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专利号: 2020106834125
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种再生混凝土复合自保温砌块的设计方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤一、再生混凝土复合自保温砌块参数的设定:

步骤101、设定再生混凝土复合自保温砌块为长方体;其中,所述再生混凝土复合自保温砌块的长度为L,所述再生混凝土复合自保温砌块的宽度即再生混凝土复合自保温砌块的厚度为A,所述再生混凝土复合自保温砌块的高度为H;

步骤102、设定再生混凝土复合自保温砌块中设置有通孔;其中,所述通孔的横截面为矩形;

步骤103、设定再生混凝土复合自保温砌块的孔洞率Kx为57.7%;

步骤104、设定再生混凝土复合自保温砌块中相邻两个通孔之间的再生混凝土土肋的宽度不小于15mm,设定再生混凝土复合自保温砌块中通孔的内侧壁与再生混凝土复合自保温砌块外侧壁之间的再生混凝土土肋的宽度不小于15mm;

步骤105、设定再生混凝土复合自保温砌块中再生混凝土基材为再生混凝土,设定再生混凝土复合自保温砌块中保温材料为EPS保温板;

步骤二、再生混凝土复合自保温砌块中再生混凝土基材配合比的确定:

步骤201、设定再生混凝土复合自保温砌块的强度等级为MU5;

步骤202、根据公式 得到配制再生混凝土的设计强度Ps;其中,

Pt表示再生混凝土复合自保温砌块28天的抗压强度,则Pt=5MPa;

步骤203、根据公式 得到水灰比w/B;其中,fb表示水泥的28天的抗

压强度;

步骤204、设定配制再生混凝土的坍落度为10~30,配置每立方米再生混凝土的用水量

3

mw0为200kg/m;

步骤205、根据 得到配置每立方米再生混凝土的水泥用量mc0;

步骤206、根据水灰比 和碎石的最大粒径,得到配置每立方米再生混凝土的砂率βs;

步骤207、根据公式 和ms0+mg0+mc0+mw0=mcp,得到配置每立方米再

生混凝土的粗骨料用量mg0和配置每立方米再生混凝土的细骨料用量ms0;其中,mcp表示配置每立方米再生混凝土拌合物的设定质量,且取值范围为2350kg/m3~2450kg/m3;

步骤208、设定粗骨料由碎石和再生粗骨料组成;设定细骨料由砂和再生细骨料组成;

步骤209、设定配置每立方米再生混凝土的陶粒用量为20%mg0~25%mg0,以使配置每立方米再生混凝土的导热系数不大于0.53W/(m·K),得到再生混凝土配合比;

步骤三、再生混凝土复合自保温砌块中再生混凝土基材与保温材料的导热系数的获取:

步骤301、根据步骤二中每立方米再生混凝土配合比制作再生混凝土试件;其中,再生混凝土试件的长×宽×高为300mm×300mm×30mm;

步骤302、采用导热系数测定仪对再生混凝土试件和EPS保温板进行检测,得到再生混凝土的导热系数λ1和保温材料的导热系数λ2;

步骤四、再生混凝土复合自保温砌块中通孔分布的设定:

设定再生混凝土复合自保温砌块中通孔分布方案;其中,通孔分布方案为M个,且M=8;

步骤五、再生混凝土复合自保温砌块热工性能的有限元分析:

步骤501、计算机采用ANSYS有限元分析软件创建M个通孔分布方案的再生混凝土复合自保温砌块,得到M个再生混凝土复合自保温砌块三维几何模型;

步骤502、在ANSYS有限元分析软件中定义单元类型;其中,单元类型为SOLID70三维热实体单元;

步骤503、设置再生混凝土复合自保温砌块中再生混凝土的导热系数为λ1,设置保温材料的导热系数为λ2;

步骤504、在ANSYS有限元分析软件中,设定网格尺寸为10mm,对M个再生混凝土复合自保温砌块三维几何模型进行有限元网格划分,生成M个再生混凝土复合自保温砌块模型;

步骤505、在ANSYS有限元分析软件中定义热分析类型:其中,热分析类型为稳态热分析;

步骤506、在ANSYS有限元分析软件中对M个再生混凝土复合自保温砌块模型施加对流热载荷;其中,将再生混凝土复合自保温砌块模型中靠近室外的端面称作再生混凝土复合自保温砌块模型的冷侧面,将再生混凝土复合自保温砌块模型中靠近房间内部的端面称作再生混凝土复合自保温砌块模型的热侧面,设定M个再生混凝土复合自保温砌块模型的冷侧面所处的环境温度T1为-10℃,设定M个再生混凝土复合自保温砌块模型的冷侧面的对流换热系数αi为23W/(m2·K);

设定M个再生混凝土复合自保温砌块模型的热侧面所处的环境温度T2为20℃,设定M个再生混凝土复合自保温砌块模型的热侧面的对流换热系数αe为8.7W/(m2·K);

步骤507、在ANSYS有限元分析软件中求解选项设置为“Steady-State”,获取M个再生混凝土复合自保温砌块模型的热侧面上的热流量;其中,第i个再生混凝土复合自保温砌块模型的热侧面上的热流量记作Qi,单位为W,i为正整数,且1≤i≤M,再生混凝土复合自保温砌块模型的热侧面垂直于热流方向;

步骤508、计算机根据公式 得到第i个再生混凝土复合自保温砌块模型的热流密度qi,单位为W/m2;其中,S表示再生混凝土复合自保温砌块的热侧面上的面积;

计算机根据公式 得到第i个再生混凝土复合自保温砌块模型的传热系数

ki,单位为W/(m2·K);

计算机根据公式 得到第i个再生混凝土复合自保温砌块模型的传热热阻Ro,i,单位为(m2·K)/W;

计算机根据公式Ri=Ro,i-(Re,i+Rn,i),得到第i个再生混凝土复合自保温砌块模型的导热热阻Ri,单位为(m2·K)/W;其中,Rn,i表示第i个再生混凝土复合自保温砌块模型的热侧面的对流换热热阻,且Rn,i取0.11(m2·K)/W,Re,i表示第i个再生混凝土复合自保温砌块模型的冷侧面的对流换热热阻,Re,i取0.04(m2·K)/W;

步骤509、M个再生混凝土复合自保温砌块模型中选择热流量Qi最小、热流密度qi最小、传热系数ki最小且导热热阻Ri最大所对应的再生混凝土复合自保温砌块模型为最优再生混凝土复合自保温砌块模型;

步骤六、再生混凝土复合自保温砌块的制作:

步骤601、根据步骤二中每立方米再生混凝土配合比,将水泥、砂、再生细骨料、再生粗骨料、碎石和陶粒放入搅拌机拌30s~35s再加水搅拌300s~320s,得到搅拌好的再生混凝土;

步骤602、根据最优再生混凝土复合自保温砌块模型,得到再生混凝土复合自保温砌块模具,并将搅拌好的再生混凝土加入再生混凝土复合自保温砌块模具;

步骤603、采用振动器对再生混凝土复合自保温砌块模具进行振动;其中,振动时间为

5s~10s;

步骤604、常温下20h~24h后再生混凝土复合自保温砌块模具脱模,并自然养护28天,得到再生混凝土砌块;

步骤605、再生混凝土砌块的通孔中加入保温材料,得到再生混凝土复合自保温砌块。

2.按照权利要求1所述的一种再生混凝土复合自保温砌块的设计方法,其特征在于:所述再生粗骨料的粒径为5mm~10mm,所述再生细骨料的粒径为0.35mm~0.5mm,碎石的粒径为5mm~16mm;

水泥采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥;

砂和再生细骨料的细度模数均为2.7,砂的粒径为0.35mm~0.5mm;

陶粒的粒径为5mm~10mm,陶粒的表观密度为500kg/m3。

3.按照权利要求1所述的一种再生混凝土复合自保温砌块的设计方法,其特征在于:所述再生混凝土复合自保温砌块的长度L=390mm,所述再生混凝土复合自保温砌块的宽度即再生混凝土复合自保温砌块的厚度A=280mm,所述再生混凝土复合自保温砌块的高度H=

190mm。

4.按照权利要求1所述的一种再生混凝土复合自保温砌块的设计方法,其特征在于:步骤二中M个通孔分布方案具体如下:通孔分布方案1为单排两列,即:再生混凝土复合自保温砌块中设置两个第一通孔(1-

1),第一通孔(1-1)为210mm×150mm的矩形通孔,所述第一通孔(1-1)的长边沿再生混凝土复合自保温砌块的宽度方向布设,所述第一通孔(1-1)的宽边沿再生混凝土复合自保温砌块的长度方向布设,两个第一通孔(1-1)之间的最小间距为30mm,第一通孔(1-1)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距均为35mm,第一通孔(1-

1)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的间距均为30mm;

通孔分布方案2为两排两列,即:再生混凝土复合自保温砌块中设置四个第二通孔(2-

1),第二通孔(2-1)为150mm×105mm的矩形通孔,所述第二通孔(2-1)的长边沿再生混凝土复合自保温砌块的长边方向布设,所述第二通孔(2-1)的宽边沿再生混凝土复合自保温砌块的宽度方向布设,相邻两列第二通孔(2-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块长度方向的间距为30mm,相邻两排第二通孔(2-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块宽度方向的间距为20mm,所述第二通孔(2-1)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距为25mm,所述第二通孔(2-1)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的最小间距为30mm;

通孔分布方案3为三排两列,即:再生混凝土复合自保温砌块中设置六个第三通孔(3-

1),第三通孔(3-1)为150mm×70mm的矩形通孔,所述第三通孔(3-1)的长边沿再生混凝土复合自保温砌块的长边方向布设,所述第三通孔(3-1)的宽边沿再生混凝土复合自保温砌块的宽边方向布设,相邻两列第三通孔(3-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块长度方向的间距为30mm,相邻两排第三通孔(3-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块宽度方向的间距为15mm,所述第三通孔(3-1)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块视的长边外侧壁之间的最小间距为20mm,所述第三通孔(3-1)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的最小间距为30mm;

通孔分布方案4为三排一列,即:再生混凝土复合自保温砌块中设置三个第四通孔(4-

1),第四通孔(4-1)为300mm×70mm的矩形通孔,所述第四通孔(4-1)的长边沿再生混凝土复合自保温砌块的长边方向布设,所述第四通孔(4-1)的宽边沿再生混凝土复合自保温砌块的宽边方向布设,相邻两排第四通孔(4-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块宽度方向的间距为15mm,所述第四通孔(4-1)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距为20mm,所述第四通孔(4-1)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的间距为45mm;

通孔分布方案5为三排三列,即:再生混凝土复合自保温砌块中设置九个第五通孔(5-

1),第五通孔(5-1)为100mm×70mm的矩形通孔,所述第五通孔(5-1)的长边沿再生混凝土复合自保温砌块的长边方向布设,所述第五通孔(5-1)的宽边沿再生混凝土复合自保温砌块的宽边方向布设,相邻两列第五通孔(5-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块长度方向的间距为15mm,相邻两排第五通孔(5-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块宽度方向的间距为15mm,所述第五通孔(5-1)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距为20mm,所述第五通孔(5-1)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的最小间距为30mm;

通孔分布方案6为两排交错孔型,即:再生混凝土复合自保温砌块中设置有第一排通孔和第二排通孔,所述第一排通孔和第二排通孔均包括第六大通孔(6-1)和第六小通孔(6-

2),第六大通孔(6-1)为200mm×105mm的矩形通孔,第六小通孔(6-2)为105mm×100mm的矩形通孔,所述第一排通孔和第二排通孔交错布设;所述第六大通孔(6-1)的宽边和第六小通孔(6-2)的长边平行布设,所述第六大通孔(6-1)的长边沿再生混凝土复合自保温砌块的长边方向布设,所述第六大通孔(6-1)的宽边沿再生混凝土复合自保温砌块的宽度方向布设,相邻两排第六大通孔(6-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块宽度方向的间距为20mm,所述第六大通孔(6-1)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距为25mm,所述第六大通孔(6-1)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的最小间距为30mm;所述第六小通孔(6-2)的长边沿再生混凝土复合自保温砌块的宽边方向布设,所述第六小通孔(6-2)的宽边沿再生混凝土复合自保温砌块的长度方向布设,相邻两排第六小通孔(6-2)之间沿再生混凝土复合自保温砌块宽度方向的间距为

20mm,所述第六小通孔(6-2)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的最小间距为30mm,所述第六小通孔(6-2)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距为25mm;

通孔分布方案7为三排交错孔型,即:再生混凝土复合自保温砌块中设置第一排通孔、第二排通孔和第三排通孔,所述第一排通孔和所述第三排通孔结构相同,所述第二排通孔和所述第一排通孔交错布设;所述第一排通孔、第二排通孔和第三排通孔均包括第七大通孔(7-1)和第七小通孔(7-2),第七大通孔(7-1)为200mm×70mm的矩形通孔,第七小通孔(7-

2)为100mm×70mm的矩形通孔,所述第七大通孔(7-1)的长边和第七小通孔(7-2)的长边均沿再生混凝土复合自保温砌块的长边方向布设,所述第七大通孔(7-1)的宽边和第七小通孔(7-2)的宽边均沿再生混凝土复合自保温砌块的宽边方向布设;所述第七大通孔(7-1)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距为20mm,所述第七大通孔(7-1)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的最小间距为

30mm;第七大通孔(7-1)和第七小通孔(7-2)之间沿再生混凝土复合自保温砌块长度方向的间距为30mm,第七小通孔(7-2)和第七大通孔(7-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块宽度方向的间距为15mm,所述第七小通孔(7-2)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块外侧壁之间的最小间距为20mm,所述第七小通孔(7-2)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距为30mm;

通孔分布方案8为三排交错孔型,即:设定再生混凝土复合自保温砌块中设置第一排通孔、第二排通孔和第三排通孔,第一排通孔、第二排通孔和第三排通孔沿再生混凝土复合自保温砌块的宽度方向布设,所述第一排通孔和所述第三排通孔结构相同,所述第一排通孔和第三排通孔均包括两个第八大通孔(8-1),所述第二排通孔包括三个第八小通孔(8-2),第八大通孔(8-1)为165mm×80mm的矩形通孔,第八小通孔(8-2)为110mm×40mm的矩形通孔,所述第八大通孔(8-1)和第八小通孔(8-2)的长边均沿再生混凝土复合自保温砌块的长边方向布设,所述第八大通孔(8-1)和第八小通孔(8-2)的宽边均沿再生混凝土复合自保温砌块的宽边方向布设;

相邻两排第八大通孔(8-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块的宽边方向的间距为

80mm,所述第八大通孔(8-1)的长边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的长边外侧壁之间的最小间距为20mm,所述第八大通孔(8-1)的宽边内侧壁和再生混凝土复合自保温砌块的宽边外侧壁之间的最小间距为20mm;相邻两列第八大通孔(8-1)之间沿再生混凝土复合自保温砌块的长边的间距为20mm,相邻两个第八小通孔(8-2)之间沿再生混凝土复合自保温砌块的长边的间距为30mm;

三个所述第八小通孔(8-2)分别称作左第八小通孔、中间第八小通孔和右第八小通孔,所述左第八小通孔上设置有凹槽(8-3),所述右第八小通孔上设置有凸起(8-4),所述凹槽(8-3)和凸起(8-4)的沿再生混凝土复合自保温砌块的长边的长度为10mm~15mm。

5.按照权利要求1所述的一种再生混凝土复合自保温砌块的设计方法,其特征在于:步骤208中配置每立方米再生混凝土的再生粗骨料用量为30%mg0~70%mg0;

配置每立方米再生混凝土的再生细骨料用量为20%ms0~40%ms0。