竹材陶粒復合墻板的材性試驗研究

陳璐

（濱州學院建筑工程系，山東 濱州 256600）

竹材陶粒復合墻板的材性試驗研究

陳璐

（濱州學院建筑工程系，山東 濱州 256600）

隨著墻體改革的深入，各類綠色環保、低碳節能的新型墻板和生態墻板不斷涌現。本文將通過對竹材和陶粒混凝土的材性試驗，研究一種新型的竹材陶粒混凝土復合墻板的可行性和應用價值。

竹材，陶粒混凝土，復合墻板

1 材料簡介

中國是竹之故鄉，早在兩千多年前，竹材已被大量用于造園，直到現在南方還有很多省份用竹子建房。在這些江南民居建筑中，竹子一般是作為夯土墻的骨料，或者劈成竹條編制成竹笆外墻和窗間墻防護網、護墻板等[1]。而在整個世界范圍內，竹子都是古老而傳統的建筑材料。南亞孟加拉國的農房九成是竹材建的；南美哥倫比亞的安第斯山地區的人們用竹材建造房屋的結構柱和作為樓板、墻板的板條。隨著科技的發展，竹子被開發出更多新用途，制成各種建筑板材如竹纖板、竹膠板、裝飾板等，做成大跨度結構如桁架和網架結構的支撐構件。國內外學者也逐漸重視竹材的應用研究，德國學者利用納米技術使竹材真正成為堅固耐久不發霉的“植物鋼鐵”；我國學者韓添石等提出將薄壁型鋼兩面粘結竹膠板并用竹板封邊，從而形成一種輕型鋼竹組合樓板；我國學者李玉順等還設計出壓型鋼板-竹膠板組合墻體作為綠色墻材進行應用研究[2-3]。

我國從20世紀50年代開始研究輕骨料混凝土的應用，但受技術和經濟等限制，一直未取得預期的應用效果[4]。近年來隨著建筑技術的進步，具有獨特的輕質高強、高耐久性、節能保溫、抗震等性能的陶粒混凝土重新獲得了前所未有的發展契機，在超高層建筑、大跨度建筑及海上建筑的建造中都贏得了人們的青睞[5]。美國、西歐、日本等發達國家對高性能陶粒混凝土的研究和應用已較成熟[6]，LC50～LC60陶粒混凝土已普遍應用于工程中。1999年我國頒布了《輕骨料混凝土結構設計規程》，制定了陶粒混凝土構件的彎、剪、扭等設計公式，推動了陶粒混凝土在我國的研發，國內自行研發的輕骨料混凝土等級可達 LC30～LC50，如珠海國際會議中心、云南建工醫院主體結構、天津永定河大橋橋面等都采用了輕骨料混凝土。

1992 年國務院首次提出墻體改革工作提出重要意見，“要大力發展節能、節地、利廢、保溫、隔熱的新型墻體材料，加快墻體材料革新，推進建筑節能工作。”從此全國各地不斷涌現各類綠色環保、低碳節能的新型墻體材料，如鋼絲網架保溫夾芯板、夾層復合板、鎂土板、定向木纖維膠合板等復合墻板和秸稈板、稻草板等生態墻板[7]。復合墻板（也稱夾芯板）通常由上下兩層高強的面板粘結輕質的夾芯板組成，其抗彎承載力和剛度較高，強重比優越。夾芯層通常有兩種，一種填充輕質聚合物，如珍珠巖、木屑、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等；一種為空芯，如蜂窩式夾芯或波紋夾芯。復合墻板的優點眾多，被面板保護的夾芯保溫層具有良好的保溫隔熱性能以利節能；不需要做內外墻保溫，防火且耐久；可在工廠預制生產并有效減少施工現場濕作業和模板用量，加快進度；墻面質量穩定，外觀平整，墻面抹灰裂縫、起鼓等問題較少，因此各類復合墻板的研發和推廣如火如荼。

本文將研究一種新的復合墻板——竹材陶粒復合墻板的可行性，將竹材制成竹筋代替鋼筋，用陶粒混凝土代替普通混凝土形成復合墻板，將竹材導熱系數小、綠色環保的優點和陶粒混凝土輕質高強的特點有機結合起來，避免了鋼絲冷橋的形成，并使墻板自重降低約35%，節能效果顯著增強。

2 竹筋的材性試驗

重組竹材（又稱重竹），是把直徑低于80mm的三年生以上早竹、高節竹或毛竹等通過輾搓設備加工成橫向不斷、縱向相連的絲束，再干燥、施膠和熱壓從而形成的新型加工竹材。層壓竹材通常是借助粘結劑并經過加熱、加壓把多層竹皮粘接為層壓竹板，再切割成竹筋。

試驗采用浙江安吉產的重組竹和層壓竹試件，截面邊長均為10 10mm mm× ，長度40mm，通過萬能試驗機測量其極限抗拉強度和彈性模量。竹筋試件兩端需裹纏浸膠的碳纖維布并形成階梯形，防止應力集中，最外端粘貼鋁片，與萬能試驗機夾頭直接接觸，保護竹筋兩端不被夾頭夾斷。試件圖片如圖 1所示，試驗結果見表1。用于墻板的竹筋有邊長4mm和10mm兩種，為規避竹筋尺寸效應帶來的影響，特別對重組竹材進行了竹筋邊長分組材性試驗，試驗結果見表2。

圖1 竹材試件

表1 竹筋等的力學性能

表2 重竹竹筋的抗拉強度和彈性模量

3 陶粒混凝土的試配試驗

生產地、生產材料和生產工藝的不同，使得不同廠家的陶粒性能差別較大。本次試驗使用的陶粒為頁巖陶粒，空隙率 43%，產自山東省淄博市，粒徑5mm～8mm，表觀密度1640kg/m3，堆積密度890kg/m3。為了確定制作復合墻板面板的陶粒混凝土的各種材料配比，需要先進行試配試驗，設計的各組配比見表3。每組澆筑尺寸為的試塊6塊，分別采用蒸壓法和自然養護法進行養護，并在3天和28天時進行抗壓試驗，結果見表4。

表3 頁巖陶粒混凝土的配合比試驗設計

表4 試配試驗結果

從表4中可以看出，除C組和S組外，蒸壓法養護3天的陶粒混凝土強度約為自然養護28天的相應配比試塊強度的1.03倍～1.3倍，即蒸壓法養護有利于頁巖陶粒混凝土強度的提高。規范要求輕集料混凝土墻板做承重構件時強度應達到LC15-LC20，而B、C、D三組試塊的抗壓強度可以滿足其最低要求。A組試塊的膠凝材料水泥含量低，致使強度過低，流動性差，不利于施工； S組試塊的細骨料采用的是粒徑2～3mm的陶砂，材料粘聚性能差，試塊不成形。為此，可采用膠凝材料用量適中的C組配合比的陶粒混凝土澆筑復合墻板。

4 竹材陶粒混凝土墻板

用上述竹材和選用配合比的陶粒混凝土制成了5塊竹材陶粒混凝土復合墻板，并進行了抗彎性能試驗，得到的試驗結果如下表 5所示。可見竹材陶粒混凝土墻板的破壞荷載和撓度值均滿足圍護結構的要求，說明利用竹材和陶粒混凝土制作復合墻板可以滿足實用性要求，具有研究價值。

表5 復合墻板試驗結果

2 8.83 12.75 3.25 2.89 2.10 0.123% 3 8.92 12.12 7.10 5.18 3.99 0.268%

[1]謝浩.竹材在建筑中的使用研究[J].工程建設,2010,42(2):20-23.

[2]韓添石，李玉順，張王麗，沈煌瑩.薄壁型鋼-竹膠板組合樓板抗彎性能研究[J].森林工程,2010,26(3):54-57.

[3]李玉順，沈煌瑩，張王麗，韓添石.壓型鋼板-竹膠板組合墻體抗震性能試驗研究[J].工程力學,2010,27(增刊):108-112.

[4]姚燕.新型高性能混凝土耐久性的研究與工程應用[M].中國建筑材料工業出版社,2004.

[5]韓芳賢，武永琦．CL25預拌陶粒混凝土的配制技術及工程應用[J]．特種結構2005，22（4）：437-443.

[6]王曉剛，趙鐵軍. 輕集料混凝土的新進展[J].建筑技術開發,2003,30(10):37-55.

[7]王核，胡杰.淺述建筑節能與墻體材料的發展[J].磚瓦,2009,3:9-11.

依托項目：濱州學院青年人才創新工程項目（BZXYQNLG201201）

TQ172

B

1007-6344（2015）08-0031-02

陳璐，女，助教，1987年2月，濱州學院建筑工程系