基于生土材料空调型泡沫混凝土设计原理与传热调湿机理研究

Traditional adobe material possesses characteristics that can regulate indoor temperatures without using air-conditioning. The adobe material's inherent nano-size pores allow conserving thermal energy and self-regulating humidity. This investigation plans to simulate the characteristics of the adobe material, which is abundant in China, by combining loess with foam concrete. The new immature soil-foam concrete composite, which possesses large flow regime, low density, and uniformly distributed pores, will have functionality of effective thermal insulation and humidity control. The study will examine the factors that affect the properties of the combining concrete with loess. It will focus on the physical parameters of the immature soil material, the constitutive behavior of the cementitious material, and the processing parameters technology. The target of this study is to make a novel soil foam concrete for economic construction design. The evolving regulations of thermal performance, mechanical properties and durabilities will be studied, to obtain the optimal mechanism and regulating methods concerning the characteristics of the soil foam concrete. Furthermore, to provide theoretical evidence of the environmental modification for potential bracing structures of the soil foam concrete, the mathematical and physical models for bracing those structures, and the indoor and outdoor equilibrium equation for thermal and humidity properties will be established. The above research and results will be totally original. It will make a significant contribution to the promotion of the study and development of temperature-controlled foam concrete.

传统的生土建筑具有不用空调也冬暖夏凉的特性，主要是由于生土本身固有的纳米级细孔的保温调湿特性所致。本项目拟模拟生土建筑这种冬暖夏凉特性, 将我国大量存在的生土材料-黄土与泡沫混凝土技术复合，制备出高流态、低密度、微孔分布均匀的具有保温隔热调湿特性的生土泡沫混凝土。探明生土材料物性参数、胶凝材料组成及泡沫自身参数、制备工艺等诸多因素对生土泡沫混凝土综合性能的作用机制，实现生土泡沫混凝土的组成与结构的可设计，研究生土泡沫混凝土在服役过程中的热工性能、力学性能与耐久性的演化规律，提出其影响机制与调控方法.建立生土泡沫混凝土围护结构传热传质数学物理模型及室内热湿平衡方程，为生土泡沫混凝土围护结构进行整体环境改造提供理论依据。上述研究内容与成果具有显著的创新性，对于推动空调型生土泡沫混凝土的研究和发展具有重要的科学意义和实用价值。

生土建筑具有不用空调也冬暖夏凉的特性，本项目模拟生土建筑这种冬暖夏凉特性, 将我国大量存在的生土材料-黄土与泡沫混凝土技术复合，通过优化固化剂，筛选发泡剂和采用超细粉末调控技术制备了高流态、低密度、微孔分布均匀的具有保温隔热调湿特性的生土泡沫混凝土。所制备的生土泡沫混凝土干表观密度在500 kg/m3 - 1250kg/m3，28d抗压强度为5.0 MPa-15.0 MPa，导热系数为0.11-0.19 W/mk，可满足不同工程需求。孔结构分析发现：生土泡沫混凝土内部孔隙可划分小于1um纳米孔隙和大于1um的微观孔隙，其中小于1um纳米孔隙主要发挥其调湿功能，而大于1um的微观孔隙则发挥其保温隔热功能。在大量试验基础上并基于微观结构分析，探明了材料配比参数对生土泡沫混凝土性能影响机制，实现生土泡沫混凝土的组成与结构的可设计性。通过试验，分析研究了生土泡沫混凝土的收缩变形特性及吸水性等性能，并给出了降低其收缩变形特性的技术手段。通过试验，研究了生土泡沫混凝土在服役过程中的热工性能，提出了影响机制与调控方法。采用Maitab语言编制了计算程序，对生土泡沫混凝土建筑围护结构热湿迁移数学微分方程组、生土泡沫混凝土建筑室内空气温湿度数学模型以及生土建筑围护结构表面吸放量计算模型进行了数值模拟。此外，为了提升生土泡沫混凝土快速生产技术，提出并开发了具有快速凝结硬化特性的磷酸镁水泥，制备出的低密度生土泡沫混凝土具有良好的强度和保温隔热特性，为生土泡沫混凝土的制备开辟了一个新的技术方案。本项目的研究内容与成果具有显著的创新性，对于推动空调型生土泡沫混凝土的研究和发展具有重要的科学意义和实用价值。