脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒新型墙板的试验研究

吴蓉

（河南省建筑科学研究院有限公司，河南郑州 450053）

脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒新型墙板的试验研究

吴蓉

（河南省建筑科学研究院有限公司，河南郑州 450053）

将脱硫石膏、秸秆、聚苯颗粒按一定比例组合并掺入适量外加剂加水拌合制成新型墙板，其质量轻，干密度为650 kg/m3，3 d抗压强度超过1.0 MPa，14 d抗压强度超过2.0 MPa，适合作为内墙和围护结构。且由于脱硫石膏是电厂燃气脱硫的副产品，秸秆是农作物的废弃物，聚苯颗粒是餐盒的白色垃圾，因此，新型墙板的推广应用极有助于减轻或避免烟气中SO3和秸秆燃烧烟尘对大气的污染，聚苯废品造成的白色垃圾以及对其它方面造成的损害。

脱硫石膏；秸秆；聚苯颗粒；抗压强度；弹性模量

国家推行绿色建筑其中很重要的一条是材料的可再生利用，是在不改变所回收物质形态的前提下进行材料的直接再利用，或经过再组合、再修复后再利用。住宅建筑评价体系的优选项也规定可再利用建筑材料的使用率大于5%。我们所利用的脱硫石膏、秸秆、聚苯颗粒都是绿色建筑中的可再利用材料，符合国家的产业政策，利用这些废弃物制作的轻质墙板适合作为内墙和围护结构。

1 试验

1.1 原材料

脱硫石膏（CaSO4·0.5H2O）：来自郑州复昇资源开发有限公司，经2次煅烧后得到，初凝时间6～7 min，终凝时间11～12 min，终凝后试块的抗压强度为7.9 MPa，抗折强度为1.7 MPa。

秸秆：采用粉碎后干燥秸秆，粒径3～5 mm。

聚苯颗粒：由可发性聚苯乙烯树脂珠粒为基础原料膨胀发泡制成的，出自无锡龙王公司。也可将废弃的聚苯乙烯制品加工破碎成为0.5～4 mm的颗粒。其堆积密度为13 kg/m3。

水泥：P·C42.5复合硅酸盐水泥，新郑市恒发水泥厂。

粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，来自郑州复昇资源开发有限公司，其性能指标见表1。

表1 粉煤灰的性能指标

外加掺合料：聚丙烯纤维，长19 mm，呈束状单丝，自分散性好，产自天津奥莱斯公司；膨润土，来自河南宏发膨润土厂；骨胶蛋白质类缓凝减水剂，其主要成分为氨基羧酸盐。

1.2 试样制备与性能测试

脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒轻质隔墙板复合胶凝材料按m（脱硫石膏）∶m（秸秆）∶m（聚苯颗粒）∶m（水泥）∶m（粉煤灰）∶m（外掺合料）=12.24∶1∶0.16∶1∶2∶3.6，水胶比0.40进行制备。

1.2.1 抗压强度

抗压强度试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，龄期1、3、7、14、28 d，每组6个试块取其抗压强度平均值。测试结果见表2。

表2 脱硫石膏-聚苯颗粒-秸秆复合胶凝材料的抗压强度

从表2可以看出，复合胶凝材料的1 d和3 d抗压强度已超过1.0 MPa，说明脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒复合材料的早期抗压强度增长很快，满足工程施工的要求。14 d抗压强度已超过2.0 MPa，符合GB 50574—2010《墙体材料应用统一技术规程》的要求。

1.2.2 弹性模量

脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒轻质隔墙板复合胶凝材料弹性模量按照JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试。

表3为不同聚苯颗粒掺量（占固体总质量计）复合胶凝材料的弹性模量。图1为28 d龄期时不同聚苯颗粒掺量复合胶凝材料的应力-应变曲线。

表3 不同聚苯颗粒掺量复合胶凝材料的弹性模量

图1 不同聚苯颗粒掺量复合胶凝材料的应力-应变曲线

从图1可以看出，复合胶凝材料应力-应变曲线上升段比较明显，曲线斜率逐渐减小，这是由于掺入了聚苯颗粒导致复合胶凝材料内部结构强度降低，而聚苯颗粒所占的体积就相当于内部空隙，受压时就会沿着聚苯颗粒表面破碎，这样就进一步降低了材料的刚度。而刚度对胶凝材料的应变起控制作用，随着应力的增加，试块会沿着已出现的裂缝延伸并加大，相同应力增量所引起的应变增大。对比3种不同的应力-应变曲线可以看出，聚苯颗粒掺量对脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒复合胶凝材料的弹性模量影响较大。

2 墙板试验

2.1 墙板制作

以轻钢龙骨为骨架，上述轻质复合胶凝材料为填充，在现场用喷浆机喷筑成型。轻钢龙骨由横向龙骨、竖向龙骨及钢板网组成。实际施工时为整片墙。此时龙骨与主体结构的连接全部由膨胀螺栓或射钉锚固。试验制作3块相同配比的墙板分别记为W1-1、W1-2、W1-3，墙板呈条状（长×宽×厚=2200 mm×600 mm×110 mm）。

2.2 抗弯性能试验

抗弯试验按照JG/T 169—2005《建筑隔墙用轻质条板》规定的方法进行，墙板水平放置支承于两端的支座上，一端为固定铰支座，另一端为可动绞支座；采用堆载方式模拟均布荷载，用百分表量测跨中变形。

加载初期，跨中荷载挠度曲线增长较慢，荷载-挠度曲线基本呈线性关系；随着荷载的增大直至墙板板底开裂时，荷载挠度曲线出现明显的变化，此后随着荷载的增加曲线斜率减小，挠度增长加快；临近破坏时，纵向轻钢龙骨屈服，复合胶凝材料受压区边缘压应变增大，并达到极限压应变，跨中挠度增长快速，墙板板底裂缝数量逐渐增多，发展快速，裂缝宽度增大显著，破坏预兆明显，到最后，因裂缝宽度或跨中挠度过大而达到破坏标志，墙板断裂。墙板的荷载-横向挠度曲线见图2。

图2 墙板的荷载-横向挠度曲线

JG/T 169—2005规定墙板抗弯破坏荷载应大于或等于墙板自重荷载的1.5倍，GB 50574—2010规定骨架墙覆面平板的断裂荷载（抗折强度）应在国家现行有关标准规定的基础上提高20%，墙板弯曲产生的横向最大挠度不应超过受弯试验支座间距离的1/250。脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒墙板内有轻钢龙骨，按照上述国家标准的规定，其抗弯破坏荷载应大于或等于墙板自重荷载的1.5×1.2=1.8倍；墙板受弯试验时支座间距离为2100 mm，在该荷载下横向最大挠度不应超过受弯试验支座间距离的2100×1/250=8.4 mm。

经测试，脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒墙体材料硬化后干燥状态的密度为650 kg/m3，墙板厚度为110 mm，可计算出该墙体材料的面密度为71.5kg/m2，经称重可计算出轻钢龙骨及钢丝网的面密度为8 kg/m2，则包括轻钢龙骨在内的墙板面密度为71.5+8=79.5≌80kg/m2=0.8kN/m2。各试验墙板的自重荷载、实测开裂荷载、破坏荷载以及实测荷载与自重荷载的比值见表4。

表4 墙板受弯试验结果及分析

从表4可以看出，墙板实测开裂荷载与自重荷载之比qcr/gk为4.85～6.15，高于规范规定的1.8倍，且脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒墙体材料基体抗压强度越大，该比值也越大；实测极限荷载与自重荷载之比qu/gk为13.85～16.79，远高于1.8倍；说明脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒墙板的抗弯强度完全能满足JG/T 169—2005和GB 50574—2010的要求，并有很大的安全储备。

表5为脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒试验墙板在GB50574—2010规定的最大横向荷载1.8gk（1.5×1.2=1.8倍自重荷载）和开裂荷载qcr作用下的实测横向挠度，以及规范规定的横向挠度限值[f]。

从表5可以看出，墙板在GB50574—2010规定最大横向荷载1.8gk作用下的实测最大挠度仅为0.33～0.53 mm，远低于规定的横向挠度限值[f]=8.4 mm，且规定最大横向荷载1.8gk也远小于墙板的实测开裂荷载，说明这种新型脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒复合墙板的横向变形性能和抗裂性能均符合规范的要求。从表5还可以看出，在实测开裂荷载qcr作用下的实测最大挠度为3.51～5.07 mm，仍低于规定的横向挠度限值[f]= 8.4 mm，说明墙板的横向变形很小，有较大的安全储备。

表5 墙板受弯横向挠度分析

3 结论

（1）轻质脱硫石膏-秸秆-聚苯颗粒复合材料干密度为650 kg/m3，符合JGJ 209—2010中不宜超过800 kg/m3的规定。

（2）基材的抗压强度14 d时已超过2.0 MPa，完全满足墙体基材的抗压要求。

（3）复合胶凝材料中聚苯颗粒多，强度和弹性模量相对较低，反之相对较高，因此其掺量不宜过高，宜试配确定。

（4）墙板的力学性能（开裂荷载、极限荷载及其相应挠度）符合JG/T 169—2005和GB 50574—2010的要求，并有很大的安全储备。

Experiment on mechanical properties for a new wall-panel composed of FGD gypsum，crop straw and polystyrene particle

WU Rong
（Henan Academy of Building Research，Zhengzhou 450053，China）

A new light wall-panel was developed by mixing FGD gypsum，crop straw，polystyrene particles，water and additives according to the designed mix ratio.It is light（the dry density is only 650 kg/m3）.It's 3 d compressive strength＞1.0 MPa and 14 d compressive strength＞2.0 MPa.They are suitable for partition wall and surrounding wall.As FGD gypsum is byproduct of power plant during flue gas desulfurization，crop straw is the waste after harvest and polystyrene particles are the waste after break up of meal-box.It's application can be a great aid to reduce or prevent atmospheric pollution due to SO3of smoke，flying ash generated by crop straw burning，white trash of waste polystyrene products and other damages.

FGD gypsum，straw，polystyrene particles，compressive strength，elastic modulus

TU52

A

1001-702X（2016）07-0097-03

2016-01-13；

2016-02-26

吴蓉，女，1968年生，浙江永康人，硕士，高级工程师。