无机建筑垃圾轻质纤维混凝土围墙板的研究

张喜红，马广生，孟庆峰，徐玉春，丁少军

（1.中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250100；2.北京国金管理咨询有限公司，北京 100089）

无机建筑垃圾轻质纤维混凝土围墙板的研究

张喜红1，马广生1，孟庆峰1，徐玉春1，丁少军2

（1.中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250100；2.北京国金管理咨询有限公司，北京 100089）

文章主要介绍了无机建筑垃圾轻质纤维混凝土配合比的设计、围墙板的抗弯和耐久性模拟试验数据与分析，并将基本设计作了介绍。

垃圾再利用；轻质混凝土；组合围墙；研究

2001年，王毅飞发明的“组合式建筑工地围墙”采用的是在底座上设置嵌槽，墙板下部卡在嵌槽内，底座上设有立柱，墙板与立柱连接，可根据需要灵活拼装，还可快速拆除移动，具有周转使用成本低等特点；2011年成都市雅健再生资源投资有限公司发明的“用于建筑施工的组合式围墙”是一种设有底座、立柱横梁和墙板组成的，所述墙板是由多个钢扣板拼接而成，即两层彩钢板之间装有填充物，可以周转使用；合肥庭索环保材料有限公司的《一种掺杂无机垃圾的建筑砂浆》中所述,仅对砂浆的配比作了研究,并未制成成品；王西发明的“建筑再生资源墙体”所述的配比内容与“建筑垃圾轻质纤维混凝土复合围墙板”中建筑垃圾最大利用量不符,其中有石膏等成分,不适用于室外使用；安徽颐鑫节能材料有限公司的叶照武《一种利用废建筑垃圾制成的轻质隔墙板及其制作方法》中所述：用玻璃纤维、沸石粉、甲基氢丙纶基纤维素醚、二甲苯等材料,均不符合环保要求；北京恒业材料有限公司的王丽发明的“采用建筑垃圾制成的保温板”和四川省远程中博能源有限公司的张亮亮发明的“佛养镁纤维轻质墙板”等，与本研究内容有很大区别。

多年来，我国建筑工地大多使用砖砌围墙，据有关统计，每年产生建筑垃圾约5亿m3，“垃圾围城”现象和破坏生态环境十分严重，为此，许多企业用彩钢板、彩钢夹芯板围墙等替代砖体围墙，但如何利用建筑垃圾制品制作围墙板尚未突破。我公司针对如何充分利用建筑垃圾，于2015年初确定了《无机建筑垃圾轻质纤维混凝土围墙板的研究与应用》这一课题，并通过了安徽省建筑行业科技开发项目计划立项。近半年来，该项目通过科研小组的不懈努力，研制成功并应用，取得了良好的经济效益和社会效益。所申请的“一种建筑垃圾板”和“一种建筑垃圾板和制造方法”已获得专利局实用新型专利和发明专利受理，与其相配套的“一种墩板组合围墙”也获得专利局授权。

无机建筑垃圾轻质纤维混凝土围墙板，是由无机建筑垃圾、轻质骨料、复合纤维布，通过水泥胶结材料混合制成的围墙板。它是经过对建筑垃圾的分类、粉碎、轻骨料的选择、水泥用量、复合纤维布的选择和几何尺寸的确定，以及优化最佳配合比确定的，其主要技术指标还综合考虑了必须满足其抗压强度、抗弯、抗剪、耐久性性能，以及干容重、建筑垃圾利用量最大化、周转次数和成本等因素。

2.2.1 无机建筑垃圾

无机建筑垃圾由混凝土（混凝土的标号宜采用C15以上强度）、砖（100#机制红砖、混凝土小型空心砌块、灰砂砖等）、加气混凝土砌块（蒸压砂或蒸压粉煤灰）等材料的废料组成。

2.2.2 轻质骨料

陶粒：采用比重400kg/m3以下的陶粒作为轻质骨料。

2.2.3 水泥

复合硅酸盐水泥PC.32.5或普通硅酸盐水泥PO.32.5。

2.2.4 复合纤维布

复合纤维布采用耐碱玻纤网格布，125g/m2。

2.2.6 钢丝网、钢板网或钢筋

在围墙板局部还设有钢板网以提高围墙板抗弯、抗裂等性能。

3.1.1 规格设定

根据现场文明施工及企业CI标准图集对围墙高度的要求，施工现场工地围墙高度不应小于1.8m，故围墙板的高度选用2000mm，另考虑每个围墙板单元便于制作、搬运和安装，其宽度选用500mm，围墙板厚度80mm～100mm。

3.1.2 混凝土强度设定

综合考虑围墙板除承受制作、运输过程中自重产生的弯曲荷载、冲击荷载、风压荷载，以及无机建筑垃圾及骨料成分和成本，设定混凝土强度大于5MPa。

3.1.3 无机建筑垃圾粉碎最佳粒径设定

由于围墙板的厚度在80mm～100mm，混凝土按细石混凝土的骨料粒径试配，其粒径范围选用1mm～15mm。

3.1.4 轻骨料掺量设定

考虑到对成型后围墙板的整体重量的控制，选用粒径为5mm～15mm、比重在400kg/m3以下的陶粒，掺量≈300kg/m3。

3.1.5 建筑垃圾最大掺量设定

根据《绿色施工导则》相关要求，“建筑垃圾的再利用和回收率达到30%”，结合企业对施工现场建筑垃圾回收利用率的要求，确定建筑垃圾最大掺量不小于60%。

3.1.6 水泥用量设定

根据C15混凝土常规商品混凝土配合比中的水泥用量，本混凝土中水泥用量控制在310kg/m3～325kg/m3之间。

3.1.7 抗弯性能设定

围墙板应能满足其在运输、安装过程中自重及施工荷载产生的荷载，以及12级台风产生的风荷载，抗弯强度不小于0.85kN/m2。

综上所述，设定主要技术指标，见表1。

围墙板主要技术指标设定一览表 表1

3.2.1 原材料

①无机建筑垃圾的收集（垃圾成分）与粉碎：无机建筑垃圾可由混凝土、机制红砖、灰砂砖、混凝土小型空心砌块、蒸压砂或蒸压粉煤灰加气混凝土砌块等，按照分类收集，现场粉碎。经实际检测，粉碎后的建筑垃圾比重为：4.716（混凝土废料）∶1.7（砖废料）∶1（加气混凝土废料）。

②轻质骨料的选择：轻骨料选用陶粒，粒径范围5mm～15mm，陶粒比重384kg/m3。

③细骨料的选择：围墙板所有的细骨料，不需要使用砂子，全部采用相同粒径要求的建筑垃圾粉碎物代替。

④水泥的选择：采用复合硅酸盐水泥PC.32.5或普通硅酸盐水泥PO.32.5，掺量控制在310kg/m3～325kg/m3之间。

⑤水的选择：饮用水或达到饮水水标准的其他水。

3.2.2 配合比设计与试验

①配合比设计：为优化配合比，设计混凝土配合比见表2。

配合比设计一览表 表2

按照上述配合比，每种分别制作2组标养试件。

3.2.3 混凝土试验

根据已经设定的配合比进行试验，试验结果见表3。

配合比试验结果一览表 表3

3.2.4 构造设计

3.2.4.1 围墙板截面类型

无机建筑垃圾轻质纤维混凝土围墙板主要采用3种截面型式：

1型等腰梯形截面，500mm（宽度）×（底部厚度为120mm，顶部厚为80mm）×2000mm（长度），见图1。

2型矩形截面，500mm（宽度）×80mm（厚度）× 2000mm长度，见图2。

3型矩形截面，500mm（宽度）×100mm（厚度）× 2000mm长度，见图3。

图1 1型等腰梯形截面围墙板示意图（80mm～120mm）

图2 2型矩形截面围墙板示意图（80mm厚）

3.2.4.2 复合纤维布的选择与布置

复合纤维布采用耐碱玻纤网格布，约125g/m2；宽度：1000mm；长度50m或100m；网眼尺寸：8×8mm、10×10mm、12×12mm。复合纤维布的布置位置：在围墙板的上下双面满布。

图3 3型矩形截面围墙板示意图（100mm厚）

3.2.4.3 加强构造措施的选择与布置

加强构造措施采用钢丝网、钢板网或钢筋网片等。

①钢丝网规格选择

直径0.9mm，网眼尺寸12.7mm×12.7mm；直径0.6mm，网眼尺寸10.6mm×10.6mm；直径0.9mm，网眼尺寸16mm×16mm。

②钢板网规格选择

网眼尺寸：10mm×25mm，厚度：1.2mm，宽度：1.1m；网眼尺寸：12mm×30mm，厚度：1.2mm，宽度：1.5m。

③钢筋网片规格选择

φ4，200mm×200mm的钢筋网片；采用φ6.5，200mm×200mm的钢筋网片。

④布置范围

双面满布或底部500范围内双面布设。

3.2.5 试验板的制作和抗弯性能试验

3.2.5.1 试验板的制作

根据配合比试验结果（表3）和构造设计（图1～3），选择3种配合比（②号、④号、⑤号实验配合比）和3种构造设计（1型、2型、3型围墙板）（钢丝网规格选择：直径0.9mm，网眼尺寸12.7mm×12.7mm。复合纤维布采用耐碱玻纤网格布，约125g/m2；宽度：1000mm；长度50m或100m；网眼尺寸：8×8mm。均为双面满布），分别制作9块实验板，并分别留置标养试件。

3.2.5.2 抗弯性能试验

①抗弯试验方法

抗弯试验采用模拟实验的方式，通过采用型钢锚固支座模拟围墙的墩板锚固支座，锚固长度相同。通过型钢锚固固定围墙板，使围墙板呈悬臂状态。以围墙板的自重荷载模拟风荷载，并正反面反复试验，观测围墙板的变形、外观变化等状态。

②抗弯性能试验小结

经过计算及数据分析和试验，围墙板能满足其在运输、安装过程中自重及施工荷载产生的荷载，以及12级台风产生的风荷载，抗弯强度不小于0.85kN/m2。符合设计预定的抗弯性能参数要求。

图4 抗弯试验模拟图

根据模拟实验选择以下3种配合比（表4），作为墙板制作的参考配合比。

确定的配合比设计一览表 表4

根据模拟实验，矩形截面500mm（宽度）×80mm（厚度）×2000mm（长度），加强钢丝网规格为直径0.9mm，网眼尺寸12.7mm×12.7mm。复合纤维布采用耐碱玻纤网格布为重量约125g/m2；宽度：1000mm；长度50m或100m；网眼尺寸：8mm×8mm，均采用双面满布的围墙板可以满足抗弯等受力模拟实验的要求。

本为墙板可以根据实际需要量进行量产。主要采取整体浇筑、分块切割的方法。整体浇筑的面积可以根据需要量和场地大小灵活调整，一次浇筑宜为围墙板单元尺寸500mm×2000mm的整数倍，保证切割之后无废料。

主要施工步骤包括施工场地的硬化、铺设隔离层、模板支设、铺设底部耐碱玻纤网格布、铺设底部钢丝网、浇筑混凝土、铺设上层钢丝网、混凝土振捣、压入上层耐碱网格布、混凝土表面收光、混凝土表面弹线、混凝土切割成块。

组合围墙由混凝土墩板、型钢立柱、固定螺杆、无机建筑垃圾轻质纤维混凝土围墙板、围墙板之间成品嵌缝条、围墙顶部的彩钢板收头条等组成。

图5 组合围墙配件示意图

6.2.1 基础混凝土墩

每个围墙混凝土墩板单元规格为600mm× 1000mm×100mm，混凝土标号为C20。每3个混凝土墩板单元重叠组合成1组基础。

图6 基础混凝土墩示意图

6.2.2 连接抗风柱

6.2.2.1 直线连接抗风柱

直线连接抗风柱为工字钢，底部连接支座板，并与混凝土组合墩板采用螺杆连接固定，见图7。

图7 直线连接抗风柱示意图

6.2.2.2 转角连接抗风柱

转角连接抗风柱为两个不同大小的角钢，底部连接支座板，并与混凝土组合墩板采用螺杆连接固定，见图8。

图8 转角连接抗风柱示意图

6.2.2.3 末端连接抗风柱

末端连接抗风柱为槽钢，底部连接支座板，并与混凝土组合墩板采用螺杆连接固定，见图9。

6.2.3 相关技术参数及安全验算

6.2.3.1 抗风荷载参数

风压产生的水平均布荷载计算。

根据伯努利方程，风的动压公式为：

式中：ωp为风压（kN/m2）；r=0.01225（kN/m3）（在标准状态下气压为101.3kPa，温度取平均温度为15℃时）；g为重力加速度，9.8m/s2；v为风速，风力10级时查《风力等级国家标准表》，得v=24.5m/s～28.4m/s,取v=28.4m/s。将上述数据代入公式，经过计算，得：

图9 末端连接抗风柱示意图

6.2.3.2 抗倾覆验算

已知围墙尺寸高H1=2m，宽M1=2m，围墙重量W1=464kg；围墙墩重量W2=144kg（按1块计算），围墙墩长L=1m，围墙墩宽M2=0.6m，围墙墩高H2=0.3m；风力10级；型钢立柱及附件：W3=3m×11.2kg/m=33.6kg。

根据已知得出围墙柱所受风力和围墙墩+围墙+型钢立柱及附件的自重产生反力，见图10。

根据已知得出：

围墙所受风力：F1=2H1ωp=4×0.504=-2.016kN

因：q1=1/2F1=1.008(kN/m)，l=H1

则：M风=-1/2×q×l×l=0.5×1.008×2×2(m)= 2.016kN·m

M风为风压对围墙柱产生的弯矩,q1为作用在围墙柱上的均布荷载（因围墙高度仅有2m，故围墙产生的风荷载按均布荷载考虑）。

又因：组合围墙重量（W总）=围墙墩（W1）+围墙自重（W2）+型钢立柱及附件的重量（W3）

TU528.572

B

1007-7359（2016）05-0232-05

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.083

张喜红（1985-），男，甘肃定西人，毕业于哈尔滨工业大学，学士，工程师，国家注册一级建造师。