秸稈復(fù)合墻板應(yīng)用性能試驗研究

陳繼浩，崔琪，潘華

（中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司 綠色建筑材料國家重點實驗室，北京 100024）

0 引言

我國每年可收集利用秸稈量超過9 億t，但秸稈工業(yè)化利用率不足3%[1-4]，很大一部分廢棄焚燒，成為地方政府需要解決的難題，建筑領(lǐng)域是消納秸稈資源的良好去向。隨著國家環(huán)保治理力度的加大，許多建筑材料將面臨原料短缺，秸稈作為每年生產(chǎn)、天然無污染的資源，進入建筑市場正迎來發(fā)展機遇[5]。

秸稈復(fù)合墻板是以秸稈等生物質(zhì)資源，通過對秸稈在高溫下擠壓，利用秸稈纖維之間的機械鎖合和高溫下分泌的脂類物質(zhì)粘合形成的秸稈芯板，通過附加無機面層形成的一類新型墻板，具有生產(chǎn)過程環(huán)保、利用可再生生物質(zhì)資源比例高的特點，是真正的綠色建筑材料，屬于我國住建部推動發(fā)展的生物質(zhì)建材。其主要特點是提供一種工業(yè)化大量利用秸稈的重要途徑，對于我國農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用，解決秸稈廢棄、焚燒等造成的環(huán)境問題具有重要意義。

秸稈建筑在國外最近20年來以其環(huán)保、低碳、節(jié)能優(yōu)勢，重新受到重視和發(fā)展[6-7]，目前在歐洲國家立法推動的被動房有一半以上是木結(jié)構(gòu)或生物質(zhì)建材建造的，我國秸稈建材的開發(fā)和發(fā)展研究也受到關(guān)注[8-9]，推動綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展。秸稈復(fù)合墻板充分利用秸稈保溫好、自重輕等優(yōu)點[10]。與鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等結(jié)合，形成裝配式墻體，是其未來發(fā)展的方向，特別是在低層住宅、新農(nóng)村建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，作為墻體，對其進行應(yīng)用性能評價具有重要意義。

1 秸稈復(fù)合墻板耐火、耐候性能研究

秸稈復(fù)合墻板采用大量秸稈作為芯板，其耐火性能和耐候性能對建筑影響最大，是最受關(guān)注的性能指標。因此，通過對耐火性能和耐候性的試驗，評價其安全性和耐久性。

1.1 耐火性能試驗研究

秸稈復(fù)合墻體采用雙層秸稈芯板，通過木方連接，表面貼附硅酸鈣板、氧化鎂板、碳素板等無機面板形成墻體構(gòu)件。秸稈復(fù)合墻體如圖1所示。

圖1 秸稈復(fù)合墻體

試驗對2種厚度的秸稈復(fù)合墻板進行了耐火極限試驗，對240 mm 秸稈復(fù)合墻板進行2 h 耐火極限測試。厚度240 mm 的秸稈復(fù)合墻板，一側(cè)為60 mm+30 mm 厚的2 層秸稈芯板，另一側(cè)為40 mm+30 mm 厚的2 層秸稈芯板，中間用木方連接，形成40 mm 空腔，兩面采用15 mm 厚碳素板通過5 mm厚的無機粘結(jié)漿料粘接，總厚度為240 mm，此種墻體可以作為非承重外墻板使用。

試驗在國家建筑材料測試中心進行，耐火極限的檢驗地點為西安市，檢驗的墻體高度為3 m，寬度為1 m，依據(jù)GB/T 9978.1—2008《建筑構(gòu)件耐火試驗方法 第1 部分：通用要求》進行2 h 的耐火極限測試。耐火試驗試樣和蒸壓加氣混凝土砌塊砌筑在框架內(nèi)組成，試樣與蒸壓加氣混凝土砌塊及框架與蒸壓加氣混凝土砌塊之間縫隙采用耐火棉填充，用嵌縫材料掛平處理，蒸壓加氣混凝土砌塊用專用砌筑砂漿砌筑，試樣表面未做處理。爐內(nèi)溫升和背火面溫升曲線如圖2所示。

圖2 240 mm 厚秸稈復(fù)合墻體溫升曲線

試驗結(jié)果顯示，120 min 時隔熱性未破壞，試件背火面平均溫升1 ℃，背火面單點最高溫升1 ℃，遠低于140 ℃的標準要求，具有優(yōu)異的隔熱性能。

經(jīng)過2 h 的爐內(nèi)高溫后，復(fù)合墻板未喪失完整性，未出現(xiàn)棉墊被點燃、背火面出現(xiàn)貫通至試驗爐內(nèi)的裂縫，背火面也未出現(xiàn)火焰現(xiàn)象。背火面試驗前后的對比圖如圖3所示。

圖3 復(fù)合墻板背火面2 h 耐火極限試驗前后對比

對180 mm 秸稈復(fù)合墻板進行了3 h 耐火極限測試。厚度180 mm 的秸稈復(fù)合墻板，一側(cè)為60 mm 厚的2 層秸稈芯板，另一側(cè)為60 mm 厚的2 層秸稈芯板，中間用木方連接，形成30 mm 空腔，兩面采用15 mm 厚碳素板通過無機粘結(jié)漿料粘接，總厚度為180 mm，此墻體可以作為分戶墻或防火墻使用。

測試的方法與240 mm 厚秸稈復(fù)合墻板相同。測試結(jié)果顯示，即使耐火極限增加到3 h，秸稈復(fù)合墻板的背火面溫度和完整性仍能達到標準的要求，背火面平均溫升不超過3 ℃，單點溫升不超過3 ℃，具有良好的耐火性能。

1.2 秸稈復(fù)合墻板耐候性試驗研究

秸稈復(fù)合墻板的耐候性是其應(yīng)用于住宅外墻圍護結(jié)構(gòu)時的關(guān)鍵指標。因此，對和耐火極限試驗時相同結(jié)構(gòu)的240 mm秸稈復(fù)合墻體的耐候性進行試驗，試驗在國家建筑材料測試中心進行，試驗依據(jù)GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》進行測試。耐候性試樣尺寸為1200 mm×600 mm×240 mm，試驗面積約7 m2。試樣豎向排列在U 形槽鋼焊接成的外框固定架內(nèi)，板縫用角鐵縱向粘貼在試樣外側(cè)邊緣，使用長桿螺栓將對接角鐵夾緊墻板在基層墻體上，角鐵與板接縫處用密封膠填平。試樣的安裝如圖4所示。

圖4 秸稈復(fù)合墻板耐候性試驗

耐候性試驗在進行了80 次熱雨循環(huán)、5 次熱冷循環(huán)、高濕環(huán)境7 d 后，外觀檢查顯示試樣無裂縫、粉化、空鼓、剝落現(xiàn)象。試驗前后的耐候性試驗墻照片如圖5所示。

圖5 試驗墻耐候性試驗前后照片

2 秸稈復(fù)合墻板物理力學(xué)性能試驗研究

對秸稈復(fù)合墻板主要的常規(guī)性能也進行了測試，測試在國家建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心進行，依據(jù)GB/T 23451—2009《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》進行測試，結(jié)果如表1所示。

表1 秸稈復(fù)合墻板物理力學(xué)性能

從表1 可以看出，常規(guī)性能測試符合標準的要求，其中抗彎承載、抗壓強度等指標遠高于標準的要求，具有較好的物理性能。

3 秸稈復(fù)合墻板隔熱、隔聲性能試驗研究

對240 mm 墻板的傳熱系數(shù)、隔聲性能進行了試驗，傳熱系數(shù)測試在綠色建材國家重點實驗室進行，依據(jù)GB/T 13475—2008《絕熱 穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測定 標定和防護熱箱法》采用標定熱箱法進行測試。隔聲性能測試在國家建筑材料測試中心進行，依據(jù)GB/T 19889.3—2005《聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量 第3 部分：建筑構(gòu)建空氣聲隔聲的實驗室測量》進行測試。傳熱系數(shù)測試結(jié)果為0.52 W/（m2·K），秸稈復(fù)合墻板具有良好的隔熱性能，達到建筑節(jié)能65%的要求。隔聲量44 dB，如果作為外墻和分戶墻，隔聲量達不到要求，需要采取進一步措施加強。

4 結(jié)論

（1）耐火試驗顯示，240 mm 厚的秸稈復(fù)合墻板耐火極限達到2 h，背火面溫升遠低于標準要求；180 mm 秸稈復(fù)合墻板的耐火極限達到3 h，具有良好的耐火性能。

（2）在耐候性試驗方面，秸稈復(fù)合墻板在進行了80 次熱雨循環(huán)、5 次熱冷循環(huán)、高濕環(huán)境7 d 后，外觀檢查顯示試樣無裂縫、粉化、空鼓、剝落現(xiàn)象。

（3）秸稈復(fù)合墻板主要的常規(guī)性能符合標準要求，且抗壓強度、抗彎承載等性能遠優(yōu)于標準要求。

（4）240 mm 的秸稈復(fù)合墻板的傳熱系數(shù)為0.52 W/（m2·K），具有良好的隔熱性能，但隔聲量不足，需要進一步采取措施提高隔聲性能。