简述复合墙板面层材料的研究情况

周 娇 孙 毅 卜长明 杨海燕 程 晨 佘光红 王 静

Equipment technology 装备技术

简述复合墙板面层材料的研究情况

周 娇1，2孙 毅1，2卜长明1，2杨海燕1，2程 晨1，2佘光红1，2王 静1，2

（1.重庆科技学院建筑工程学院，重庆 401331；2.能源工程力学与防灾减灾重庆市重点实验室，重庆 401331）

本文综述了复合墙板中以硫氧镁水泥为面层材料的研究情况，重点描述了复合墙板的种类，应用情况，受力特性，面层材料的性能，硫氧镁水泥的改性研究方法，展现了目前复合墙板及其面层材料研究的方向。

复合墙板；面层材料；硫氧镁水泥

0 引言

伴随着建筑工程行业的不断进步发展，各种建筑使用的材料和施工技术不断更新换代，人们对于居住条件的要求也相对来说越来越高。建筑工程行业也逐渐往更安全，绿色，环保，节能，高科技等方向发展。在2013年我国就出台了文件《绿色建筑行动方案》，再一次强调明确了我国的建筑建设应往环保，节能，绿色的方向发展，在该文件中也进一步强调了要尽快发展装配式建筑，提高建筑工程的预制技术，推广建筑体系的一体化，标准化。装配式复合墙板就是在这样的呼声下应运而生的，它施工简易，高性能，环保，降低人工成本，是建筑绿色化发展的产物，顺应了时代的发展，满足了现目前人们对于建筑越来越严苛的要求。

复合墙板是一种因外观类似于三明治而得名的复合夹芯“三明治”墙板。它是由外层面层材料及内部芯材组合而成，其布置形式不同于普通墙板，这样组合有两种好处是，一方面能够充分发挥内部芯材优势；另一方面又能使内部芯材和外部面层材料发生协同效应，形成优势互补，提升复合墙板的整体力学性能。“三明治”复合墙板目前市场的需求比较大，它常常应用在内部隔墙和一些有保温隔热，防火，隔音等要求的建筑物围护体系中。它是在工厂中预制而成，在现场经过快速拼装而成的，具有施工简便，节约成本等优点。

复合墙板因其内部芯材的不同有着不同的命名，复合墙板的内部芯材一般有EPS泡沫混凝土、陶粒混凝土、发泡水泥等，因此复合墙板也分为泡沫混凝土复合墙板、陶粒混凝土复合墙板。

复合墙板的组成形式通常分为三种：非复合式、半复合式以及复合式墙板。非复合式墙板施工简便，成本较低但是它的连接性能较差，受力性能较差。而复合式墙板是三种布置形式中受力性能最好，面层结构与内部芯材的结合最为牢固的一种墙板但同时它也具有生产成本较高的缺点。

复合墙板的面层材料根据材料的性质可以分为金属和非金属的两类。金属的墙板有铝合金薄板，钢板等。金属面板受力性能较好但同时它的自重大造价也相对较高。非金属的面层材料常见的有硅酸钙板、硫氧镁水泥板、木质板。在墙板中，面层材料对复合墙板自重的影响占主要地位，非金属的面层材料的自重轻，造价低，在工程中应用更为广泛。

1 复合墙板的研究现状

目前在装配式建筑的应用领域中，国外装配式墙板的应用更为成熟，广泛。其中使用轻质墙板较多的国家当属日本，使用比例达到了74%，美国各类轻质墙板的使用比例占到59.9%[1]。在我国民用和公用建筑中最常使用的轻质墙板为：泡混凝土复合墙板，蒸压加气混凝土（ALC）墙板[2]，植物纤维复合墙板，陶粒混凝土轻质墙板[3]等。而复合夹芯墙板是一种“三明治”夹芯结构的轻质墙板[4]，常以纤维增强硅酸钙板或硫氧镁水泥板为面层材料，内部芯材一般有EPS泡沫混凝土、陶粒混凝土、发泡水泥等。

复合墙板具有轻质高强，施工简便，节省施工周期等优点。这类复合墙板具有保温隔热，隔声等特性，通常作为室内隔墙使用[5]。

复合夹芯墙板有外层面板及内部夹芯填充物组成[6]，它的破坏形式不同于其他单一墙板，前期研究表明[7],[8]，在复合夹芯墙板受压破坏时，它的破坏强度主要受三方面的影响：芯层材料的抗压强度、面层材料的抗拉、抗压强度以及芯材与面材的界面粘结强度。近年来，有许多研究探究了如何提升复合墙板的力学性能，常见的有添加外掺料来探究整板性能影响[9-15]，高子栋[16]从内部夹芯材料添加外掺料来探究整板性能，他对复合墙板的配合比与力学性能进行了探讨：随粉煤灰掺量的增加，复合夹芯墙板芯层浆料的拌和用水量先降低后提高，板材和芯材的抗压强度均先提高后降低；随发泡板废料掺量的增加，复合夹芯墙板芯层浆料的拌和用水量和板材吸水率均显著提高，板材面密度不断降低，板材抗压强度、软化系数及芯材的抗压强度均明显降低。

2 面层材料的研究现状

目前市面上常见的复合墙板的面层材料有纤维增强硅酸钙板、硫氧镁水泥等。硅酸钙板的主要原材料为纤维、水泥和石英砂。它就有较高的耐火和耐水性能。而硫氧镁水泥主要是由氧化镁、七水硫酸镁、水及其他外加剂经过制浆、覆板，刮平和养护制备而成的一种材料。硫氧镁水泥属于镁质胶凝材料中的水硬性胶凝材料，它通过在轻烧氧化镁粉中加入硫酸镁溶液形成水硬性胶凝产物。由于它的组成体系的多样性和复杂性导致了其水化产物不稳定，影响其物理性能和力学性能。硫氧镁水泥具有轻质，高强的力学性能，但它有耐水性能较差，在水化反应时容易开裂等缺点，目前有许多研究对硫氧镁水泥进行改性处理，最常见的就是加入外掺料的方式来进行改性研究。

早在1957年，Demediuk 和 Cole[17]就对硫氧镁水泥的内部水化产物进行了分析，他们探讨了在温度为30摄氏度到120摄氏度下的硫酸镁溶液的水化产物，随着温度不同其水化产物的形式也会发生改变。在温度较低时常常生成Mg(OH)2、Mg SO4·7H2O 和 3Mg(OH)2·MgSO4·8H2O（简称 3·1·8）的晶体相，而当温度升高时会生成5·1·3，1·1·5，1·2·3相晶体

Qiyan L[18]等通过外加粉煤灰和高炉矿渣的方式，探究了其对CO2处理过和未经CO2固化的硫氧镁水泥的力学性能及耐性性能的了影响。他们通过X射线衍射仪，扫描电镜，红外光谱仪等仪器对改性后的硫氧镁水泥进行微观角度的分析。通过他们的研究显示，通过添加一定量的粉煤灰和矿渣可以提高硫氧镁水泥的力学性能和耐久性，可以缓解硫氧镁水泥因CO2固化引起的强度减弱的问题。

Rui Wang等[19]在硫氧镁水泥里添加非活性填料：稻壳灰和植物发泡剂，发现在硫氧镁水泥里添加一定量的稻壳可以减轻硫氧镁水泥的质量，同时在一定程度上提高硫氧镁水泥的力学性能，证明了这类轻集料的添加对于轻质高强的硫氧镁水泥的制备是行之有效。同时Rui Wang探究了稻壳与植物泡沫的掺入对硫氧镁水泥干湿循环的影响，得出了适当的掺量可以有效抵抗干湿循环的结论。

姜黎黎等[20]探究了粉煤灰对硫氧镁水泥抗压强度的影响，他们建立了粉煤灰的掺量跟硫氧镁水泥强度的关系，结果表明粉煤灰掺入会影响硫氧镁水泥中517相水化物及Mg（OH）2的生成，会在养护一天时降低硫氧镁水泥的强度，但是随着龄期的增加，粉煤灰颗粒可以填充硫氧镁水泥中的空隙，提高其强度。

吴成友等[21]通过调在硫氧镁水泥里加入0.5%的柠檬酸，发现生成了一种新的515相晶体，同时利用XRD和SEM分析了柠檬酸对硫氧镁水泥的改性机理。

3 结论

装配式建筑在我国的应用需求愈来愈高，装配式复合墙板作为装配式建筑中重要的构件，对其性能的研究十分必要。外部面层材料不仅可以作为复合墙板的外部装饰面层，同时对于复合墙板的整体力学性能提升有着重要的作用。通过研究表明，通过添加外加剂可以在一定程度上复合墙板的力学性能。本文重点论述了以硫氧镁水泥为面层材料的复合墙板，各类研究表明通过外加填料，柠檬酸等可以在一定程度上提升硫氧镁水泥的性能。

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改性面层材料对复合墙板力学性能影响研究（YKJCX1920604）。

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