水泥基复合吸声材料
近年来,水泥基复合材料在吸声降噪领域的应用研究进展迅速。采用物理成孔技术、掺杂技术、结构堆积技术和梯度层合技术等优化水泥基复合材料的表面和内部吸声结构,形成大量开口孔、孔结构细密且相互连通的水泥基复合吸声材料。主要有水泥基块体吸声材料和水泥基板状吸声材料两大类。
水泥基块体吸声材料通过砌筑直接形成声屏障,通过对其块型、结构、表面状态进行优化设计,使其吸声面具有良好的吸声性能。水泥基块体吸声材料背面可加工成各种装饰面(如劈离、凿毛等),提高声屏障的装饰性能。代表性产品有吸隔声砌块、单元式吸声砌块、轻质陶粒混凝土砌块、高效吸声装饰块等。由中国建材总院和武汉天博环保科技发展有限公司联合研制的具有种植钵的环保型吸声墙体砌块,于2003年应用于襄樊高速公路武当山段声屏障工程,降噪量大于10dB,同时具有装饰和种植功能。
水泥基板状吸声材料在现场直接拼装形成声屏障,其迎声面形状、构造和表面状态均可按设计要求进行优化,从而具有良好的吸声性能。水泥基板状吸声材料质量较轻,施工方便,特别适用于各类桥梁声屏障工程。代表性产品有水泥珍珠岩吸声板、发泡陶粒混凝土吸声板、木材泡沫水泥吸声板等。由中国建材总院和北京泰科立高新技术有限公司联合研制的无机高效复合吸声板将应用于深圳轻轨吸声式疏散平台工程,目前正在施工。
由中国建材总院主持完成的国家“863计划”项目《交通路网用水泥基复合吸声材料的研究》,于2005年通过原建设部科技司组织的部级鉴定。研究成果水泥基木梗复合吸声材料以木质纤维材料构架为吸声主体,通过优化内部吸声结构,设置表面强吸声结构和吸声材料---背板空腔共振吸声结构辅助吸声,提高吸声降噪效果。通过混杂增强、板(网)状材料增强、界面强化和组成优化提高复合吸声材料物理力学性能和耐久性。至今已在数十个吸声降噪工程中使用5万多平方米,显著改善了大型交通路网的周边声环境。该成果获2006年度北京市科技进步三等奖,2007年获国家发明专利。
水泥基复合保温隔热材料
随着我国建筑节能工作的全面推进,对保温体系用保温隔热材料提出了新的需求,如热工性能好、性价比高、耐久性好、施工方便,水泥基复合保温隔热材料能满足这些要求,因此近年来研究与应用工作取得显著进展。通过内部成孔、掺加超轻集料、优化组成与配比等措施,降低水泥基复合材料密度,赋予其良好的保温隔热性能,同时保证基本使用性能和耐久性。主要有泡沫混凝土、保温砌筑砂浆、水泥-EPS复合保温材料等。
近10年来,泡沫混凝土在我国发展迅速。从原材料、生产工艺与装备、应用技术到标准,已形成了相对完整的生产应用技术体系。近年来,利用泡沫混凝土中含有大量封闭孔隙,从而表现出良好的保温隔热性能的特点,将研发方向从轻质材料和轻质结构材料扩展到保温材料,并取得成功。中国建材总院先后研制成功WYC10型泡沫发生器、CCW-2008型混凝土泡沫剂、FA泡沫混凝土憎水剂、密度为300kg/m3~900kg/m3的保温隔热用泡沫混凝土,制定行业标准《泡沫混凝土砌块》(JC/T1062-2007),正在制定《屋面保温隔热用泡沫混凝土》行业标准。泡沫混凝土已广泛用于屋面保温隔热工程、外墙外保温工程、地暖隔热工程、自保温建筑砌块和复合墙体填充材料等。
水泥基墙体屋面复合保温材料是中国建材总院承担的国家“十五”科技攻关课题《小城镇新型建材技术研究与开发》的研究成果,2005年通过原建设部科技司组织的部级鉴定。水泥基墙体屋面复合保温材料采用再生膨胀聚苯乙烯颗粒、无机复合胶凝材料,增强和改性组分,通过结构和组成优化设计,采用物理成孔技术、混杂增强技术、界面强化技术、增粘保水技术、掺杂改性技术等制备而成,具有优异热工性能、物理力学性能和耐久性。该成果已实现大规模产业化,先后转让给国内10个省市区的22家企业,新材料已在江苏等13个省市区的数百个建筑工程的700多万平方米墙体和屋面保温工程中使用,获直接经济效益2.2亿元,利税6580万元,节约资金1640万元,回收利用废弃聚苯乙烯泡沫20.6万立方米。同时先后获中国建材集团公司科技进步一等奖、中建总公司科学技术成果奖,并被列为2006年全国建设行业科技成果推广项目。
保温砌筑砂浆是中国建材总院承担的国家“十一五”科技攻关课题《乡村建筑用经济型砌筑材料的研发与应用》的研究成果。该成果利用电厂炉底渣、粉煤灰为主要原料,研制成功干密度小于1100kg/m3、强度达到Mb5.0和Mb7.5、导热系数小于0.25W/(m·K)、抗冻性能D25合格,并具有优异的施工性能的砌筑砂浆,是节能复合砌块和加气混凝土砌筑最佳配套材料。利用保温砌筑砂浆砌筑墙体,可显著降低灰缝对墙体热工性能的影响系数。
高性能轻集料混凝土
轻质高强多功能和高工艺操作性研究永远是混凝土材料科学始终追求的目标。优质的高性能轻集料混凝土与传统混凝土相比,强度高,质量轻20%以上,而且更耐久(无碱-集料反应),在建造大跨度桥梁和超高层建筑时,结构自重会大幅度减轻,相应地材料用量会减少,基础荷载也会降低,建筑总造价降低5%~20%.从建筑节能方面看,在我国北方采用高性能轻集料混凝土作外墙,冬季较实心黏土砖或普通混凝土可节能折合标煤约30%~50%.如考虑夏季降温能耗,全年总建筑节能将达40%~60%.以上这些都会提高建(构)筑物的使用性能,降低工程总造价。因此高性能轻集料混凝土是水泥基复合材料轻量化的重要发展方向。
高性能轻集料混凝土是中国建材总院承担的国家“十五”科技攻关课题《高性能轻集料混凝土的研究与应用》的研究成果。该成果首先在高性能轻集料混凝土用高性能轻集料的原料技术性能与加工工艺技术、原料配合比优化设计、成型技术和烧成工艺参数等方面取得突破性进展,制备的高性能轻集料呈碎石状,表层致密,具有较高的筒压强度和低吸水率,在制备高性能轻集料混凝土时,该轻集料无需预浸泡,大大简化施工工艺。其次在利用高性能轻集料配制高性能轻集料混凝土的配合比设计方法、轻集料混凝土集料上浮性评价体系、高性能轻集料混凝土用原材料及其技术条件、高性能轻集料混凝土制备工艺与应用技术、高性能轻集料混凝土的耐久性等方面的研究均取得显著进展,形成了高性能轻集料混凝土制备、生产、施工的成套技术。在“十一五”期间重点开展了高性能轻集料混凝土的变形性能等关键性能研究和在建筑、道路与桥梁工程的应用开发,进展顺利。
装饰性水泥基复合材料
赋予水泥基复合材料的装饰性,是提高材料自身价值的重要途径。重要产品包括装饰性砌筑材料、装饰性建筑板材、装饰砂浆和压印混凝土等大类。
装饰混凝土砖和砌块的装饰性来源于色彩、表面造型和后处理。从色彩而言,彩色和用于清水墙的本色混凝土砖和砌块应属于装饰混凝土砖和砌块范畴;就表面造型而言,装饰混凝土砖和砌块的装饰性通过采用特制模具成型,脱模后表面装饰性能通过凹槽、凸园弧、凹园弧、肋条、曲面等体现,可以是彩色或本色;采用专门的后处理设备对砖或砌块进行后期加工,如劈离、凿毛、喷丸、拉纹、研磨、水刷等,使其外表面具有良好的视觉效果,这是装饰混凝土砖和砌块的主要发展方向之一。此外,通过混合料不均匀拌合同样可以产生良好的装饰效果。日本的装饰混凝土砖和砌块研发工作处于世界领先地位,并广泛应用。近年来,通过引进和消化吸收也取得进展,多功能装饰混凝土砌块已用于新农村建设。中国建材总院系统开展了劈离砌块、凿毛砌块和条纹砌块及防水剂研究,研制了劈离机、凿毛机等后处理设备,主持制定了行业标准《装饰混凝土砌块》(JC/T641-2008)和国家标准《装饰混凝土砖》。
欧美和日本等国开展装饰性建筑板材研究较早,在生产技术、装备和应用技术方面日益完善。我国尚处于发展阶段,各种水泥基外墙装饰板品种繁多,中国建材总院在此方面开展了大量研究,如2000年科技部小康住宅项目“住宅用GRC外装饰系列产品研制与应用技术”、2002年原国家经贸委技术创新项目“多功能成组立模复合墙板生产线工艺技术装备开发”等,制定了行业标准《玻璃纤维增强水泥装饰构件》(JC/T940)。在承担国家“十一五”支撑计划课题《乡村建筑用经济型建筑墙板的研发与应用》期间,研制成功装饰性外保温板和外挂板,完成以外挂板为主要部件的三板一柱轻钢结构建筑研究与实践。
透水性混凝土
透水性混凝土是一类非封闭型多孔混凝土,采用特殊级配的集料、水泥、增强剂和化学外加剂等经特殊工艺制成。由于集料级配特殊,在混凝土中含有大量的孔隙,并且这些孔隙是连通的。降雨时,雨水将沿这些贯通的“路线”进入路基,渗入地下。与普通混凝土相比,透水性混凝土的基本特征是高透水性。透水性混凝土在道路工程中的应用有两种方式,即现浇透水性混凝土路面和制成透水性混凝土路面砖进行铺装。
在道路和地面工程中,德国、美国、日本等早已广泛使用透水性混凝土及制品,尤其是日本。上世纪90年代,中国建材总院率先研制透水性混凝土及制品,透水性混凝土在北京御京花园试用,透水性混凝土路面砖在北京月坛地区使用。研究成果《透水混凝土制品的研究与应用》于1998年通过原国家建材局组织的部级鉴定,技术先后在北京、江苏、内蒙古、山东等省市区推广应用。近年来,随着综合国力的增强和认识的提高,透水性混凝土及制品在我国得到广泛应用,正处于大发展阶段,研究工作更加深入。2006年,郑州会展中心广场大面积使用透水性混凝土浇注,单体工程量为国内之最,取得了良好的社会环境效益。先后制定了行业标准《透水砖》(JC/T945-2005)、行业标准《透水性混凝土路面技术规程》(目前正在报批)。
??? 王武祥简介:
??? 教授级高级工程师。现任中国建筑材料科学研究总院混凝土研究室主任。兼任中国建筑砌块协会副理事长、中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会和房屋建筑材料分会理事、中国土木工程学会再生混凝土专业委员会副主任委员、全国水泥制品标准化委员会委员、全国墙体屋面及道路用建筑材料标准化技术委员会委员等。长期从事新型建筑材料、混凝土及其耐久性、特种工程与功能材料的研究开发与应用。
近年来承担40多项省部级以上科研课题,其中主持完成了包括国家重点科技攻关课题、“863计划”课题在内的科研课题10多项,主编标准5项。取得省部级鉴定成果17项;获国家科技进步奖1项,省部级科技进步奖5项;获发明专利1项,实用新型专利1项。发表论文近百篇,参与编写专著和词典7部。目前正在主持国家“十一五”科技支撑计划课题1项、子课题2项。
在从事科研开发工作的同时,为国内多项重大工程(如山西引黄工程)和近百家企业提供了技术支持和技术服务。