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第四章
空心砖

空心砖以粘土、页岩、煤矸石等为主要原料,经原料处理、成型、烧结制成。由于具有孔洞,比实心砖节省原料,由于质轻、烧结时间短,因而节约能源。因此,空心砖得到了广泛的应用。

一、国外发展概况

国外生产的空心砖有水平孔空心砖、竖孔空心砖、轻质微孔空心砖、隔墙砖、楼板砖和空心砌块等数百种,常用的有40余种,在品种和孔洞方面,随着应用的发展在不断地改革变化。据比利时、法国、德国、意大利、荷兰等国家的统计,孔洞率40 %以上的空心砖产量逐年上升,砖的尺寸从单手砖240 × 115× 71(mm)发展到双手砖490 × 300 × 238(mm)及条板砖等。

目前各国普遍重视空心砖的生产。欧洲各国空心砖的产量比较多,德国空心砖占砖总产量的90 %,保加利亚、瑞士、奥地利占95 %,意大利占85 %以上,法国、芬兰、罗马尼亚分别占本国砖总产量的50 %~70 %。

目前国外使用的成型方法有软挤出成型、半硬挤出成型、硬成型、半干压成型以及软泥砖模制机械成型等几种。在欧洲,软挤出成型(成型含水率19 %~27 %)和半硬挤出成型(成型含水率15 %~20 %)使用较多,在美国、澳大利亚、加拿大以及南非等国使用硬挤出成型方法(成型含水率12 %~16 %)较多。英国的半干压成型技术(成型含水率12 %~18 %)设备简单、投资少、产品质量好。软泥砖模制机械成型方法主要用于荷兰,台时产量可达3800块,且产品质量好。

在挤出成型时,大都采用真空挤泥机组。真空度一般为95~ 99kPa,成型压力平均在2MPa,最大压力为10MPa,空心制品的壁厚5~8mm,挤出泥条最长为2000mm。

国外砖瓦人工干燥技术发展较早,进步较快,德国、意大利等国家发展了以室式干燥窑和隧道干燥窑为主体的各种干燥系统,经济效益较为显著。

国外从60年代开始大规模地推广使用隧道窑焙烧制品,目前现代化的砖瓦厂大都采用此种窑型,长度一般为50~200m,宽2~10m,最高为2.2m,焙烧温度约1000℃,焙烧收缩率为0~8 %。先进的隧道窑能耗为1.17~1.34MJ/kg。

近年来,生产砖坯时掺入内燃料(特别是工业废渣)的方法已被普遍采用,并获得了良好的节能效果。如前苏联的一些企业在砖坯泥料中加入洗煤废料可节能30 %,英国、荷兰、波兰、南斯拉夫和比利时一直成功地在砖坯中掺粉煤灰,法国在制瓦原料中加入甘蔗渣及锯末,西班牙用锯末或石油焦油作燃料使砖成本仅为烧天然气的一半。

国外砖厂集中化管理、生产规模日趋合理化,职工人数大幅度减少,劳动生产率不断提高。使用全自动化工艺,每人每年生产标砖400万块以上。也就是说,一个年产5000万~1亿块标砖的工厂,只需要生产和管理人员10~20人。

目前空心砖发展突出的特点在于品种多样化。北欧国家多使用具有绝热性的双层墙体结构,中欧国家则以单层外饰面墙体为主。目前在国际市场上,多功能砖倍受欢迎,如大型高孔洞率的多孔砖,既有较好的承载能力,又能满足隔热、保温、隔音的最低要求,还可以在孔洞中填泡沫材料或其他绝热材料,改善隔热隔音性能。也可在孔洞内采用钢筋混凝土,作承重梁或柱。近年来大断面墙板生产已取得进展,可挤出宽1.2m、厚200mm的多孔高层墙板。

二、国内发展概况

我国空心砖生产历史悠久,早在两千多年前的春秋战国时期就有空心砖出现,砖的表面有各种花纹。这种空心砖主要用于砌筑墓葬的四壁、顶面或地面。但是从清朝以来,空心砖在我国基本上绝迹了。

新中国成立后的1952年,根据用户的需要,经生产和科研部门的合作,在北京新都砖瓦厂和太平庄砖瓦厂生产了承重、非承重粘土空心砖和以炉渣为主要原料的炉渣空心砖、楼板砖等空心砖制品,1959年前竣工的北京市十大建筑工程都使用了一定数量的空心砖。1958年江苏省也研制生产了承重和非承重空心砖、空心墙板砖、花格砖、空心门窗框砖、拱壳砖等空心制品。在国家提倡和要求下,1965年全国有17个省市研制生产了空心砖,产量为1.4亿块,占当年全国砖总产量的0.4 %。70年代中期空心砖发展较快,应用工作做得较好,全国年生产空心砖11.15亿块,占当年全国砖产量的3.4 %。四川省生产和推广应用工作较好、发展较快,生产粘土、煤矸石和页岩承重空心砖,产量占全省砖总产量的60 %以上。1976年唐山大地震后,由于应用空心砖的建筑设计规范和应用规程尚未制订,一些设计部门在空心砖建筑抗震问题上存在疑虑,使空心砖的推广应用在我国很多地区受到了限制,1977年产量下降到了8.7亿块,空心砖生产、应用工作进入低潮。

1985年以后,国家建材局制订的《粘土砖工业“七五”技术发展纲要》把发展空心砖作为砖瓦工业发展方向和墙体材料改革的重要内容,要求建材与建工部门合作,共同组织好科研、设计、生产工作;1986年经国务院批准发布的《建材工业技术要点》明确规定,加速发展空心砖烧结制品,逐步降低实心砖的比重。1986年和1987年国家计委、城乡建设部和国家建材局召开了两次全国生产应用空心砖经验交流会议,以加速我国空心砖的发展。在国家的大力支持下,采取了一些鼓励措施,各地区为生产和推广应用空心砖做了大量工作,取得了较好的效果。

近几年来,在国家加速墙体材料改革的新形势下,颁布了生产和应用空心砖的一些优惠政策,下达了在某些方面限制生产和使用粘土实心砖的有关规定,提高了砖瓦企业生产和推广应用空心砖的积极性。1990年国家又颁布了《多孔砖(KP 1 )型建筑抗震设计与施工规程》,进一步加速了空心砖的发展。据初步统计,1994年全国生产空心砖45亿块左右,比1985年的8.9亿块增长了405.6 %,但由于粘土实心砖高速发展,1994年产量已到6000亿块,所以空心砖的产量仅占当年砖总产量的0.75 %,见表2-4-1。随着我国墙体材料改革的加速和节能工程的实施,空心砖发展的潜力还是很大的。

表2-4-1 我国空心砖历年产量(亿块)

续表

(一)技术进步和装备

为加快我国砖瓦工业的发展和技术进步,生产出高质量高水平的空心砖产品,从1984年以来,我国先后从国外引进了12条空心砖生产线(其中烧结砖8条、灰砂砖4条),其中以广东省东莞市粘土制品试验厂从意大利莫兰多公司引进年产7500万块的空心砖生产线规模最大,该生产线品种很多,主要有标准空心砖、大块空心砖、楼板砖、隔墙砖和饰面砖等;安徽省肥西县砖瓦厂从西班牙引进的年产3000万块的轮窑焙烧空心砖生产线,是国际上较为先进的轮窑空心砖生产线,比较适合我国国情,生产的空心砖质量很好;浙江省宁波市从波兰引进的以海泥粉煤灰为原料的空心砖生产线,年产空心砖6000万块,每年可吃掉粉煤灰4万t,企业和社会效益都很好,黑龙江双鸭山市从法国西方公司引进的全煤矸石空心砖生产线以煤矸石为原料不加任何燃料生产空心砖,不但节土、省煤,而且吃掉大量废渣,保护了环境,是利国利民的产品;重庆市建材一厂从西德引进的灰砂空心砖生产线,既可生产实心砖又可生产空心砖,投产几年来产量高,质量好,是比较理想的灰砂砖生产设备。这些引进和消化吸收的设备,促进了我国砖瓦行业的装备水平的提高和技术进步。

我国砖瓦工业的发展,促进了砖瓦机械制造的发展。全国有大小砖瓦机械厂100多家,每年生产各种砖瓦机械约5000台套,为砖瓦厂设备的改造和生产的发展起了重要作用。在广大科研、生产人员的努力下,砖瓦机械不但提高了非真空挤砖机水平和档次,还吸收了国外的先进技术,研制生产不同型号有较先进水平的空心砖挤出设备和原料处理设备,对引进国外先进的空心砖生产线进行了消化吸收,翻版制造了先进的装备,为我国砖瓦工业的技术进步,大力发展空心砖和砖瓦机械产品出口创造了条件。

(二)空心砖的分类与品种规格

1.空心砖制品的分类。空心砖的品种很多,按用途分为承重空心砖(分竖孔和水平孔)、非承重空心砖。另外还研制开发了拱壳空心砖、楼板空心砖、空心砖梁及檩条空心砖、墙板空心砖、花格砖、配筋空心砖、吸声砖等。

按原料分类,产品有:粘土空心砖、煤矸石空心砖、页岩空心砖、粉煤灰空心砖、灰砂空心砖。

2.空心砖的品种规格。

(1)承重空心砖。我国生产的承重空心砖品种繁多,规格孔型不一,但多为简单的圆形、椭圆形、条形、方形、菱形孔,强度也不同。主要规格有240×115×90、240×115×115、240×190× 90、240× 180× 115、240 × 115 × 86、190 × 190 × 90、190 × 90 × 90(mm),孔洞率在16 %以上。根据抗压强度分为30、25、20、15、10、7.5六个强度等级。

(2)非承重空心砖。主要规格有240×240×115、240×240×180、240×175×115、300×200 × 115、300 × 240 × 150、460 × 235 × 115、190 × 190 × 190、190 × 190 × 90、240 × 180 × 115、290× 290 × 190、290× 290 × 90(mm),产品根据抗压强度分为50、30、20三个强度等级,密度在800~1100kg/m 3 ,孔洞率大于35 %。

(3)拱壳空心砖。70年代我国研制成功一种适合砌筑拱和薄壳的空心砖—粘土拱壳空心砖,它一端有凹槽,施工时利用砖与砖之间的挂钩悬砌,砌筑拱壳不用模板支撑,只要一个简单的样架控制曲线即可。

用拱壳砖建造的屋顶或楼板,可以节约木材、钢材和部分水泥,施工简单,不需大型吊装机具,工人凭一把瓦刀便能操作。比较适合于建造小型工业厂房和居住房屋,对地震区和有强烈振动的建筑物,在未采取有效措施前不宜采用,主要性能见表2-4-2。

表2-4-2 拱壳空心砖主要性能

(4)楼板空心砖。楼板空心砖是粘土砖与钢筋混凝土的组合构件,在这种构件中,仍然由钢筋混凝土的肋承受弯曲力,砖块在楼板中虽然部分参与了承压,但主要起着填充和模板支承以节约水泥、木材的作用,充分地发挥了砖材的各种长处,主要性能见表2-4-3。

表2-4-3 楼板空心砖主要性能

(5)空心砖梁及檩条空心砖。规格为270×200×80(mm),孔洞率40 %,密度1080kg/m 3 ,单块重5.25kg。

(6)墙板空心砖。墙板空心砖的尺寸一般为290× 290× 115、290 × 290× 150(mm),采用蜂窝形孔,孔洞率为33.38 %,密度为1175、1085kg/m 3

(7)花格砖。花格砖用于建筑立面处理,如窗格、栏杆、门厅、围墙。不仅可以增强建筑物的装饰效果,而且可节约木材、钢材、水泥,降低工程造价,其品种与性能见表2-4-4。

表2-4-4 花格空心砖性能

(8)配筋空心砖。配筋空心砖是用竖向配筋空心砖承重体系代替空心砖“构造柱”承重体系,有较好的抗震功能。品种及性能为表2-4-5。

表2-4-5 配筋空心砖性能

(9)吸声砖。吸声砖是一种具有大量连通孔的多孔性材料,当声波从表面微孔进入材料内部时,激发了内部微孔中的空气分子振动,由于摩擦阻力和粘滞阻力的作用,使声能转变为热能,从而达到吸声效果。吸声砖的强度较高,并有耐潮、防火、耐腐蚀等功能,不仅可用于工程消声,还可用作腐蚀性气体的通风系统消声器。规格:380 × 215× 158;380× 240 × 120;360× 180× 90;360 × 180 × 50( m m)。

吸声砖物理性能指标见表2-4-6。

表2-4-6 吸声砖物理性能指标

三、空心砖的优越性

发展空心砖适合我国国情,其优越性主要体现在以下几个方面:

(一)生产方面

1.节土、节煤。一般来讲,空心砖的孔洞率多少,就节约土和煤多少。如生产240×115×90(mm)承重空心砖,孔洞率24 %,比同体积的实心砖节土约24 %左右,节煤24 %左右。如每年全国生产实心砖6000亿块,挖毁良田5万亩,耗煤5000万t,而50 %改产承重和非承重空心砖后,每年可少挖良田1.5~2万亩、节煤1500~2000万t。生产空心砖生产成本可降低10 %~ 18 %。

2.保证质量。多孔砖易成型,干燥过程易脱水,不易开裂,干燥速度快,烧成速度快,废品率低,搬运过程中损失也小。

3.提高生产效率。多孔砖240× 115× 90(mm)为实心砖体积的1.7倍,用相同的挤泥机,相应提高了空心砖成型效率。并且空心砖重量降低,提高了湿坯、干坯的装运及出窑效率。

(二)施工方面

1.砖的重量适中。以多孔砖240×115×90(mm)为例,加水后每块重3.5~4.0kg,为砌砖最佳效率的重量,该砖型为实心砖体积的1.7倍,可提高劳动效率1倍以上。

2.能满足一般砖混建筑设计要求。承重多孔砖240× 115 × 90(mm)既可做240mm厚承重墙,又可用于115mm厚非承重隔墙,符合建筑模数,可满足一般砖混建筑的设计要求。

多孔砖施工时,只要砂浆稠度合适,漏浆不多,漏的一点砂浆还可起到键的作用,增加砌块间的锚固,提高抗剪切强度;同实心砖相比,多孔砖可增加气流的阻力,提高保温性能。

多孔砖可提高施工工效30 %,节约砂浆20 %,节约运输工时28 %,节约运输费用15 %。

(三)隔声功能

经对西安某宿舍190mm厚空心砖墙(加双面粉刷)隔声测定,其隔声指数为46~54dB,平均值为49.4dB,略低于240mm厚实心砖的隔声指数的平均值51.2dB,但符合JGJH—82隔声标准中规定的大于等于45dB的二级水平,可满足建筑隔声要求。

(四)使用方面

1.节约建筑工程造价。以孔洞率为24 %的承重多孔砖和实心砖相比,可减轻自重17 %,除减少基础荷重、节约建筑材料外,每平米建筑工程造价可节约8 %左右。

2.有较好的抗震性能。

(1)地震荷载小。自重轻,结构系数小,地震荷载可减少15 %左右。

(2)水平承载能力大。初裂时荷载提高13 %,极限荷载提高18 %左右。

(3)变形能力大。极限位移比、工作位移比均提高60 %。

(4)总变形能量大。极限变形能大10 %,工作变形能大7 %左右。

(5)耗能小。极限耗能小7 %,工作耗能小14 %左右。

(6)刚度小,退化慢。

(7)抗剪强度比实心砖墙体提高20 %左右。

3.保温隔热好。通过近万个数据进行处理得出:26孔承重空心砖240mm厚的墙体热绝缘系数 R = 0.672W/(m 2 ·K),370mm实心砖墙体热绝缘系数 R = 0.614W/(m 2 ·K),也就是说,240mm厚空心砖墙的保温性能优于370mm的实心砖墙。在同样厚度墙体下,根据采暖要求,可大大降低采暖能耗,对寒冷地区节能有重大意义,在炎热地区也可大大提高隔热效果,降低制冷能耗。240×115×90(mm)承重空心砖墙可节约采暖能耗35 %左右。

4.增加使用面积。在总建筑面积不变的情况下,如果采用空心砖砌体,在满足保温隔热要求的前提下,可以减薄墙体,增加使用面积4 %~5 %,用作外墙还可改善室内热环境,提高居住舒适感。

(五)建筑节能

我国建筑能耗约占全国总能耗的27 %,在建筑能耗中,使用能耗大大超过建造能耗。因此在降低建筑能耗中,降低使用能耗是主要目标,而在使用过程中的诸能耗中,又以采暖能耗最多,特别在“三北”地区,采暖能耗几乎占该地区总能耗的30 %~40 %。

降低采暖能耗,一是提高各种供暖设备的效率,二是提高建筑物外围护结构的绝热能力,减少热损失。

空心砖不单是承重和围护用的建筑材料,还具有一定的保温隔热作用。

1.粘土空心砖具有良好的热绝缘性(λ值小)。导热系数低,墙体热绝缘系数大,隔热保温效果大大优于实心砖墙体;

2.空心砖具有足够的热惰性,是热绝缘值大、热惰性也大的材料。因此空心砖既对节省建筑能耗有利,又可以提高墙体的热稳定性,改善室内热环境质量,提高室内的舒适感。

3.空心砖具有一定的蓄湿能力,在潮湿空气中,空心砖能较快的吸附水分达到平衡湿度,当环境湿度变化时,该砖可迅速干燥蒸发而放湿,借助于空心砖对湿气的这种“呼吸”作用,可以调节室内湿度,改善居住环境。

4.空心砖使结构层与保温层合二而一,既有较高的力学性,又有较好的保温性能。

(六)应用空心砖的经济效益

陕西省西安市空心砖的生产和推广应用工作较好,1991~1992年共生产5.8亿块空心砖,建设了198万m 2 建筑,节约建设资金5800万元。

全国每年城乡建设9亿m 2 左右,如果85 %为砖混建筑,砖混建筑的一半材料用空心砖,1m 2 建筑面积年节约煤耗为3.40kg(平均煤耗),则全年可节约煤耗130万t,每吨煤按180元计共节约2.34亿元。 WmJiTy9eIfIQd3amKiIifQVJDkwkHWTDlIOyEkAgGBGI2+sTpd6f6M37VIOas0fp

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