淺談保溫材料在干燥狀態和最大吸水量狀態下對地鐵站綜合支吊架荷載的影響

林中健

摘 要：建筑物的隔熱保溫是節約能源、改善居住條件和保證使用功能的一個重要方面。建筑能耗在人類整個能源消耗中所占比例一般在30%～40%，其中絕大部分是采暖和空調的消耗，所以建筑節能意義重大。地鐵站作為城市交通基礎設施，2014年軌道交通總耗電約占全國總耗電的1.7‰，預計未來會占到全國總耗電的5‰以上。特別是在南方地區，環控能耗占了地鐵總能耗的50%左右。地鐵站均采用保溫材料來降低環控能耗?，F場往往會由于一些原因導致保溫材料進水，不僅會嚴重影響保溫材料的隔熱保溫性能增加能源消耗，還會增加綜合支吊架的荷載，對綜合支吊架系統的安全性造成影響。本文簡要論述了地鐵車站中的保溫材料在干燥狀態和最大吸水量狀態下的荷載變化。

關鍵詞：保溫材料;干燥;最大吸水量;綜合支吊架;荷載變化

中圖分類號：U231.4 文獻標識碼：A

隨著各個城市軌道交通的快速發展以及車站功能的日益豐富，車站的能耗也越來越高。據清華大學建筑節能研究中心發布的《軌道交通車站能耗與節能》中顯示，在供冷季電耗中，冷源、風機電耗占比高達60%～70%以上。為降低環控能耗，地鐵站均采用保溫材料對風管、空調水管等進行包覆，以此來減少管內介質在傳輸過程中的能量損耗，從而降低環控能耗。地鐵站數量的飛速增長，保溫材料的使用也越來越普遍。而現場往往會由于環境以及施工安裝等方面的原因導致保溫材料進水，增加了綜合支吊架系統的荷載，通過試驗研究了保溫材料在干燥狀態和最大吸水量狀態下荷載的變化情況。

1 試壓方案選定

地鐵車站中用于風管和水管保溫材料為離心玻璃棉。離心玻璃棉是將處于熔融狀態的玻璃用離心噴吹法工藝進行纖維化噴涂熱固性樹脂制成的絲狀材料，再經過熱固化加工處理而成。離心玻璃棉內部纖維蓬松交錯，存在大量微小的孔隙，有阻燃、無毒、耐腐蝕、容重小、導熱系數低、化學穩定性強、吸濕率低、憎水性好等諸多優點，是公認的性能最優越的保溫隔熱材料，具有十分廣泛的用途。

為研究保溫材料在干燥狀態和最大吸水量狀態下的綜合支吊架荷載變化，需分別測量同一體積保溫材料在干燥狀態下的重量和最大吸水量狀態下的重量，再根據同一體積保溫材料在干燥狀態下的重量和最大吸水量狀態下的重量，推算出單位體積下保溫材料的吸水重量，即保溫材料的單位吸水重量。再根據測出的單位吸水重量，與綜合支吊架系統上需要使用的保溫材料體積進行計算，即可得出最大吸水量狀態下綜合支吊架的荷載情況，就可與干燥狀態下綜合支吊架的荷載情況進行對比分析，得出保溫材料在干燥狀態和最大吸水量狀態下的綜合支吊架荷載變化結果。

2 試驗方案難點分析

（1）保溫材料的干燥狀態可以很輕易明顯地獲取到，但保溫材料的最大吸水狀態卻不那么輕易獲取，無法直觀地判斷出保溫材料是否已達到最大吸水狀態。

（2）離心玻璃棉的吸濕率低、憎水性好，但所采用的保溫材料不僅只有離心玻璃棉，外部還帶有貼面，貼面的透水性極差，導致安裝完成好的保溫材料進水后，水無法流出，被外部貼面包裹住。而單獨離心玻璃棉樣品在達到最大吸水狀態后水會從其他幾個沒有外部貼面的面流出，從而無法保持離心玻璃棉在最大吸水狀態下測得重量。

3 擬采取的措施

針對上述試驗方案難點，通過認真研究與探討，擬采取以下針對措施進行解決。

（1）針對上述試驗方案難點分析第1點提出的無法直觀地判斷出保溫材料是否已達到最大吸水狀態的問題，通過分析，得出以下措施：保溫材料的最大吸水狀態即保溫材料吸水量達到最多無法再增加的狀態，就可以通過多次測量完全沒入水中保溫材料的重量，直到保溫材料重量無法再繼續增加，就可以認為保溫材料達到了最大吸水狀態。

（2）針對上述試驗方案難點分析第2點提出的無法保持離心玻璃棉在最大吸水狀態下測得重量的問題，通過研究分析，得出以下措施：特制一個專門的容器，底部設有水龍頭可以放出容器內的水，特制試驗容器結構示意圖如圖1所示。其中：①為40角鋼，作為容量的四個支腳;②為水龍頭，通過管道與③相連;③為容器底板上開的圓孔;④為鐵質容器。試驗時，將離心玻璃棉樣品放置于容器中間，加水淹沒離心玻璃棉樣品。每間隔一段時間后，打開水龍頭放凈容器中的水，測量特制容器以及離心玻璃棉樣品的整體重量。多次測量并記錄數據后，測得的實驗數據至少4次基本穩定后，即可認為離心玻璃棉樣品達到了最大吸水量狀態，再相應減去特制容器干燥狀態下的重量，就可以得到離心玻璃棉在最大吸水量狀態下的重量。

為解決水從離心玻璃棉樣品其他幾個沒有外部貼面的面流出的問題，將離心玻璃棉樣品四邊用塑料隔板進行密封，塑料隔板高出離心玻璃棉5 cm，防止水流出。離心玻璃棉樣品四邊包塑料隔板示意圖如下圖2所示。

4 試驗步驟

（1）取試驗樣品。為研究保溫材料在干燥狀態和最大吸水量狀態下的綜合支吊架荷載變化，采用的是同一塊離心保溫棉樣品。試驗選用一塊300*300的正方形帶貼面離心玻璃棉板，厚度為40 mm。試驗樣品得到后，用塑料隔板將離心玻璃棉樣品四邊緊貼包裹起來。測得此時保溫材料為干燥狀態下的重量。

（2）將離心玻璃棉樣品放入特制試驗容器正中，離心玻璃棉樣品帶有黑色貼面的一面朝下放置。緩緩向容器內加水，至液面超過離心玻璃棉樣品頂面10 cm，保證離心玻璃棉樣品完全浸入在水中。

（3）半個小時后，打開特制容器底部的水龍頭，將容器內的水完全放干凈，并用干毛巾或吸水紙擦拭干凈容器內的水和離心玻璃棉頂面上多余的水。擦拭干凈后，連同特制容器和試驗樣品一同測量重量，記錄下此時的重量。

（4）數據記錄完畢后，再緩緩向容器內加水，同樣加水至液面超過離心玻璃棉樣品頂面10 cm。

（5）重復第3步和第4步，直至最后三組測得的試驗數據保持基本穩定。

5 試驗數據

通過試驗，一共獲得了10組試驗數據，試驗數據如下表1所示。

6 數據分析

通過離心玻璃棉浸水試驗數據表可繪制出重量變化曲線圖，曲線圖如下圖3所示。

從數據表以及曲線圖可知：

（1）試驗離心玻璃棉樣品（300*300*40）在干燥狀態下的重量為230 g，通過計算可得出，1 m3的離心玻璃棉在干燥狀態下的重量為64 kg。

（2）試驗數據在210 min、240 min、270 min時的重量基本保持不變，分別為3 159 g、3 155 g、3 158 g。表明，此時保溫材料達到了最大含水量狀態。為方便計算，離心玻璃棉樣品最大含水量狀態下重量取值為3 160 g。

（3）試驗離心玻璃棉樣品體積為300 mm*300 mm*40 mm=3 600 000 mm3=0.003 6 m3，最大含水量狀態下重量為3 160 g，通過計算可得出，1 m3的離心玻璃棉在最大含水量狀態下的重量為878 kg。

綜上可得，保溫材料在干燥狀態下的綜合支吊架荷載為64 kg/m3，在最大吸水量狀態下的綜合支吊架荷載為878 kg/m3。

7 試驗結論

通過試驗數據分析可得知，離心玻璃棉這種保溫材料在干燥狀態與最大吸水量狀態下在綜合支吊架系統上的荷載相差約14倍，從64 kg/m3陡增至878 kg/m3，將會給綜合支吊架系統的安全性帶來非常巨大的影響。由此可見，管道保溫施工質量和管道焊接質量非常重要。若管道保溫施工質量差，導致管道壁上產生了冷凝水，雖然一次產生的冷凝水量很小，但日積月累下保溫材料內積攢的水無處排放的話，會大大增加綜合支吊架的荷載，對綜合支吊架系統的安全性造成影響，甚至會造成保溫材料脫落的情況。若管道焊接質量差，造成漏水，那么保溫材料內含水量將會急劇上升，綜合支吊架荷載急劇增大，嚴重威脅綜合支吊架系統安全，同樣可能會造成保溫材料脫落的情況。

參考文獻：

[1]軌道交通車站能耗與節能.

[2]一種離心玻璃棉制品保溫管殼.