脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒新型墻板的試驗研究

吳蓉

（河南省建筑科學研究院有限公司，河南鄭州 450053）

脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒新型墻板的試驗研究

吳蓉

（河南省建筑科學研究院有限公司，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，其質量輕，干密度為650 kg/m3，3 d抗壓強度超過1.0 MPa，14 d抗壓強度超過2.0 MPa，適合作為內墻和圍護結構。且由于脫硫石膏是電廠燃氣脫硫的副產品，秸稈是農作物的廢棄物，聚苯顆粒是餐盒的白色垃圾，因此，新型墻板的推廣應用極有助于減輕或避免煙氣中SO3和秸稈燃燒煙塵對大氣的污染，聚苯廢品造成的白色垃圾以及對其它方面造成的損害。

脫硫石膏；秸稈；聚苯顆粒；抗壓強度；彈性模量

國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形態(tài)的前提下進行材料的直接再利用，或經過再組合、再修復后再利用。住宅建筑評價體系的優(yōu)選項也規(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，符合國家的產業(yè)政策，利用這些廢棄物制作的輕質墻板適合作為內墻和圍護結構。

1 試驗

1.1 原材料

脫硫石膏（CaSO4·0.5H2O）：來自鄭州復昇資源開發(fā)有限公司，經2次煅燒后得到，初凝時間6～7 min，終凝時間11～12 min，終凝后試塊的抗壓強度為7.9 MPa，抗折強度為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復合硅酸鹽水泥，新鄭市恒發(fā)水泥廠。

粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，來自鄭州復昇資源開發(fā)有限公司，其性能指標見表1。

表1 粉煤灰的性能指標

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

1.2 試樣制備與性能測試

脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒輕質隔墻板復合膠凝材料按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進行制備。

1.2.1 抗壓強度

抗壓強度試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，齡期1、3、7、14、28 d，每組6個試塊取其抗壓強度平均值。測試結果見表2。

表2 脫硫石膏-聚苯顆粒-秸稈復合膠凝材料的抗壓強度

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

1.2.2 彈性模量

脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒輕質隔墻板復合膠凝材料彈性模量按照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行測試。

表3為不同聚苯顆粒摻量（占固體總質量計）復合膠凝材料的彈性模量。圖1為28 d齡期時不同聚苯顆粒摻量復合膠凝材料的應力-應變曲線。

表3 不同聚苯顆粒摻量復合膠凝材料的彈性模量

圖1 不同聚苯顆粒摻量復合膠凝材料的應力-應變曲線

從圖1可以看出，復合膠凝材料應力-應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致復合膠凝材料內部結構強度降低，而聚苯顆粒所占的體積就相當于內部空隙，受壓時就會沿著聚苯顆粒表面破碎，這樣就進一步降低了材料的剛度。而剛度對膠凝材料的應變起控制作用，隨著應力的增加，試塊會沿著已出現(xiàn)的裂縫延伸并加大，相同應力增量所引起的應變增大。對比3種不同的應力-應變曲線可以看出，聚苯顆粒摻量對脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒復合膠凝材料的彈性模量影響較大。

2 墻板試驗

2.1 墻板制作

以輕鋼龍骨為骨架，上述輕質復合膠凝材料為填充，在現(xiàn)場用噴漿機噴筑成型。輕鋼龍骨由橫向龍骨、豎向龍骨及鋼板網組成。實際施工時為整片墻。此時龍骨與主體結構的連接全部由膨脹螺栓或射釘錨固。試驗制作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×寬×厚=2200 mm×600 mm×110 mm）。

2.2 抗彎性能試驗

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

加載初期，跨中荷載撓度曲線增長較慢，荷載-撓度曲線基本呈線性關系；隨著荷載的增大直至墻板板底開裂時，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，撓度增長加快；臨近破壞時，縱向輕鋼龍骨屈服，復合膠凝材料受壓區(qū)邊緣壓應變增大，并達到極限壓應變，跨中撓度增長快速，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，破壞預兆明顯，到最后，因裂縫寬度或跨中撓度過大而達到破壞標志，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（抗折強度）應在國家現(xiàn)行有關標準規(guī)定的基礎上提高20%，墻板彎曲產生的橫向最大撓度不應超過受彎試驗支座間距離的1/250。脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒墻板內有輕鋼龍骨，按照上述國家標準的規(guī)定，其抗彎破壞荷載應大于或等于墻板自重荷載的1.5×1.2=1.8倍；墻板受彎試驗時支座間距離為2100 mm，在該荷載下橫向最大撓度不應超過受彎試驗支座間距離的2100×1/250=8.4 mm。

經測試，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，可計算出該墻體材料的面密度為71.5kg/m2，經稱重可計算出輕鋼龍骨及鋼絲網的面密度為8 kg/m2，則包括輕鋼龍骨在內的墻板面密度為71.5+8=79.5≌80kg/m2=0.8kN/m2。各試驗墻板的自重荷載、實測開裂荷載、破壞荷載以及實測荷載與自重荷載的比值見表4。

表4 墻板受彎試驗結果及分析

從表4可以看出，墻板實測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度越大，該比值也越大；實測極限荷載與自重荷載之比qu/gk為13.85～16.79，遠高于1.8倍；說明脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒墻板的抗彎強度完全能滿足JG/T 169—2005和GB 50574—2010的要求，并有很大的安全儲備。

表5為脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒試驗墻板在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作用下的實測橫向撓度，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作用下的實測最大撓度僅為0.33～0.53 mm，遠低于規(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也遠小于墻板的實測開裂荷載，說明這種新型脫硫石膏-秸稈-聚苯顆粒復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，在實測開裂荷載qcr作用下的實測最大撓度為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，有較大的安全儲備。

表5 墻板受彎橫向撓度分析

3 結論

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

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

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

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

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，高級工程師。