石膏的节能性与适用性

我国具有丰富的磷矿资源,磷化工企业每年排放了大量磷石膏,仅贵州瓮福磷业集团的年排放量就达550万吨。建设磷石膏堆场的投资大、运营成本高、占用了大量土地、且对环境造成极大污染。目前磷石膏仅少量被用作土壤改良剂,开发利用的途径主要集中在化工和建材两方面,化工方面主要用来制作硫酸钾、硫酸铵等硫酸制品及水泥缓凝剂,建材方面主要用来制作石膏板材、线材、黏结胶、灰浆配料和砌块等,上述途径对磷石膏的利用率是较低的。基于贵州省丰富的磷矿资源,贵州大学曹建新等从2000年开始开展了对磷石膏资源化利用的系列研究工作[12,13]。在建筑工程方面,贵州大学马克俭等在2005-2007年间开展了磷石膏在大开间灵活隔断住宅建筑中的综合应用研究,从结构形式、构造措施、施工工艺、保温节能和产业化前景等几方面进行了可行性分析,并初步做了理论分析和试验研究,认为磷石膏在节能与结构一体化方面具有极大的开发价值[14],随后提出节能与结构一体化的新型住宅结构[15-17]型式,这种结构的承重墙体采用混凝土网格式框架为承重骨架,楼盖采用混凝土密肋板,均以磷石膏为预制模壳,试验研究表明,当模壳的壁太薄时,现场的损耗较大,不便于施工,因此以后的研究思路由磷石膏预制改为现浇,并由曹建新等在2007-2008年间对磷石膏进行了耐水性和浇筑成墙材料的改性研究工作(专利申请号:200910301656.6),延长了磷石膏的初凝时间,缩短了墙体的终凝时间,解决了磷石膏中残留的水分在自然状态下蒸发缓慢、墙体耐水性低、墙面与装饰面层的粘附能力低等问题,为现浇磷石膏在建筑工程中的应用提供了有利条件。
现浇磷石膏承重墙
国家节地政策实施后,各地开始陆续采用其它砌块替代粘土砖[18],或者在低层住宅建筑中采用框架结构,砌体仅作填充墙使用。结构型式对工程造价的影响较大,今后一段时间内,特别是在农村地区,混合结构仍然会是低层住宅建筑的主要结构型式。改性后的现浇磷石膏具有初凝时间快、强度较高的特点,因此完全可以用在低层小开间住宅建筑中,将墙体由传统的砌块砌筑改为磷石膏现浇。例如图3所示的两层住宅建筑,在纵横墙两面支模后,采用由磷石膏和外加剂加水搅拌后的浆液灌筑而成,墙体浇筑方式如图4所示,墙体的施工技术含量低,操作方便,现浇磷石膏墙体的初凝时间约为30min,因此其拆模时间快,从而大大缩短了施工工期,且无需另作构造保温。为了较大限度地应用磷石膏,楼板可以采用以预制磷石膏模块作底模的低肋混凝土网格板,其结构布置如图5(a)所示,将图5(d)所示的预制磷石膏模块支承于肋梁的附设梁耳上,楼板钢筋绑扎后浇筑混凝土即将磷石膏模块嵌固,如图5(c)所示,采用预制磷石膏模块既降低了楼板的混凝土用量,又在上下楼层间起隔声和保温节能作用。
现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙
组合墙体的施工方式有两种:其一为先浇筑混凝土网格式框架再浇筑磷石膏,即在每层的混凝土网格式框架成形脱模后,再在框架两面夹模板浇筑磷石膏灌浆料,这种施工方式速度较快,混凝土和磷石膏的浇筑互不影响,便于竖向施工段的划分;其二为每层沿竖向分段浇筑混凝土和磷石膏,例如图6(c),沿竖向将墙体分为三段,底部先在墙体两面夹模板浇筑磷石膏灌浆料,磷石膏初凝后绑扎层间横梁钢筋,再根据层间横梁两侧需要的磷石膏厚度塞入侧模后,浇筑层间横梁混凝土,混凝土初凝后即可施工中间段墙体,如此往复完成整层墙体的施工,这种方式的交叉工序较多,但现浇磷石膏的初凝时间短,因此并不显著影响墙体的工期,缺点是由于混凝土网格式框架被现浇磷石膏完全包裹,不便于混凝土构件的外观检查。组合墙结构主要用于小高层住宅建筑的周边墙及每户的分户墙,每户内的房间隔墙为非承重墙,这就使得每户楼板的跨度较大,因此采用现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙的建筑,其楼板可采用图7所示的箱形密肋楼板。楼板由密肋梁和上下两层表层薄板构成,其施工顺序为:绑扎肋梁和下层薄板钢筋后浇筑下层薄板混凝土,安放预制磷石膏模盒,再绑扎上层薄板钢筋,随后浇筑肋梁和上层薄板混凝土。这种楼板为住宅的房间再分隔提供了结构基础,从而可以实现住宅的大开间灵活隔断功能。
结语
工业废渣的资源化利用主要涉及环保、利用率和产品的附加价值等问题,为提高产品的附加价值而对废渣再进行工业加工,初期的投入大,也会带来新的环保问题并伴生新的废渣。本文讨论的现浇磷石膏承重墙和现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙结构,立足于直接消耗企业排放的磷石膏,施工无需特殊的机具和过高的工艺要求,操作方便,工程实践表明,结构刚度大、用钢量小,磷石膏用量和混凝土用量持平,从而通过现浇方式使磷石膏成为建筑主材,顺应国家节地、节能政策要求,具有极大的推广应用价值。后续工作将开展结构的强度、刚度等力学性能和计算方法、以及结构抗震性能的研究。
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