轻钢结构房屋墙体填充材料制备与性能研究

李栋

（华北水利水电大学 河南郑州 450045）

本实验的主要目的是实现墙体材料轻质化、控制浇筑材料凝固时间、使其具有一定的抗压强度。实现墙体材料轻质化可极大的降低墙体的自重、节约成本、方便施工并且能提升建筑物的抗震性[2]；控制浇筑材料凝固时间在装配式建筑中可以达到快速装配拆卸模板的作用，节约了内外模板、提高了施工效率同时也节约了成本；轻钢结构房屋的承重主要靠钢结构本身，填充材料承担封堵、隔挡、保温隔音的作用，但考虑自身的稳定还是要求有一定的抗压强度。目前我国框架结构建筑的墙体填充材料多采用加气混凝土砌块[3]，可显著降低建筑物自重，大量利用粉煤灰、脱硫石膏粉、矿尾渣等工业废弃物大幅度降低了生产能耗和使用能耗。

1 原材料

原材料包括脱硫石膏粉、速凝地质聚合物、eps颗粒（可发性聚苯乙烯）及水。

脱硫石膏粉的主要化学成分为二水硫酸钙CaSO4·2H2O。它是石灰石-石膏湿法脱硫工艺产生的副产物，目前我国已投入运行的烟气脱硫机组所产生的脱硫石膏的利用率还很低，大部分仍以堆存为主，已成为继火电厂粉煤灰后的第二大固体废物，怎样把这一部分石膏变废为宝是一个很紧迫的任务。

速凝地质聚合物的主要成分：其主要成分为铝氧熟料（即铝矾土、纯碱、生石灰按比例烧制成的熟料）经磨细而制成。

聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene简称EPS）是一种轻型高分子聚合物。它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，同时加热进行软化，产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫具有隔热性好，热导率低，隔音性能优良，且体积密度小、疏水性好、结构均匀、尺寸精度高等优点。

2 实验方法

2.1 实验设备

主要实验设备有：电子秤；搅拌机；搅拌锅；DY-3008DX全自动压力

试验机。

2.2 实验流程

按实验计划配比用电子秤称取好各所需原材料及水，放置在盆和量筒内备用，150×150×150的钢制标准模具刷油备用。

实验流程如图1所示，将脱硫石膏粉倒入不锈钢桶内加水进行搅拌，搅拌2min后将eps颗粒倒入桶内继续搅拌，3min后脱硫石膏粉浆液将eps颗粒均匀包裹，加入速凝剂继续搅拌3～5min料浆成自流状态注入模具，用抹泥刀将标准立方体模具顶面刮平。控制在理想时间范围内的试件筑模凝固后15～30min即可脱模，称重记录，经自然养护后做抗压实验。

2.3 配合比

图1 墙体填充材料制备流程图

本实验最初的实验配比是先大致确定一个拌合物在理想时间范围内能凝固的配比，由于在优先考虑凝固的前提下eps颗粒在其中的影响甚微，所以先以脱硫石膏粉为基按脱硫石膏粉：速凝剂：水=1：0.2：1做一组实验，观察5h以上试块未凝固；提高速凝剂比例到脱硫石膏粉：速凝剂：水=1：0.5：1制作的试块观察5h以上仍未凝固；在之后的实验中发现速凝剂掺量比例在脱硫石膏粉：速凝剂：水=1：0.8：1的情况下拌合物能在10～15min内凝固。

经过大量配比实验后，得出的配比优选实验设计见表1。

表1 配比优选实验设计

3 实验结果分析

3.1 凝固时间

从记录的试件凝固时间可以看出，速凝剂掺量达到一定比例后（脱硫石膏粉：速凝剂：水=1：0.8：1），继续增加速凝剂掺量对拌合物的凝固时间影响较小，在加水量比例增加的情况下凝固时间也会有小幅度的增加，eps颗粒的掺量对凝固时间的影响甚微。凝固时间总体在10～15min之内。

3.2 密度

不同配比的试件表观密度和干密度，见图2，得知影响表观密度和干密度最大的因子是eps颗粒的掺量，eps颗粒掺量越大，试件的表观密度和干密度越小；水量的增加会使表观密度增大，但对干密度的影响甚微。干密度的测定方法是将自然养护28d的试件置于电热鼓风干燥箱中，在设定的温度下烘干24h，其间每4h对试件进行一次称重，直到前后两次称重差不大于试件质量0.5%时停止烘干，计算试件的干密度。

3.3 抗压强度

试件脱模后，经过28d自然养护进行抗压强度实验。试件的抗压强度用DY-3008DX全自动压力试验机测试，在电脑内设置好试件尺寸、养护龄期和加载速度后启动设备进行加载至试件破坏，设备自动停止，读取破坏荷载和抗压强度。

图2 不同配比试件密度

图3 不同配比试件抗压强度

各编号试件的抗压强度见图3，可以看出，eps颗粒的掺量越大，试件的抗压强度越小；加水量的增加也会使抗压强度降低；在其他材料比例不变的情况下，增加速凝剂的掺量可以提高试件的抗压强度。

3.4 无收缩性

墙体材料的收缩，一般可划分为化学收缩、干燥收缩、温度收缩、碳化收缩等几种，几种形式基本都是同时进行，但相对而言，干燥收缩远比另外几种大。也就是说，干燥收缩对墙体材料的收缩影响最为明显。材料的收缩会使墙体开裂，造成工程质量问题。

一般的加气混凝土制品由于其多孔的性质，水分迁徙使水、水蒸气和孔结构之间产生了强烈的相互作用，导致体积改变。实验过程中，每种配比的填充材料都用一次性透明塑料杯制作试件留样，自然养护28d后，可以得出制备的轻钢结构墙体填充材料具有无收缩性。

4 结语

（1）通过配比优化实验确定轻钢结构房屋填充材料的最优配比为：脱硫石膏粉：速凝剂：水：eps颗粒=1：1：1.2：0.1。

（2）填充材料最优配比下的凝固时间为10min，凝固后10min即可脱模，只需要在自然状态下养护即可。这大大节约了装配式建筑的内外模板，提高了墙体成型的速度，同时也很大程度的在不影响建筑物质量的前提下节约了经济成本。

（3）这种轻钢结构房屋的墙体填充材料具有较小的密度，按最优配比脱模后的平均密度是689.38kg/m3，是普通混凝土密度的1/4作用，自然养护28d后由于水分的散失平均密度更是降为507.56kg/m3，这样就很大程度的减小了建筑物的自重，提高了它的承载能力。

（4）制备的墙体填充材料不会发生收缩变形，从而也不会形成因变形产生的裂缝。