0、前言
國(guó)務(wù)院在墻體材料“十五’規(guī)劃中指出：“必須大力研究開(kāi)發(fā)具有高效、節(jié)能、節(jié)土、利廢、環(huán)保的輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、隔熱、防火型新型復(fù)合墻體材料”。發(fā)展技術(shù)先進(jìn)的優(yōu)質(zhì)墻體材料能顯著提高房屋建筑功能，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能；同時(shí)還能最大幅度地提高工廠的自動(dòng)化和機(jī)械化水平，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。中國(guó)菱鎂行業(yè)協(xié)會(huì)在中菱鎂協(xié)字2006年第28號(hào)文《菱鎂產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》中，將“優(yōu)質(zhì)環(huán)保節(jié)能新型菱鎂裝飾（防火）板，裝飾工藝品，工農(nóng)業(yè)用制品構(gòu)件和墻體材料及生產(chǎn)中消納工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢棄物與資源化的關(guān)鍵技術(shù)與裝備開(kāi)發(fā)”列為鼓勵(lì)類的產(chǎn)品。加快發(fā)展以煤矸石、粉煤灰、建筑渣土、冶金和化工廢渣等固體廢棄物和農(nóng)作物秸稈粉、鋸末等為原料的新型墻體材料，有利于提高資源綜合利用率、改善環(huán)境、促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
1、項(xiàng)目研究的技術(shù)路線
我們研究開(kāi)發(fā)的鎂質(zhì)復(fù)合保溫建筑墻板成套技術(shù)是以鎂、硅等復(fù)合膠凝材料為主體，摻入大量的工農(nóng)業(yè)廢棄物，通過(guò)高分子聚合物等改性制成的輕質(zhì)高強(qiáng)墻體材料，內(nèi)層合理設(shè)置了隔熱、隔聲的無(wú)機(jī)發(fā)泡型材或其它保溫材料。墻板經(jīng)生產(chǎn)流水線澆注、振動(dòng)密實(shí)、整平、養(yǎng)護(hù)，脫模而成，生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，可廣泛應(yīng)用于辦公、商務(wù)、居民樓房的分戶、分室、走廊、廚房的內(nèi)部隔墻。
在該課題的研究中，我們對(duì)鎂質(zhì)復(fù)合保溫墻板的物理力學(xué)性能、大摻量使用粉煤灰、秸稈粉等工農(nóng)業(yè)廢棄物、耐水性和抗返鹵性、保溫隔熱、隔聲性能、調(diào)濕功能、生產(chǎn)成型線和生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行試驗(yàn)研究。
經(jīng)過(guò)3年多的試驗(yàn)研究，我們與石家莊聯(lián)創(chuàng)卓越建筑材料有限公司聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)了鎂質(zhì)復(fù)合保溫建筑墻板（見(jiàn)圖1）及其機(jī)械化生產(chǎn)成型流水線，取得了良好的使用效果。我們又與煙臺(tái)、濰坊等地進(jìn)行了技術(shù)合作，得到了用戶的認(rèn)可。“一種免泡水改性菱鎂輕質(zhì)復(fù)合保溫板”于2008年獲得國(guó)家專利(ZL 200620011787.2)。這種復(fù)合保溫墻板已被列入“山東省新型墻材建筑節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用認(rèn)定”目錄中。
2、試驗(yàn)
2.1原材料
(1)輕燒氧化鎂
其化學(xué)成分為：Mg0 85.23%，f-Mg0 60.80%，f -Ca01.75%，n.n.n 6.60%，細(xì)度：180目篩篩余3.60%，遼寧海城產(chǎn)。
(2)1業(yè)氯化鎂
工業(yè)氯化鎂即水氯鎂石(MgCI2·6Hz0)，化學(xué)成分為：MgCI：46.12%，KCI 0.36%，NaC10.52%，CaCI2 0.28%，山東海化集團(tuán)產(chǎn)。
(3)粉煤灰
電廠Ⅱ級(jí)灰，主要成分見(jiàn)表1。
(4)秸稈粉
主要降低制品密度，增加韌性，試驗(yàn)使用的是通過(guò)10目篩的秸稈細(xì)粉。
(5)短忉纖維中堿玻璃纖維短切絲，長(zhǎng)6～15 mm。
(6)M.Ⅲ改性劑
抗返鹵劑和耐水劑，均為山東省建筑科學(xué)研究院研制生產(chǎn)。2.2試驗(yàn)基本條件
實(shí)驗(yàn)室溫度(20±2)℃，鹵水密度1.22g/m3，MgCI2含量約為23%。
采用4 cmx4 cmx16 cm三聯(lián)模成型，脫模后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，然后破型，分別進(jìn)行抗折、抗壓、耐水性以及吸濕增重、放濕減重試驗(yàn)。所用儀器主要有WDW-100型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、HWS-270型恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱等。
3、粉煤灰對(duì)菱鎂膠凝材料力學(xué)性能的影響
粉煤灰作為摻合料，不僅可以取代部分氧化鎂，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境，而且能與氧化鎂性能互補(bǔ)，改善菱鎂制品的一系列性能。粉煤灰己逐漸成為菱鎂膠凝材料中一種重要的無(wú)機(jī)填充材料。
粉煤灰的顆粒越細(xì)，微小玻璃球形顆粒越多，比表面積也越大，粉煤灰活性越高，其中的活性成分越容易和菱鎂膠凝材料中的Mg(OH)2化合。另外，隨著顆粒細(xì)度的增加，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量減少，漿體的密實(shí)度及強(qiáng)度增大。
3.1粉煤灰對(duì)菱鎂膠凝材料強(qiáng)度的影響
粉煤灰摻量對(duì)菱鎂膠凝材料抗折、抗壓強(qiáng)度和軟化系數(shù)的影響分別見(jiàn)圖2、圖3、表2。
從圖2、圖3呵以看出，隨著粉煤灰摻量的增加，菱鎂膠凝材料的抗折和抗壓強(qiáng)度呈逐漸卜．降的趨勢(shì)，但抗折強(qiáng)度下降的幅度比抗壓強(qiáng)度要小。當(dāng)粉煤灰摻量在90%以內(nèi)時(shí)，抗折強(qiáng)度下降幅度在10%～20%；當(dāng)粉煤灰灰摻量在60%以內(nèi)時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降幅度在10%～30%；粉煤灰摻量再增大，抗壓強(qiáng)度下降幅度更人。
從圖2、圖3、表2還可以看出，摻入粉煤灰的試樣與不摻的相比較，浸水后的抗折強(qiáng)度反而提高，抗壓強(qiáng)度也下降很少，說(shuō)明粉煤灰對(duì)菱鎂制品的耐水性有明顯的改善。
3.2粉煤灰對(duì)菱鎂膠凝材料體積穩(wěn)定性的影響
為研究粉煤灰對(duì)體積穩(wěn)定性的影響，沈威等測(cè)定了摻入粉煤灰前后菱鎂水泥的反應(yīng)熱效應(yīng)，結(jié)果見(jiàn)表3。
表3結(jié)果表明，摻入粉煤灰后，菱鎂水泥的反應(yīng)放熱速率降低，反應(yīng)加速期到來(lái)的時(shí)間推遲，早期放熱量降低，這樣，有利于改善制品的體積穩(wěn)定性，減少制品的熱變形。
3.3粉煤灰對(duì)菱鎂膠凝材料性能影響的機(jī)理分析
粉煤灰顆粒。般為球形或小規(guī)則的蜂窩狀，表面往往有許多的孔洞，所以其表面積較大，由于518結(jié)晶相在粉煤灰周圍或表面的附聚，使基體中518相的數(shù)量相對(duì)減少，從而降低了菱鎂材料的力學(xué)性能。同時(shí)，粉煤灰顆粒表面上吸附了溶液中的OH-和CI'等，延緩了基體中518結(jié)晶相的成核作用，降低了菱鎂水泥的反應(yīng)熱，減少了制品的膨脹變形，改善了體積穩(wěn)定性。
粉煤灰在菱鎂水泥中發(fā)揮了火山灰活性的作用。粉煤灰等無(wú)機(jī)活性填充材料中含有很多活性的Sioz、AlzOy Fe203，受體系中Mg2'、OH-和Cl．等激發(fā)，在體系中反應(yīng)能夠生成MgS103、Fe (OH)，、Al(OH)，等凝膠和絮凝物，堵塞內(nèi)部毛細(xì)通道，不容易被水破壞，使518相更穩(wěn)定，因此，能夠提高制品的耐水性。但考慮到菱鎂水泥漿體堿度較低(pH在8~9)，粉煤灰對(duì)耐水性的改善主要是潤(rùn)滑和微集料的作用，增強(qiáng)固相間的膠結(jié)，使菱鎂水泥的微觀構(gòu)改善，形成框架結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4），減少水分子侵入的可能性，從而提高耐水性。因此，對(duì)耐水性而言，粉煤灰在菱鎂水泥中應(yīng)以大摻量為好，在保證制品于強(qiáng)度的前提下，粉煤灰摻量越大菱鎂制品的耐水性越好。
4、秸稈粉對(duì)菱鎂制品力學(xué)性能的影響
4.1秸稈粉對(duì)制品強(qiáng)度的影響（見(jiàn)圖5、圖6）
從圖5、圖6可以看出，秸稈粉的加入，使制品的密度降低，抗折強(qiáng)度提高，但使抗壓強(qiáng)度及抗壓耐水性降低。秸稈粉摻量每增加10%，抗折強(qiáng)度提高10%～20%，抗壓強(qiáng)度降低5%～10%。當(dāng)秸桿粉摻量為30%～40c/c時(shí)的抗折強(qiáng)度最高，摻量超過(guò)40%后抗壓強(qiáng)度及抗壓耐水強(qiáng)度降低幅度加快。因此，菱鎂制品中秸稈粉的加入量不宜超過(guò)Mg0的40%。
4.2正交試驗(yàn)
正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表4，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。
正交試驗(yàn)結(jié)果分析：
(1)粉煤灰：50%~70%的粉煤灰對(duì)菱鎂制品的性能影響都不大，隨著用量的增加，抗壓強(qiáng)度值僅略有降低，這進(jìn)一步證明了大摻量的粉煤灰可以應(yīng)用子菱鎂制品中。
(2)秸稈粉：秸稈粉對(duì)菱鎂制品的影響最大，隨著用量的增加，制品密度降低，抗折強(qiáng)度提高，這樣有利于減小產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品韌性，但隨之也使抗壓強(qiáng)度及抗壓耐水性的降低，因此，秸稈粉的摻量一定要在保證產(chǎn)品力學(xué)性能下確定。
(3)短纖維：短纖維的使用提高了制品的抗折強(qiáng)度，尤其是提高了抗折耐水性，因此，在滿足生產(chǎn)工藝和成本的前提下，盡可能地多摻用短纖維。
5、鎂質(zhì)復(fù)合墻板的綜合性能
按照J(rèn)G/T 169-2005《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》標(biāo)準(zhǔn)要求，我們研制生產(chǎn)的鎂質(zhì)復(fù)合墻板經(jīng)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心、國(guó)家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、河北建設(shè)工程檢測(cè)有限公司檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表6。
6、結(jié)語(yǔ)
(1)研制開(kāi)發(fā)的鎂質(zhì)復(fù)合保溫建筑墻板可以大摻量地利用粉煤灰等工業(yè)廢渣以及農(nóng)作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物達(dá)60%，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策及山東省新型墻材建筑節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品的要求，有利于資源綜合利用，節(jié)約土地，改善環(huán)境。
(2)該復(fù)合墻板力學(xué)性能突出，抗彎破壞荷載為板自重7.1倍．抗壓強(qiáng)度7.2 MPa，含水率1.9%，制品不吸潮返鹵，耐水性好。
(3)該復(fù)合墻板保溫性能優(yōu)越，無(wú)毒，無(wú)污染，傳熱系數(shù)低，隔聲性能好，符合我國(guó)建筑節(jié)能的要求，是一種綠色節(jié)能型新型墻材，特別適用于建筑分戶墻和不采暖的樓梯間隔墻。
