封雷，封葉，王慶華（.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春　3006；.遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽(yáng)　0000）

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玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的保溫性能和力學(xué)性能研究

封雷1，封葉2，王慶華1
（1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；2.遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110000）

摘要：對(duì)玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板進(jìn)行了抗彎和抗壓性能試驗(yàn)研究，得到了其受力變形和破壞特點(diǎn)，以及極限抗彎、抗壓承載力；此外，對(duì)墻板的保溫性能進(jìn)行了測(cè)試。研究表明：墻板的保溫性能符合GB 50176—93《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)；墻板在橫向抗彎和軸向荷載的作用下具有良好的力學(xué)性能，與不加纖維網(wǎng)的墻板相比，極限荷載平均值提高了14.98%，跨中所能承受的最大彎矩平均值提高了8.06%，墻板的抗壓強(qiáng)度為4.29 MPa，符合JG/T 169—2005《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》規(guī)定的非承重墻板抗壓強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞：玻璃纖維網(wǎng)格布；復(fù)合保溫墻板；保溫性能；抗彎性能；抗壓性能

0 引言

為響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展觀，節(jié)能綠色保溫建材的應(yīng)用勢(shì)在必行。目前我國(guó)正在大力開(kāi)展建筑節(jié)能保溫方面的科學(xué)研究［1］。而發(fā)展新型墻體材料是建筑節(jié)能最有效的途徑之一，如今墻體發(fā)展的總體要求是由黏土質(zhì)向非黏土質(zhì)、由實(shí)心向空心、由小塊向大塊、由重質(zhì)向輕質(zhì)、由低強(qiáng)向高強(qiáng)、由耗能高向耗能低、由單功能向多功能發(fā)展。可見(jiàn)，研發(fā)新型墻體材料同時(shí)是改善建筑功能、提高資源利用率和保護(hù)環(huán)境的重要措施。

前期工作中研發(fā)了一種聚苯乙烯（EPS）顆粒與聚苯乙烯發(fā)泡板相結(jié)合的復(fù)合保溫墻板［2］，該墻板具有良好的力學(xué)性能，傳熱系數(shù)、保溫性能等均符合吉林省地方標(biāo)準(zhǔn)DB22/T450—2007《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及DB22/T 436—2006《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求［3］，但是在橫向荷載作用下，墻板開(kāi)裂后，裂縫迅速擴(kuò)展形成通縫，表現(xiàn)出明顯的脆性破壞特點(diǎn)。因此，在該墻板基礎(chǔ)上，加入了纖維網(wǎng)，以改善其脆性性質(zhì)，進(jìn)而提高其力學(xué)性能。

本文對(duì)玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的保溫和力學(xué)性能進(jìn)行研究，為該墻體在實(shí)際工程中的應(yīng)用與推廣提供依據(jù)。

1 玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的組成及構(gòu)造

玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的主要組成材料有：普通硅酸鹽水泥、EPS顆粒、EPS板、粉煤灰、玻璃纖維網(wǎng)格布、玻璃纖維及各種添加劑等。墻板主要由防水砂漿層、保溫砂漿層、EPS板層等組成，玻璃纖維網(wǎng)格布布置在防水砂漿層與保溫砂漿層之間，墻板的構(gòu)造及試件實(shí)物如圖1、圖2所示。

圖1 復(fù)合墻板構(gòu)造示意

圖2 復(fù)合墻板試件

2 玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的保溫性能

復(fù)合墻板主要由保溫砂漿和聚苯乙烯發(fā)泡板組成。評(píng)價(jià)材料保溫性能最主要的參數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)等，因此依據(jù)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》測(cè)試保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)等熱物性參數(shù)。

圖3 保溫砂漿試塊熱物性參數(shù)測(cè)試

制作3個(gè)60 mm×60 mm×30 mm試塊，在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。利用瑞典Hotdisk熱常數(shù)分析儀采用雙面法測(cè)試試塊的熱物性參數(shù)，如圖3所示，以評(píng)價(jià)保溫墻板的保溫性能。保溫砂漿試塊熱物性測(cè)試的結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 保溫砂漿的保溫性能測(cè)試結(jié)果

保溫材料一般是指導(dǎo)熱系數(shù)≤0.2 W/（m·K）的材料。由表1可以看出，保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)滿足保溫材料的基本條件，同時(shí)墻板中又加入100 mm厚的聚苯乙烯泡沫板，進(jìn)一步降低了墻板的導(dǎo)熱系數(shù)，符合GB 50176—93《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的抗彎性能

3.1 試件及試驗(yàn)設(shè)備

用于抗彎試驗(yàn)的墻板尺寸為1200 mm×400 mm×180 mm，共3塊，編號(hào)為W1～W3。墻板的加載方式如圖4所示，即利用八分點(diǎn)集中力加載來(lái)模擬均布荷載［4］。在跨中及兩端支座處布置位移計(jì)，用以測(cè)量支座沉降和跨中撓度［5］。試驗(yàn)采用DNS300型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，利用IMC測(cè)試系統(tǒng)采集荷載及位移數(shù)據(jù)，試驗(yàn)加載裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖5所示。

圖4 抗彎試驗(yàn)加載方式示意

圖5 抗彎試驗(yàn)加載裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

各墻板試件的極限荷載、跨中最大撓度等試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 抗彎試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，纖維增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的極限荷載平均值為7634.9 N，跨中彎矩平均值為987.5 N·m，與不加玻璃纖維網(wǎng)格布的墻板［2］相比分別提高了14.98%和8.06%，因此，加入玻璃纖維網(wǎng)格布后明顯提高了墻板的承載能力，抗彎性能也得到明顯改善。

此外，本墻板自重為43 kg，抗彎極限荷載為7634.9 N，為墻板自重的17.8倍，參考JG/T 169—2005《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》的規(guī)定，非承重墻板的最小抗彎極限荷載不小于1.5倍的自重，因此，本復(fù)合墻板的抗彎極限荷載滿足要求。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的荷載-撓度曲線如圖6所示。

圖6 抗彎試件的荷載-撓度曲線

由圖6可以看出，3個(gè)試件的荷載-撓度曲線的變化趨勢(shì)相似，大致可分為5個(gè)階段：（1）OA段：荷載與撓度接近于直線變化，隨著荷載增加，撓度增加的幅度不大，在此階段墻板表面無(wú)顯著變化，近似處于彈性階段；（2）AB段：當(dāng)加載到A點(diǎn)，即3個(gè)試件分別達(dá)到各自極限荷載的72%、75%、77%時(shí)，撓度增加幅度變大，曲線斜率逐漸減小，開(kāi)始出現(xiàn)明顯塑性變形；加載過(guò)A點(diǎn)不久，荷載分別達(dá)到極限荷載的75%、78%、80%時(shí)，墻板的下表面開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)小裂縫；（3）BC段：加載到B點(diǎn)，即荷載達(dá)到各自極限荷載的92%、90%、96%時(shí)，曲線突然下降，墻板承載能力開(kāi)始降低，降至C點(diǎn)后，墻板下側(cè)的防水砂漿層已經(jīng)開(kāi)裂，此時(shí)荷載為極限荷載的75%、73%、78%；（4）CD段：此階段曲線又呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，說(shuō)明防水砂漿層與保溫砂漿層之間的玻璃纖維網(wǎng)格布承受拉力，墻板承載能力有所回升，但復(fù)合墻板的抗彎剛度仍繼續(xù)降低，撓度顯著增大；（5）DE段：到峰值D點(diǎn)后，曲線開(kāi)始再次下降，此時(shí)纖維網(wǎng)開(kāi)始屈服，最后可以聽(tīng)到墻板內(nèi)傳來(lái)噼啪聲，表明玻璃纖維網(wǎng)格布被拉斷，但沒(méi)有觀察到其與砂漿層剝離的現(xiàn)象，仍可以和墻板共同工作，到達(dá)E點(diǎn)后，墻板已經(jīng)完全破壞，不能再承受荷載，裂縫貫通（見(jiàn)圖7）。峰值D點(diǎn)荷載即為墻板的極限荷載，對(duì)應(yīng)此時(shí)的跨中撓度分別為10.21、10.39、8.26 mm，分別為極限撓度的56%、51%、44%?？傮w來(lái)看，玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合墻板在水平均布荷載作用下的破壞機(jī)理類似于適筋梁的抗彎破壞。

圖7 復(fù)合墻板試件抗彎破壞

3.3 復(fù)合墻板等效抗彎剛度的計(jì)算

當(dāng)復(fù)合墻板作為一般建筑物的外墻時(shí)，需考慮風(fēng)荷載和地震作用的影響。由于墻板由多種材料復(fù)合而成，需要計(jì)算等效抗彎剛度［6-7］：

式中：f——跨中撓度，取跨中極限撓度平均值9.62 mm；

q——等效線荷載，6.53 N/mm，等效為P/l0，P為極限荷載平均值，取7634.9 N；

l0——計(jì)算跨度，1100 mm；

EI——等效抗彎剛度，N·mm2。

根據(jù)式（1）求得本復(fù)合墻板的等效抗彎剛度EI=1.36×1010N·mm2。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，墻板沿長(zhǎng)度方向的開(kāi)裂彎矩M0=M/b= 2.47 kN·m，其中M為跨中彎矩平均值987.5 N·m，b為墻板的寬度400 mm。當(dāng)墻板作為外墻時(shí)，假設(shè)建筑物層高為3.3 m，每層墻板的上下端與主體結(jié)構(gòu)鉸接，則根據(jù)公式M0=ql2/8可得到玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合墻板所能承擔(dān)的最大平均風(fēng)荷載q為1.81 kN/m2。以長(zhǎng)春地區(qū)高度小于30 m的建筑物為例，查GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，基本風(fēng)壓ω0取0.55 kN/m2，風(fēng)振系數(shù)βz取1.0，風(fēng)荷載體型系數(shù)μs取0.8，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz取1.39，可得風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk=0.61 kN/m2，遠(yuǎn)小于墻板可承擔(dān)的最大風(fēng)荷載，因此，本玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合墻板具有足夠的抗風(fēng)荷載能力。

4 玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的抗壓性能

4.1 試件及試驗(yàn)設(shè)備

制作3塊墻板試件，其尺寸與抗彎試驗(yàn)的相同，編號(hào)分別為Z1、Z2、Z3。試驗(yàn)時(shí)，使用YAW-2000型電液伺服壓力機(jī)對(duì)墻板進(jìn)行軸向加載。試件在壓力機(jī)上進(jìn)行幾何對(duì)中后，開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行預(yù)加載。試驗(yàn)采用單調(diào)豎向加載法，以每級(jí)荷載20 kN加載，每一級(jí)荷載加載完畢，維持5 min左右，然后進(jìn)行下一級(jí)加載，直到試件破壞。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

軸向抗壓試驗(yàn)測(cè)得的極限荷載及墻板中部側(cè)向變形如表3所示。試件及加載破壞情況如圖8所示。

表3 抗壓極限荷載及跨中極限變形

圖8 墻板軸壓破壞照片

由表3和圖8可知：該墻板的抗壓極限荷載平均值為180.2 kN；極限變形平均值為4.59 mm。試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)3個(gè)試件所施加荷載分別達(dá)到極限荷載的65%、58%、63%時(shí)，墻板的底部和頂部首先出現(xiàn)寬度0.05 mm左右、長(zhǎng)度為30～50 mm的裂縫，此時(shí)，變形分別達(dá)到2.01、1.78、2.28 mm；隨著荷載的增加，墻體的側(cè)面也相繼出現(xiàn)少量的斜向裂縫。伴隨荷載的不斷加大，裂縫逐漸發(fā)展，并沿著墻板的寬度方向延伸。當(dāng)分別達(dá)到極限荷載的80%、68%、75%時(shí)，側(cè)面的橫向裂縫基本貫通，試件的跨中側(cè)向變形顯著增加，最大可達(dá)4～5 mm。直至達(dá)到極限荷載時(shí)，水泥砂漿層和保溫砂漿層之間的粘結(jié)力基本喪失，墻板表面出現(xiàn)通縫，此時(shí)墻板破壞。

4.3 墻板的抗壓強(qiáng)度

根據(jù)JG/T 169—2005，非承重墻板的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式為：

式中：R——抗壓強(qiáng)度，MPa；

P——軸向壓力，取極限荷載平均值180.2 kN；

l——受壓面長(zhǎng)度，mm；

b——受壓面寬度，mm。

根據(jù)式（2）求得本復(fù)合墻板的抗壓強(qiáng)度R=4.29 MPa，符合JG/T 169—2005中非承重墻板的抗壓強(qiáng)度不小于3.5 MPa的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）復(fù)合保溫墻板中保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)平均值為0.1447 W/（m·K），符合GB 50176—93標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）在均布荷載作用下，復(fù)合墻板能承受的極限荷載為

7634.9 N，跨中最大撓度平均值為18.92 mm；軸壓試驗(yàn)中，該復(fù)合墻板的抗壓極限荷載平均值為180.2 kN；極限變形平均值為4.59 mm。

（3）復(fù)合墻板在橫向荷載作用下，荷載-撓度曲線呈現(xiàn)明顯的5個(gè)階段，當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載的70%之前，一直近似處于彈性階段；當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載的75%左右時(shí)，開(kāi)始進(jìn)入彈塑性階段，接近極限荷載的80%時(shí)，墻板出現(xiàn)裂縫；達(dá)到極限荷載的90%以上時(shí)，墻板的防水砂漿層完全開(kāi)裂，直至達(dá)到極限荷載，玻纖網(wǎng)被拉斷，墻板完全破壞。通過(guò)試驗(yàn)可以看出，玻璃纖維網(wǎng)格布可以與墻板很好地共同承受荷載，從而改善墻板的脆性。

（4）玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的等效抗彎剛度為1.36×1010N·mm2，所能承擔(dān)的最大平均風(fēng)荷載為1.81 kN/m2，符合GB 50009—2012中的抗風(fēng)壓要求。此外，本墻板抗彎極限荷載為自重的17.8倍，符合JG/T 169—2005中非承重墻板最小抗彎極限荷載不小于1.5倍自重的規(guī)定。

（5）玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的抗壓強(qiáng)度為4.29 MPa，符合JG/T 169—2005規(guī)定的非承重墻板抗壓強(qiáng)度要求。墻板在橫向受彎和軸向荷載的作用下均表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。

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Study on insulation and mechanical properties of the composite insulation wallboard reinforced by fiberglass mesh

FENG Lei1，F(xiàn)ENG Ye2，WANg Qinghua1
（1.College of Construction Engineering，Jilin University，Changchun 130061，China；2.Liaoning Province Petroleum-Chemical Industry Planning & Designing Institute Co. Ltd.，Shenyang 110000，China）

Abstract：The glass fiber mesh-reinforced composite insulation wallboard was conducted with bending and compression properties experimental studies，and its deformation and damage characteristics and ultimate flexural，compressive bearing capacity were obtained；In addition，wallboard insulation properties were tested. Studies have shown that：thermal insulation properties of the wall board were in line with GB 50176—93 "Code for thermal design of civil building"，wallboard has good mechanical properties in the lateral bending and axial load effect，compared to the wallboard with and without fiber mesh，average ultimate load of wallboard increased 14.98%，and the mean value of greatest moment suffered by the middle of span improved 8.06%，the compressive strength of wallboard was 4.29 MPa，in line with the compressive strength requirements of non-load-bearing wallboard as specified in standard JG/T 169—2005 "Light board for building partition wall".

Key words：fiberglass mesh，composite insulation wallboard，insulation property，bending property，compressive property

中圖分類號(hào)：TU52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-702X（2016）03-0073-04

基金項(xiàng)目：吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（20130206064NY）

收稿日期：2015-10-23；

修訂日期：2015-12-04

作者簡(jiǎn)介：封雷，男，1992年生，河南南陽(yáng)人，碩士研究生。