輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合墻板的性能研究

輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合墻板的性能研究

以鋼筋和稻草為原料，將其復(fù)合成具有隔離性和隔熱效果的巖棉板。水稻是一種谷物副產(chǎn)品。通常用于處理燃料或環(huán)境浪費(fèi)，污染環(huán)境，浪費(fèi)能源。因此，在水稻、普通硅酸鹽水泥、砂、水等原料中添加了一定的外加劑，研究了抗膽紅素、耐高低溫和低能耗抗凝劑的稻草殼發(fā)泡。分析了復(fù)合板的保溫性能、抗疲勞防滑性能和抗疲勞動(dòng)能耗。根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，介紹了抗旱性泥板和復(fù)合殼板的應(yīng)用領(lǐng)域。為了確保安裝后的復(fù)合板能夠滿足承受和變形的要求，提出了分離墻板和外墻板的設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)措施。1墻的主要材料1.1稻殼砂漿特性目前種植水稻的國(guó)家超過(guò)75個(gè)，每年水稻生產(chǎn)總量約為5億噸，我國(guó)的稻谷生產(chǎn)量居首位，近5年的年產(chǎn)量約2億噸，稻殼年產(chǎn)量約4千萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的30%以上．因此，稻殼是一種量大面廣價(jià)格低廉的可再生資源．稻殼是木質(zhì)纖維素材料，其成分為纖維素(約占40%)，木質(zhì)素(約占20%)，五碳糖聚合物(約占20%，主要為半纖維素)，灰分(約占20%)，以及較少含量的粗脂肪、粗蛋白等有機(jī)物．其中SiO2分布形式為網(wǎng)絡(luò)狀，作用相當(dāng)于鋼筋骨架，纖維素將骨架包裹其中，稻殼結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1．稻殼的高灰分含量及其微觀結(jié)構(gòu)使稻殼具有孔隙率大、重量輕、保溫性能好及耐腐蝕能力強(qiáng)的特性．稻殼的自然堆積密度為83～160kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.084～0.209W/(m·K)．此外，稻殼不僅具有良好的韌性，還具有一定的強(qiáng)度，且稻殼顆粒均勻，粒度適中，濕潤(rùn)后體積不膨脹，易于壓實(shí)，有利于拌和均勻和提高混合料的密實(shí)度.目前，我國(guó)對(duì)稻殼利用水平比較低，農(nóng)村地區(qū)稻殼除作燃料之外，幾乎都作為廢物處理，既占用土地資源，又污染了環(huán)境．針對(duì)這一問(wèn)題，研制開(kāi)發(fā)了由水泥、砂、粉煤灰、稻殼、水和高效減水劑拌制而成的稻殼砂漿，并對(duì)4種配合比的稻殼砂漿進(jìn)行物理力學(xué)性能測(cè)試．4種稻殼砂漿質(zhì)量配合比見(jiàn)表1.按照J(rèn)GJ70—90《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》、JGJ144—2004《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》、JGJ149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng)》和JG/T169—2005《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》對(duì)稻殼砂漿物理力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，表2為試驗(yàn)測(cè)得的稻殼砂漿各項(xiàng)物理力學(xué)性能．普通水泥材料的密度為3000kg/m3，稻殼砂漿的密度約為水泥的1/2，稻殼的加入使水泥材料的密度大幅度降低．與水泥材料相比，稻殼砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均有一定的提高，試件A、C、D的抗壓強(qiáng)度均大于20MPa，滿足規(guī)范對(duì)承重砂漿抗壓強(qiáng)度的要求．稻殼砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)為0.9W/(m·K)，水泥材料導(dǎo)熱系數(shù)為1.8～3.0W/(m·K)，普通混凝土1.51W/(m·K)，普通紅磚0.81W/(m·K)，可見(jiàn)稻殼砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)低于常用墻體材料．與普通墻體材料相比，稻殼砂漿具有較好的保溫性能．1.2巖棉板性能要求巖棉是以玄武巖或輝綠巖為主要原料，摻加一定質(zhì)量的補(bǔ)助料，經(jīng)高溫熔融和離心工藝制成的人造無(wú)機(jī)纖維，主要成分為SiO2、Al2O3、CaO2、MgO2以及Fe2O3．與普通保溫材料相比，巖棉具有容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、不燃燒、防火無(wú)毒、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)．在建筑領(lǐng)域，巖棉可作為建筑物外保溫材料、內(nèi)隔墻隔聲填充材料以及室內(nèi)吊頂吸聲材料．表3給出了巖棉板基本物理性能指標(biāo).2外墻裝飾2.1外墻板退火極限試驗(yàn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》以及《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》強(qiáng)制性條文針對(duì)墻體不同耐火等級(jí)提出耐火極限和燃燒性能2項(xiàng)規(guī)定，火災(zāi)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件在滿足耐火極限的同時(shí)，應(yīng)符合規(guī)范對(duì)燃燒性能的規(guī)定.外墻板試件尺寸為3270mm×3270mm×250mm，由兩塊稻殼砂漿輕質(zhì)復(fù)合墻板拼裝而成．墻體試件自背火面至向火面的斷面依次為1層25mm輕質(zhì)稻殼保溫砂漿、1層60mm巖棉、1層80mm空氣層、1層60mm巖棉板以及1層25mm輕質(zhì)稻殼保溫砂漿，如圖2所示．為使墻板具有較好的整體力學(xué)性能，采用設(shè)置冷拔鋼絲以及鍍鋅電焊網(wǎng)等措施進(jìn)行加固，并配置聚苯板條作為隔斷．外墻板耐火極限試驗(yàn)按照GB/T9978—1999《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》進(jìn)行，在墻體中部共埋設(shè)了8個(gè)熱電偶，見(jiàn)圖3．外墻板耐火極限試驗(yàn)時(shí)間為2h．當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到2h時(shí)，試件背火面最高單點(diǎn)溫升為30.6℃，最高平均溫升為20.8℃;墻體沒(méi)有出現(xiàn)寬度>6mm的貫穿裂縫．由試驗(yàn)結(jié)果可知，墻體試件保持較好的完整性和隔熱性，墻體試件耐火極限>2.0h.由耐火試驗(yàn)結(jié)果可知:(1)從燃燒性能角度分析，稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合保溫墻板應(yīng)視為非燃燒體或者不燃燒體．(2)厚度為250mm的此類(lèi)墻板耐火極限>2.0h．按現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合保溫墻板適用于9層及9層以下的住宅，單層、多層以及高層工業(yè)建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)非承重外墻．2.2隔聲性能評(píng)價(jià)聲音遇到障礙物時(shí)，部分聲能被障礙物反射，部分聲能被障礙物吸收，剩余部分聲能則通過(guò)障礙物輻射到相鄰空間，入射聲能包括透射聲能，其數(shù)值大于透射聲能．由障礙物引起聲能降低的現(xiàn)象稱(chēng)為隔聲．為評(píng)價(jià)圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔聲性能優(yōu)劣，常采用考慮隔聲頻率特性曲線隔聲低谷與人主觀感受的隔聲效果相符的單值評(píng)價(jià)量，稱(chēng)為計(jì)權(quán)隔聲量，用Rw表示，單位為dB.稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板的隔聲性能試驗(yàn)依據(jù)JG/T169—2005《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》進(jìn)行．試件尺寸為2500mm×1800mm×250mm,2塊試件的空氣聲隔聲量檢測(cè)值均達(dá)到51dB．可見(jiàn)該類(lèi)墻板的計(jì)權(quán)隔聲量滿足住宅、學(xué)校和醫(yī)院建筑一級(jí)隔聲標(biāo)準(zhǔn)，以及旅館建筑特技隔聲標(biāo)準(zhǔn)，可作為圍護(hù)構(gòu)件應(yīng)用于對(duì)隔聲量有相應(yīng)要求的建筑物中．2.3墻板導(dǎo)熱系數(shù)稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板的保溫性能，通過(guò)對(duì)1塊外觀尺寸為4200mm×3000mm×250mm的外墻板進(jìn)行熱工計(jì)算，并考慮外墻板周邊鋼筋混凝土梁和柱的熱橋效應(yīng)的影響，得到該墻板的加權(quán)平均熱阻為2.04(m2·K)/W，導(dǎo)熱系數(shù)為0.490W/(m2·K).為實(shí)際測(cè)定稻殼砂漿外墻體結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，制作了1500mm×1500mm×250mm試件，進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)，測(cè)得試件導(dǎo)熱系數(shù)為0.434W/(m2·K)．由JGJ26—95《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》的規(guī)定可知，外墻導(dǎo)熱系數(shù)不應(yīng)大于0.52W/(m2·K)．故此類(lèi)墻板的導(dǎo)熱系數(shù)較低，可滿足規(guī)范對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)限值的要求．2.4試驗(yàn)研究.依據(jù)JG/T169—2005《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》的規(guī)定，對(duì)5塊標(biāo)準(zhǔn)稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板試件的面密度、抗沖擊性能和含水率等性能進(jìn)行試驗(yàn)研究．取試驗(yàn)結(jié)果的平均值，稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板的各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表4.3不同墻板強(qiáng)度下的承載力稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板與分戶墻板由于在建筑中布設(shè)位置及其承受荷載不同，應(yīng)分別對(duì)框架與墻板連接構(gòu)造以及兩類(lèi)墻板結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保該類(lèi)墻板在外荷載作用下具有足夠的承載力和剛度.3.1鋼筋節(jié)點(diǎn)連接方式依據(jù)框架結(jié)構(gòu)實(shí)際層高和實(shí)際柱距，對(duì)外墻板尺寸分割，其長(zhǎng)度應(yīng)取為實(shí)際柱距，高度取為實(shí)際層高．當(dāng)柱距>6m時(shí)，可采用相鄰兩柱間設(shè)置2塊外墻板的方式．將凹槽設(shè)置于墻板端部以形成工藝柱，以便連接相鄰?fù)鈮Π澹鈮Π宓姆指钜?jiàn)圖4.沿板長(zhǎng)度和高度方向均布設(shè)貫通板厚度的稻殼砂漿筋肋，肋寬50mm，稻殼砂漿筋肋作為主要受力部件承擔(dān)墻板自重以及外荷載．筋肋內(nèi)部沿水平和豎直方向布置鋼筋，兩個(gè)方向鋼筋交點(diǎn)采用點(diǎn)焊連接，以形成鋼筋網(wǎng)片．墻板外側(cè)和內(nèi)側(cè)均布設(shè)鋼筋網(wǎng)片，兩層鋼筋網(wǎng)片采用斜向鋼筋作為腹桿的方式連接，形成由兩層鋼筋網(wǎng)片和斜向鋼筋腹桿組成的三維鋼筋網(wǎng)架．外墻板的構(gòu)造與圖2相同，依靠相互正交的豎直筋肋和水平筋肋承受風(fēng)荷載及自重，故需對(duì)筋肋內(nèi)的鋼筋進(jìn)行配筋計(jì)算，計(jì)算方法與普通混凝土板相同．安裝施工過(guò)程中，外墻板與框架結(jié)構(gòu)可按如下連接方式:外墻板底部的水平筋肋與每根豎直筋肋相交處設(shè)置兩塊預(yù)埋鐵件．外墻板安裝就位時(shí)，其中一塊預(yù)埋鐵件坐落在樓板上，與樓板上的預(yù)埋件可靠焊接連接;另一塊預(yù)埋鐵板坐落在下層外墻板水平筋肋上，對(duì)二者進(jìn)行可靠焊接連接．外墻板與框架梁間可采用錨固鋼筋連接的方式，錨固鋼筋設(shè)置于外墻板梁模槽及柱模槽邊緣的水平筋肋和豎直筋肋上．施工過(guò)程中，在澆筑框架梁柱混凝土前，先將外墻板固定就位，然后安裝梁柱構(gòu)件的模板，錨固鋼筋伸入梁柱構(gòu)件的模板中，澆筑混凝土使外墻板與框架結(jié)構(gòu)形成統(tǒng)一整體．圖5和圖6為外墻板與框架梁柱的連接．3.2材料層與分戶墻板連接稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合分戶墻板作為建筑的分隔構(gòu)件，其尺寸劃分方法與外墻板類(lèi)似，外形尺寸依據(jù)框架結(jié)構(gòu)實(shí)際層高以及實(shí)際相鄰框架柱的間距分塊，墻板長(zhǎng)度取為實(shí)際柱間凈距，高度取為樓面至梁底面的凈高．圖7為分戶墻板在框架結(jié)構(gòu)中的劃分．稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合分戶墻板板度取為200mm，沿板厚度方向由內(nèi)到外依次設(shè)置空氣間層(厚度為30mm)、巖棉板層(厚度為60mm)以及稻殼砂漿層(厚度為25mm)．圖8為沿板厚度方向材料層的分布．在使用階段分戶墻板不承擔(dān)風(fēng)荷載，只承擔(dān)自重荷載以及一定的分戶墻板外表面裝修荷載．有計(jì)算分析可知，外墻板板格內(nèi)配置鍍鋅鋼絲網(wǎng)2@50mm×50mm，即可滿足設(shè)計(jì)風(fēng)荷載作用下外墻板承載力以及變形驗(yàn)算，與外墻板相比，分戶墻板承擔(dān)的荷載較小，故分戶墻板的板格內(nèi)鍍鋅電焊網(wǎng)尺寸可適當(dāng)放大，取為2@60mm×60mm.分戶墻板與框架梁柱可采用預(yù)埋件可靠焊接連接的形式，將預(yù)埋件設(shè)置于分戶墻板的四邊筋肋相交處，施工安裝過(guò)程中，先將分戶墻板吊裝就位，在樓板相應(yīng)位置埋設(shè)預(yù)埋件，采用可靠焊接連接．分戶墻板周邊的框架梁柱拆模后，在框架梁柱設(shè)置預(yù)埋件，與分戶墻板上相應(yīng)位置的預(yù)埋件焊接連接，完成分戶墻板的安裝．圖9為分戶墻板與樓板、框架梁柱的連接．4墻體造價(jià)對(duì)比稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板每平方米的生產(chǎn)成本為138.76元，以建筑面積同為216m2的房間為例，將傳統(tǒng)紅磚墻和稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板的造價(jià)進(jìn)行比較，見(jiàn)表5.由表5可見(jiàn)，采用稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板時(shí)，建筑使用面積比采用傳統(tǒng)紅磚墻增加了6.6%，而每平方米使用面積造價(jià)比傳統(tǒng)紅磚墻造價(jià)降低了28.8%，每平方米墻體造價(jià)比紅磚墻體造價(jià)降低18.5%．因此，使用稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能復(fù)合外墻板比采用傳統(tǒng)紅磚具有更客觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益．5稻殼砂漿質(zhì)節(jié)能復(fù)合墻板性能研究稻殼砂漿抗壓強(qiáng)度較高，導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫性能好，可視為物理力學(xué)性能良