秸秆集成夹芯复合保温墙板性能特点及发展研究

杨礬 王子杰

摘 要：【目的】基于现有的几种典型轻质保温建筑墙板的组成及特点，结合当代同类较前沿的轻质保温墙板，提出了一种绿色环保的秸秆集成夹芯复合保温墙板。【方法】通过对比分析的研究方法，归纳总结墙板的组成特征、建筑物理性能、有毒有害物质限量等并加以研究论述。【结果】分析出秸秆集成夹芯复合保温墙板具有防水防潮、防火抗裂、安装简便等优良特点，且板材本身具有绿色环保、无毒无害、对环境友好的优势。【结论】该秸秆集成夹芯复合保温墙板不仅提高了废料利用率，而且具有较强的传统工艺可代替性。

关键词：秸秆；保温墙板；性能特征；经济效益

中图分类号：TU761.12                  文献标志码：A                文章编号：1003-5168（2023）06-0071-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.06.014

Study on Performance Characteristics and Development of Straw Integrated Sandwich Composite Thermal Insulation Wallboard

YANG Fan1 WANG Zijie2

（1. Zhengzhou University， Zhengzhou 450000， China; 2. Renai College of Tianjin University， Tianjin 301636， China）

Abstract： [Purposes] Based on the composition and characteristics of several typical lightweight insulation building wall panels， combined with the cutting-edge lightweight insulation wall panels of the same kind in contemporary times， a green and environmentally friendly straw integrated sandwich composite insulation wall panel is proposed. [Methods] Through the research method of comparative analysis， this paper summarizes the composition characteristics， building physical properties， toxic and harmful substance limits of wall panels， etc. [Findings] The results show that the straw integrated sandwich composite insulation wall panel has excellent characteristics such as waterproof and moisture-proof， fireproof and crack resistance， easy installation， etc.， and the board itself is green， non-toxic and harmless， and environmentally friendly. [Conclusions] The straw integrated sandwich composite insulation wall panel not only improves the waste utilization rate， but also has strong substitution of traditional technology.

Keywords： straw; thermal insulation wallboard; performance characteristics; economic benefits

0 引言

自1988年8月起國家有关部门出台了限制使用黏土砖、对砖瓦产品征收增值税等墙材新规定，鼓励采用新型材料制成的轻质高强保温墙板，并有一定的优惠扶持政策。随着装配式建筑的推广使用，轻质保温墙板是墙体发展的必然趋势。

河南省作为农业大省，地处平原且毗邻黄河，耕地面积较为广阔。众所周知，农作物收获后田地里会留下大量的秸秆，而秸秆是一种极为常见的植被废料。传统的处理办法往往是加工成猪牛羊等牲畜的饲料。然而随着我国经济社会的高速发展，个体户饲养的牲畜越来越少，田野里堆积的秸秆却越来越多，秸秆废料处理的方式也由制成饲料变为焚烧。大量焚烧处理秸秆污染环境，有火灾安全隐患，没有落实可持续发展的相关理念。

秸秆集成夹芯复合保温墙板的原材料主要以农作物秸秆废料为主，具有防水防潮、防火抗裂、安装简便等优点。在当代社会经济高速发展、节能绿色建筑大力推广的背景下，大力推广新型秸秆集成夹芯复合保温墙板，既解决了秸秆焚烧处理诸多问题，又为新型墙板的制作方法提供新的理念与思路，促进现代化建筑加快朝前发展。秸秆集成夹芯复合保温墙板在保证人民住房安全的前提下，能减少墙材成本和安装难度，提高施工效率和建筑质量，因此，具有强大的竞争优势和广阔的市场前景。

1 性能特征与产品优势及市场

1.1 产品性能特征

保温墙体通常可根据保温层所在墙体的具体部位，分为以下3种基本类型，即外墙外保温、外墙内保温与外墙夹层保温。外墙夹层保温具有绝热性能好、造价低廉、有效避免砌块开裂、建筑施工便利等优势，因此在设计秸秆集成夹芯复合保温墙板时，宜采用夹层保温这一基本类型。夹层保温墙板根据墙体细部构造不同，其组成又可分为以下两种基本形式：一是由重墙饰面层、纤维增强层、保温层、砖砌块或混凝土墙等结构组成；二是由轻墙饰面层、纤维增强层、保温层、双层纸面石膏板、轻型钢结构梁等组成。这两种夹层保温的构造形式既适用于建筑外立面的承重墙结构，也适用于建筑内部非承重墙结构，具有广泛的适用性。保温层的材料选择通常为导热系数较小的高效保温材料，如无机保温材料、离心剥离纤维棉、气凝胶毡、聚氨酯发泡板、玻璃纤维棉板等。

秸秆集成夹芯复合保温墙板以秸秆为原料，采用外墙保温结构中的预制夹层保温墙板，又称为秸秆集成三明治墙板。其广泛应用于框架结构内隔墙等非承重墙体，并且该墙板可根据建筑施工的具体要求，生产出宽度为0.6 m、厚度为0.1～0.2 m、长度为2.5～4.5 m等不同规格型号的轻质保温墙板。

制备由秸秆集成的复合保温夹芯墙板时，首先将面层材料与纤维增强层牢固连接，再与保温材料层及基体墙体通过特制卡槽进行拼接，从而形成复合整体墙材料，降低了维护和养护费用，提高了经济效益。采用装配式的方式进行墙板施工，可大大加快施工速度，进而缩短施工周期。此外，秸秆集成夹芯复合保温墙板具有防火、隔声、抗冻、耐水、抗震等优势。具体如下：①通过在墙板内部增设少量不燃体材料，可在明火1 000 ℃时不燃烧，且其他防火项指标也均优于传统墙体结构；②经隔声试验检测，该墙板的隔声效果可达50 dB，具有良好的隔声作用；③抗冻和极冷、极热试验中构件均未出现明显开裂破坏，且具有良好的抗弯破坏能力和抗冲击能力；④将秸秆集成夹芯复合保温墙板分别静置于0 ℃、35 ℃的水中，經过7 d后墙板均无明显变化；⑤经试验测定，秸秆集成夹芯复合保温墙板的重量约为33 kg/m2，与传统加气混凝土墙相比，其室内可使用面积增加约6%，提高功效近2倍，降低工程造价10%～15%，较传统材料成本降低约75%。

1.2 产品优势

1.2.1 易于取材且能有效利用废料。秸秆复合夹心墙板是通过对秸秆在高温下进行挤压，利用秸秆纤维之间的机械锁合和高温下分泌的胶质物黏合形成的秸秆芯板，附加无机材料面层形成的一种新型墙板材料［1］。此类板材的生产过程基本无污染，取材广泛且能利用再生的物质资源，可重复利用的比例也较高，是一种真正意义上的绿色环保型建筑材料，因此，国家有关部门将该类材料列入重点发展的产品目录来推广使用。

1.2.2 绿色环保，有害有毒物质量少。秸秆集成夹芯复合保温墙板采用的原材料为农作物秸秆废料等，其主要成分为植物纤维，是绿色建筑材料。秸秆纤维作为主原料，在高温挤压条件下使秸秆纤维中的胶质物黏结板材，代替了胶水在保温墙板制作工艺中的作用，从而减少甲醛对人体的危害。

1.2.3 装修简单快捷，操作安装方便。墙板在设计时预留专用的滑轨式装配卡槽，安装较传统保温墙板更简便快捷，且对工人的技术水平要求也较低，有专业知识的人员都能很快上手安装，且可直接在素体墙上安装。

1.2.4 防火性能优良。集成墙板的抗火等级能达到B1级，能满足一般性工程的防火要求。

1.2.5 相对传统装修工艺的替代性好。在普通墙面进行装修时，有清补面层、打磨、喷涂胶等多道工序，而且不可避免地产生装修污染及装修废料垃圾，而在采用集成式墙板装修时，由于将墙面色彩预先设计集成在墙板面层，不仅表面具有了涂料、墙纸的色彩和图案，同时还具有普通墙面没有的凹凸感，即墙面图案的立体感，这也是集成墙板的特色之一。

1.3 产品劣势

1.3.1 有效面积减小。相较于外保温和内保温两种保温墙板而言，夹层保温墙体更厚。在建筑总占地面积一定的条件下，采用夹层保温墙体会使建筑物本身的有效使用面积减小。

1.3.2 易受内外温差影响。当温度变化波动幅度较大时，尤其是在我国北方的冬季，室内和室外的温差过大导致外墙板材受温度应力影响大，极易对墙体结构造成破坏。

1.3.3 接缝渗水。与现浇墙板相比，预制墙板有接缝缺陷，因此容易发生渗水、漏水。

1.3.4 抗震性能不好。夹层保温墙板中保温层两侧的墙体均为刚性承重墙体，在抗震重点设防地区不适合采用此种保温墙板。

1.3.5 热桥问题。受热桥因素影响，会导致墙体的绝热性能被削弱，而墙体柱梁等仍具有热桥效应。

1.4 市场应用前景

秸秆集成墙板较现有的竹木集成墙板具有更轻更强的特点，较低的价格使其赢得了一定市场优势，在现代城乡建设所需的保温墙板中占据一席之地，有较为广阔的市场应用前景。

2 性能检测及技术指标

2.1 秸秆集成墙板的建筑物理性能

秸秆集成墙板与其他墙板的建筑物理性能比较见表1，从表1中不难看出秸秆集成墙板的优越性。

2.2 有毒有害物质限量

随着社会的不断进步和人们生活水平的提高，人们对居住环境的要求也越来越高，不仅要求室内装饰精美，同时也对使用的装修材料提出更高的要求，尤其是建筑材料的环保性。秸秆集成复合墙板因其特有的绿色环保、可循环利用性能而受到消费者追捧。为了减少墙板对人体的影响，已有的标准对板材甲醛释放量的规定如下［2］：E0级的甲醛的释放量≤0.5 mg/L，E1级的甲醛的释放量≤1.5 mg/L；总挥发性有机化合物TVOC的检出量≤0.5 ［mg/（m?·h）］（72 h）。秸秆集成夹心墙板完全能满足上述要求，采用此类墙板装修后，也仅需采取简单的开窗通风方式，便可入住。

3 现有保温墙板对比分析及总结

3.1 集成式墙板

在集成式墙板方面，模块化竹木保温墙板也是其中之一。它主要由竹木纤维集成墙板、真空绝热板与气凝胶毡组成［3］，如图1所示。竹木纤维集成墙板作为模块化墙板的外表面，具有价格较高、原材料资源受限、不易取材、竹材比麦秸秆重等缺陷。因此，可用秸秆集成夹芯复合保温墙板代替竹木纤维集成墙板，从而达到废料利用、墙板重量减轻的目的。同时，秸秆相对于竹木价格低廉，且材料极易获取。采用秸秆代替竹木作为原材料，不仅减少秸秆焚烧污染空气等所带来的危害，而且大大降低保温墙板的成本，进而提高了社会经济效益。

3.2 复合式墙板

在复合式墙板方面，氟石膏复合保温墙板也是其中之一。它是将各种原料经计量、混合搅拌制作成复合墙板的芯料，然后与纸面连续复合成型的工艺过程。经过试验研究，其采用了“加气”与“泡沫”混合工艺，使制品含有更多的微孔，以提高制品的保温隔热性能［4］。具体的工艺流程是先对原料进行计量，用工具进行搅拌处理，接着通过上纸、下纸操作完成纸面的复合，最终使试件完美成型，最后通过烘干、切割、堆放等一系列操作完成。

氟石膏复合保温墙板与秸秆集成夹芯复合保温墙板相比而言，秸秆集成墙板具有以下几种优势。首先，同规格大小的氟石膏墙板与秸秆保温墙板相比，秸秆保温墙板的面密度及板容重更轻；其次，在原材料的获取及板材制成费用方面，氟石膏墙板花费更高，且秸秆材料容易获取，成本及后期生产工艺费用较低，秸秆集成墙板总成本远低于氟石膏保温墙板；最后，根据《纤维增强复合材料保温板》（JG/T 2510—2019）的要求，在秸秆集成墙板与氟石膏保温墙板均合格的前提下，秸秆保温墻板的干燥收缩值、弯曲破坏荷载值及单点吊挂能力等强度、刚度、稳定性参数均优于氟石膏墙板。

3.3 一体化墙板

一体化保温墙板中剪力墙结构建筑物外墙均采用了无空腔复合保温一体化板，墙板总厚度为100厚，外墙保温材料芯材选用80厚挤塑聚苯板，燃烧性能B2级，模板外侧保护层20厚［5］。该保温板材的实际装修施工建设范围主要适用于框架-剪力墙结构和大部分抗震墙结构，且建筑物要求的抗震设防烈度为7度及以下地区的建筑项目。

一体化保温板与秸秆集成保温墙板相比，二者在板材构件设计方面均采用整体化的思路。但秸秆保温墙板燃烧性能为B1级，为难燃材料制品，其燃烧性能要优于一体化保温墙板。在墙板受热受火时，挤塑聚苯板燃烧易挥发出有毒有害气体，秸秆植物燃烧通常只产生二氧化碳气体，危害更小，保障了人们的生命安全。

4 未来展望

4.1 社会经济效益

秸秆集成夹芯复合保温墙板相较于传统保温墙板，在防火阻燃、耐酸碱腐蚀等方面均符合国家相关规范的前提下，具有更低的建筑能耗。相较于传统外墙保温层，秸秆集成保温墙板与外墙同步施工，不仅延长了保温墙板的使用周期，而且减少后期维修养护费用，延长了建筑寿命。同时，秸秆保温板采用工厂大规模生产，使保温墙板从制备成型到安装完成周期缩短了20％左右。经过粗略统计计算，秸秆集成复合保温墙板与传统粘贴保温层墙体相比，每1 000 ｍ2节约减少费用约200元，具有良好的经济效益。

4.2 未来展望

秸秆集成夹芯复合保温墙板具有质量轻、强度高、易取材、符合循环发展、废料再利用等绿色环保理念，且轻质保温墙板是墙体发展的必然趋势。

当前中国的发展进入新的时期，城市作为社会经济发展中心，居民建筑朝着现代化、生态化的目标发展，保温隔热墙材同样存在着优化升级的空间。目前在秸秆集成夹芯墙板设计中融入绿色环保、轻质高强等设计理念，在提升保温墙板质量的同时为绿色建设服务，保障人们的住房安全，满足人与自然和谐相处的理念要求，既拥有广阔的发展前景，又带来良好的社会经济效益。

5 结语

笔者主要研究了秸秆集成夹芯复合保温墙板的产品优势、市场、性能检测及相关技术指标等，总结了秸秆集成夹芯复合保温墙板的相对优势，分析了秸秆集成夹芯复合保温墙板具有防水防潮、防火抗裂、安装简便等优点，并与之相关类型的几种轻质保温墙板对比分析，总结出秸秆集成夹芯复合保温墙板的相对优势，并对未来发展进行展望。

参考文献：

［1］陈继浩，崔琪，潘华.秸秆复合墙板应用性能试验研究［J］.新型建筑材料，2021，48（4）：92-94.

［2］钱平，崔成成.竹木纤维集成墙板的性能特点与检测要求［J］.建设科技，2019（9）：67-70.

［3］朱文祥，刘永刚，吴志敏，等.新型模块化保温墙板的开发与应用实践［J］.江苏建筑，2020（6）：115-118.

［4］张锦峰，许红升，王玉洪，等.氟石膏复合保温墙板的开发与应用研究［J］.墙材革新与建筑节能，2005（9）：25-27，3.

［5］李文龙，岳小同，李奕儒，等.一体化保温墙板在剪力墙结构施工中的应用和研究［C］//浙江省土木建筑学会.第26届华东六省一市土木建筑工程建造技术交流会论文集（上册）.北京：《施工技术》杂志社，2020：4.