一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体及制备方法
阅读说明：本技术 一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体及制备方法 (Wall body with steel frame filled with phosphogypsum-concrete composite wall and preparation method ) 是由 张义勇 姜坤 刘璇 覃鹤 左海宏 周雨婷 赵红霞 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体及制备方法,属于磷石膏综合利用技术领域。该墙体包括钢框架和磷石膏-混凝土组合墙,所述磷石膏-混凝土组合墙设在钢框架内,所述磷石膏-混凝土组合墙与钢框架之间留有变形缝,所述变形缝内设有柔性板,所述钢框架上在与磷石膏-混凝土组合墙相对应的位置设有若干卡件,所述磷石膏-混凝土组合墙包括混凝土框架和填充在混凝土框架内的磷石膏基复合胶凝材料。现场只需进行总装即可制得墙体,墙体制作效率高；将钢框架与磷石膏-混凝土组合墙相结合为一体,大大提高了墙体的抗侧刚度；能够大大减少半水磷石膏的用量,显著降低了磷石膏脱水的能耗。(The invention discloses a wall body of a steel frame filled with phosphogypsum-concrete composite wall and a preparation method thereof, belonging to the technical field of comprehensive utilization of phosphogypsum. The wall body comprises a steel frame and a phosphogypsum-concrete composite wall, wherein the phosphogypsum-concrete composite wall is arranged in the steel frame, a deformation joint is reserved between the phosphogypsum-concrete composite wall and the steel frame, a flexible plate is arranged in the deformation joint, a plurality of clamping pieces are arranged on the steel frame at positions corresponding to the phosphogypsum-concrete composite wall, and the phosphogypsum-concrete composite wall comprises a concrete frame and a phosphogypsum-based composite cementing material filled in the concrete frame. The wall body can be manufactured only by final assembly on site, and the manufacturing efficiency of the wall body is high; the steel frame and the phosphogypsum-concrete combined wall are combined into a whole, so that the lateral stiffness of the wall is greatly improved; the dosage of the semi-hydrated phosphogypsum can be greatly reduced, and the energy consumption of phosphogypsum dehydration is obviously reduced.)
技术领域
本发明涉及一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体及制备方法，属于磷石膏综合利用技术领域。
背景技术
磷石膏是湿法生产磷酸时产生的工业副产品，通常每生产1吨磷酸，产生大约5.0吨磷石膏，磷石膏的主要化学成分为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，其含量高达90％以上，还含有少量未充分反应的磷灰石、硫酸、未洗涤掉的磷酸、氟化物等有害物质。数据显示，我国磷石膏年产量基本维持在7500万吨～7800万吨，近年来磷石膏利用率整体呈上升趋势，由2016年的36.4％提高到2019年的40％，但其利用率增速和利用总量仍然较低。堆量庞大的磷石膏固废不仅占用大面积土地，并对水、土壤、生物、大气等环境造成严重污染，对环境生态造成极大危害。磷石膏在建筑材料领域的应用，消纳量大，成本低，环境副作用小，具有显著的环保和经济价值；磷石膏基建材还具有自重轻、保温隔热性能好等优点，所以磷石膏建材资源化利用无疑是磷石膏最具前景的资源化利用方向，未来也将必然成为打破磷石膏大规模资源化利用瓶颈的重要突破口。
公开号为CN111719768A的中国专利文献，公开了一种装配式磷石膏-混凝土组合墙板及制备、装配方法，通过将外伸的框架柱钢筋和/或纵向拉结筋插入预埋钢筒中，再用自密实混凝土浇注；该结构，一方面安装时预留在凹槽内的预埋钢筒能消除墙体自重对外伸出墙板底部钢筋的损坏；另一方面，能够增强墙板的锚固性能，进而增强其竖向连接稳定性，提高整体抗震性能。
但是，其存在以下不足：
第一，混凝土框架与预制混凝土地梁对接后，须要向凹槽内现浇混凝土进行填平，混凝土凝结时间长，导致现场施工效率大幅度降低；
第二，混凝土框架的底部通过框架柱钢筋、纵向拉结筋、现浇自密实混凝土与预制混凝土地梁连接，墙板抗侧刚度差；
第三，磷石膏基复合胶凝填料的原材料主要为脱水磷石膏，由于磷石膏高温脱水能耗高，会导致墙板制作成本显著提高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体及制备方法。
本发明通过以下技术方案得以实现：
一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体，包括钢框架和磷石膏-混凝土组合墙，所述磷石膏-混凝土组合墙设在钢框架内，所述磷石膏-混凝土组合墙与钢框架之间留有变形缝，所述变形缝内设有柔性板，所述钢框架上在与磷石膏-混凝土组合墙相对应的位置设有若干卡件，所述磷石膏-混凝土组合墙包括混凝土框架和填充在混凝土框架内的磷石膏基复合胶凝材料。
所述钢框架包括两立柱，立柱上并排设有两外伸梁，两立柱上的外伸梁之间通过横梁进行连接；
所述钢框架的四周在与磷石膏-混凝土组合墙相对应的位置均设有卡件，卡件为L形板，L形板上延伸到磷石膏-混凝土组合墙墙面上的长度不小于20mm。
所述混凝土框架为网格式钢筋混凝土结构，混凝土框架的顶部在顶梁纵筋内侧设有吊装孔，混凝土框架上在各网格内侧的中部均设有环形卡条；
所述柔性板为聚苯乙烯泡沫板，且其厚度与变形缝的宽度一致。
一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体的制备方法，包括以下主要步骤：
A、制备钢框架：将两立柱与两横梁焊接在一起形成钢框架，并在钢框架的一侧焊接卡件；
B、制备混凝土框架：依次立模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土、拆模板制得混凝土框架；
C、制备磷石膏-混凝土组合墙：调制磷石膏基复合胶凝材料浆体，以混凝土框架为母模，向网格内浇筑磷石膏基复合胶凝材料浆体制得磷石膏-混凝土组合墙；
D、总装：将磷石膏-混凝土组合墙吊装到钢框架内，调整磷石膏-混凝土组合墙与钢框架的相对位置，在钢框架的另一侧焊接卡件对磷石膏-混凝土组合墙进行限位，将聚苯乙烯泡沫板填入变形缝内，即得。
所述步骤A中立柱采用方管制成，横梁采用H型钢制成，横梁与外伸梁栓焊连接，所述步骤B中钢筋均采用HRB400钢筋，混凝土框架中柱的配筋为4C12，梁的配筋为4C8，梁柱箍筋的配筋为[email protected]，钢筋的混凝土保护层厚度不小于15mm，所浇筑的混凝土为C30混凝土，混凝土浇筑过程中充分振捣密实，并成型抹面，然后待其养护龄期达到14d后再拆模板。
所述步骤C中在磷石膏基复合胶凝材料浆体浇筑过程要充分振捣密实，并成型抹面，然后自然养护14d即得磷石膏-混凝土组合墙。
所述步骤C中磷石膏基复合胶凝材料的配合比为半水磷石膏30％、原状磷石膏70％、生石灰4％、水泥9％、硅灰5％、减水剂1.2％、缓凝剂1.2％、水灰比0.25，配合比的计量方式为以半水磷石膏和原状磷石膏重量之和为100％，生石灰、水泥、硅灰以半水磷石膏和原状磷石膏重量之和的百分比计算，减水剂以所有干物料重量之和的百分比计算，缓凝剂以半水磷石膏的重量百分比计算。
所述减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量为30％，所述半水磷石膏为采用原状磷石膏经120～160℃高温烘制2～3h制得。
所述步骤C中调制磷石膏基复合胶凝材料浆体的方法为将所有干物料混合搅拌均匀后，加入聚羧酸减水剂、缓凝剂和水混合搅拌3min～5min制得。
所述步骤D中在吊装磷石膏-混凝土组合墙前，先在钢框架上对磷石膏-混凝土组合墙的安装位置进行准确放样，然后将磷石膏-混凝土组合墙吊到钢框架下部的横梁上，再根据放样使用水平作动器调整磷石膏-混凝土组合墙的位置，最后焊接卡件对磷石膏-混凝土组合墙进行限位；将聚苯乙烯泡沫板填入变形缝后，若聚苯乙烯泡沫板出现缺损或填充不密实的情况，使用泡沫填缝剂进行填补并找平。
本发明的有益效果在于：
1、现场只需进行总装即可制得墙体，墙体制作效率高；将钢框架与磷石膏-混凝土组合墙相结合为一体，大大提高了墙体的抗侧刚度；磷石膏基复合胶凝材料中原状磷石膏为半水磷石膏的两倍以上，大大减少了半水磷石膏的用量，显著降低了磷石膏脱水的能耗。
2、将磷石膏作为墙体材料应用于装配式钢结构建筑领域，将固废变废为宝，进一步拓宽了磷石膏资源化利用途径，增加磷石膏利用率，降低磷石膏危害，节能利废，具有较高的经济和环保双重价值。
3、利用网格式钢筋混凝土框架为骨架，磷石膏作为填充材料制备组合墙板，有效弥补了磷石膏的胀缩性能以及脆性性能，避免墙体开裂。
4、磷石膏基复合胶凝材料利用半水磷石膏固化原状磷石膏，既解决了大掺量利用原状磷石膏导致的胶凝材料性能降低问题，又进一步提高了磷石膏的利用率，配合比方案中磷石膏利用率高达85％。
5、钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙板可大幅提高结构的抗侧刚度和承载能力，延缓结构进入屈服极限，具有良好的抗震性能和协同工作性能。
6、钢框架与组合墙板之间的柔性连接方式，使得结构刚度退化呈“三段式”发展规律，延缓了结构的刚度退化，十分有利于墙体结构抗震。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立柱、外伸梁和横梁装配后的主视结构示意图；
图3为图2的俯视结构示意图；
图4为本发明的磷石膏-混凝土组合墙的结构示意图；
图5为本发明的混凝土框架中柱的配筋示意图；
图6为本发明的混凝土框架中梁的配筋示意图；
图7为本发明的混凝土框架与磷石膏基复合胶凝材料的连接结构示意图。
图中：1-钢框架，10-立柱，11-横梁，2-混凝土框架，21-环形卡条，3-磷石膏基复合胶凝材料，4-变形缝，5-卡件。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图7所示，本发明所述的一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体，包括钢框架1和磷石膏-混凝土组合墙，所述磷石膏-混凝土组合墙安装在钢框架1内，所述磷石膏-混凝土组合墙与钢框架1之间留有变形缝4，所述变形缝4内安装有柔性板，所述钢框架1上在与磷石膏-混凝土组合墙相对应的位置焊接有若干卡件5，所述磷石膏-混凝土组合墙包括混凝土框架2和填充在混凝土框架2内的磷石膏基复合胶凝材料3。在使用时，磷石膏-混凝土组合墙的左侧、右侧和顶侧均与钢框架1之间留有变形缝4。
所述钢框架1包括两立柱10，立柱10上并排焊接有两外伸梁，两立柱10上的外伸梁之间通过横梁11进行连接。如图1所示，在使用时，外伸梁通过两外环板与立柱10焊接连接，外环板套装在立柱10上。
所述钢框架1的四周在与磷石膏-混凝土组合墙相对应的位置均焊接有卡件5，卡件5为L形板，L形板上延伸到磷石膏-混凝土组合墙墙面上的长度不小于20mm。通过卡件5对磷石膏-混凝土组合墙进行限位，避免磷石膏-混凝土组合墙失稳。
所述混凝土框架2为网格式钢筋混凝土结构，混凝土框架2的顶部在顶梁纵筋内侧预留有吊装孔，混凝土框架2上在各网格内侧的中部均设有环形卡条21。方便通过吊装孔吊装磷石膏-混凝土组合墙。环形卡条21与混凝土框架2一体浇筑成型，通过环形卡条21大幅提高混凝土框架2与磷石膏基复合胶凝材料3的连接强度。
所述柔性板为聚苯乙烯泡沫板，且其厚度与变形缝4的宽度一致。
一种钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体的制备方法，包括以下主要步骤：
A、制备钢框架：将两立柱10与两横梁11焊接在一起形成钢框架1，并在钢框架1的一侧焊接卡件5；立柱10与外伸梁的连接结构在厂家预先制得，现场只需将外伸梁与横梁11焊接连接，即可制得钢框架1。
B、制备混凝土框架：依次立模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土、拆模板制得混凝土框架2；
C、制备磷石膏-混凝土组合墙：调制磷石膏基复合胶凝材料3浆体，以混凝土框架2为母模，向网格内浇筑磷石膏基复合胶凝材料3浆体制得磷石膏-混凝土组合墙；
D、总装：将磷石膏-混凝土组合墙吊装到钢框架1内，调整磷石膏-混凝土组合墙与钢框架1的相对位置，在钢框架1的另一侧焊接卡件5对磷石膏-混凝土组合墙进行限位，将聚苯乙烯泡沫板填入变形缝4内，即得。
所述步骤A中立柱10采用方管制成，横梁11采用H型钢制成，横梁11与外伸梁栓焊连接，所述步骤B中钢筋均采用HRB400钢筋，混凝土框架2中柱的配筋为4C12，梁的配筋为4C8，梁柱箍筋的配筋为[email protected]，钢筋的混凝土保护层厚度不小于15mm，所浇筑的混凝土为C30混凝土，混凝土浇筑过程中充分振捣密实，并成型抹面，然后待其养护龄期达到14d后再拆模板。
所述步骤C中在磷石膏基复合胶凝材料3浆体浇筑过程要充分振捣密实，并成型抹面，然后自然养护14d即得磷石膏-混凝土组合墙。
所述步骤C中磷石膏基复合胶凝材料3的配合比为半水磷石膏30％、原状磷石膏70％、生石灰4％、水泥9％、硅灰5％、减水剂1.2％、缓凝剂1.2％、水灰比0.25，配合比的计量方式为以半水磷石膏和原状磷石膏重量之和为100％，生石灰、水泥、硅灰以半水磷石膏和原状磷石膏重量之和的百分比计算，减水剂以所有干物料重量之和的百分比计算，缓凝剂以半水磷石膏的重量百分比计算。在使用时，原状磷石膏为磷化工企业排放的磷石膏固废，遇结团硬化时需破碎过筛后再使用。所有干物料指除减水剂、缓凝剂和水之外的所有原料。水灰比为水与所有干物料的重量比。
所述减水剂为聚羧酸减水剂，其固含量为30％，所述半水磷石膏为采用原状磷石膏经120～160℃高温烘制2～3h制得。
所述步骤C中调制磷石膏基复合胶凝材料3浆体的方法为将所有干物料混合搅拌均匀后，加入聚羧酸减水剂、缓凝剂和水混合搅拌3min～5min制得。
所述步骤D中在吊装磷石膏-混凝土组合墙前，先在钢框架1上对磷石膏-混凝土组合墙的安装位置进行准确放样，然后将磷石膏-混凝土组合墙吊到钢框架1下部的横梁11上，再根据放样使用水平作动器调整磷石膏-混凝土组合墙的位置，最后焊接卡件5对磷石膏-混凝土组合墙进行限位；将聚苯乙烯泡沫板填入变形缝4后，若聚苯乙烯泡沫板出现缺损或填充不密实的情况，使用泡沫填缝剂进行填补并找平。
本发明提供的钢框架内填磷石膏-混凝土组合墙的墙体及制备方法，其有益效果如下：
1、现场只需进行总装即可制得墙体，墙体制作效率高；将钢框架1与磷石膏-混凝土组合墙相结合为一体，大大提高了墙体的抗侧刚度；磷石膏基复合胶凝材料3中原状磷石膏为半水磷石膏的两倍以上，大大减少了半水磷石膏的用量，显著降低了磷石膏脱水的能耗。
2、将磷石膏作为墙体材料应用于装配式钢结构建筑领域，将固废变废为宝，进一步拓宽了磷石膏资源化利用途径，增加磷石膏利用率，降低磷石膏危害，节能利废，具有较高的经济和环保双重价值。
3、利用网格式钢筋混凝土框架2为骨架，磷石膏作为填充材料制备组合墙板，有效弥补了磷石膏的胀缩性能以及脆性性能，避免墙体开裂。
4、磷石膏基复合胶凝材料3利用半水磷石膏固化原状磷石膏，既解决了大掺量利用原状磷石膏导致的胶凝材料性能降低问题，又进一步提高了磷石膏的利用率，配合比方案中磷石膏利用率高达85％。
5、钢框架1内填磷石膏-混凝土组合墙板可大幅提高结构的抗侧刚度和承载能力，延缓结构进入屈服极限，具有良好的抗震性能和协同工作性能。
6、钢框架1与组合墙板之间的柔性连接方式，使得结构刚度退化呈“三段式”发展规律，延缓了结构的刚度退化，十分有利于墙体结构抗震。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：具有吸塑成型结构层的防雨幕墙及其应用