復合防火自保溫外模板抗折性能試驗研究

鄭賢賢，王二成,2*，張京軍，李傳浩，李 沖，趙 陽

(1.河北工程大學 土木工程學院，河北 邯鄲 056038；2.河北省裝配式結構工程技術研究中心，河北 邯鄲 056038)

為貫徹落實國家建筑節能政策，推進建筑節能與結構一體化技術的發展和應用，研發了一種新型復合防火自保溫外模板。該模板具有保溫、隔熱、免拆除、可與墻體和裝飾面層緊密集合等優點，并且采用無機防火保溫板作為保溫材料，其燃燒性能達到A級，彌補了EPS模塊保溫免拆模板和XPS復合保溫免拆模板燃燒性能的不足，完全適用于防火要求較高的建筑[1]。目前，國內外對保溫免拆模板已有大量相關試驗與理論研究。何棟梁等[2]對自然狀態、標準狀態和浸水 24 h 狀態下的植物纖維保溫免拆模板進行了抗折強度試驗研究。盧健等[3]制備了以鐵尾礦為主要原材料的自保溫免拆模板，并對其耐久性和粘結性能進行了試驗研究。李曉光等[4]對巖棉復合型(RWC)保溫免拆模板的熱工性能和抗彎性能進行了試驗研究。劉元珍等[5]研發的?；⒅楸啬０澹哂辛己玫谋亍⒏魺?、耐老化性能，是一種輕型保溫免拆模板。Biswas K等[6]對含低成本真空絕緣芯的復合泡沫真空保溫板進行了熱工性能測試和評估。吳志敏等[7-12]對保溫免拆模板的物理性能進行了深入研究，并取得了豐碩的成果。但目前，對保溫免拆模板抗折性能方面的研究相對較少。

復合防火自保溫外模板作為一種集防火、保溫、免拆除等特點為一身的新型建筑模板，操作簡便，只需安裝無需拆卸，因此模板本身需要具有一定的抗折強度以保證在運輸和施工過程中的受損要求。 為研究復合防火自保溫外模板的抗折性能，本文對6個復合防火自保溫外模板試件進行抗折試驗，分析試件的破壞形態、受力性能、抗折強度以及抗折強度與彈性模量之間的相關性，為復合防火自保溫外模板的工程應用和推廣提供一定參考價值。

1 試驗材料

對6個復合防火自保溫外模板試件進行抗折試驗，編號分別為B-1—B-6。試件截面標準尺寸為1 200 mm×100 mm×70 mm。試件寬度在試件長邊中心位置處測量；厚度在試件長邊的兩端距離端部100 mm處測量，計算時取兩點算術平均值，試件具體尺寸如表1所示。本次試驗所用復合防火自保溫外模板是以A級無機防火保溫板為芯材，表面布置耐堿玻璃纖維網格布、粘結砂漿層和抗裂砂漿層，經一次輥壓成型的新型建筑外墻保溫產品。該復合防火自保溫外模板的多層構造設計形式為：無機防火保溫板為芯材，保溫板外表面依次設置外第一道耐堿玻璃纖維網格布、外粘結砂漿層和抗裂砂漿層；內表面依次設置內第一道耐堿玻璃纖維網格布、內粘結砂漿層。其中，內、外粘結砂漿層和抗裂砂漿層中分別夾有內第二道耐堿玻璃纖維網格布、外第二道耐堿玻璃纖維網格布和外第三道耐堿玻璃纖維網格布。復合防火自保溫外模板的詳細構造如圖1所示。本次試驗研究所用的復合防火自保溫外模板的主要性能指標見表2。

表1 試件尺寸

圖1 試件構造詳圖

2 試驗方法

2.1 加載裝置與加載制度

試驗所用設備為微機控制電子萬能試驗機(型號：WDW10)?？拐蹚姸燃皬椥阅Ａ康臏y定依據GB/T 17657—2013[13]進行，采用三點測試法。其測試原理是通過在兩點支撐的試件中部施加載荷來進行三點彎曲的抗折強度和彈性模量的測定。試驗時直徑為30 mm的兩支承輥的跨距調節為1 000 mm，將模板與現澆混凝土接觸面朝上平放在支承輥上，并使支承輥垂直于該模板長軸方向。為了確保在復合防火自保溫外模板整個寬度方向施加豎向荷載，試驗所用加荷輥的長度應與該模板寬度相同。將加荷輥與支承輥平行放置，并使加荷輥與試件中心線重合。加荷輥與支承輥直徑相同、寬度相同。試驗加載裝置如圖2所示。

表2 復合防火自保溫外模板基本性能指標

在試驗過程中加荷輥以0.125 mm/s的速率勻速加載，直至試件斷裂為止。記錄試件破壞時的荷載值、斷裂形式以及最大撓度。

2.2 測點布置與量測內容

百分表布置如圖2所示。在加荷輥兩側各布置一個百分表，編號分別為D1、D2，用于測量試件跨中位置處的豎向位移；在試件一端支承輥上方布置一個百分表，編號為D3，用于記錄支承輥處的沉降。在荷載作用下試件的跨中總位移等于跨中豎向位移減去支承輥處的沉降值。試驗前需檢查百分表是否能夠正常工作，并通過磁力表座將百分表固定。

圖2 加載裝置與百分表布置

3 試驗結果及分析

3.1 試驗現象及破壞形態

復合防火自保溫外模板的破壞過程可以分為彈性工作階段和裂縫發展階段。試件B-1—B-6的破壞現象基本一致。加載初期，試件處于彈性工作階段，試件所受荷載隨著跨中撓度的增加而增加，表面沒有任何明顯變化；加載至接近極限荷載時，試件底部跨中砂漿層出現細微裂縫，如圖3(a)所示；此后，試件進入裂縫發展階段，裂縫逐漸向上延伸、變寬形成主裂縫，并在主裂縫的兩側一定范圍內出現幾條與其平行的次裂縫，裂縫方向垂直于模板縱軸線且貫穿整個寬度，如圖3(b)所示；繼續加載，試件沿主裂縫發生斷裂，如圖3(c)所示，加載結束。在整個加載過程中，復合防火自保溫外模板跨中撓度較大，兩端及其它位置無任何損傷。

復合防火自保溫外模板破壞時砂漿層斷裂且耐堿玻璃纖維網格布連接在一起。從試驗現象可以看出：復合防火自保溫外模板出現主裂縫之后，試件沒有立即喪失承載能力。說明：復合防火自保溫外模板外側布置的三層耐堿玻璃纖維網格布可以起到內力傳遞和內力重分布作用，有效地防止了模板發生脆性斷裂。

圖3 試件破壞形態

3.2 試驗結果分析

各試件的荷載-跨中位移(F-Δ)曲線如圖4所示。從圖中可以看出，6個試件的荷載-跨中位移曲線變化規律基本一致。在加載初期，試件的荷載-位移曲線基本呈線性變化，曲線斜率比較大，此時的底部砂漿層處于彈性工作階段；隨后，曲線出現微小的波動，其原因是隨著撓度的逐漸增大，加荷輥擠壓復合防火自保溫外模板上表面接觸部位的粘結砂漿層，使之出現少量碎屑；繼續加載，試件所受荷載增長變緩，曲線斜率變小，荷載-位移曲線再次出現微小波動，其原因是試件底部跨中出現第一條貫穿模板寬度方向的細微裂縫，部分砂漿層退出工作，此時試件進入裂縫發展階段；最大荷載之后，荷載-位移曲線驟降，說明底部砂漿層發生斷裂，試件喪失承載能力。

圖4 試件荷載-跨中位移(F-Δ)曲線

4 抗折強度和彈性模量

4.1 抗折強度和彈性模量計算

抗折強度和彈性模量是建筑外墻保溫板用材重要的力學性能指標。依據規范[13]，復合防火自保溫外模板的抗折強度σb計算公式如下所示：

(1)

式(1)中：σb為試件的抗折強度；Fmax為試件破壞時最大荷載；l1為兩支座間距離；b為試件寬度；t為試件厚度。

復合防火自保溫外模板的彈性模量Eb計算公式如下所示：

(2)

式(2)中：Eb為試件的彈性模量；F2-F1為荷載-位移曲線中直線段內荷載的增加量；a2-a1為試件中部變形的增加量，即在力F2～F1區間試件變形量。

各試件破壞時的最大荷載、抗折強度和彈性模量如表3所示。

表3 試驗結果

由表3數據可得：復合防火自保溫外模板的抗折強度與彈性模量的均值分別為2.59、5 125 MPa，滿足規范DB43/T 1080—2015[14]的要求，具有良好的抗折性能。

4.2 抗折強度和彈性模量分析

為探求復合防火自保溫外模板的抗折強度與彈性模量之間的相關性，對6個試件的抗折強度與彈性模量進行線性回歸分析。σb與Eb的回歸曲線如圖5所示，得到線性回歸方程：σb=0.068Eb+2.238 3，其相關系數R=0.972 5>R4,0.01=0.917，因此復合防火自保溫外模板的抗折強度與彈性模量之間在0.01水平上具有較強的線性相關性。

圖5 抗折強度與彈性模量的相關性

5 結論

本文通過對6個復合防火自保溫外模板試件進行抗折試驗和分析，得出以下結論：

1)復合防火自保溫外模板破壞時砂漿層斷裂且耐堿玻璃纖維網格布連接在一起，試件沒有立即喪失承載能力。說明：耐堿玻璃纖維網格布可以起到內力傳遞和內力重分布作用，防止模板發生脆性斷裂。

2)各試件的荷載-跨中位移曲線變化規律基本一致，最大荷載、抗折強度和彈性模量的均值分別為846.34 N、2.59 MPa、5 125 MPa，滿足相應規范的要求，說明復合防火自保溫外模板具有良好的抗折性能。

3)復合防火自保溫外模板的抗折強度與彈性模量在0.01水平上，相關系數R=0.972 5，具有較強的線性相關性。