秸稈集成夾芯復合保溫墻板性能特點及發(fā)展研究

楊礬 王子杰

摘 要：【目的】基于現(xiàn)有的幾種典型輕質(zhì)保溫建筑墻板的組成及特點，結合當代同類較前沿的輕質(zhì)保溫墻板，提出了一種綠色環(huán)保的秸稈集成夾芯復合保溫墻板?！痉椒ā客ㄟ^對比分析的研究方法，歸納總結墻板的組成特征、建筑物理性能、有毒有害物質(zhì)限量等并加以研究論述。【結果】分析出秸稈集成夾芯復合保溫墻板具有防水防潮、防火抗裂、安裝簡便等優(yōu)良特點，且板材本身具有綠色環(huán)保、無毒無害、對環(huán)境友好的優(yōu)勢。【結論】該秸稈集成夾芯復合保溫墻板不僅提高了廢料利用率，而且具有較強的傳統(tǒng)工藝可代替性。

關鍵詞：秸稈；保溫墻板；性能特征；經(jīng)濟效益

中圖分類號：TU761.12? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1003-5168（2023）06-0071-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.06.014

Study on Performance Characteristics and Development of Straw Integrated Sandwich Composite Thermal Insulation Wallboard

YANG Fan1 WANG Zijie2

（1. Zhengzhou University， Zhengzhou 450000， China; 2. Renai College of Tianjin University， Tianjin 301636， China）

Abstract： [Purposes] Based on the composition and characteristics of several typical lightweight insulation building wall panels， combined with the cutting-edge lightweight insulation wall panels of the same kind in contemporary times， a green and environmentally friendly straw integrated sandwich composite insulation wall panel is proposed. [Methods] Through the research method of comparative analysis， this paper summarizes the composition characteristics， building physical properties， toxic and harmful substance limits of wall panels， etc. [Findings] The results show that the straw integrated sandwich composite insulation wall panel has excellent characteristics such as waterproof and moisture-proof， fireproof and crack resistance， easy installation， etc.， and the board itself is green， non-toxic and harmless， and environmentally friendly. [Conclusions] The straw integrated sandwich composite insulation wall panel not only improves the waste utilization rate， but also has strong substitution of traditional technology.

Keywords： straw; thermal insulation wallboard; performance characteristics; economic benefits

0 引言

自1988年8月起國家有關部門出臺了限制使用黏土磚、對磚瓦產(chǎn)品征收增值稅等墻材新規(guī)定，鼓勵采用新型材料制成的輕質(zhì)高強保溫墻板，并有一定的優(yōu)惠扶持政策。隨著裝配式建筑的推廣使用，輕質(zhì)保溫墻板是墻體發(fā)展的必然趨勢。

河南省作為農(nóng)業(yè)大省，地處平原且毗鄰黃河，耕地面積較為廣闊。眾所周知，農(nóng)作物收獲后田地里會留下大量的秸稈，而秸稈是一種極為常見的植被廢料。傳統(tǒng)的處理辦法往往是加工成豬牛羊等牲畜的飼料。然而隨著我國經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，個體戶飼養(yǎng)的牲畜越來越少，田野里堆積的秸稈卻越來越多，秸稈廢料處理的方式也由制成飼料變?yōu)榉贌?。大量焚燒處理秸稈污染環(huán)境，有火災安全隱患，沒有落實可持續(xù)發(fā)展的相關理念。

秸稈集成夾芯復合保溫墻板的原材料主要以農(nóng)作物秸稈廢料為主，具有防水防潮、防火抗裂、安裝簡便等優(yōu)點。在當代社會經(jīng)濟高速發(fā)展、節(jié)能綠色建筑大力推廣的背景下，大力推廣新型秸稈集成夾芯復合保溫墻板，既解決了秸稈焚燒處理諸多問題，又為新型墻板的制作方法提供新的理念與思路，促進現(xiàn)代化建筑加快朝前發(fā)展。秸稈集成夾芯復合保溫墻板在保證人民住房安全的前提下，能減少墻材成本和安裝難度，提高施工效率和建筑質(zhì)量，因此，具有強大的競爭優(yōu)勢和廣闊的市場前景。

1 性能特征與產(chǎn)品優(yōu)勢及市場

1.1 產(chǎn)品性能特征

保溫墻體通常可根據(jù)保溫層所在墻體的具體部位，分為以下3種基本類型，即外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫與外墻夾層保溫。外墻夾層保溫具有絕熱性能好、造價低廉、有效避免砌塊開裂、建筑施工便利等優(yōu)勢，因此在設計秸稈集成夾芯復合保溫墻板時，宜采用夾層保溫這一基本類型。夾層保溫墻板根據(jù)墻體細部構造不同，其組成又可分為以下兩種基本形式：一是由重墻飾面層、纖維增強層、保溫層、磚砌塊或混凝土墻等結構組成；二是由輕墻飾面層、纖維增強層、保溫層、雙層紙面石膏板、輕型鋼結構梁等組成。這兩種夾層保溫的構造形式既適用于建筑外立面的承重墻結構，也適用于建筑內(nèi)部非承重墻結構，具有廣泛的適用性。保溫層的材料選擇通常為導熱系數(shù)較小的高效保溫材料，如無機保溫材料、離心剝離纖維棉、氣凝膠氈、聚氨酯發(fā)泡板、玻璃纖維棉板等。

秸稈集成夾芯復合保溫墻板以秸稈為原料，采用外墻保溫結構中的預制夾層保溫墻板，又稱為秸稈集成三明治墻板。其廣泛應用于框架結構內(nèi)隔墻等非承重墻體，并且該墻板可根據(jù)建筑施工的具體要求，生產(chǎn)出寬度為0.6 m、厚度為0.1～0.2 m、長度為2.5～4.5 m等不同規(guī)格型號的輕質(zhì)保溫墻板。

制備由秸稈集成的復合保溫夾芯墻板時，首先將面層材料與纖維增強層牢固連接，再與保溫材料層及基體墻體通過特制卡槽進行拼接，從而形成復合整體墻材料，降低了維護和養(yǎng)護費用，提高了經(jīng)濟效益。采用裝配式的方式進行墻板施工，可大大加快施工速度，進而縮短施工周期。此外，秸稈集成夾芯復合保溫墻板具有防火、隔聲、抗凍、耐水、抗震等優(yōu)勢。具體如下：①通過在墻板內(nèi)部增設少量不燃體材料，可在明火1 000 ℃時不燃燒，且其他防火項指標也均優(yōu)于傳統(tǒng)墻體結構；②經(jīng)隔聲試驗檢測，該墻板的隔聲效果可達50 dB，具有良好的隔聲作用；③抗凍和極冷、極熱試驗中構件均未出現(xiàn)明顯開裂破壞，且具有良好的抗彎破壞能力和抗沖擊能力；④將秸稈集成夾芯復合保溫墻板分別靜置于0 ℃、35 ℃的水中，經(jīng)過7 d后墻板均無明顯變化；⑤經(jīng)試驗測定，秸稈集成夾芯復合保溫墻板的重量約為33 kg/m2，與傳統(tǒng)加氣混凝土墻相比，其室內(nèi)可使用面積增加約6%，提高功效近2倍，降低工程造價10%～15%，較傳統(tǒng)材料成本降低約75%。

1.2 產(chǎn)品優(yōu)勢

1.2.1 易于取材且能有效利用廢料。秸稈復合夾心墻板是通過對秸稈在高溫下進行擠壓，利用秸稈纖維之間的機械鎖合和高溫下分泌的膠質(zhì)物黏合形成的秸稈芯板，附加無機材料面層形成的一種新型墻板材料［1］。此類板材的生產(chǎn)過程基本無污染，取材廣泛且能利用再生的物質(zhì)資源，可重復利用的比例也較高，是一種真正意義上的綠色環(huán)保型建筑材料，因此，國家有關部門將該類材料列入重點發(fā)展的產(chǎn)品目錄來推廣使用。

1.2.2 綠色環(huán)保，有害有毒物質(zhì)量少。秸稈集成夾芯復合保溫墻板采用的原材料為農(nóng)作物秸稈廢料等，其主要成分為植物纖維，是綠色建筑材料。秸稈纖維作為主原料，在高溫擠壓條件下使秸稈纖維中的膠質(zhì)物黏結板材，代替了膠水在保溫墻板制作工藝中的作用，從而減少甲醛對人體的危害。

1.2.3 裝修簡單快捷，操作安裝方便。墻板在設計時預留專用的滑軌式裝配卡槽，安裝較傳統(tǒng)保溫墻板更簡便快捷，且對工人的技術水平要求也較低，有專業(yè)知識的人員都能很快上手安裝，且可直接在素體墻上安裝。

1.2.4 防火性能優(yōu)良。集成墻板的抗火等級能達到B1級，能滿足一般性工程的防火要求。

1.2.5 相對傳統(tǒng)裝修工藝的替代性好。在普通墻面進行裝修時，有清補面層、打磨、噴涂膠等多道工序，而且不可避免地產(chǎn)生裝修污染及裝修廢料垃圾，而在采用集成式墻板裝修時，由于將墻面色彩預先設計集成在墻板面層，不僅表面具有了涂料、墻紙的色彩和圖案，同時還具有普通墻面沒有的凹凸感，即墻面圖案的立體感，這也是集成墻板的特色之一。

1.3 產(chǎn)品劣勢

1.3.1 有效面積減小。相較于外保溫和內(nèi)保溫兩種保溫墻板而言，夾層保溫墻體更厚。在建筑總占地面積一定的條件下，采用夾層保溫墻體會使建筑物本身的有效使用面積減小。

1.3.2 易受內(nèi)外溫差影響。當溫度變化波動幅度較大時，尤其是在我國北方的冬季，室內(nèi)和室外的溫差過大導致外墻板材受溫度應力影響大，極易對墻體結構造成破壞。

1.3.3 接縫滲水。與現(xiàn)澆墻板相比，預制墻板有接縫缺陷，因此容易發(fā)生滲水、漏水。

1.3.4 抗震性能不好。夾層保溫墻板中保溫層兩側的墻體均為剛性承重墻體，在抗震重點設防地區(qū)不適合采用此種保溫墻板。

1.3.5 熱橋問題。受熱橋因素影響，會導致墻體的絕熱性能被削弱，而墻體柱梁等仍具有熱橋效應。

1.4 市場應用前景

秸稈集成墻板較現(xiàn)有的竹木集成墻板具有更輕更強的特點，較低的價格使其贏得了一定市場優(yōu)勢，在現(xiàn)代城鄉(xiāng)建設所需的保溫墻板中占據(jù)一席之地，有較為廣闊的市場應用前景。

2 性能檢測及技術指標

2.1 秸稈集成墻板的建筑物理性能

秸稈集成墻板與其他墻板的建筑物理性能比較見表1，從表1中不難看出秸稈集成墻板的優(yōu)越性。

2.2 有毒有害物質(zhì)限量

隨著社會的不斷進步和人們生活水平的提高，人們對居住環(huán)境的要求也越來越高，不僅要求室內(nèi)裝飾精美，同時也對使用的裝修材料提出更高的要求，尤其是建筑材料的環(huán)保性。秸稈集成復合墻板因其特有的綠色環(huán)保、可循環(huán)利用性能而受到消費者追捧。為了減少墻板對人體的影響，已有的標準對板材甲醛釋放量的規(guī)定如下［2］：E0級的甲醛的釋放量≤0.5 mg/L，E1級的甲醛的釋放量≤1.5 mg/L；總揮發(fā)性有機化合物TVOC的檢出量≤0.5 ［mg/（m?·h）］（72 h）。秸稈集成夾心墻板完全能滿足上述要求，采用此類墻板裝修后，也僅需采取簡單的開窗通風方式，便可入住。

3 現(xiàn)有保溫墻板對比分析及總結

3.1 集成式墻板

在集成式墻板方面，模塊化竹木保溫墻板也是其中之一。它主要由竹木纖維集成墻板、真空絕熱板與氣凝膠氈組成［3］，如圖1所示。竹木纖維集成墻板作為模塊化墻板的外表面，具有價格較高、原材料資源受限、不易取材、竹材比麥秸稈重等缺陷。因此，可用秸稈集成夾芯復合保溫墻板代替竹木纖維集成墻板，從而達到廢料利用、墻板重量減輕的目的。同時，秸稈相對于竹木價格低廉，且材料極易獲取。采用秸稈代替竹木作為原材料，不僅減少秸稈焚燒污染空氣等所帶來的危害，而且大大降低保溫墻板的成本，進而提高了社會經(jīng)濟效益。

3.2 復合式墻板

在復合式墻板方面，氟石膏復合保溫墻板也是其中之一。它是將各種原料經(jīng)計量、混合攪拌制作成復合墻板的芯料，然后與紙面連續(xù)復合成型的工藝過程。經(jīng)過試驗研究，其采用了“加氣”與“泡沫”混合工藝，使制品含有更多的微孔，以提高制品的保溫隔熱性能［4］。具體的工藝流程是先對原料進行計量，用工具進行攪拌處理，接著通過上紙、下紙操作完成紙面的復合，最終使試件完美成型，最后通過烘干、切割、堆放等一系列操作完成。

氟石膏復合保溫墻板與秸稈集成夾芯復合保溫墻板相比而言，秸稈集成墻板具有以下幾種優(yōu)勢。首先，同規(guī)格大小的氟石膏墻板與秸稈保溫墻板相比，秸稈保溫墻板的面密度及板容重更輕；其次，在原材料的獲取及板材制成費用方面，氟石膏墻板花費更高，且秸稈材料容易獲取，成本及后期生產(chǎn)工藝費用較低，秸稈集成墻板總成本遠低于氟石膏保溫墻板；最后，根據(jù)《纖維增強復合材料保溫板》（JG/T 2510—2019）的要求，在秸稈集成墻板與氟石膏保溫墻板均合格的前提下，秸稈保溫墻板的干燥收縮值、彎曲破壞荷載值及單點吊掛能力等強度、剛度、穩(wěn)定性參數(shù)均優(yōu)于氟石膏墻板。

3.3 一體化墻板

一體化保溫墻板中剪力墻結構建筑物外墻均采用了無空腔復合保溫一體化板，墻板總厚度為100厚，外墻保溫材料芯材選用80厚擠塑聚苯板，燃燒性能B2級，模板外側保護層20厚［5］。該保溫板材的實際裝修施工建設范圍主要適用于框架-剪力墻結構和大部分抗震墻結構，且建筑物要求的抗震設防烈度為7度及以下地區(qū)的建筑項目。

一體化保溫板與秸稈集成保溫墻板相比，二者在板材構件設計方面均采用整體化的思路。但秸稈保溫墻板燃燒性能為B1級，為難燃材料制品，其燃燒性能要優(yōu)于一體化保溫墻板。在墻板受熱受火時，擠塑聚苯板燃燒易揮發(fā)出有毒有害氣體，秸稈植物燃燒通常只產(chǎn)生二氧化碳氣體，危害更小，保障了人們的生命安全。

4 未來展望

4.1 社會經(jīng)濟效益

秸稈集成夾芯復合保溫墻板相較于傳統(tǒng)保溫墻板，在防火阻燃、耐酸堿腐蝕等方面均符合國家相關規(guī)范的前提下，具有更低的建筑能耗。相較于傳統(tǒng)外墻保溫層，秸稈集成保溫墻板與外墻同步施工，不僅延長了保溫墻板的使用周期，而且減少后期維修養(yǎng)護費用，延長了建筑壽命。同時，秸稈保溫板采用工廠大規(guī)模生產(chǎn)，使保溫墻板從制備成型到安裝完成周期縮短了20％左右。經(jīng)過粗略統(tǒng)計計算，秸稈集成復合保溫墻板與傳統(tǒng)粘貼保溫層墻體相比，每1 000 ｍ2節(jié)約減少費用約200元，具有良好的經(jīng)濟效益。

4.2 未來展望

秸稈集成夾芯復合保溫墻板具有質(zhì)量輕、強度高、易取材、符合循環(huán)發(fā)展、廢料再利用等綠色環(huán)保理念，且輕質(zhì)保溫墻板是墻體發(fā)展的必然趨勢。

當前中國的發(fā)展進入新的時期，城市作為社會經(jīng)濟發(fā)展中心，居民建筑朝著現(xiàn)代化、生態(tài)化的目標發(fā)展，保溫隔熱墻材同樣存在著優(yōu)化升級的空間。目前在秸稈集成夾芯墻板設計中融入綠色環(huán)保、輕質(zhì)高強等設計理念，在提升保溫墻板質(zhì)量的同時為綠色建設服務，保障人們的住房安全，滿足人與自然和諧相處的理念要求，既擁有廣闊的發(fā)展前景，又帶來良好的社會經(jīng)濟效益。

5 結語

筆者主要研究了秸稈集成夾芯復合保溫墻板的產(chǎn)品優(yōu)勢、市場、性能檢測及相關技術指標等，總結了秸稈集成夾芯復合保溫墻板的相對優(yōu)勢，分析了秸稈集成夾芯復合保溫墻板具有防水防潮、防火抗裂、安裝簡便等優(yōu)點，并與之相關類型的幾種輕質(zhì)保溫墻板對比分析，總結出秸稈集成夾芯復合保溫墻板的相對優(yōu)勢，并對未來發(fā)展進行展望。

參考文獻：

［1］陳繼浩，崔琪，潘華.秸稈復合墻板應用性能試驗研究［J］.新型建筑材料，2021，48（4）：92-94.

［2］錢平，崔成成.竹木纖維集成墻板的性能特點與檢測要求［J］.建設科技，2019（9）：67-70.

［3］朱文祥，劉永剛，吳志敏，等.新型模塊化保溫墻板的開發(fā)與應用實踐［J］.江蘇建筑，2020（6）：115-118.

［4］張錦峰，許紅升，王玉洪，等.氟石膏復合保溫墻板的開發(fā)與應用研究［J］.墻材革新與建筑節(jié)能，2005（9）：25-27，3.

［5］李文龍，岳小同，李奕儒，等.一體化保溫墻板在剪力墻結構施工中的應用和研究［C］//浙江省土木建筑學會.第26屆華東六省一市土木建筑工程建造技術交流會論文集（上冊）.北京：《施工技術》雜志社，2020：4.