抹灰砂浆,针对缓慢的高吸水率 以足量的高效保水剂,获得长效的高保水性能 保证抹灰材料界面与加气混凝土表面的充分水化 针对加气混凝土偏低的表面强度 以高渗透性聚合物粘结剂改性水泥或者石膏 进一步提高界面粘接强度 针对抹灰材料在干
16、燥过程中出现的干缩 在抹灰材料中掺入膨胀组份，在固化过程具有适宜的膨胀性能，适当补偿收缩 针对加气混凝土较低的弹性模量 抹灰砂浆的强度、弹性模量与加气混凝土相匹配,30,由上表可以看出： 专用抹灰砂浆抗压强度在47mpa之间，与加气混凝土砌块强度基本匹配； 压折比在3.0以下，具有较好的抗变形能力； 弹性模量在16002000N/mm2之间，与加气混凝土的弹性模量基本相配； 保水率在80%以上，适用于加气混凝土的薄层抹灰和厚层抹灰。,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系:专用抹灰砂浆,31,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系:专用抹灰砂浆,32,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系:专用抹灰砂浆,33,
17、用外贴聚苯板进行“断桥”处理 外贴低密度加气混凝土进行“断桥”处理。 用低密度加气混凝土做承重过梁、薄过梁和现浇混凝土模板,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系:热桥,34,四、粉煤灰加气混凝土墙体保温体系:应用实例,残奥会训练馆、奔驰汽车厂 北京医院行政楼、地坛体育馆 王府井百货大楼改造工程、 北京金隅集团技术中心大楼 廊坊体育馆、石家庄开元广场 沈阳明城佳园,35,五、我国主流墙体保温体系比较：现状和存在的问题,36,五、我国主流墙体保温体系比较：价格,由上表可看出，加气混凝土保温墙体，与传热系数值相近的聚苯板外保温墙体相比较，综合造价降低50-70元/M2。工程造价明显降低,38,粉煤灰加气
18、混凝土是唯一一种能满足65节能设计标准要求的单一墙体材料，具有节能、利废、环保、隔热、保温、耐火、隔音造价低等诸多优点，可以长期安全地用于严寒、寒冷及夏热冬冷典型气候区 。 专用砌筑、抹灰砂浆可明显提高砂浆与粉煤灰加气混凝土的粘结强度，解决粉煤灰加气混凝土抹灰墙面空鼓、开裂的质量通病，提高墙体保温性能和砌体质量。 对粉煤灰加气混凝土墙面的“热桥”部位，采用粘贴低密度粉煤灰加气混凝土或膨胀聚苯板进行“断桥”，可提高墙面的热工性能。 在寒冷地区、夏热冬冷地区的公共建筑中应推广应用混凝土框架粉煤灰加气混凝土填充结构保温体系，在农村建筑中推广应用粉煤灰加气混凝土自承重保温体系 应该深入研究加气混凝土的制造技术，进一步提高粉煤灰加气混凝土的强度和切割精度。,六、结论与建议,39,谢谢大家！ 预祝2009粉煤灰综合利用高层技术论坛取得圆满成功！,40,