秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板性能特點(diǎn)及發(fā)展研究

楊礬 王子杰

摘 要：【目的】基于現(xiàn)有的幾種典型輕質(zhì)保溫建筑墻板的組成及特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)代同類較前沿的輕質(zhì)保溫墻板，提出了一種綠色環(huán)保的秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板。【方法】通過對(duì)比分析的研究方法，歸納總結(jié)墻板的組成特征、建筑物理性能、有毒有害物質(zhì)限量等并加以研究論述。【結(jié)果】分析出秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板具有防水防潮、防火抗裂、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)良特點(diǎn)，且板材本身具有綠色環(huán)保、無毒無害、對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。【結(jié)論】該秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板不僅提高了廢料利用率，而且具有較強(qiáng)的傳統(tǒng)工藝可代替性。

關(guān)鍵詞：秸稈；保溫墻板；性能特征；經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號(hào)：TU761.12? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2023）06-0071-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.06.014

Study on Performance Characteristics and Development of Straw Integrated Sandwich Composite Thermal Insulation Wallboard

YANG Fan1 WANG Zijie2

（1. Zhengzhou University， Zhengzhou 450000， China; 2. Renai College of Tianjin University， Tianjin 301636， China）

Abstract： [Purposes] Based on the composition and characteristics of several typical lightweight insulation building wall panels， combined with the cutting-edge lightweight insulation wall panels of the same kind in contemporary times， a green and environmentally friendly straw integrated sandwich composite insulation wall panel is proposed. [Methods] Through the research method of comparative analysis， this paper summarizes the composition characteristics， building physical properties， toxic and harmful substance limits of wall panels， etc. [Findings] The results show that the straw integrated sandwich composite insulation wall panel has excellent characteristics such as waterproof and moisture-proof， fireproof and crack resistance， easy installation， etc.， and the board itself is green， non-toxic and harmless， and environmentally friendly. [Conclusions] The straw integrated sandwich composite insulation wall panel not only improves the waste utilization rate， but also has strong substitution of traditional technology.

Keywords： straw; thermal insulation wallboard; performance characteristics; economic benefits

0 引言

自1988年8月起國(guó)家有關(guān)部門出臺(tái)了限制使用黏土磚、對(duì)磚瓦產(chǎn)品征收增值稅等墻材新規(guī)定，鼓勵(lì)采用新型材料制成的輕質(zhì)高強(qiáng)保溫墻板，并有一定的優(yōu)惠扶持政策。隨著裝配式建筑的推廣使用，輕質(zhì)保溫墻板是墻體發(fā)展的必然趨勢(shì)。

河南省作為農(nóng)業(yè)大省，地處平原且毗鄰黃河，耕地面積較為廣闊。眾所周知，農(nóng)作物收獲后田地里會(huì)留下大量的秸稈，而秸稈是一種極為常見的植被廢料。傳統(tǒng)的處理辦法往往是加工成豬牛羊等牲畜的飼料。然而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，個(gè)體戶飼養(yǎng)的牲畜越來越少，田野里堆積的秸稈卻越來越多，秸稈廢料處理的方式也由制成飼料變?yōu)榉贌４罅糠贌幚斫斩捨廴经h(huán)境，有火災(zāi)安全隱患，沒有落實(shí)可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)理念。

秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板的原材料主要以農(nóng)作物秸稈廢料為主，具有防水防潮、防火抗裂、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、節(jié)能綠色建筑大力推廣的背景下，大力推廣新型秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板，既解決了秸稈焚燒處理諸多問題，又為新型墻板的制作方法提供新的理念與思路，促進(jìn)現(xiàn)代化建筑加快朝前發(fā)展。秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板在保證人民住房安全的前提下，能減少墻材成本和安裝難度，提高施工效率和建筑質(zhì)量，因此，具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和廣闊的市場(chǎng)前景。

1 性能特征與產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)及市場(chǎng)

1.1 產(chǎn)品性能特征

保溫墻體通常可根據(jù)保溫層所在墻體的具體部位，分為以下3種基本類型，即外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫與外墻夾層保溫。外墻夾層保溫具有絕熱性能好、造價(jià)低廉、有效避免砌塊開裂、建筑施工便利等優(yōu)勢(shì)，因此在設(shè)計(jì)秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板時(shí)，宜采用夾層保溫這一基本類型。夾層保溫墻板根據(jù)墻體細(xì)部構(gòu)造不同，其組成又可分為以下兩種基本形式：一是由重墻飾面層、纖維增強(qiáng)層、保溫層、磚砌塊或混凝土墻等結(jié)構(gòu)組成；二是由輕墻飾面層、纖維增強(qiáng)層、保溫層、雙層紙面石膏板、輕型鋼結(jié)構(gòu)梁等組成。這兩種夾層保溫的構(gòu)造形式既適用于建筑外立面的承重墻結(jié)構(gòu)，也適用于建筑內(nèi)部非承重墻結(jié)構(gòu)，具有廣泛的適用性。保溫層的材料選擇通常為導(dǎo)熱系數(shù)較小的高效保溫材料，如無機(jī)保溫材料、離心剝離纖維棉、氣凝膠氈、聚氨酯發(fā)泡板、玻璃纖維棉板等。

秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板以秸稈為原料，采用外墻保溫結(jié)構(gòu)中的預(yù)制夾層保溫墻板，又稱為秸稈集成三明治墻板。其廣泛應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)內(nèi)隔墻等非承重墻體，并且該墻板可根據(jù)建筑施工的具體要求，生產(chǎn)出寬度為0.6 m、厚度為0.1～0.2 m、長(zhǎng)度為2.5～4.5 m等不同規(guī)格型號(hào)的輕質(zhì)保溫墻板。

制備由秸稈集成的復(fù)合保溫夾芯墻板時(shí)，首先將面層材料與纖維增強(qiáng)層牢固連接，再與保溫材料層及基體墻體通過特制卡槽進(jìn)行拼接，從而形成復(fù)合整體墻材料，降低了維護(hù)和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。采用裝配式的方式進(jìn)行墻板施工，可大大加快施工速度，進(jìn)而縮短施工周期。此外，秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板具有防火、隔聲、抗凍、耐水、抗震等優(yōu)勢(shì)。具體如下：①通過在墻板內(nèi)部增設(shè)少量不燃體材料，可在明火1 000 ℃時(shí)不燃燒，且其他防火項(xiàng)指標(biāo)也均優(yōu)于傳統(tǒng)墻體結(jié)構(gòu)；②經(jīng)隔聲試驗(yàn)檢測(cè)，該墻板的隔聲效果可達(dá)50 dB，具有良好的隔聲作用；③抗凍和極冷、極熱試驗(yàn)中構(gòu)件均未出現(xiàn)明顯開裂破壞，且具有良好的抗彎破壞能力和抗沖擊能力；④將秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板分別靜置于0 ℃、35 ℃的水中，經(jīng)過7 d后墻板均無明顯變化；⑤經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板的重量約為33 kg/m2，與傳統(tǒng)加氣混凝土墻相比，其室內(nèi)可使用面積增加約6%，提高功效近2倍，降低工程造價(jià)10%～15%，較傳統(tǒng)材料成本降低約75%。

1.2 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

1.2.1 易于取材且能有效利用廢料。秸稈復(fù)合夾心墻板是通過對(duì)秸稈在高溫下進(jìn)行擠壓，利用秸稈纖維之間的機(jī)械鎖合和高溫下分泌的膠質(zhì)物黏合形成的秸稈芯板，附加無機(jī)材料面層形成的一種新型墻板材料［1］。此類板材的生產(chǎn)過程基本無污染，取材廣泛且能利用再生的物質(zhì)資源，可重復(fù)利用的比例也較高，是一種真正意義上的綠色環(huán)保型建筑材料，因此，國(guó)家有關(guān)部門將該類材料列入重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品目錄來推廣使用。

1.2.2 綠色環(huán)保，有害有毒物質(zhì)量少。秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板采用的原材料為農(nóng)作物秸稈廢料等，其主要成分為植物纖維，是綠色建筑材料。秸稈纖維作為主原料，在高溫?cái)D壓條件下使秸稈纖維中的膠質(zhì)物黏結(jié)板材，代替了膠水在保溫墻板制作工藝中的作用，從而減少甲醛對(duì)人體的危害。

1.2.3 裝修簡(jiǎn)單快捷，操作安裝方便。墻板在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留專用的滑軌式裝配卡槽，安裝較傳統(tǒng)保溫墻板更簡(jiǎn)便快捷，且對(duì)工人的技術(shù)水平要求也較低，有專業(yè)知識(shí)的人員都能很快上手安裝，且可直接在素體墻上安裝。

1.2.4 防火性能優(yōu)良。集成墻板的抗火等級(jí)能達(dá)到B1級(jí)，能滿足一般性工程的防火要求。

1.2.5 相對(duì)傳統(tǒng)裝修工藝的替代性好。在普通墻面進(jìn)行裝修時(shí)，有清補(bǔ)面層、打磨、噴涂膠等多道工序，而且不可避免地產(chǎn)生裝修污染及裝修廢料垃圾，而在采用集成式墻板裝修時(shí)，由于將墻面色彩預(yù)先設(shè)計(jì)集成在墻板面層，不僅表面具有了涂料、墻紙的色彩和圖案，同時(shí)還具有普通墻面沒有的凹凸感，即墻面圖案的立體感，這也是集成墻板的特色之一。

1.3 產(chǎn)品劣勢(shì)

1.3.1 有效面積減小。相較于外保溫和內(nèi)保溫兩種保溫墻板而言，夾層保溫墻體更厚。在建筑總占地面積一定的條件下，采用夾層保溫墻體會(huì)使建筑物本身的有效使用面積減小。

1.3.2 易受內(nèi)外溫差影響。當(dāng)溫度變化波動(dòng)幅度較大時(shí)，尤其是在我國(guó)北方的冬季，室內(nèi)和室外的溫差過大導(dǎo)致外墻板材受溫度應(yīng)力影響大，極易對(duì)墻體結(jié)構(gòu)造成破壞。

1.3.3 接縫滲水。與現(xiàn)澆墻板相比，預(yù)制墻板有接縫缺陷，因此容易發(fā)生滲水、漏水。

1.3.4 抗震性能不好。夾層保溫墻板中保溫層兩側(cè)的墻體均為剛性承重墻體，在抗震重點(diǎn)設(shè)防地區(qū)不適合采用此種保溫墻板。

1.3.5 熱橋問題。受熱橋因素影響，會(huì)導(dǎo)致墻體的絕熱性能被削弱，而墻體柱梁等仍具有熱橋效應(yīng)。

1.4 市場(chǎng)應(yīng)用前景

秸稈集成墻板較現(xiàn)有的竹木集成墻板具有更輕更強(qiáng)的特點(diǎn)，較低的價(jià)格使其贏得了一定市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代城鄉(xiāng)建設(shè)所需的保溫墻板中占據(jù)一席之地，有較為廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

2 性能檢測(cè)及技術(shù)指標(biāo)

2.1 秸稈集成墻板的建筑物理性能

秸稈集成墻板與其他墻板的建筑物理性能比較見表1，從表1中不難看出秸稈集成墻板的優(yōu)越性。

2.2 有毒有害物質(zhì)限量

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和人們生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也越來越高，不僅要求室內(nèi)裝飾精美，同時(shí)也對(duì)使用的裝修材料提出更高的要求，尤其是建筑材料的環(huán)保性。秸稈集成復(fù)合墻板因其特有的綠色環(huán)保、可循環(huán)利用性能而受到消費(fèi)者追捧。為了減少墻板對(duì)人體的影響，已有的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)板材甲醛釋放量的規(guī)定如下［2］：E0級(jí)的甲醛的釋放量≤0.5 mg/L，E1級(jí)的甲醛的釋放量≤1.5 mg/L；總揮發(fā)性有機(jī)化合物TVOC的檢出量≤0.5 ［mg/（m?·h）］（72 h）。秸稈集成夾心墻板完全能滿足上述要求，采用此類墻板裝修后，也僅需采取簡(jiǎn)單的開窗通風(fēng)方式，便可入住。

3 現(xiàn)有保溫墻板對(duì)比分析及總結(jié)

3.1 集成式墻板

在集成式墻板方面，模塊化竹木保溫墻板也是其中之一。它主要由竹木纖維集成墻板、真空絕熱板與氣凝膠氈組成［3］，如圖1所示。竹木纖維集成墻板作為模塊化墻板的外表面，具有價(jià)格較高、原材料資源受限、不易取材、竹材比麥秸稈重等缺陷。因此，可用秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板代替竹木纖維集成墻板，從而達(dá)到廢料利用、墻板重量減輕的目的。同時(shí)，秸稈相對(duì)于竹木價(jià)格低廉，且材料極易獲取。采用秸稈代替竹木作為原材料，不僅減少秸稈焚燒污染空氣等所帶來的危害，而且大大降低保溫墻板的成本，進(jìn)而提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 復(fù)合式墻板

在復(fù)合式墻板方面，氟石膏復(fù)合保溫墻板也是其中之一。它是將各種原料經(jīng)計(jì)量、混合攪拌制作成復(fù)合墻板的芯料，然后與紙面連續(xù)復(fù)合成型的工藝過程。經(jīng)過試驗(yàn)研究，其采用了“加氣”與“泡沫”混合工藝，使制品含有更多的微孔，以提高制品的保溫隔熱性能［4］。具體的工藝流程是先對(duì)原料進(jìn)行計(jì)量，用工具進(jìn)行攪拌處理，接著通過上紙、下紙操作完成紙面的復(fù)合，最終使試件完美成型，最后通過烘干、切割、堆放等一系列操作完成。

氟石膏復(fù)合保溫墻板與秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板相比而言，秸稈集成墻板具有以下幾種優(yōu)勢(shì)。首先，同規(guī)格大小的氟石膏墻板與秸稈保溫墻板相比，秸稈保溫墻板的面密度及板容重更輕；其次，在原材料的獲取及板材制成費(fèi)用方面，氟石膏墻板花費(fèi)更高，且秸稈材料容易獲取，成本及后期生產(chǎn)工藝費(fèi)用較低，秸稈集成墻板總成本遠(yuǎn)低于氟石膏保溫墻板；最后，根據(jù)《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料保溫板》（JG/T 2510—2019）的要求，在秸稈集成墻板與氟石膏保溫墻板均合格的前提下，秸稈保溫墻板的干燥收縮值、彎曲破壞荷載值及單點(diǎn)吊掛能力等強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性參數(shù)均優(yōu)于氟石膏墻板。

3.3 一體化墻板

一體化保溫墻板中剪力墻結(jié)構(gòu)建筑物外墻均采用了無空腔復(fù)合保溫一體化板，墻板總厚度為100厚，外墻保溫材料芯材選用80厚擠塑聚苯板，燃燒性能B2級(jí)，模板外側(cè)保護(hù)層20厚［5］。該保溫板材的實(shí)際裝修施工建設(shè)范圍主要適用于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和大部分抗震墻結(jié)構(gòu)，且建筑物要求的抗震設(shè)防烈度為7度及以下地區(qū)的建筑項(xiàng)目。

一體化保溫板與秸稈集成保溫墻板相比，二者在板材構(gòu)件設(shè)計(jì)方面均采用整體化的思路。但秸稈保溫墻板燃燒性能為B1級(jí)，為難燃材料制品，其燃燒性能要優(yōu)于一體化保溫墻板。在墻板受熱受火時(shí)，擠塑聚苯板燃燒易揮發(fā)出有毒有害氣體，秸稈植物燃燒通常只產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，危害更小，保障了人們的生命安全。

4 未來展望

4.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板相較于傳統(tǒng)保溫墻板，在防火阻燃、耐酸堿腐蝕等方面均符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范的前提下，具有更低的建筑能耗。相較于傳統(tǒng)外墻保溫層，秸稈集成保溫墻板與外墻同步施工，不僅延長(zhǎng)了保溫墻板的使用周期，而且減少后期維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了建筑壽命。同時(shí)，秸稈保溫板采用工廠大規(guī)模生產(chǎn)，使保溫墻板從制備成型到安裝完成周期縮短了20％左右。經(jīng)過粗略統(tǒng)計(jì)計(jì)算，秸稈集成復(fù)合保溫墻板與傳統(tǒng)粘貼保溫層墻體相比，每1 000 ｍ2節(jié)約減少費(fèi)用約200元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 未來展望

秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、易取材、符合循環(huán)發(fā)展、廢料再利用等綠色環(huán)保理念，且輕質(zhì)保溫墻板是墻體發(fā)展的必然趨勢(shì)。

當(dāng)前中國(guó)的發(fā)展進(jìn)入新的時(shí)期，城市作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心，居民建筑朝著現(xiàn)代化、生態(tài)化的目標(biāo)發(fā)展，保溫隔熱墻材同樣存在著優(yōu)化升級(jí)的空間。目前在秸稈集成夾芯墻板設(shè)計(jì)中融入綠色環(huán)保、輕質(zhì)高強(qiáng)等設(shè)計(jì)理念，在提升保溫墻板質(zhì)量的同時(shí)為綠色建設(shè)服務(wù)，保障人們的住房安全，滿足人與自然和諧相處的理念要求，既擁有廣闊的發(fā)展前景，又帶來良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

筆者主要研究了秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)、市場(chǎng)、性能檢測(cè)及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)等，總結(jié)了秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，分析了秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板具有防水防潮、防火抗裂、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，并與之相關(guān)類型的幾種輕質(zhì)保溫墻板對(duì)比分析，總結(jié)出秸稈集成夾芯復(fù)合保溫墻板的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，并對(duì)未來發(fā)展進(jìn)行展望。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳繼浩，崔琪，潘華.秸稈復(fù)合墻板應(yīng)用性能試驗(yàn)研究［J］.新型建筑材料，2021，48（4）：92-94.

［2］錢平，崔成成.竹木纖維集成墻板的性能特點(diǎn)與檢測(cè)要求［J］.建設(shè)科技，2019（9）：67-70.

［3］朱文祥，劉永剛，吳志敏，等.新型模塊化保溫墻板的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐［J］.江蘇建筑，2020（6）：115-118.

［4］張錦峰，許紅升，王玉洪，等.氟石膏復(fù)合保溫墻板的開發(fā)與應(yīng)用研究［J］.墻材革新與建筑節(jié)能，2005（9）：25-27，3.

［5］李文龍，岳小同，李奕儒，等.一體化保溫墻板在剪力墻結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用和研究［C］//浙江省土木建筑學(xué)會(huì).第26屆華東六省一市土木建筑工程建造技術(shù)交流會(huì)論文集（上冊(cè)）.北京：《施工技術(shù)》雜志社，2020：4.