吳蓉

（河南省建筑科學(xué)研究院有限公司，河南鄭州 450053）

脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒新型墻板的試驗(yàn)研究

吳蓉

（河南省建筑科學(xué)研究院有限公司，河南鄭州 450053）

將脫硫石膏、秸稈、聚苯顆粒按一定比例組合并摻入適量外加劑加水拌合制成新型墻板，其質(zhì)量輕，干密度為650 kg/m3，3 d抗壓強(qiáng)度超過1.0 MPa，14 d抗壓強(qiáng)度超過2.0 MPa，適合作為內(nèi)墻和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。且由于脫硫石膏是電廠燃?xì)饷摿虻母碑a(chǎn)品，秸稈是農(nóng)作物的廢棄物，聚苯顆粒是餐盒的白色垃圾，因此，新型墻板的推廣應(yīng)用極有助于減輕或避免煙氣中SO3和秸稈燃燒煙塵對(duì)大氣的污染，聚苯廢品造成的白色垃圾以及對(duì)其它方面造成的損害。

脫硫石膏；秸稈；聚苯顆粒；抗壓強(qiáng)度；彈性模量

國(guó)家推行綠色建筑其中很重要的一條是材料的可再生利用，是在不改變所回收物質(zhì)形態(tài)的前提下進(jìn)行材料的直接再利用，或經(jīng)過再組合、再修復(fù)后再利用。住宅建筑評(píng)價(jià)體系的優(yōu)選項(xiàng)也規(guī)定可再利用建筑材料的使用率大于5%。我們所利用的脫硫石膏、秸稈、聚苯顆粒都是綠色建筑中的可再利用材料，符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策，利用這些廢棄物制作的輕質(zhì)墻板適合作為內(nèi)墻和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

脫硫石膏（CaSO4·0.5H2O）：來自鄭州復(fù)昇資源開發(fā)有限公司，經(jīng)2次煅燒后得到，初凝時(shí)間6～7 min，終凝時(shí)間11～12 min，終凝后試塊的抗壓強(qiáng)度為7.9 MPa，抗折強(qiáng)度為1.7 MPa。

秸稈：采用粉碎后干燥秸稈，粒徑3～5 mm。

聚苯顆粒：由可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒為基礎(chǔ)原料膨脹發(fā)泡制成的，出自無錫龍王公司。也可將廢棄的聚苯乙烯制品加工破碎成為0.5～4 mm的顆粒。其堆積密度為13 kg/m3。

水泥：P·C42.5復(fù)合硅酸鹽水泥，新鄭市恒發(fā)水泥廠。

粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰，來自鄭州復(fù)昇資源開發(fā)有限公司，其性能指標(biāo)見表1。

表1 粉煤灰的性能指標(biāo)

外加摻合料：聚丙烯纖維，長(zhǎng)19 mm，呈束狀單絲，自分散性好，產(chǎn)自天津奧萊斯公司；膨潤(rùn)土，來自河南宏發(fā)膨潤(rùn)土廠；骨膠蛋白質(zhì)類緩凝減水劑，其主要成分為氨基羧酸鹽。

1.2 試樣制備與性能測(cè)試

脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒輕質(zhì)隔墻板復(fù)合膠凝材料按m（脫硫石膏）∶m（秸稈）∶m（聚苯顆粒）∶m（水泥）∶m（粉煤灰）∶m（外摻合料）=12.24∶1∶0.16∶1∶2∶3.6，水膠比0.40進(jìn)行制備。

1.2.1 抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，齡期1、3、7、14、28 d，每組6個(gè)試塊取其抗壓強(qiáng)度平均值。測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 脫硫石膏-聚苯顆粒-秸稈復(fù)合膠凝材料的抗壓強(qiáng)度

從表2可以看出，復(fù)合膠凝材料的1 d和3 d抗壓強(qiáng)度已超過1.0 MPa，說明脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒復(fù)合材料的早期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)很快，滿足工程施工的要求。14 d抗壓強(qiáng)度已超過2.0 MPa，符合GB 50574—2010《墻體材料應(yīng)用統(tǒng)一技術(shù)規(guī)程》的要求。

1.2.2 彈性模量

脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒輕質(zhì)隔墻板復(fù)合膠凝材料彈性模量按照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。

表3為不同聚苯顆粒摻量（占固體總質(zhì)量計(jì)）復(fù)合膠凝材料的彈性模量。圖1為28 d齡期時(shí)不同聚苯顆粒摻量復(fù)合膠凝材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

表3 不同聚苯顆粒摻量復(fù)合膠凝材料的彈性模量

圖1 不同聚苯顆粒摻量復(fù)合膠凝材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

從圖1可以看出，復(fù)合膠凝材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段比較明顯，曲線斜率逐漸減小，這是由于摻入了聚苯顆粒導(dǎo)致復(fù)合膠凝材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，而聚苯顆粒所占的體積就相當(dāng)于內(nèi)部空隙，受壓時(shí)就會(huì)沿著聚苯顆粒表面破碎，這樣就進(jìn)一步降低了材料的剛度。而剛度對(duì)膠凝材料的應(yīng)變起控制作用，隨著應(yīng)力的增加，試塊會(huì)沿著已出現(xiàn)的裂縫延伸并加大，相同應(yīng)力增量所引起的應(yīng)變?cè)龃?。?duì)比3種不同的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以看出，聚苯顆粒摻量對(duì)脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒復(fù)合膠凝材料的彈性模量影響較大。

2 墻板試驗(yàn)

2.1 墻板制作

以輕鋼龍骨為骨架，上述輕質(zhì)復(fù)合膠凝材料為填充，在現(xiàn)場(chǎng)用噴漿機(jī)噴筑成型。輕鋼龍骨由橫向龍骨、豎向龍骨及鋼板網(wǎng)組成。實(shí)際施工時(shí)為整片墻。此時(shí)龍骨與主體結(jié)構(gòu)的連接全部由膨脹螺栓或射釘錨固。試驗(yàn)制作3塊相同配比的墻板分別記為W1-1、W1-2、W1-3，墻板呈條狀（長(zhǎng)×寬×厚=2200 mm×600 mm×110 mm）。

2.2 抗彎性能試驗(yàn)

抗彎試驗(yàn)按照J(rèn)G/T 169—2005《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》規(guī)定的方法進(jìn)行，墻板水平放置支承于兩端的支座上，一端為固定鉸支座，另一端為可動(dòng)絞支座；采用堆載方式模擬均布荷載，用百分表量測(cè)跨中變形。

加載初期，跨中荷載撓度曲線增長(zhǎng)較慢，荷載-撓度曲線基本呈線性關(guān)系；隨著荷載的增大直至墻板板底開裂時(shí)，荷載撓度曲線出現(xiàn)明顯的變化，此后隨著荷載的增加曲線斜率減小，撓度增長(zhǎng)加快；臨近破壞時(shí)，縱向輕鋼龍骨屈服，復(fù)合膠凝材料受壓區(qū)邊緣壓應(yīng)變?cè)龃?，并達(dá)到極限壓應(yīng)變，跨中撓度增長(zhǎng)快速，墻板板底裂縫數(shù)量逐漸增多，發(fā)展快速，裂縫寬度增大顯著，破壞預(yù)兆明顯，到最后，因裂縫寬度或跨中撓度過大而達(dá)到破壞標(biāo)志，墻板斷裂。墻板的荷載-橫向撓度曲線見圖2。

圖2 墻板的荷載-橫向撓度曲線

JG/T 169—2005規(guī)定墻板抗彎破壞荷載應(yīng)大于或等于墻板自重荷載的1.5倍，GB 50574—2010規(guī)定骨架墻覆面平板的斷裂荷載（抗折強(qiáng)度）應(yīng)在國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基礎(chǔ)上提高20%，墻板彎曲產(chǎn)生的橫向最大撓度不應(yīng)超過受彎試驗(yàn)支座間距離的1/250。脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒墻板內(nèi)有輕鋼龍骨，按照上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其抗彎破壞荷載應(yīng)大于或等于墻板自重荷載的1.5×1.2=1.8倍；墻板受彎試驗(yàn)時(shí)支座間距離為2100 mm，在該荷載下橫向最大撓度不應(yīng)超過受彎試驗(yàn)支座間距離的2100×1/250=8.4 mm。

經(jīng)測(cè)試，脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒墻體材料硬化后干燥狀態(tài)的密度為650 kg/m3，墻板厚度為110 mm，可計(jì)算出該墻體材料的面密度為71.5kg/m2，經(jīng)稱重可計(jì)算出輕鋼龍骨及鋼絲網(wǎng)的面密度為8 kg/m2，則包括輕鋼龍骨在內(nèi)的墻板面密度為71.5+8=79.5≌80kg/m2=0.8kN/m2。各試驗(yàn)墻板的自重荷載、實(shí)測(cè)開裂荷載、破壞荷載以及實(shí)測(cè)荷載與自重荷載的比值見表4。

表4 墻板受彎試驗(yàn)結(jié)果及分析

從表4可以看出，墻板實(shí)測(cè)開裂荷載與自重荷載之比qcr/gk為4.85～6.15，高于規(guī)范規(guī)定的1.8倍，且脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒墻體材料基體抗壓強(qiáng)度越大，該比值也越大；實(shí)測(cè)極限荷載與自重荷載之比qu/gk為13.85～16.79，遠(yuǎn)高于1.8倍；說明脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒墻板的抗彎強(qiáng)度完全能滿足JG/T 169—2005和GB 50574—2010的要求，并有很大的安全儲(chǔ)備。

表5為脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒試驗(yàn)墻板在GB50574—2010規(guī)定的最大橫向荷載1.8gk（1.5×1.2=1.8倍自重荷載）和開裂荷載qcr作用下的實(shí)測(cè)橫向撓度，以及規(guī)范規(guī)定的橫向撓度限值[f]。

從表5可以看出，墻板在GB50574—2010規(guī)定最大橫向荷載1.8gk作用下的實(shí)測(cè)最大撓度僅為0.33～0.53 mm，遠(yuǎn)低于規(guī)定的橫向撓度限值[f]=8.4 mm，且規(guī)定最大橫向荷載1.8gk也遠(yuǎn)小于墻板的實(shí)測(cè)開裂荷載，說明這種新型脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒復(fù)合墻板的橫向變形性能和抗裂性能均符合規(guī)范的要求。從表5還可以看出，在實(shí)測(cè)開裂荷載qcr作用下的實(shí)測(cè)最大撓度為3.51～5.07 mm，仍低于規(guī)定的橫向撓度限值[f]= 8.4 mm，說明墻板的橫向變形很小，有較大的安全儲(chǔ)備。

表5 墻板受彎?rùn)M向撓度分析

3 結(jié)論

（1）輕質(zhì)脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒復(fù)合材料干密度為650 kg/m3，符合JGJ 209—2010中不宜超過800 kg/m3的規(guī)定。

（2）基材的抗壓強(qiáng)度14 d時(shí)已超過2.0 MPa，完全滿足墻體基材的抗壓要求。

（3）復(fù)合膠凝材料中聚苯顆粒多，強(qiáng)度和彈性模量相對(duì)較低，反之相對(duì)較高，因此其摻量不宜過高，宜試配確定。

（4）墻板的力學(xué)性能（開裂荷載、極限荷載及其相應(yīng)撓度）符合JG/T 169—2005和GB 50574—2010的要求，并有很大的安全儲(chǔ)備。

Experiment on mechanical properties for a new wall-panel composed of FGD gypsum，crop straw and polystyrene particle

WU Rong
（Henan Academy of Building Research，Zhengzhou 450053，China）

A new light wall-panel was developed by mixing FGD gypsum，crop straw，polystyrene particles，water and additives according to the designed mix ratio.It is light（the dry density is only 650 kg/m3）.It's 3 d compressive strength＞1.0 MPa and 14 d compressive strength＞2.0 MPa.They are suitable for partition wall and surrounding wall.As FGD gypsum is byproduct of power plant during flue gas desulfurization，crop straw is the waste after harvest and polystyrene particles are the waste after break up of meal-box.It's application can be a great aid to reduce or prevent atmospheric pollution due to SO3of smoke，flying ash generated by crop straw burning，white trash of waste polystyrene products and other damages.

FGD gypsum，straw，polystyrene particles，compressive strength，elastic modulus

TU52

A

1001-702X（2016）07-0097-03

2016-01-13；

2016-02-26

吳蓉，女，1968年生，浙江永康人，碩士，高級(jí)工程師。