秸稈復(fù)合墻板應(yīng)用性能試驗(yàn)研究

陳繼浩，崔琪，潘華

（中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司 綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024）

0 引言

我國(guó)每年可收集利用秸稈量超過(guò)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(guó)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(wú)污染的資源，進(jìn)入建筑市場(chǎng)正迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇[5]。

秸稈復(fù)合墻板是以秸稈等生物質(zhì)資源，通過(guò)對(duì)秸稈在高溫下擠壓，利用秸稈纖維之間的機(jī)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(guò)附加無(wú)機(jī)面層形成的一類新型墻板，具有生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保、利用可再生生物質(zhì)資源比例高的特點(diǎn)，是真正的綠色建筑材料，屬于我國(guó)住建部推動(dòng)發(fā)展的生物質(zhì)建材。其主要特點(diǎn)是提供一種工業(yè)化大量利用秸稈的重要途徑，對(duì)于我國(guó)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(wèn)題具有重要意義。

秸稈建筑在國(guó)外最近20年來(lái)以其環(huán)保、低碳、節(jié)能優(yōu)勢(shì)，重新受到重視和發(fā)展[6-7]，目前在歐洲國(guó)家立法推動(dòng)的被動(dòng)房有一半以上是木結(jié)構(gòu)或生物質(zhì)建材建造的，我國(guó)秸稈建材的開發(fā)和發(fā)展研究也受到關(guān)注[8-9]，推動(dòng)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(diǎn)[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(lái)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(duì)其進(jìn)行應(yīng)用性能評(píng)價(jià)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(duì)建筑影響最大，是最受關(guān)注的性能指標(biāo)。因此，通過(guò)對(duì)耐火性能和耐候性的試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其安全性和耐久性。

1.1 耐火性能試驗(yàn)研究

秸稈復(fù)合墻體采用雙層秸稈芯板，通過(guò)木方連接，表面貼附硅酸鈣板、氧化鎂板、碳素板等無(wú)機(jī)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(yàn)對(duì)2種厚度的秸稈復(fù)合墻板進(jìn)行了耐火極限試驗(yàn)，對(duì)240 mm 秸稈復(fù)合墻板進(jìn)行2 h 耐火極限測(cè)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(guò)5 mm厚的無(wú)機(jī)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(yàn)在國(guó)家建筑材料測(cè)試中心進(jìn)行，耐火極限的檢驗(yàn)地點(diǎn)為西安市，檢驗(yàn)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(yàn)方法 第1 部分：通用要求》進(jìn)行2 h 的耐火極限測(cè)試。耐火試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果顯示，120 min 時(shí)隔熱性未破壞，試件背火面平均溫升1 ℃，背火面單點(diǎn)最高溫升1 ℃，遠(yuǎn)低于140 ℃的標(biāo)準(zhǔn)要求，具有優(yōu)異的隔熱性能。

經(jīng)過(guò)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(diǎn)燃、背火面出現(xiàn)貫通至試驗(yàn)爐內(nèi)的裂縫，背火面也未出現(xiàn)火焰現(xiàn)象。背火面試驗(yàn)前后的對(duì)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(yàn)前后對(duì)比

對(duì)180 mm 秸稈復(fù)合墻板進(jìn)行了3 h 耐火極限測(cè)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(guò)無(wú)機(jī)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(cè)試的方法與240 mm 厚秸稈復(fù)合墻板相同。測(cè)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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，背火面平均溫升不超過(guò)3 ℃，單點(diǎn)溫升不超過(guò)3 ℃，具有良好的耐火性能。

1.2 秸稈復(fù)合墻板耐候性試驗(yàn)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(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，對(duì)和耐火極限試驗(yàn)時(shí)相同結(jié)構(gòu)的240 mm秸稈復(fù)合墻體的耐候性進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)在國(guó)家建筑材料測(cè)試中心進(jìn)行，試驗(yàn)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(jìn)行測(cè)試。耐候性試樣尺寸為1200 mm×600 mm×240 mm，試驗(yàn)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(zhǎng)桿螺栓將對(duì)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(yàn)

耐候性試驗(yàn)在進(jìn)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(wú)裂縫、粉化、空鼓、剝落現(xiàn)象。試驗(yàn)前后的耐候性試驗(yàn)墻照片如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)墻耐候性試驗(yàn)前后照片

2 秸稈復(fù)合墻板物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究

對(duì)秸稈復(fù)合墻板主要的常規(guī)性能也進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試在國(guó)家建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心進(jìn)行，依據(jù)GB/T 23451—2009《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》進(jìn)行測(cè)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(cè)試符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，其中抗彎承載、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)研究

對(duì)240 mm 墻板的傳熱系數(shù)、隔聲性能進(jìn)行了試驗(yàn)，傳熱系數(shù)測(cè)試在綠色建材國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，依據(jù)GB/T 13475—2008《絕熱 穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定 標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》采用標(biāo)定熱箱法進(jìn)行測(cè)試。隔聲性能測(cè)試在國(guó)家建筑材料測(cè)試中心進(jìn)行，依據(jù)GB/T 19889.3—2005《聲學(xué)建筑和建筑構(gòu)件隔聲測(cè)量 第3 部分：建筑構(gòu)建空氣聲隔聲的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量》進(jìn)行測(cè)試。傳熱系數(shù)測(cè)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(dá)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(dá)不到要求，需要采取進(jìn)一步措施加強(qiáng)。

4 結(jié)論

（1）耐火試驗(yàn)顯示，240 mm 厚的秸稈復(fù)合墻板耐火極限達(dá)到2 h，背火面溫升遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求；180 mm 秸稈復(fù)合墻板的耐火極限達(dá)到3 h，具有良好的耐火性能。

（2）在耐候性試驗(yàn)方面，秸稈復(fù)合墻板在進(jìn)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(wú)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(biāo)準(zhǔn)要求，且抗壓強(qiáng)度、抗彎承載等性能遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步采取措施提高隔聲性能。