CN106592856B - 一体化秸秆夹心填充墙体制备方法及一体化秸秆夹心填充墙体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一体化秸秆夹心填充墙体制备方法及一体化秸秆夹心填充墙体，其中，制备方法包括：制备秸秆夹心层，在压缩成型的秸秆块上开设按规则排列的通孔，并在秸秆块的上下表面分别加工过度锥面；将秸秆夹心层放置在模框内，秸秆夹心层通过垫块与模框内底面相距设定高度；将搅拌均匀的自密实混凝土和短切玄武岩纤维混合浆注入模框内，并按照从下往上的制备工序一次整体浇注成型，混合浆在秸秆夹心层的底面形成下蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的上表面形成上蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的通孔内形成与上蒙皮和下蒙皮连接的小柱。本发明填充墙在保温性、结构整体性、系统集成性、施工效率和环保性等方面具有自身的鲜明特点和有益效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构、建筑材料和结构仿生领域，涉及一种装配式一体化秸秆夹心填充墙体制备方法及一体化秸秆夹心填充墙体。
背景技术
现有的框架结构填充墙主要以现场砌筑的多孔或空心烧结砖和各种混凝土砌块为主，在改善了普通烧结砖环境相容性差、自重大、抗震性能差等问题的同时，仍在保温性、结构整体性、系统集成性和施工操作性等方面未取得根本的技术突破。
在保温性能方面，因现行墙体材料自保温性能较差，大多采用外墙外保温的方式提高其保温性能。保温材料以化工合成有机材料为主，存在环保性差、消防隐患突出、耐候性差等问题，其他无机保温材料多与砂浆混合使用，存在与外墙砖粘结不牢、施工工序复杂、外墙砖易出现空鼓或脱落等问题。墙体若不能实现高效保温，必然会增加因制冷或取暖而产生资源消耗和环境压力。另一方面，我国每年产生9亿吨秸秆，但资源化利用率很低，这既造成了资源的浪费，又因被焚烧而造成严重的空气污染，加剧雾霾的严重程度。
在结构整体性和力学性能方面，受砌块含水率、砌筑砂浆的保水性与和易性、灰缝厚度的不均匀性、不同材料的变形差异和湿胀干缩等因素的影响，在温度和干湿循环作用下，砌筑砂浆的抗压强度和粘结强度离散性明显，使得墙体整体性能减弱，在地震作用下，墙体易出现沿水平向灰缝的滑移破坏。抹灰层和墙体的粘结面更多的处于受剪或受拉状态，使得墙体多处出现裂纹，影响装饰和使用效果。
在施工操作性和系统集成性方面，施工质量受人工技术水平影响明显，而现场工人大多未受专业技能的培训，加上材料属性和结构对施工质量的要求较高，就导致灰缝饱满度、砌块搭接长度、错缝等很难符合规范要求。随着人力资源成本的不断上涨，现场砌筑的经济性也较差。因砌块砌筑、砂浆抹面和装饰、管线预埋等都是分段分批，墙体的系统集成性较差，影响施工质量和效率。
针对上述问题，急需开发一种装配式一体化秸秆夹心填充墙的制备方法，使填充墙在保温性、结构整体性、系统集成性、施工效率和环保性等技术方面有较大幅度的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种混凝土与秸秆填充材一体成型的具有整体性好的制备方法和采用此制备方法得到的秸秆夹心填充墙体。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一体化秸秆夹心填充墙体制备方法，其特征在于，包括：
步骤一、制备秸秆夹心层，在压缩成型的秸秆块上开设按规则排列的通孔，并在秸秆块上下表面分别加工与所述通孔连接的过渡锥面，形成专门用于夹心填充墙体的秸秆夹心层；
步骤二、将步骤一制作好的秸秆夹心层放置在模框内，秸秆夹心层通过垫块与模框内底面相距设定高度，秸秆夹心层与模框内侧面相距设定宽度；
步骤三、将搅拌均匀的自密实混凝土和短切玄武岩纤维混合浆注入模框内，并按照从下往上的制备工序一次整体浇注成型，混合浆在秸秆夹心层的底面形成下蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的上表面形成上蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的通孔内形成与上蒙皮和下蒙皮连接的小柱。
所述步骤三中，采用多喷头混凝土注浆机注射成型，制备时，喷头穿越秸秆夹心层的通孔，在秸秆夹心层的底面空间内浇筑密实后，逐步将喷头提出，再浇筑通孔和秸秆夹心层的上表面，混合浆在秸秆夹心层的底面形成下蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的上表面形成上蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的通孔内形成与上蒙皮和下蒙皮连接的小柱。
制备墙体骨架使用材料的配置方法为：先将玄武岩纤维与砂、石在搅拌机内混合干拌1～2min，使纤维与骨料均匀混合，最大限度地保证纤维具有良好的分散性，避免纤维结团、成束以及混凝土拌合物泌水；之后加入全部用水量的40％～50％的水搅拌，再将水泥和粉煤灰加入搅拌1～2min，最后将剩余的水和减水剂加入搅拌3～5min；搅拌均匀后，做工作性能测试，以达到自密实混凝土的工作性能要求。
一种采用权利要求1-3任一所述一体化秸秆夹心填充墙体制备方法制备的一体化秸秆夹心填充墙体，其特征在于：包括上蒙皮、下蒙皮、小柱和秸秆夹心层，所述上蒙皮、下蒙皮和中间的小柱一体化浇筑而成墙体骨架，在墙体骨架内部空腔包裹制备成型的所述秸秆夹心层。秸秆夹心层兼具保温和作为骨架制备成型时的模板两种功能。
所述小柱成梅花形布置，小柱两端与上蒙皮和下蒙皮成过渡锥面连接。以有效缓解小柱根部的应力集中。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
装配式一体化秸秆夹心填充墙在保温性、结构整体性、系统集成性、施工效率和环保性等方面具有自身的鲜明特点和有益效果。
保温性能方面，秸秆块的导热系数约为0.051～0.117W/(m·K)，且厚度为100～120mm，将其封存在墙体受力骨架内，既能大幅提升墙体的保温性能又消除了火灾隐患，且能与结构同寿命，具有较好的耐久性。
在结构整体性和系统集成性方面，填充墙一体化浇筑成型，上蒙皮、下蒙皮和连接小柱形成整体，不存在不同材料的薄弱界面，且能很好的将结构、保温、装饰、管线等集成为一体，实现良好的结构稳定性和系统集成性。因秸秆具有轻质特性，非常有利于整体结构的抗震性能的提高。
施工效率方面，填充墙工厂化预制、机械化施工，弱化或基本消除人工操作因素对工程质量的影响，大幅度提高施工效率，有效降低人工成本。
在环保性方面，通过秸秆实现墙体的高效保温，既能减少秸秆的焚烧和增加其资源化利用，又能减少化工有机保温材料的生产，更能减少因住宅制冷或保暖而引起的能源消耗和污染排放，有效缓解秸秆焚烧、化工材料生产以及住宅温控所需能耗和排放等因素对环境污染的压力。
附图说明
图1为本发明秸秆夹心填充墙的整体结构示意图。
图2为本发明秸秆夹心填充墙浇筑后的横剖面示意图。
图3为本发明秸秆夹心填充墙的骨架结构示意图。
图4为本发明秸秆夹心填充墙内的秸秆夹心层示意图。
图5为本发明秸秆夹心填充墙的模框和垫块示意图。
图6为本发明秸秆夹心填充墙的主要制备流程示意图。
附图标记：1－上蒙皮、2－下蒙皮、3－小柱、4－秸秆夹心层、5－封边、6－角型抗拉件、7－预埋管线、8－定位垫块、9－模框、10－小柱上锥面、11－小柱下锥面、12－秸秆小柱成型通孔、13－秸秆锥面成型面、14－垫块定位孔、15－垫块定尺寸段、16－垫块定位段。
具体实施方式
在生物界，甲虫已经历了以万年计的进化，其前翅具有非常合理的内部结构和良好的力学性能，以此为仿生原型，结合甲虫板、封装秸秆和装配结构的研究现状，发明了装配式一体化秸秆夹心填充墙的制备方法和一体化秸秆夹心填充墙。墙体结构包括上蒙皮1、下蒙皮2、连接小柱3、秸秆夹心层4、角型抗拉件6、预埋管线7和定位垫块8等。预制填充墙为纤维混凝土复合材料墙体，墙体骨架由上蒙皮1、下蒙皮2和中间起连接作用的小柱3一体化浇筑而成，为更好的改善墙体的整体力学性能，小柱3成梅花形布置，与上蒙皮1和下蒙皮2成锥面连接，以有效缓解小柱3根部的应力集中现象。骨架内部空腔由压缩成型的秸秆夹心层4填充，兼具保温和作为骨架制备成型时的模板两种功能，不与骨架共同承受外荷载。墙体通过预埋的角型抗拉件6和螺栓与梁柱实现柔性连接，之间的缝隙用高弹性多功能材料填封，以有效减震和阻断结合缝隙处的热桥。
填充墙为用于建筑外围的外墙，骨架材料由自密实混凝土和玄武岩纤维复合而成，自密实混凝土具有良好的流动性、抗离析性和填充性，不用振捣，能很好的实现小柱3、上蒙皮1和下蒙皮2等小尺寸构件的浇筑密实，玄武岩纤维有效提升基体材料的抗裂、剪切、受弯、抗冲击等性能。与混凝土骨架相比，秸秆夹心层4刚度较小，力学性能不作要求，材料为轻质、低导热系数的高效保温秸秆，如麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆等。
按照纤维(增强)自密实混凝土的性能要求，填充墙的自密实混凝土主要由水泥、粉煤灰、水、减水剂、短切纤维等组分按照一定比例配制而成，最大骨料粒径小于3.5mm，以保证其小柱3、上蒙皮1的间隙通过性。玄武岩纤维的掺量为0.5％～1.0％，短切长度为6～30mm，等效单丝直径为10～15μm，掺量、长径比等参数以最优化基体材料的力学性能为目标。适当控制秸秆夹心层4的含水率、密实度等参数，使其导热系数不大于0.08W/(m·K)，以实现墙体的高效保温隔热。
填充墙的总厚度为200mm，上蒙皮1和下蒙皮2厚度均为40～50mm，中间空腔净高100～120mm，尺寸的确定原则是：在保证良好的力学性能的前提下，优化提升墙体的保温隔热、隔音、防潮等性能。
填充墙内部小柱3分布仿生甲虫前翅中的连接小柱并参考相关蜂窝板技术标准，成梅花形分布，间距为200～300mm，分布密度为5～10根/m2，主要以实现上蒙皮1、下蒙皮2之间的连结和提高墙体的整体力学性能为出发点优化相关参数。
为保证小柱3的受压稳定性和优化其截面尺寸，填充墙内部小柱3的中间段横截面直径为30～50mm，端部直径为60～100mm，两者之间成锥面10过渡。
填充墙外侧的小柱3横断面处锚钉保温钉，规格尺寸为8*60mm～10*100mm，制备时要使固定盘面与墙体密实接触，以有效阻断小柱热桥。
填充墙内的保温秸秆夹心层4的厚度为100～120mm，横向做小柱成型通孔12，通孔分布和孔径以满足小柱分布和成型为准。秸秆夹心层4要压缩相对密实，在实现高效保温的前提下，最大可能的实现轻质化。
填充墙制备成型时，用于支撑秸秆夹心层4和保证下蒙皮2厚度的定位垫块8在模板内均匀分布，规格尺寸为尺寸和数量以能承受秸秆夹心层4压力和秸秆夹心层4不出现明显挠度变形为宜。定位垫块8通过模板上的定位孔固定位置，与秸秆夹心层4通过结构胶粘结，以保证其耐久性和强度。定位垫块8材料为尼龙材质，以实现保温与较好的固定和连接秸秆夹心层4。
填充墙的封边5厚度为20～30mm，以更好的固定墙体和梁柱之间的角型抗拉件6，在封边5内每隔500～600mm预埋角型抗拉件6，与框架梁柱内的预埋件实现机械连接。
填充墙装配时与周边梁柱预留10～15mm宽的永久明缝，缝内用衬底、保温、防水和装饰等多层材料填封，保证连接部位具有良好的保温性能和提高框架结构的整体抗震性能。
填充墙的具体制备步骤如下：步骤一，制备保温秸秆夹心层。秸秆块的成型工艺以玉米秸秆为例，制备前，先将其揉切粉碎，粒度控制在5～10mm之间，烘干秸秆物料，去除其中的游离水，使其达到绝干状态，再通过在物料表面喷洒水使其含水率控制在10％左右，然后将其填充到自制成型料缸中挤压成型。秸秆块压缩成型后，按照小柱3的分布特点和截面尺寸，用木工开孔钻开设通孔，并在秸秆块上下表面分别开设与通孔连接的小柱成型过渡锥面13。
步骤二，在模框9内部弹线定位，确定垫块8、秸秆夹心层4、预埋管线7和角型抗拉件6的位置、留出封边5尺寸、定出上蒙皮1、下蒙皮2和秸秆夹心层4的横向尺寸等。
步骤三，按照定位，用云石胶等粘合剂固定和粘合支撑定位垫块8和秸秆夹心层4，在模框9对应的垫块8处预留定位孔12，将定位垫块8的横截面制备成变截面结构，上半段为定尺寸段15，高度与下蒙皮2的厚度相等，成圆柱形，以减少自密实混凝土在下蒙皮2的浇筑成型阻力，下半段为定位段16，高度与模框9厚度相等，成六边形，以利于牢固插入六边形定位孔14，实现垫块8与模框9的固定连接。
步骤四，根据定位，在秸秆夹心层4内预埋管线7和初步固定角型抗拉件6位置，管线7的预埋要综合考虑蒙皮中预留插座和接线开关的位置。
步骤五，混合浆的制备与浇注成型。将自密实混凝土和短切玄武岩纤维搅拌均匀并用多喷头混凝土注浆机注射成型。骨架使用料制备时，先将玄武岩纤维与砂、石在搅拌机内混合干拌1～2min，使纤维与骨料均匀混合，最大限度地保证纤维具有良好的分散性，避免纤维结团、成束以及混凝土拌合物泌水。之后加入全部用水量的40％～50％的水搅拌，再将水泥和粉煤灰加入搅拌1～2min，最后将剩余的水和减水剂加入搅拌3～5min。全部搅拌时间较普通混凝土延长1～2min。搅拌均匀后，要做工作性能测试，以达到自密实混凝土的工作性能要求。浇注成型时，注浆机喷头长度控制在100～120mm之间，充分穿越小柱成型通孔12，采用从下往上的制备工序一次整体浇注成型，先将下蒙皮2浇筑密实后，逐步将喷头提出，再浇筑各小柱3和上蒙皮1。这样，混合浆在秸秆夹心层的底面形成下蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的上表面形成上蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的通孔内形成与上蒙皮和下蒙皮连接的小柱。
步骤六，拆模，养护，完成装配式一体化秸秆夹心填充墙的预制。
自密实混凝土浇筑成型后，考虑到结构为小尺寸和薄板构件，需用混凝土振动台对墙体做轻微震动，以保证混凝土浇筑密实。
Claims (8)
1.一体化秸秆夹心填充墙体制备方法，其特征在于，包括：
步骤一、制备秸秆夹心层：在压缩成型的秸秆块上开设按规则排列的通孔，并在秸秆块上下表面分别加工与所述通孔连接的过渡锥面；
步骤二、将步骤一制作好的秸秆夹心层放置在模框内，秸秆夹心层通过垫块与模框内底面相距设定高度，秸秆夹心层与模框内侧面相距设定宽度；
步骤三、将搅拌均匀的自密实混凝土和短切玄武岩纤维混合浆注入模框内，并按照从下往上的制备工序一次性整体浇注成型，混合浆在秸秆夹心层的底面形成下蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的上表面形成上蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的通孔内形成与上蒙皮和下蒙皮连接的小柱。
2.根据权利要求1所述的一体化秸秆夹心填充墙体制备方法，其特征在于，所述步骤三中，采用多喷头混凝土注浆机注射成型，制备时，喷头穿越秸秆夹心层的通孔，在秸秆夹心层的底面空间内浇筑密实后，逐步将喷头提出，再浇筑通孔和秸秆夹心层的上表面，混合浆在秸秆夹心层的底面形成下蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的上表面形成上蒙皮，混合浆在秸秆夹心层的通孔内形成与上蒙皮和下蒙皮连接的小柱。
3.根据权利要求1所述的一体化秸秆夹心填充墙体制备方法，其特征在于，所述步骤三中混合浆的配置方法为：先将短切玄武岩纤维与砂、石在搅拌机内混合干拌1～2min，使短切玄武岩纤维与骨料均匀混合；之后加入全部用水量的40％~ 50％的水搅拌，再将水泥和粉煤灰加入搅拌1～2min，最后将剩余的水和减水剂加入搅拌3～5min；搅拌均匀后，做工作性能测试，以达到自密实混凝土的工作性能要求。
4.根据权利要求3所述的一体化秸秆夹心填充墙体制备方法，其特征在于，所述混合浆中最大骨料粒径小于3 .5mm，短切玄武岩纤维的掺量为0 .5％～1 .0％，短切长度为6～30mm，等效单丝直径为10～15μm。
5.根据权利要求3所述的一体化秸秆夹心填充墙体制备方法，其特征在于，控制秸秆夹心层的密实度及含水率制备指标，使秸秆夹心层的导热系数不大于0 .08W/( m·K)。
6.一种采用权利要求1-5任一所述一体化秸秆夹心填充墙体制备方法制备的一体化秸秆夹心填充墙体，其特征在于：包括上蒙皮、下蒙皮、小柱和秸秆夹心层，所述上蒙皮、下蒙皮和中间的小柱一体化浇筑而成墙体骨架，在墙体骨架内部空腔包裹所述秸秆夹心层。
7.根据权利要求6所述的一体化秸秆夹心填充墙体，其特征在于：所述小柱成梅花形布置，间距为200～300mm，分布密度为5～10根/㎡，小柱两端与上蒙皮和下蒙皮成过渡锥面连接。
8.根据权利要求6所述的一体化秸秆夹心填充墙体，其特征在于：所述墙体骨架还包括厚度为20 ~ 30mm的封边，在封边内每隔500～600mm预埋角型抗拉件。
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