秸秆复合墙板应用性能试验研究

陈继浩，崔琪，潘华

（中国建筑材料科学研究总院有限公司 绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024）

0 引言

我国每年可收集利用秸秆量超过9 亿t，但秸秆工业化利用率不足3%[1-4]，很大一部分废弃焚烧，成为地方政府需要解决的难题，建筑领域是消纳秸秆资源的良好去向。随着国家环保治理力度的加大，许多建筑材料将面临原料短缺，秸秆作为每年生产、天然无污染的资源，进入建筑市场正迎来发展机遇[5]。

秸秆复合墙板是以秸秆等生物质资源，通过对秸秆在高温下挤压，利用秸秆纤维之间的机械锁合和高温下分泌的脂类物质粘合形成的秸秆芯板，通过附加无机面层形成的一类新型墙板，具有生产过程环保、利用可再生生物质资源比例高的特点，是真正的绿色建筑材料，属于我国住建部推动发展的生物质建材。其主要特点是提供一种工业化大量利用秸秆的重要途径，对于我国农业废弃物综合利用，解决秸秆废弃、焚烧等造成的环境问题具有重要意义。

秸秆建筑在国外最近20年来以其环保、低碳、节能优势，重新受到重视和发展[6-7]，目前在欧洲国家立法推动的被动房有一半以上是木结构或生物质建材建造的，我国秸秆建材的开发和发展研究也受到关注[8-9]，推动绿色建筑和可持续发展。秸秆复合墙板充分利用秸秆保温好、自重轻等优点[10]。与钢结构、混凝土结构等结合，形成装配式墙体，是其未来发展的方向，特别是在低层住宅、新农村建设中具有广阔的应用前景。因此，作为墙体，对其进行应用性能评价具有重要意义。

1 秸秆复合墙板耐火、耐候性能研究

秸秆复合墙板采用大量秸秆作为芯板，其耐火性能和耐候性能对建筑影响最大，是最受关注的性能指标。因此，通过对耐火性能和耐候性的试验，评价其安全性和耐久性。

1.1 耐火性能试验研究

秸秆复合墙体采用双层秸秆芯板，通过木方连接，表面贴附硅酸钙板、氧化镁板、碳素板等无机面板形成墙体构件。秸秆复合墙体如图1所示。

图1 秸秆复合墙体

试验对2种厚度的秸秆复合墙板进行了耐火极限试验，对240 mm 秸秆复合墙板进行2 h 耐火极限测试。厚度240 mm 的秸秆复合墙板，一侧为60 mm+30 mm 厚的2 层秸秆芯板，另一侧为40 mm+30 mm 厚的2 层秸秆芯板，中间用木方连接，形成40 mm 空腔，两面采用15 mm 厚碳素板通过5 mm厚的无机粘结浆料粘接，总厚度为240 mm，此种墙体可以作为非承重外墙板使用。

试验在国家建筑材料测试中心进行，耐火极限的检验地点为西安市，检验的墙体高度为3 m，宽度为1 m，依据GB/T 9978.1—2008《建筑构件耐火试验方法 第1 部分：通用要求》进行2 h 的耐火极限测试。耐火试验试样和蒸压加气混凝土砌块砌筑在框架内组成，试样与蒸压加气混凝土砌块及框架与蒸压加气混凝土砌块之间缝隙采用耐火棉填充，用嵌缝材料挂平处理，蒸压加气混凝土砌块用专用砌筑砂浆砌筑，试样表面未做处理。炉内温升和背火面温升曲线如图2所示。

图2 240 mm 厚秸秆复合墙体温升曲线

试验结果显示，120 min 时隔热性未破坏，试件背火面平均温升1 ℃，背火面单点最高温升1 ℃，远低于140 ℃的标准要求，具有优异的隔热性能。

经过2 h 的炉内高温后，复合墙板未丧失完整性，未出现棉垫被点燃、背火面出现贯通至试验炉内的裂缝，背火面也未出现火焰现象。背火面试验前后的对比图如图3所示。

图3 复合墙板背火面2 h 耐火极限试验前后对比

对180 mm 秸秆复合墙板进行了3 h 耐火极限测试。厚度180 mm 的秸秆复合墙板，一侧为60 mm 厚的2 层秸秆芯板，另一侧为60 mm 厚的2 层秸秆芯板，中间用木方连接，形成30 mm 空腔，两面采用15 mm 厚碳素板通过无机粘结浆料粘接，总厚度为180 mm，此墙体可以作为分户墙或防火墙使用。

测试的方法与240 mm 厚秸秆复合墙板相同。测试结果显示，即使耐火极限增加到3 h，秸秆复合墙板的背火面温度和完整性仍能达到标准的要求，背火面平均温升不超过3 ℃，单点温升不超过3 ℃，具有良好的耐火性能。

1.2 秸秆复合墙板耐候性试验研究

秸秆复合墙板的耐候性是其应用于住宅外墙围护结构时的关键指标。因此，对和耐火极限试验时相同结构的240 mm秸秆复合墙体的耐候性进行试验，试验在国家建筑材料测试中心进行，试验依据GB/T 29906—2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》进行测试。耐候性试样尺寸为1200 mm×600 mm×240 mm，试验面积约7 m2。试样竖向排列在U 形槽钢焊接成的外框固定架内，板缝用角铁纵向粘贴在试样外侧边缘，使用长杆螺栓将对接角铁夹紧墙板在基层墙体上，角铁与板接缝处用密封胶填平。试样的安装如图4所示。

图4 秸秆复合墙板耐候性试验

耐候性试验在进行了80 次热雨循环、5 次热冷循环、高湿环境7 d 后，外观检查显示试样无裂缝、粉化、空鼓、剥落现象。试验前后的耐候性试验墙照片如图5所示。

图5 试验墙耐候性试验前后照片

2 秸秆复合墙板物理力学性能试验研究

对秸秆复合墙板主要的常规性能也进行了测试，测试在国家建筑材料工业技术监督研究中心进行，依据GB/T 23451—2009《建筑用轻质隔墙条板》进行测试，结果如表1所示。

表1 秸秆复合墙板物理力学性能

从表1 可以看出，常规性能测试符合标准的要求，其中抗弯承载、抗压强度等指标远高于标准的要求，具有较好的物理性能。

3 秸秆复合墙板隔热、隔声性能试验研究

对240 mm 墙板的传热系数、隔声性能进行了试验，传热系数测试在绿色建材国家重点实验室进行，依据GB/T 13475—2008《绝热 稳态传热性质的测定 标定和防护热箱法》采用标定热箱法进行测试。隔声性能测试在国家建筑材料测试中心进行，依据GB/T 19889.3—2005《声学建筑和建筑构件隔声测量 第3 部分：建筑构建空气声隔声的实验室测量》进行测试。传热系数测试结果为0.52 W/（m2·K），秸秆复合墙板具有良好的隔热性能，达到建筑节能65%的要求。隔声量44 dB，如果作为外墙和分户墙，隔声量达不到要求，需要采取进一步措施加强。

4 结论

（1）耐火试验显示，240 mm 厚的秸秆复合墙板耐火极限达到2 h，背火面温升远低于标准要求；180 mm 秸秆复合墙板的耐火极限达到3 h，具有良好的耐火性能。

（2）在耐候性试验方面，秸秆复合墙板在进行了80 次热雨循环、5 次热冷循环、高湿环境7 d 后，外观检查显示试样无裂缝、粉化、空鼓、剥落现象。

（3）秸秆复合墙板主要的常规性能符合标准要求，且抗压强度、抗弯承载等性能远优于标准要求。

（4）240 mm 的秸秆复合墙板的传热系数为0.52 W/（m2·K），具有良好的隔热性能，但隔声量不足，需要进一步采取措施提高隔声性能。