建筑外墻用新型復合保溫板力學性能試驗研究

【摘" " 要】：為研究新型復合保溫板的受力性能，設計進行不同保溫芯材復合保溫模板的力學性能試驗。結果表明：擠塑聚苯復合保溫板在壓縮過程中試件四周出現褶皺，但無明顯裂紋；巖棉條復合保溫板在受壓過程中，巖棉纖維發生彎曲或折斷，成條狀相互分離；插絲巖棉復合保溫板隨壓力作用，纖維之間擠壓密實，表現出較強的抗壓能力；石墨聚苯復合保溫板受壓過程中四周出現褶皺；在一定范圍內隨保溫芯材厚度增加，復合保溫板的彈性模量和壓縮強度增加，擠塑聚苯板保溫芯材的彈性模量和壓縮強度較石墨聚苯板保溫芯材高。

【關鍵詞】：保溫芯材；新型復合保溫板；力學性能；建筑外墻

Experimental Study on Mechanical Properties of New Composite Insulation Board for Building Exterior Wall

TIAN Wenli1， YANG Hongsheng2， WU Xiaomeng3， YU Jinghai3，4， CHENG Haiping1， LI Dan1， HU Yanming2

（1. Tianjin Construction Engineering Quality Testing Center Co. LTD.， Tianjin 300193， China; 2. Tianjin Superui Energy Saving Building Materials Technology Co. LTD.， Tianjin 301906， China; 3. School of Civil Engineering， Tianjin University， Tianjin 300072， China;

4. Tianjin University Research Institute of Architectural Design amp; Urban Planning Co. Ltd.， Tianjin 300073，China）

【Abstract】：In order to study the mechanical properties of new composite insulation board， the mechanical properties of composite insulation template were designed and tested. The results show that the extruded polystyrene composite insulation board has wrinkles around the specimen in the process of compression， but no obvious cracks. Rock wool composite insulation board in the process of compression， rock wool fibers bend or break， into strips separated from each other. Fillet rock wool composite insulation board with pressure action， between the fibers extrusion compaction， showing a strong compressive ability. Folds appear around the graphite polystyrene composite insulation board during compression. In a certain range， the elastic modulus and compression strength of composite insulation board increase with the increase of the thickness of the thermal insulating material. The elastic modulus and compression strength of the thermal insulating material of extruded polystyrene board are higher than that of the graphite polystyrene board.

【Key words】：thermal insulation core material； new composite insulation board； mechanical properties；building exterior wall

隨著現澆混凝土復合保溫模板一體化技術的推廣，工程應用中發現了一些問題，如模板上下錯槎。為了研究問題出現的原因，需要對新型復合保溫板的力學性能進行研究，主要包括壓縮強度、壓縮及回彈變形量、壓縮彈性模量等。

天津市高層住宅建筑工程中應用的復合外保溫模板主要有擠塑聚苯板、模壓聚苯板、模塑石墨聚苯板、巖棉板、巖棉條等；因此，分別設計試驗研究不同保溫芯材復合保溫模板的力學指標。

1 試驗設計

使用WDW-500電子式萬能試驗機，采用恒定速度進行加荷，由萬能力學試驗機自動讀取變形及壓力數據并實時繪制荷載-位移曲線。

試驗分兩批進行，試塊參數見表1。

2試驗數據及結果

2.1 試驗數據

根據試塊的荷載變形曲線得到10%、20%、30%、40%、50%變形量對應的壓力值，試驗加載至變形量為50%時停止加載，記錄卸荷后變形回彈值。參照國標［1～2］，根據荷載-位移曲線計算保溫芯材和復合保溫板的彈性模量、壓縮強度，采用鋼尺測定試驗前后試樣的厚度值，計算壓縮回彈量。

1）壓縮強度：對試樣表面垂直施加壓縮力，可計算出試樣承受的最大應力。如果應力最大值對應的相對形變＜10%，稱其為“壓縮強度”；如果應力最大值對應的相對變形達到或超過10%，取相對變形為10%時的壓縮應力為試驗結果，稱其為“相對變形為10%時的壓縮應力”

（1）

式中：[σm]為壓縮強度，MPa；[Fm]為相對形變＜10%時的最大壓縮力，N；[A0]為試樣初始橫截面積，mm2。

（2）

式中：[σ10]為相對形變為10%時的壓縮應力，MPa；[F10]為試樣產生10%相對變形的力，N。

2）壓縮彈性模量：在比例極限內，壓縮應力與對應變形之比

（3）

式中：[E]為壓縮彈性模量，MPa；[ΔF]為常規彈性區（載荷-位移曲線中明顯的直線部分）荷載變化值，N；[Δx]為[ΔF]相對應的位移變化值，mm；[d0]為試樣初始厚度，mm。

2.2 結果分析

2.2.1 保溫芯材壓縮性能

擠塑聚苯板保溫芯材的彈性模量和壓縮強度較石墨聚苯板保溫芯材高。同樣壓縮至相對變形50%情況下，相比擠塑板保溫芯材，石墨聚苯板保溫芯材卸荷后變形恢復值較大，變形回彈率較高，彈性更好。見表2。

石墨聚苯板保溫芯材在壓縮過程中無最大應力出現，隨著變形增加，壓應力也在不斷增加，因此壓縮強度的計算結果取相對變形為10%時的壓縮應力；擠塑聚苯板保溫芯材試塊在壓縮試驗中，壓力先隨變形增大而增大，而后變形增大，壓力基本保持不變，達到最大值。80 mm厚擠塑板試塊在變形為14.0 mm時達到最大壓力3 111 N，100 mm厚擠塑板試塊在變形為13.5 mm時達到最大壓力3 800 N，由于達到最大壓力對應的相對變形值＞10%，壓縮強度的計算結果也取相對變形為10%時的壓縮應力。見圖1。

2.2.2 新型復合保溫板壓縮性能

對不同保溫芯材的復合保溫板壓縮性能試驗結果及部分試塊的彈性模量、壓縮強度計算結果進行匯總，其中彈性模量為彈性段應力與變形之比，壓縮強度取值方法同保溫芯材試塊。對計算的彈性模量和壓縮強度剔除個別偏差較大數值后取平均值。見表3。

在一定范圍內，隨著厚度增加，復合保溫板壓縮強度和彈性模量均有所增加，與杜強等學者的研究結果相符[3～4]。但巖棉條復合保溫板彈性模量隨厚度增大反而減小，其彈性模量有較大的離散性。80 mm厚度試塊彈性模量均值巖棉條復合保溫板＞石墨聚苯復合保溫板＞插絲巖棉復合保溫板；100 mm厚度試塊彈性模量均值巖棉條復合保溫板＞插絲巖棉復合保溫板＞石墨聚苯復合保溫板＞無插絲巖棉復合保溫板；80 mm厚度試塊壓縮強度均值巖棉條復合保溫板＞插絲巖棉復合保溫板＞石墨聚苯復合保溫板；100 mm厚度試塊壓縮強度均值：插絲巖棉復合保溫板＞石墨聚苯復合保溫板＞巖棉條復合保溫板＞無插絲巖棉復合保溫板。對比同樣尺寸的插絲巖棉復合保溫板和無插絲巖棉復合保溫板試塊發現，插絲巖棉復合保溫板彈性模量高約6.8倍，壓縮強度高約2.9倍，可見插絲巖棉復合保溫板改良技術的優越性。

插絲巖棉、巖棉條和石墨聚苯復合保溫板變形回彈率均隨著厚度增大而增大。100 mm厚度各復合保溫板變形回彈率無插絲巖棉復合保溫板＞巖棉條復合保溫板＞插絲巖棉復合保溫板＞石墨聚苯復合保溫板。無插絲巖棉復合保溫板變形回彈率顯著高于其他3種芯材的復合保溫板。見圖2。

擠塑聚苯復合保溫板隨著平行壓板下移逐漸被壓縮，試件四周出現褶皺，但無明顯裂紋；巖棉條復合保溫板在受壓過程中，巖棉纖維發生失穩破壞，纖維發生彎曲或折斷，成條狀相互分離；插絲巖棉復合保溫板隨著壓力作用，體積被壓縮，纖維之間被擠壓密實，表現出較強的抗壓能力；石墨聚苯復合保溫板受壓過程中出現氣泡破裂聲，四周出現褶皺。見圖3。

2.3 插絲巖棉復合保溫板拉伸性能

選取尺寸為200 mm×200 mm的插絲巖棉復合保溫板進行拉伸試驗。試驗過程中，隨著拉力增加，插絲巖棉保溫芯材與混凝土面層逐漸開裂，導致復合保溫板試塊整體破壞。插絲巖棉復合保溫板面層的抗拉強度為0.007 5 MPa，試塊的破壞狀態為面層開裂。見表4和圖4-圖5。

3 結論

1）在一定范圍內，隨保溫芯材厚度增加，彈性模量和壓縮強度增加，擠塑聚苯板保溫芯材的彈性模量和壓縮強度較石墨聚苯板保溫芯材高。

2）復合保溫板壓縮強度和彈性模量在一定范圍內隨著厚度增大有所增大，但巖棉條復合保溫板彈性模量隨厚度增大反而減小，彈性模量有較大的離散性。巖棉條復合保溫板壓縮彈性模量明顯高于相同厚度插絲巖棉、無插絲巖棉和石墨聚苯復合保溫板壓縮彈性模量。

3）同樣尺寸的插絲巖棉復合保溫板和無插絲巖棉復合保溫板試塊，插絲巖棉復合保溫板彈性模量高約6.8倍，壓縮強度高約2.9倍，體現插絲巖棉復合保溫板改良技術的優越性。

4）插絲巖棉復合保溫板破壞時的極限抗拉強度為0.007 5 MPa，試塊的破壞狀態為面層開裂。

參考文獻：

[1]GB/T 8813—2020，硬質泡沫塑料壓縮性能的測定[S]．

[2]GB/T 13480—2014，建筑用絕熱制品壓縮性能的測定[S]．

[3]杜強，姚星皓，呂晶.SIPs中EPS芯材的力學性能試驗[J].重慶大學學報，2014，37（7）：90-97.

[4]杜強，衛婧，呂晶，等.以巖棉為芯材的SIPs力學性能試驗研究[J].長安大學學報（自然科學版），2016，36（4）66-70+78.

收稿日期：2023-04-20

作者簡介：田文麗（1974 - ）， 女， 天津市人， 從事建筑工程材料檢測和科研工作。