輕鋼結構房屋墻體填充材料制備與性能研究

李棟

（華北水利水電大學 河南鄭州 450045）

本實驗的主要目的是實現墻體材料輕質化、控制澆筑材料凝固時間、使其具有一定的抗壓強度。實現墻體材料輕質化可極大的降低墻體的自重、節約成本、方便施工并且能提升建筑物的抗震性[2]；控制澆筑材料凝固時間在裝配式建筑中可以達到快速裝配拆卸模板的作用，節約了內外模板、提高了施工效率同時也節約了成本；輕鋼結構房屋的承重主要靠鋼結構本身，填充材料承擔封堵、隔擋、保溫隔音的作用，但考慮自身的穩定還是要求有一定的抗壓強度。目前我國框架結構建筑的墻體填充材料多采用加氣混凝土砌塊[3]，可顯著降低建筑物自重，大量利用粉煤灰、脫硫石膏粉、礦尾渣等工業廢棄物大幅度降低了生產能耗和使用能耗。

1 原材料

原材料包括脫硫石膏粉、速凝地質聚合物、eps顆粒（可發性聚苯乙烯）及水。

脫硫石膏粉的主要化學成分為二水硫酸鈣CaSO4·2H2O。它是石灰石-石膏濕法脫硫工藝產生的副產物，目前我國已投入運行的煙氣脫硫機組所產生的脫硫石膏的利用率還很低，大部分仍以堆存為主，已成為繼火電廠粉煤灰后的第二大固體廢物，怎樣把這一部分石膏變廢為寶是一個很緊迫的任務。

速凝地質聚合物的主要成分：其主要成分為鋁氧熟料（即鋁礬土、純堿、生石灰按比例燒制成的熟料）經磨細而制成。

聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene簡稱EPS）是一種輕型高分子聚合物。它是采用聚苯乙烯樹脂加入發泡劑，同時加熱進行軟化，產生氣體，形成一種硬質閉孔結構的泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫具有隔熱性好，熱導率低，隔音性能優良，且體積密度小、疏水性好、結構均勻、尺寸精度高等優點。

2 實驗方法

2.1 實驗設備

主要實驗設備有：電子秤；攪拌機；攪拌鍋；DY-3008DX全自動壓力

試驗機。

2.2 實驗流程

按實驗計劃配比用電子秤稱取好各所需原材料及水，放置在盆和量筒內備用，150×150×150的鋼制標準模具刷油備用。

實驗流程如圖1所示，將脫硫石膏粉倒入不銹鋼桶內加水進行攪拌，攪拌2min后將eps顆粒倒入桶內繼續攪拌，3min后脫硫石膏粉漿液將eps顆粒均勻包裹，加入速凝劑繼續攪拌3～5min料漿成自流狀態注入模具，用抹泥刀將標準立方體模具頂面刮平。控制在理想時間范圍內的試件筑模凝固后15～30min即可脫模，稱重記錄，經自然養護后做抗壓實驗。

2.3 配合比

圖1 墻體填充材料制備流程圖

本實驗最初的實驗配比是先大致確定一個拌合物在理想時間范圍內能凝固的配比，由于在優先考慮凝固的前提下eps顆粒在其中的影響甚微，所以先以脫硫石膏粉為基按脫硫石膏粉：速凝劑：水=1：0.2：1做一組實驗，觀察5h以上試塊未凝固；提高速凝劑比例到脫硫石膏粉：速凝劑：水=1：0.5：1制作的試塊觀察5h以上仍未凝固；在之后的實驗中發現速凝劑摻量比例在脫硫石膏粉：速凝劑：水=1：0.8：1的情況下拌合物能在10～15min內凝固。

經過大量配比實驗后，得出的配比優選實驗設計見表1。

表1 配比優選實驗設計

3 實驗結果分析

3.1 凝固時間

從記錄的試件凝固時間可以看出，速凝劑摻量達到一定比例后（脫硫石膏粉：速凝劑：水=1：0.8：1），繼續增加速凝劑摻量對拌合物的凝固時間影響較小，在加水量比例增加的情況下凝固時間也會有小幅度的增加，eps顆粒的摻量對凝固時間的影響甚微。凝固時間總體在10～15min之內。

3.2 密度

不同配比的試件表觀密度和干密度，見圖2，得知影響表觀密度和干密度最大的因子是eps顆粒的摻量，eps顆粒摻量越大，試件的表觀密度和干密度越小；水量的增加會使表觀密度增大，但對干密度的影響甚微。干密度的測定方法是將自然養護28d的試件置于電熱鼓風干燥箱中，在設定的溫度下烘干24h，其間每4h對試件進行一次稱重，直到前后兩次稱重差不大于試件質量0.5%時停止烘干，計算試件的干密度。

3.3 抗壓強度

試件脫模后，經過28d自然養護進行抗壓強度實驗。試件的抗壓強度用DY-3008DX全自動壓力試驗機測試，在電腦內設置好試件尺寸、養護齡期和加載速度后啟動設備進行加載至試件破壞，設備自動停止，讀取破壞荷載和抗壓強度。

圖2 不同配比試件密度

圖3 不同配比試件抗壓強度

各編號試件的抗壓強度見圖3，可以看出，eps顆粒的摻量越大，試件的抗壓強度越小；加水量的增加也會使抗壓強度降低；在其他材料比例不變的情況下，增加速凝劑的摻量可以提高試件的抗壓強度。

3.4 無收縮性

墻體材料的收縮，一般可劃分為化學收縮、干燥收縮、溫度收縮、碳化收縮等幾種，幾種形式基本都是同時進行，但相對而言，干燥收縮遠比另外幾種大。也就是說，干燥收縮對墻體材料的收縮影響最為明顯。材料的收縮會使墻體開裂，造成工程質量問題。

一般的加氣混凝土制品由于其多孔的性質，水分遷徙使水、水蒸氣和孔結構之間產生了強烈的相互作用，導致體積改變。實驗過程中，每種配比的填充材料都用一次性透明塑料杯制作試件留樣，自然養護28d后，可以得出制備的輕鋼結構墻體填充材料具有無收縮性。

4 結語

（1）通過配比優化實驗確定輕鋼結構房屋填充材料的最優配比為：脫硫石膏粉：速凝劑：水：eps顆粒=1：1：1.2：0.1。

（2）填充材料最優配比下的凝固時間為10min，凝固后10min即可脫模，只需要在自然狀態下養護即可。這大大節約了裝配式建筑的內外模板，提高了墻體成型的速度，同時也很大程度的在不影響建筑物質量的前提下節約了經濟成本。

（3）這種輕鋼結構房屋的墻體填充材料具有較小的密度，按最優配比脫模后的平均密度是689.38kg/m3，是普通混凝土密度的1/4作用，自然養護28d后由于水分的散失平均密度更是降為507.56kg/m3，這樣就很大程度的減小了建筑物的自重，提高了它的承載能力。

（4）制備的墻體填充材料不會發生收縮變形，從而也不會形成因變形產生的裂縫。