李棟

（華北水利水電大學(xué) 河南鄭州 450045）

本實(shí)驗(yàn)的主要目的是實(shí)現(xiàn)墻體材料輕質(zhì)化、控制澆筑材料凝固時(shí)間、使其具有一定的抗壓強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)墻體材料輕質(zhì)化可極大的降低墻體的自重、節(jié)約成本、方便施工并且能提升建筑物的抗震性[2]；控制澆筑材料凝固時(shí)間在裝配式建筑中可以達(dá)到快速裝配拆卸模板的作用，節(jié)約了內(nèi)外模板、提高了施工效率同時(shí)也節(jié)約了成本；輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的承重主要靠鋼結(jié)構(gòu)本身，填充材料承擔(dān)封堵、隔擋、保溫隔音的作用，但考慮自身的穩(wěn)定還是要求有一定的抗壓強(qiáng)度。目前我國(guó)框架結(jié)構(gòu)建筑的墻體填充材料多采用加氣混凝土砌塊[3]，可顯著降低建筑物自重，大量利用粉煤灰、脫硫石膏粉、礦尾渣等工業(yè)廢棄物大幅度降低了生產(chǎn)能耗和使用能耗。

1 原材料

原材料包括脫硫石膏粉、速凝地質(zhì)聚合物、eps顆粒（可發(fā)性聚苯乙烯）及水。

脫硫石膏粉的主要化學(xué)成分為二水硫酸鈣CaSO4·2H2O。它是石灰石-石膏濕法脫硫工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)物，目前我國(guó)已投入運(yùn)行的煙氣脫硫機(jī)組所產(chǎn)生的脫硫石膏的利用率還很低，大部分仍以堆存為主，已成為繼火電廠粉煤灰后的第二大固體廢物，怎樣把這一部分石膏變廢為寶是一個(gè)很緊迫的任務(wù)。

速凝地質(zhì)聚合物的主要成分：其主要成分為鋁氧熟料（即鋁礬土、純堿、生石灰按比例燒制成的熟料）經(jīng)磨細(xì)而制成。

聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene簡(jiǎn)稱EPS）是一種輕型高分子聚合物。它是采用聚苯乙烯樹脂加入發(fā)泡劑，同時(shí)加熱進(jìn)行軟化，產(chǎn)生氣體，形成一種硬質(zhì)閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫具有隔熱性好，熱導(dǎo)率低，隔音性能優(yōu)良，且體積密度小、疏水性好、結(jié)構(gòu)均勻、尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備有：電子秤；攪拌機(jī)；攪拌鍋；DY-3008DX全自動(dòng)壓力

試驗(yàn)機(jī)。

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

按實(shí)驗(yàn)計(jì)劃配比用電子秤稱取好各所需原材料及水，放置在盆和量筒內(nèi)備用，150×150×150的鋼制標(biāo)準(zhǔn)模具刷油備用。

實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，將脫硫石膏粉倒入不銹鋼桶內(nèi)加水進(jìn)行攪拌，攪拌2min后將eps顆粒倒入桶內(nèi)繼續(xù)攪拌，3min后脫硫石膏粉漿液將eps顆粒均勻包裹，加入速凝劑繼續(xù)攪拌3～5min料漿成自流狀態(tài)注入模具，用抹泥刀將標(biāo)準(zhǔn)立方體模具頂面刮平?？刂圃诶硐霑r(shí)間范圍內(nèi)的試件筑模凝固后15～30min即可脫模，稱重記錄，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)后做抗壓實(shí)驗(yàn)。

2.3 配合比

圖1 墻體填充材料制備流程圖

本實(shí)驗(yàn)最初的實(shí)驗(yàn)配比是先大致確定一個(gè)拌合物在理想時(shí)間范圍內(nèi)能凝固的配比，由于在優(yōu)先考慮凝固的前提下eps顆粒在其中的影響甚微，所以先以脫硫石膏粉為基按脫硫石膏粉：速凝劑：水=1：0.2：1做一組實(shí)驗(yàn)，觀察5h以上試塊未凝固；提高速凝劑比例到脫硫石膏粉：速凝劑：水=1：0.5：1制作的試塊觀察5h以上仍未凝固；在之后的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)速凝劑摻量比例在脫硫石膏粉：速凝劑：水=1：0.8：1的情況下拌合物能在10～15min內(nèi)凝固。

經(jīng)過大量配比實(shí)驗(yàn)后，得出的配比優(yōu)選實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 配比優(yōu)選實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 凝固時(shí)間

從記錄的試件凝固時(shí)間可以看出，速凝劑摻量達(dá)到一定比例后（脫硫石膏粉：速凝劑：水=1：0.8：1），繼續(xù)增加速凝劑摻量對(duì)拌合物的凝固時(shí)間影響較小，在加水量比例增加的情況下凝固時(shí)間也會(huì)有小幅度的增加，eps顆粒的摻量對(duì)凝固時(shí)間的影響甚微。凝固時(shí)間總體在10～15min之內(nèi)。

3.2 密度

不同配比的試件表觀密度和干密度，見圖2，得知影響表觀密度和干密度最大的因子是eps顆粒的摻量，eps顆粒摻量越大，試件的表觀密度和干密度越?。凰康脑黾訒?huì)使表觀密度增大，但對(duì)干密度的影響甚微。干密度的測(cè)定方法是將自然養(yǎng)護(hù)28d的試件置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在設(shè)定的溫度下烘干24h，其間每4h對(duì)試件進(jìn)行一次稱重，直到前后兩次稱重差不大于試件質(zhì)量0.5%時(shí)停止烘干，計(jì)算試件的干密度。

3.3 抗壓強(qiáng)度

試件脫模后，經(jīng)過28d自然養(yǎng)護(hù)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。試件的抗壓強(qiáng)度用DY-3008DX全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，在電腦內(nèi)設(shè)置好試件尺寸、養(yǎng)護(hù)齡期和加載速度后啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行加載至試件破壞，設(shè)備自動(dòng)停止，讀取破壞荷載和抗壓強(qiáng)度。

圖2 不同配比試件密度

圖3 不同配比試件抗壓強(qiáng)度

各編號(hào)試件的抗壓強(qiáng)度見圖3，可以看出，eps顆粒的摻量越大，試件的抗壓強(qiáng)度越小；加水量的增加也會(huì)使抗壓強(qiáng)度降低；在其他材料比例不變的情況下，增加速凝劑的摻量可以提高試件的抗壓強(qiáng)度。

3.4 無收縮性

墻體材料的收縮，一般可劃分為化學(xué)收縮、干燥收縮、溫度收縮、碳化收縮等幾種，幾種形式基本都是同時(shí)進(jìn)行，但相對(duì)而言，干燥收縮遠(yuǎn)比另外幾種大。也就是說，干燥收縮對(duì)墻體材料的收縮影響最為明顯。材料的收縮會(huì)使墻體開裂，造成工程質(zhì)量問題。

一般的加氣混凝土制品由于其多孔的性質(zhì)，水分遷徙使水、水蒸氣和孔結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的相互作用，導(dǎo)致體積改變。實(shí)驗(yàn)過程中，每種配比的填充材料都用一次性透明塑料杯制作試件留樣，自然養(yǎng)護(hù)28d后，可以得出制備的輕鋼結(jié)構(gòu)墻體填充材料具有無收縮性。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過配比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)確定輕鋼結(jié)構(gòu)房屋填充材料的最優(yōu)配比為：脫硫石膏粉：速凝劑：水：eps顆粒=1：1：1.2：0.1。

（2）填充材料最優(yōu)配比下的凝固時(shí)間為10min，凝固后10min即可脫模，只需要在自然狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)即可。這大大節(jié)約了裝配式建筑的內(nèi)外模板，提高了墻體成型的速度，同時(shí)也很大程度的在不影響建筑物質(zhì)量的前提下節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。

（3）這種輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的墻體填充材料具有較小的密度，按最優(yōu)配比脫模后的平均密度是689.38kg/m3，是普通混凝土密度的1/4作用，自然養(yǎng)護(hù)28d后由于水分的散失平均密度更是降為507.56kg/m3，這樣就很大程度的減小了建筑物的自重，提高了它的承載能力。

（4）制備的墻體填充材料不會(huì)發(fā)生收縮變形，從而也不會(huì)形成因變形產(chǎn)生的裂縫。