竹材陶粒复合墙板的材性试验研究

2015-06-29陈璐

四川水泥 2015年8期

关键词：复合墙陶粒竹材

陈璐

（滨州学院建筑工程系，山东滨州 256600）

竹材陶粒复合墙板的材性试验研究

陈璐

（滨州学院建筑工程系，山东滨州 256600）

随着墙体改革的深入，各类绿色环保、低碳节能的新型墙板和生态墙板不断涌现。本文将通过对竹材和陶粒混凝土的材性试验，研究一种新型的竹材陶粒混凝土复合墙板的可行性和应用价值。

竹材，陶粒混凝土，复合墙板

1 材料简介

中国是竹之故乡，早在两千多年前，竹材已被大量用于造园，直到现在南方还有很多省份用竹子建房。在这些江南民居建筑中，竹子一般是作为夯土墙的骨料，或者劈成竹条编制成竹笆外墙和窗间墙防护网、护墙板等[1]。而在整个世界范围内，竹子都是古老而传统的建筑材料。南亚孟加拉国的农房九成是竹材建的；南美哥伦比亚的安第斯山地区的人们用竹材建造房屋的结构柱和作为楼板、墙板的板条。随着科技的发展，竹子被开发出更多新用途，制成各种建筑板材如竹纤板、竹胶板、装饰板等，做成大跨度结构如桁架和网架结构的支撑构件。国内外学者也逐渐重视竹材的应用研究，德国学者利用纳米技术使竹材真正成为坚固耐久不发霉的“植物钢铁”；我国学者韩添石等提出将薄壁型钢两面粘结竹胶板并用竹板封边，从而形成一种轻型钢竹组合楼板；我国学者李玉顺等还设计出压型钢板-竹胶板组合墙体作为绿色墙材进行应用研究[2-3]。

我国从20世纪50年代开始研究轻骨料混凝土的应用，但受技术和经济等限制，一直未取得预期的应用效果[4]。近年来随着建筑技术的进步，具有独特的轻质高强、高耐久性、节能保温、抗震等性能的陶粒混凝土重新获得了前所未有的发展契机，在超高层建筑、大跨度建筑及海上建筑的建造中都赢得了人们的青睐[5]。美国、西欧、日本等发达国家对高性能陶粒混凝土的研究和应用已较成熟[6]，LC50～LC60陶粒混凝土已普遍应用于工程中。1999年我国颁布了《轻骨料混凝土结构设计规程》，制定了陶粒混凝土构件的弯、剪、扭等设计公式，推动了陶粒混凝土在我国的研发，国内自行研发的轻骨料混凝土等级可达 LC30～LC50，如珠海国际会议中心、云南建工医院主体结构、天津永定河大桥桥面等都采用了轻骨料混凝土。

1992 年国务院首次提出墙体改革工作提出重要意见，“要大力发展节能、节地、利废、保温、隔热的新型墙体材料，加快墙体材料革新，推进建筑节能工作。”从此全国各地不断涌现各类绿色环保、低碳节能的新型墙体材料，如钢丝网架保温夹芯板、夹层复合板、镁土板、定向木纤维胶合板等复合墙板和秸秆板、稻草板等生态墙板[7]。复合墙板（也称夹芯板）通常由上下两层高强的面板粘结轻质的夹芯板组成，其抗弯承载力和刚度较高，强重比优越。夹芯层通常有两种，一种填充轻质聚合物，如珍珠岩、木屑、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等；一种为空芯，如蜂窝式夹芯或波纹夹芯。复合墙板的优点众多，被面板保护的夹芯保温层具有良好的保温隔热性能以利节能；不需要做内外墙保温，防火且耐久；可在工厂预制生产并有效减少施工现场湿作业和模板用量，加快进度；墙面质量稳定，外观平整，墙面抹灰裂缝、起鼓等问题较少，因此各类复合墙板的研发和推广如火如荼。

本文将研究一种新的复合墙板——竹材陶粒复合墙板的可行性，将竹材制成竹筋代替钢筋，用陶粒混凝土代替普通混凝土形成复合墙板，将竹材导热系数小、绿色环保的优点和陶粒混凝土轻质高强的特点有机结合起来，避免了钢丝冷桥的形成，并使墙板自重降低约35%，节能效果显著增强。

2 竹筋的材性试验

重组竹材（又称重竹），是把直径低于80mm的三年生以上早竹、高节竹或毛竹等通过辗搓设备加工成横向不断、纵向相连的丝束，再干燥、施胶和热压从而形成的新型加工竹材。层压竹材通常是借助粘结剂并经过加热、加压把多层竹皮粘接为层压竹板，再切割成竹筋。

试验采用浙江安吉产的重组竹和层压竹试件，截面边长均为10 10mm mm× ，长度40mm，通过万能试验机测量其极限抗拉强度和弹性模量。竹筋试件两端需裹缠浸胶的碳纤维布并形成阶梯形，防止应力集中，最外端粘贴铝片，与万能试验机夹头直接接触，保护竹筋两端不被夹头夹断。试件图片如图 1所示，试验结果见表1。用于墙板的竹筋有边长4mm和10mm两种，为规避竹筋尺寸效应带来的影响，特别对重组竹材进行了竹筋边长分组材性试验，试验结果见表2。

图1 竹材试件

表1 竹筋等的力学性能

表2 重竹竹筋的抗拉强度和弹性模量

3 陶粒混凝土的试配试验

生产地、生产材料和生产工艺的不同，使得不同厂家的陶粒性能差别较大。本次试验使用的陶粒为页岩陶粒，空隙率 43%，产自山东省淄博市，粒径5mm～8mm，表观密度1640kg/m3，堆积密度890kg/m3。为了确定制作复合墙板面板的陶粒混凝土的各种材料配比，需要先进行试配试验，设计的各组配比见表3。每组浇筑尺寸为的试块6块，分别采用蒸压法和自然养护法进行养护，并在3天和28天时进行抗压试验，结果见表4。

表3 页岩陶粒混凝土的配合比试验设计

表4 试配试验结果

从表4中可以看出，除C组和S组外，蒸压法养护3天的陶粒混凝土强度约为自然养护28天的相应配比试块强度的1.03倍～1.3倍，即蒸压法养护有利于页岩陶粒混凝土强度的提高。规范要求轻集料混凝土墙板做承重构件时强度应达到LC15-LC20，而B、C、D三组试块的抗压强度可以满足其最低要求。A组试块的胶凝材料水泥含量低，致使强度过低，流动性差，不利于施工； S组试块的细骨料采用的是粒径2～3mm的陶砂，材料粘聚性能差，试块不成形。为此，可采用胶凝材料用量适中的C组配合比的陶粒混凝土浇筑复合墙板。