CN115974514A - 轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，具体包括：农作物石膏复合材料覆面板制备：麦秸刨花联合预处理、石膏基相中添加菱镁凝胶无机助剂和农作物石膏复合材料覆面板冷压成型；耐火极限试验，农作物石膏复合材料覆面木龙骨和轻钢龙骨轻质墙体标准火灾试验，直至失效；受火后剩余承载力测定，受火后农作物石膏复合材料覆面木龙骨轻质墙体剩余竖向承载力测定根据轴压方法进行。本发明实现了农业生产中麦秸副产品的有效利用，并大幅度提高了装配式建筑中轻质墙体的抗火性能。
Description
技术领域
本发明涉及装配式建筑抗火技术领域，具体为轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用。
背景技术
近年来，对低碳材料重视程度的提升以及加工技术的革新发展，以木竹等天然植物纤维为代表的定向刨花板、结构胶合板、层板胶合木、胶合竹、旋切板胶合木、正交胶合木、重组木和重组竹、石膏刨花板等植物基建材逐渐应用于建筑工程当中。此类建材不仅具有汇碳功能，且由于植物纤维材料轻软易加工，废弃后易再循环回收利用，其全寿命过程碳排放远低于传统的混凝土、钢材和塑料等建材；植物基材料多由中空的细胞紧密排列构成，具有良好的保温隔热性能，植物基建筑材料节能性能突出；同时，建筑中大量使用天然植物纤维材料，还可调节室内温湿度、改善环境品质。
装配式建筑在施工现场建筑垃圾少，施工中噪音和粉尘污染小、周期短、劳动力节约，是建筑业发展方向，主要有装配式混凝土结构、装配式钢结构和装配式木结构三种类型。轻质墙体由墙体骨架、墙面板和保温吸音材料组成，易于装配、结构布置灵活、保温隔热，广泛用于装配式建筑中。根据龙骨类型的不同，轻质墙体主要有轻钢龙骨墙体和木龙骨墙体两种，其中木龙骨墙体适用于装配式木结构建筑，轻钢龙骨墙体为不燃属性，可在装配式混凝土结构、钢结构和木结构建筑中通用；当采用定向刨花板或结构用胶合板等结构板材覆面时，墙体还具有抵抗水平力的作用，可在建筑中用作剪力墙；同时，轻质墙体又可作为承重墙在建筑中使用，轻质墙体是建筑中承重体系的组成单元，墙骨柱为承受竖向荷载的主要构件，并将上部荷载传递至建筑基础，覆面的结构墙面板主要承担墙骨柱框架传递而来的地震、风等水平荷载作用。火灾发生时，随着温度升高导致钢龙骨变形或木龙骨炭化等材性劣化，使得墙体失去承载能力、完整性或隔热性而达到耐火极限；轻质墙体空腔内填充保温材料，例如硅酸铝棉、玻璃棉、岩棉等，有助于墙体抗火性能的提升，但效果较小。轻质墙体在承受水平荷载时外侧覆面板一般为木基结构板、定向刨花板或波纹钢板等平面内刚度和强度较大的覆面板，内侧一般为普通石膏板或硅酸钙板等无机复合材料覆面板。墙骨柱两侧的覆面板对墙骨柱起到隔热保温的作用，因此，曝火侧覆面板作为实现轻质墙体抗火性能的“第一道防线”，其性能决定了建筑的耐火等级。
目前装配式轻质防火墙板主要有以下弊端：
(1)以木材刨花与石膏复合制成的石膏刨花板，高温作用下，石膏结晶水蒸发降低周围环境温度，木材刨花起到弥补石膏失去结晶水引起的体积收缩，使石膏刨花板的结构完整性得到延长；但木材刨花导热系数相对较高，且阻燃性能不足，导致石膏刨花板在火场中结构完整性的保持时间较短，对墙体内部材料的隔热防护不强。
(2)以植物纤维为增强相与石膏复合制成的复合材料，胶凝材料仅为石膏，石膏同时作为复合材料中的连续相和胶粘材料。火灾后期，复合材料中石膏结晶水失去后，虽然植物纤维仍能起到填充石膏晶体体积收缩产生的孔隙，但石膏的粘结作用持续弱化，复合材料在高温中结构完整性的保持时间不足。虽针对石膏板，有采用菱镁凝胶复合以改善石膏板微观结构和致密度的研究，但板材制备需要，要求水分添加量大，导致后期多余水分蒸发产生空隙，板材致密度增加有限。
(3)根据现行国家标准的规定装配而成木龙骨墙体和轻钢龙骨墙体，对墙体曝火侧覆面板与覆面板对接拼缝的处理措施，仍未解决曝火侧覆面板拼缝是墙体受火的薄弱环节的问题，曝火侧覆面板对接拼缝一直是墙体受火失效的关键部位，
因此亟需轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板研发及其应用来解决上述问题。
发明内容
根据目前植物纤维石膏复合材料存在的以上三个技术问题，本发明提供了轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，在石膏基体中添加麦秸刨花，再根据胶凝材料水化所需水量的计算结果，施加总用水量的五分之二水分到全干麦秸中，并与氧化镁混合，然后与氯化镁和石膏的混合物再进行拌和，最后采用冷压成型，再对板材施加剩余水分，制成农作物石膏复合材料。在轻质墙体组装时，针对轻钢龙骨墙体，直接在其曝火侧覆面农作物石膏复合材料；针对木龙骨轻质墙体，先对曝火侧墙面板对接拼缝处的木龙骨进行尺寸加工，再在该木龙骨曝火侧覆面农作物石膏复合材料板带，并覆面农作物石膏复合材料。最后并对曝火侧农作物石膏复合材料墙面板对接拼缝处采用石膏浆体填缝抹平，再进行抗火性能测定，以解决现有技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，包括以下步骤：
A1、麦秸热碱液刻蚀：调整质量百分含量为0.6％的氢氧化钠溶液，并加热至70℃，将麦秸刨花倒入热碱液中进行处理，处理过程中匀速缓慢搅拌，使刨花在溶液中充分浸润，处理90分钟后取出、沥干，再用蒸馏水冲洗，直至洗涤液pH值不高于8.0；
A2、麦秸含水率调整：将处理后的麦秸刨花置于103℃环境箱内处理至含水率为8％～12％，再转移到温度为20℃、相对湿度为65％环境下养护至平衡；
A3、在对经过碱液刻蚀麦秸的含水率调整到位后，再将KH-602型硅烷偶联剂均匀地喷洒到麦秸表面，偶联剂用量为麦秸全干质量的2％，以达到麦秸和石膏两相界面相容性最佳改善效果；
A4、按照氧化镁和氯化镁两种组分质量比为3:1制成菱镁凝胶，并按照水分添加量和石膏质量比为1:2.5，麦秸与石膏质量比为1:(5～10)，菱镁凝胶和石膏质量比为1:(2.5～3.0)，添加洋麻纤维与麦秸刨花混合物作为复合材料增强相混合压制制得农作物石膏复合材料；
A5、对木龙骨进行尺寸加工，将木龙骨连接成木框架后，木框架间隙填充岩棉，再在曝火侧覆面农作物石膏复合材料墙面板，并对曝火侧墙面板对接拼缝处采用石膏浆体填缝抹平，制得轻质墙体抗火面板。
进一步地，所述A4中，农作物石膏复合材料中农作物和石膏质量比为1:8，农作物中洋麻与麦秸质量比为1:4，水添加量与石膏质量比为1:2.5，菱镁与石膏质量比为1:2.85。
进一步地，所述A4中，按照菱镁和石膏胶凝材料水化总用水量的40％配置氯化镁溶液，均匀地喷洒到麦秸刨花表面，若麦秸刨花采用热碱液刻蚀和偶联剂联合处理，或仅采用偶联剂单独处理，则先对麦秸刨花喷洒偶联剂，再与石膏和氧化镁的干混合物搅拌均匀后再喷洒氯化镁溶液，再对混合物施加5MPa压力，室温条件下保压6h后，将根据计算得到的板材成型用剩余水量均匀喷洒到板材上，并施加1MPa压力，室温条件下保压8h；最后取出板材，置于45℃烘箱内，调整板材含水率为2％～3％时，放入常温环境养护直至平衡。
进一步地，所述A5中，轻质墙体抗火面板为整体双层或曝火侧对接拼缝处为局部双层。
进一步地，所述A4中采用半干法成型制得农作物石膏复合材料，所述菱镁和石膏胶凝材料水化理论所需水分的五分之二添加到全干麦秸中。
进一步地，所述轻质墙体抗火面板中至少一层为农作物石膏复合材料墙面板。
进一步地，所述A5中，轻质墙体抗火面板为单层、龙骨为木材时，轻质墙体抗火面板对接拼缝处为局部双层，轻质墙体抗火面板曝火侧内侧，采用农作物石膏复合材料墙面板，轻质墙体抗火面板曝火侧面板对接拼缝处的木龙骨的宽度尺寸裁切去除墙面板厚度，并在该处局部设置一层农作物石膏复合材料板条。
进一步地，当轻质墙体抗火面板曝火侧面板层数为两层或层时，相邻层墙面板对接拼缝错开若干个骨柱间距。
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板的应用，包括轻质墙体耐火极限试验和轻质墙体受火后剩余承载力测定。
进一步地，所述轻质墙体耐火极限试验，由麦秸石膏复合材料覆面的轻质木龙骨墙体和轻钢龙骨墙体标准火灾试验，直至墙体受火失效；所述轻质墙体受火后剩余承载力测定，由麦秸石膏复合材料覆面的木龙骨墙体和轻钢龙骨墙体受火后剩余承载力的测定根据轴压方法进行。
在上述技术方案中，本发明提供的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，(1)麦秸导热系数为木材的1/3，在高温作用下能够有效阻碍热量传递，使燃烧难以进行；麦秸灰分含量为木材灰分含量的5～10倍，灰分中质量占比超90％的成分为二氧化硅，可以有效抑制燃烧。植物纤维石膏复合材料中，增强相由麦秸刨花代替木材刨花，能够有效延迟板材受火脱水后发生开裂和脱落的时间，从而使墙体抗火性能得到大幅度提高。同时，麦秸作为我国农业生产的副产品，量大面广，成本低廉、易得，不仅充分利用了麦秸废弃物，有利于生态环境的保护，还节约了优质结构木材，降低了成本和造价；
(2)农作物石膏复合材料的制备中，先对全干麦秸施加适量水分，再与氧化镁混合，最后与氯化镁和石膏的混合物进行拌和，通过麦秸中水分的析出，复合材料连续相通过水化反应初步胶凝，成型后再对板材施加剩余水分，使用半干法成型前期施加水分较少，避免了板材内部水分蒸发导致产生较多较大孔隙，且在石膏晶体粗结构中引入无毒生态的菱镁凝胶细结构，以实现连续相致密度的有效提高。火灾时，石膏晶体中结晶水蒸发，降低了环境周围温度，而板材内部仍有菱镁凝胶连续相继续参与工作，以维持农作物石膏复合材料结构的完整性，有效地提高了农作物石膏复合材料对墙体内部的防护隔热作用，解决了传统石膏板和石膏刨花板在火灾条件下过早开裂和脱落的问题；
(3)根据现行国家标准《木骨架组合墙体技术标准》(GB/T 50361-2018)进行轻质木龙骨墙体组装时，先对曝火侧墙面板对接拼缝处的木龙骨进行尺寸加工，在该木龙骨曝火侧覆面农作物石膏复合材料板带，再覆面墙面板，并对曝火侧墙面板对接拼缝处采用石膏浆体填缝抹平，可补齐轻质墙体抗火性能受限的短板，以进一步提高农作物石膏复合材料覆面轻质墙体的抗火性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为拼缝处含板带的单层农作物石膏复合材料覆面木龙骨轻质墙体构造示意图；
图2为双层农作物石膏复合材料覆面木龙骨轻质墙体构造示意图；
图3为单层农作物石膏复合材料覆面轻钢龙骨轻质墙体构造示意图；
1-轻质墙体曝火侧中间木骨柱上农作物石膏复合材料拼缝处板带，2-轻质墙体背火侧定向刨花板，3-轻质墙体曝火侧农作物石膏复合材料，4-木顶梁板，5-自攻螺钉，6-木底梁板，7-轻质墙体曝火侧农作物石膏复合材料覆面板对接拼缝，8-岩棉，9-边木骨柱，10-轻质墙体曝火侧最外侧常规石膏板对接拼缝，11-常规石膏板，12-轻钢骨柱，13-轻钢顶梁板，14-轻钢底梁板。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
如图1-3所示，本发明实施例提供的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板的制备，包括以下步骤：
A1、调整质量百分含量为0.6％的氢氧化钠溶液，并加热至70℃，将麦秸刨花倒入热碱液中进行处理，处理过程中匀速缓慢搅拌，使刨花在溶液中充分浸润，处理90分钟后取出、沥干，再用蒸馏水冲洗，直至洗涤液pH值不高于8.0；
A2、麦秸含水率调整：将处理后的麦秸刨花置于103℃环境箱内处理至含水率为8％～12％，再转移到温度为20℃、相对湿度为65％环境下养护至平衡；
A3、在对经过碱液刻蚀麦秸的含水率调整到位后，再将KH-602型硅烷偶联剂均匀地喷洒到麦秸表面，偶联剂用量为麦秸全干质量的2％，以达到麦秸和石膏两相界面相容性最佳改善效果；
A4、按照氧化镁和氯化镁两种组分质量比为3:1制成菱镁凝胶，并按照水分添加量和石膏质量比为1:2.5，麦秸与石膏质量比为1:(5～10)，菱镁凝胶和石膏质量比为1:(2.5～3.0)，添加洋麻纤维与麦秸刨花混合物作为复合材料增强相混合压制制得农作物石膏复合材料；
A5、对木龙骨进行尺寸加工，将木龙骨连接成木框架后，木框架间隙填充岩棉，再在曝火侧覆面农作物石膏复合材料墙面板，并对曝火侧墙面板对接拼缝处采用石膏浆体填缝抹平，制得轻质墙体抗火面板；
本发明提供的再一个实施例中，所述A4中，农作物石膏复合材料中农作物和石膏质量比为1:8，农作物中洋麻与麦秸质量比为1:4，水添加量与石膏质量比为1:2.5，菱镁与石膏质量比为1:2.85。
本发明提供的再一个实施例中，所述A4中，按照菱镁和石膏胶凝材料水化总用水量的40％配置氯化镁溶液，均匀地喷洒到麦秸刨花表面，若麦秸刨花采用热碱液刻蚀和偶联剂联合处理，或仅采用偶联剂单独处理，则先对麦秸刨花喷洒偶联剂，再与石膏和氧化镁的干混合物搅拌均匀后再喷洒氯化镁溶液，再对混合物施加5MPa压力，室温条件下保压6h后，将根据计算得到的板材成型用剩余水量均匀喷洒到板材上，并施加1MPa压力，室温条件下保压8h；最后取出板材，置于45℃烘箱内，调整板材含水率为2％～3％时，放入常温环境养护直至平衡。
本发明提供的再一个实施例中，所述A5中，轻质墙体抗火面板为整体双层或曝火侧对接拼缝处为局部双层。
本发明提供的再一个实施例中，所述A4中采用半干法成型制得农作物石膏复合材料，所述菱镁和石膏胶凝材料水化理论所需水分的五分之二添加到全干麦秸中。
本发明提供的再一个实施例中，所述轻质墙体抗火面板中至少一层为农作物石膏复合材料墙面板。
本发明提供的再一个实施例中，所述A5中，轻质墙体抗火面板为单层、龙骨为木材时，轻质墙体抗火面板对接拼缝处为局部双层，轻质墙体抗火面板曝火侧内侧，采用农作物石膏复合材料墙面板，轻质墙体抗火面板曝火侧面板对接拼缝处的木龙骨的宽度尺寸裁切去除墙面板厚度，并在该处局部设置一层农作物石膏复合材料板条。
本发明提供的再一个实施例中，当轻质墙体抗火面板曝火侧面板层数为两层或更多层时，相邻层墙面板对接拼缝错开至少一个龙骨间距。
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板的应用，包括轻质墙体耐火极限试验和轻质墙体受火后剩余承载力测定。
本发明提供的再一个实施例中，所述轻质墙体耐火极限试验，由麦秸石膏复合材料覆面的轻质木龙骨墙体和轻钢龙骨墙体标准火灾试验，直至失效；所述轻质墙体受火后剩余承载力测定，由麦秸石膏复合材料覆面的木龙骨墙体和轻钢龙骨墙体受火后剩余承载力的测定根据轴压方法进行。
轻质墙体组装：木龙骨和轻钢龙骨轻质墙体的组装分别根据现行国家标准《木骨架组合墙体技术标准》(GB/T 50361-2018)和现行行业标准《轻钢龙骨式复合墙体》(JG/T544-2018)的规定进行。
农作物石膏复合材料燃烧性能测定：按照ISO 5660-1:2015、ISO5660-2:2002、ISO5660-3:2012和ISO 5660-4:2016的规定，采用锥形量热仪方法对点燃时间、热释放速率、总热释放量、有效燃烧热、CO2生成速率、CO生成速率、总烟生成量、质量损失速率和残重率等性能指标测定；按照ISO 1716:2018的规定，测定构件燃烧总热值，根据EN 13501-1:2007的规定，对构件的燃烧性能进行判定。
轻质墙体抗火性能测定：采用ISO 834-1999标准火灾曲线，对轻质墙体进行耐火极限和受火后剩余承载力抗火性能测定，其中，耐火极限根据现行国家标准《建筑构件耐火试验方法》(GB/T 9978.1-2008)进行判定；受火后剩余竖向承载力测定，当构件达到规定受火时间后打开炉门，立即采用干粉灭火器和水灭火，防止试件继续燃烧，再通过BS EN 380:1993中规定的静力试验方法，采用力控制分级加载方式单调加载对构件进行竖向加载，直至所施加的荷载达到最大值，或荷载降至最大荷载的80％，或构件出现明显变形破坏，试验终止。
以普通石膏板覆面木龙骨轻质墙体为例进行具体实施办法说明。
轻质墙体幅面尺寸为1m×1m，木龙骨采用北美进口的J等级、气干密度为0.50g/cm3、截面尺寸为38mm×89mm(宽度×厚度)的SPF(云杉-松木-冷杉)规格材构成，木龙骨间距为250mm，顶梁板和边骨柱为双层木龙骨，其余龙骨及底梁板均为单层木龙骨，木框架间隙填充岩棉，框架两侧均覆面单层12mm厚普通石膏板，其中曝火侧石膏板对接拼缝设置在中间木骨柱上，背火面石膏板对接拼缝设置在与中间木骨柱相邻的木骨柱上，墙面板对接拼缝为3mm。墙体曝火侧背火侧墙面板对接拼缝处均采用石膏浆体填缝并抹平。
测定结果表明：
(1)两侧均为单层12mm厚普通石膏板覆面木龙骨轻质墙体，未受火时的竖向承载力为273.86kN，在ISO 834-1999标准火灾作用下，墙体的耐火极限为88分钟，受火30分钟后剩余竖向承载力为201.30kN。在ISO834-1999标准火灾作用下，受火15分钟时，墙体曝火侧石膏板裂缝产生、石膏板对接拼缝处有火苗窜出，17分钟时曝火侧石膏板裂缝明显增宽并由火焰窜出、石膏板对接拼缝处火势增大，22分钟时曝火侧石膏板大量脱落，木龙骨暴露，火势突然增大，47分钟时墙体曝火侧石膏板全部脱落。
(2)曝火侧覆面双层12mm厚普通石膏板、背火侧覆面单层12mm后普通石膏板的木龙骨轻质墙体，在ISO 834-1999标准火灾作用下，墙体受火24分钟时曝火侧外侧覆面板出现裂缝，26分钟时脱落，曝火侧内层覆面板发黑；39分钟时曝火侧内层覆面板裂缝处窜出火苗；48分钟时曝火侧外层覆面板大量脱落，内部覆面板裂缝扩展，窜火点增多；67分钟时曝火侧内侧覆面板大量脱落，墙骨柱开始燃烧；90分钟时，墙体背火面覆面板被烧焦且出现窜火点，直至111分钟时背火面温度为180℃，达到耐火极限，随即终止试验。构件的耐火极限为111分钟。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，采用麦秸含量较高的不利因素制备农作物石膏复合材料，具体为麦秸与石膏质量比和菱镁凝胶与石膏质量比均为1:3.3。
农作物石膏复合材料燃烧性能及与已有文献比较情况见下表1。
表1本发明农作物石膏复合材料燃烧性能及与已有文献性能对比
注：文献[1]为《Journal ofMaterials in Civil Engineering》2021年第33卷第8期文献号为04021190的“Innovative gypsum-particle composite used as buildingstructural panel”文章，文献[2]为《农业工程学报》2019年第35卷第18期第308-316页“麦秸石膏复合材料力学性能和抗火性能研究”文章。
本发明即使采用麦秸含量较高的配方进行农作物石膏复合材料制备，试件燃烧过程中热释放速率低，总热释放量降低一半以上，CO2和CO生成速率峰值大幅度降低，总产烟量减少约四分之三，燃烧试验后的残重率提升10％以上。
根据EN 13501-1:2007中对建筑材料燃烧总热值不大于3.0MJ/kg为A级不燃材料的规定，经过测定，本发明提出的农作物石膏复合材料为A级不燃材料。
实施例2
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，墙体幅面尺寸为1m×1m，龙骨采用尺寸为75mm×45mm×0.7mm的国产镀锌C型钢，龙骨间距为250mm，墙体内轻钢框架间隙内填充岩棉，轻钢框架曝火侧覆面单层12mm厚农作物石膏复合材料，背火面覆面单层12mm厚普通石膏板，其中曝火侧石膏板对接拼缝设置在中间轻钢骨柱上，背火面石膏板对接拼缝设置在与中间轻钢骨柱相邻的轻钢骨柱上，墙面板对接拼缝为3mm。墙体曝火侧和背火侧墙面板对接拼缝处均采用石膏浆体填缝并抹平。
在ISO 834-1999标准火灾作用下，构件受火18分钟时，农作物石膏复合材料覆面板表面起火，21分钟时火势减小，23分钟时曝火侧墙面板对接拼缝处起火，32分钟时火势减小，37分钟时火焰熄灭，随后保持良好状态及完整性直至111分钟时，构件背火侧温度达到180℃，判定其达到耐火极限并随即停止试验，墙体耐火极限为117分钟。
与两侧均覆面单层12mm厚普通石膏板的木龙骨轻质墙体相比，曝火侧覆面单层12mm厚农作物石膏复合材料板材的轻钢龙骨墙体，其曝火侧墙面板始终未脱落，墙体的耐火极限延长了29分钟。
实施例3
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，轻质墙体幅面尺寸为1m×1m，采用北美进口的J等级、气干密度为0.50g/cm3、截面尺寸为38mm×89mm(宽度×厚度)的SPF(云杉-松木-冷杉)规格材为木龙骨，进行木框架组装，木龙骨间距为250mm，顶梁板和边骨柱为双层木龙骨，其余龙骨及底梁板均为单层木龙骨，木框架间隙填充岩棉，木框架曝火侧覆面单层12mm厚农作物石膏复合材料，背火面覆面单层12mm厚普通石膏板，其中曝火侧石膏板对接拼缝设置在中间木骨柱上，中间木骨柱截面尺寸削弱为38mm×77mm(宽度×厚度)。裁切截面尺寸为38mm×12mm的农作物石膏复合材料板带，通过钉连接覆面在中间木骨柱曝火侧。墙体背火面石膏板对接拼缝设置在与中间木骨柱相邻的木骨柱上，墙面板对接拼缝为3mm。墙体曝火侧和背火侧墙面板对接拼缝处均采用石膏浆体填缝并抹平。
在ISO 834-1999标准火灾作用下，受火18分钟时墙体曝火侧农作物石膏复合材料覆面板表面出现非持续微小火焰，靠近构件顶部有一条裂缝产生；20分钟时墙体曝火侧农作物石膏复合材料覆面板表面火势增大，靠近构件顶部的裂缝略有扩展，下侧有裂缝出现，并伴随有火焰窜出；28分钟时墙体曝火侧农作物石膏复合材料覆面板对接拼缝处有火焰窜出，上下两条裂缝处火势增大；30分钟时墙体曝火侧农作物石膏复合材料墙面板对接拼缝处火势增大，但上下两条裂缝处火势逐渐减小并熄灭；60分钟时墙体曝火侧农作物石膏复合材料墙面板对接拼缝处火势减小，其它部位未见明火，直至127分钟，构件背火面温度达到180℃，达到耐火极限，构件耐火极限为127分钟。
与两侧均覆面单层12mm厚普通石膏板的木龙骨轻质墙体相比，曝火侧覆面单层12mm厚农作物石膏复合材料板材的木龙骨墙体，其曝火侧墙面板始终未脱落，墙体的耐火极限延长了39分钟。
实施例4
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，轻质墙体幅面尺寸为1m×1m，采用北美进口的J等级、气干密度为0.50g/cm3、截面尺寸为38mm×89mm(宽度×厚度)的SPF(云杉-松木-冷杉)规格材为木龙骨，进行木框架组装，木龙骨间距为250mm，顶梁板和边骨柱为双层木龙骨，其余龙骨及底梁板均为单层木龙骨，木框架间隙填充岩棉，木框架曝火侧外侧覆面单层12mm厚普通石膏板、内侧覆面12mm厚农作物石膏复合材料，背火面覆面单层12mm厚普通石膏板。墙体曝火侧内侧农作物石膏复合材料对接拼缝设置在中间木骨柱上、曝火侧外侧石膏板对接拼缝设置在与中间木骨柱相邻的木骨柱上，背火面石膏板对接拼缝设置在与中间木骨柱相邻的另一侧木骨柱上，墙面板对接拼缝为3mm。墙体曝火侧和背火侧墙面板对接拼缝处均采用石膏浆体填缝并抹平。
在ISO 834-1999标准火灾作用下，受火24分钟后墙体曝火侧外侧覆面板出现裂缝，26分钟时裂缝逐渐增大，48分钟时裂缝处出现非持续性火苗；58分钟时曝火侧外层覆面板开始脱落，曝火侧内层覆面板表面窜火，67分钟时火势增大；74分钟时曝火侧外层覆面板大量脱落，曝火侧内层覆面板表面火势减小，中间板材对接拼缝处火势增大，直至达到162分钟时，背火面温度达到180℃，构件耐火极限为162分钟。
与两侧均覆面单层12mm厚普通石膏板的木龙骨轻质墙体相比，曝火侧外侧覆面单层12mm厚石膏板、内侧覆面单层12mm厚农作物石膏复合材料板材的木龙骨墙体，其曝火侧内侧墙面板始终未脱落，墙体的其耐火极限延长了74分钟；与曝火侧覆面双层12mm厚普通石膏板的木龙骨轻质墙体相比，其曝火侧内侧墙面板始终未脱落，墙体的构件耐火极限延长了51分钟。
实施例5
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，轻质墙体幅面尺寸为1m×1m，采用北美进口的J等级、气干密度为0.50g/cm3、截面尺寸为38mm×89mm(宽度×厚度)的SPF(云杉-松木-冷杉)规格材为木龙骨，进行木框架组装，木龙骨间距为250mm，顶梁板和边骨柱为双层木龙骨，其余龙骨及底梁板均为单层木龙骨，木框架间隙填充岩棉，木框架两侧均覆面单层12mm厚普通石膏板，其中曝火侧石膏板对接拼缝设置在中间木骨柱上，中间木骨柱截面尺寸削弱为38mm×77mm(宽度×厚度)。裁切截面尺寸为38mm×12mm的农作物石膏复合材料板带，通过钉连接覆面在中间木骨柱曝火侧。墙体背火面石膏板对接拼缝设置在与中间木骨柱相邻的木骨柱上，墙面板对接拼缝为3mm。墙体曝火侧和背火侧墙面板对接拼缝处均采用石膏浆体填缝并抹平。
在ISO 834-1999标准火灾作用下，受火30分钟后打开炉门，立即采用干粉灭火器和水灭火，防止试件继续燃烧，再通过BS EN 380:1993中规定的静力试验方法，采用力控制分级加载方式单调加载对构件进行竖向加载，直至所施加的荷载达到最大值，或荷载降至80％最大荷载，或构件出现明显变形破坏，试验终止。测得构件受火后剩余承载力为255.87kN。
与两侧均为单层12mm厚普通石膏板覆面、受火30分钟后的木龙骨轻质墙体剩余竖向承载力为201.30kN相比，构件剩余承载力提升了27.1％。
实施例6
轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板及其应用，墙体幅面尺寸为1m×1m，龙骨采用尺寸为75mm×45mm×0.7mm的国产镀锌C型钢，龙骨间距为250mm，墙体内轻钢框架间隙内填充岩棉，轻钢框架曝火侧覆面单层12mm厚农作物石膏复合材料，背火面覆面单层12mm厚普通石膏板，其中曝火侧石膏板对接拼缝设置在中间轻钢骨柱上，背火面石膏板对接拼缝设置在与中间轻钢骨柱相邻的轻钢骨柱上，墙面板对接拼缝为3mm。墙体曝火侧和背火侧墙面板对接拼缝处均采用石膏浆体填缝并抹平。
在ISO 834-1999标准火灾作用下，受火30分钟后打开炉门，立即采用干粉灭火器和水灭火，防止试件继续燃烧，再通过BS EN 380:1993中规定的静力试验方法，采用力控制分级加载方式单调加载对构件进行竖向加载，直至所施加的荷载达到最大值，或荷载降至80％最大荷载，或构件出现明显变形破坏，试验终止。测得构件剩余承载力为255.87kN。
与两侧均为单层12mm厚普通石膏板覆面、受火30分钟后的木龙骨轻质墙体剩余竖向承载力为201.30kN相比，构件剩余承载力提升了27.1％。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (10)
1.轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板，其特征在于，包括以下步骤：
A1、麦秸热碱液刻蚀：调整质量百分含量为0.6％的氢氧化钠溶液，并加热至70℃，将麦秸刨花倒入热碱液中进行处理，处理过程中匀速缓慢搅拌，使麦秸刨花在溶液中充分浸润，处理90分钟后取出、沥干，再用蒸馏水冲洗，直至麦秸洗涤液的pH值不高于8.0；
A2、麦秸含水率调整：将处理后的麦秸刨花置于103℃环境箱内处理至含水率为8％～12％，再转移到温度为20℃、相对湿度为65％环境下养护至平衡；
A3、在对经过碱液刻蚀麦秸的含水率调整到位后，再将KH-602型硅烷偶联剂均匀地喷洒到麦秸表面，偶联剂用量为麦秸全干质量的2％，以达到麦秸和石膏两相界面相容性最佳改善效果；
A4、按照氧化镁和氯化镁两种组分质量比为3:1制成菱镁凝胶，并按照水分添加量和石膏质量比为1:2.5，麦秸与石膏质量比为1:(5～10)，菱镁凝胶和石膏质量比为1:(2.5～3.0)，添加洋麻纤维与麦秸刨花混合物作为复合材料增强相混合压制制得农作物石膏复合材料；
A5、对木龙骨进行尺寸加工，将木龙骨连接成木框架后，木框架间隙填充岩棉，再在曝火侧覆面农作物石膏复合材料墙面板，并对曝火侧墙面板对接拼缝处采用石膏浆体填缝抹平，制得抗火面板覆面轻质墙体。
2.根据权利要求1所述的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板，其特征在于，所述A4中，农作物石膏复合材料中农作物和石膏质量比为1:8，农作物中洋麻与麦秸质量比为1:4，水分添加量与石膏质量比为1:2.5，菱镁与石膏质量比为1:2.85。
3.根据权利要求1所述的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板，其特征在于，所述A4中，按照石膏和菱镁胶凝材料水化总用水量的40％配置氯化镁溶液，均匀地喷洒到麦秸刨花表面，若麦秸刨花采用热碱液刻蚀和偶联剂联合处理，或仅采用偶联剂单独处理，则先对麦秸刨花喷洒偶联剂，再与石膏和氧化镁的干混合物搅拌均匀后再喷洒氯化镁溶液，再对混合物施加5MPa压力，室温条件下保压6h后，将根据计算得到的板材成型用剩余水量均匀喷洒到板材上，并施加1MPa压力，室温条件下保压8h；最后取出板材，置于45℃烘箱内，调整板材含水率为2％～3％时，放入常温环境养护直至平衡。
4.根据权利要求1所述的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板，所述A5中，轻质墙体抗火面板为整体双层或曝火侧对接拼缝处为局部双层。
5.根据权利要求1所述的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板，其特征在于，所述A4中采用半干法成型制得农作物石膏复合材料，所述菱镁和石膏胶凝材料水化理论所需水分的五分之二添加到全干麦秸中。
6.根据权利要求4所述的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板，其特征在于，所述轻质墙体抗火面板中至少一层为农作物石膏复合材料墙面板。
7.根据权利要求1所述的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板，其特征在于，所述A5中，轻质墙体抗火面板为单层、龙骨为木材时，轻质墙体抗火面板对接拼缝处为局部双层，轻质墙体抗火面板曝火侧内侧，采用农作物石膏复合材料墙面板，轻质墙体抗火面板曝火侧面板对接拼缝处的木龙骨的宽度尺寸裁切去除墙面板厚度，并在该处局部设置一层农作物石膏复合材料板条。
8.根据权利要求1所述的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板，其特征在于，当轻质墙体抗火面板曝火侧面板层数为两层或层时，相邻层墙面板对接拼缝至少错开一个龙骨间距。
9.轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板的应用，其特征在于，包括轻质墙体耐火极限试验和轻质墙体受火后剩余承载力测定。
10.根据权利要求9所述的轻质墙体抗火性能提升用农作物石膏复合材料覆面板的应用，其特征在于，
所述轻质墙体耐火极限试验，由麦秸石膏复合材料覆面的轻质木龙骨墙体和轻钢龙骨墙体标准火灾试验，直至墙体受火失效；
所述轻质墙体受火后剩余承载力测定，由麦秸石膏复合材料覆面的木龙骨墙体和轻钢龙骨墙体受火后剩余承载力的测定根据轴压方法进行。
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2023
- 2023-01-09 CN CN202310029755.3A patent/CN115974514A/zh active Pending
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