钢丝网岩棉夹芯复合板

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近年来,节能建筑得到了积极的推广,采用高效保温材料构成的多功能复合外墙是建筑节能的途径之一。工业发达国家已普遍采用复合板材建房,它的特点是由不同功能的材料按照人们设计的性能复合成各种结构的板材,充分发挥了各种材料的功能和效益,它们一般都具有高强、轻质、节能、防火、隔声、耐久等性能,而这些性能还会以按照实际需要而设计变更。笔者将在三篇文章中,对已研制出和正准备研制的复合新型墙体材料做一简要论述,钢丝网岩棉夹芯复合板(简称GY板)是其中一种。
一、结构形式
钢丝网岩棉夹芯复合板是在两层钢丝网片中间填充半硬质岩棉板,用短的联系钢丝与两层网片焊接起来而成的,这种联系钢丝与两层钢丝网组成一个稳定的性能优越的半空间网架体系,GY板现场组装,表面喷涂或涂抹水泥砂浆后可做多种装饰。
二、主要技术性能及特点
GY板的设计是通过钢丝网的合理结构把载荷分布到钢丝上,并充分利用钢丝的良好抗拉特性和混凝土的抗压特性,以及中间采用的高效保温材料,使此种复合板有效地利用多种材料的特点而显出一系列的优越性。(1)重量轻:以GY2.5-50规格的板为例说明,GY2.5-50的板是用02.5钢丝,容重为100千克/立方米的厚50毫米的岩棉板制成,其重量小于10千克/平方米。做成墙体后(每面抹25毫米水泥砂浆),墙自重110千克/平方米,加上墙体辅件总重量要比240砖墙轻60%以上(240砖墙自重470千克/平方米),因而可以大大降低建筑物的基础压力,节省了成本。
(2)承载能力大:GY板在联系钢丝的作用下,与两侧钢丝网一起组成了一个稳定的半空间网架结构,在受力情况下能使两侧钢丝与抹面砂浆共同工作,因而可将GY板截面与传统的钢筋砼一样进行分析,对GY板进行的横向、轴向、侧向荷载的试验结果都能说明两侧的钢丝网均能同步变形。典型板的力学性能是:①轴向载荷:GY2.5-50板,每面抹25毫米水泥砂浆,制成2.7米高的墙;其中心轴向受压,平均破坏荷载为18~22吨/米,偏心轴向受压平均破坏荷载为15~20吨/米。
GY板的轴心受压试验表明,其破坏是因失稳引起的,当板顶有楼板、屋面板为墙板支撑时,作为墙板的GY板的实际破坏承载能力还会适当提高。
②横向载荷;GY2.5-50板,制成宽1.2米,长3.0米,选跨距2.9米简支板方式进行均布荷载的水平弯曲试验,其初始破坏荷载为270千克力/平方米,最终极限破坏荷载为500千克力/平方米。该破坏试验表明,GY板破坏时无明显塑性流动阶段,破坏是突然性的,应用时要适当采取措施改善这种破坏形态,按理论计算出的不同规格GY板横向许用载荷数值要比实测值低,说明计算所取经验数值偏于保守。
③抗剪破坏荷载:GY板的抗剪破坏与板和基础的连接方式有关,经实验,当用承剪器螺栓连接时,其破坏模式是螺栓的大变形破坏,属明显的塑性破坏,在达到破坏荷载以后,仍有一定的承载能力,从抗剪刚度和位移特征考虑,取165.5千克为承剪器连接方式的抗剪荷载;当用钢筋锚固法连接时,其破坏模式是高墙的弯曲拉破坏,极限破坏荷载为2480~2760千克,因此作为非承重墙可用承剪器锚固法,作为承受地震剪力效应的墙应采用钢筋锚固法。(3)保温性能优越:由于采用了高效节能的保温材料——半硬质岩棉板,因而GY板具有优良的保温性能,根据结构形式和各个材料的传热系数和厚度计算出该板的复合热阻,几种常用规格的热阻值见表1。从表1中可看出,GY2.5-60板的热阻比490砖墙要高。
为了验证热阻值,对GY2.5-50的墙板进行了热工测定,两块板的平均传热系数为0.808瓦/平方米·开(热阻1.24平方米·开/瓦),这个测定值高于计算值,产生的原因是计算时所取参数为理论值,与实际有所出入,另外也会有一些测量误差。因此不能以其中一个为依据,所以我们以0.8~1.1平方米·开/瓦作为GY板的热阻值。
用GY2.8-60规格的板建造的GY板二层试验房,外墙、内墙及楼板屋面均采用该板,实测外墙热阻为0.886平方米·开/瓦,总传热系数Ko=0.946瓦/
平方米·开,这个值优于北京地区保温要求。实测屋面热阻为0.965平方米·开/瓦,总传热系数Ko=0.91瓦/平方米·开,满足了北京地区保温要求。常用GY板的热阻计算值见表1。
(4)防火性能好:由于GY板墙体的材料都是无机不燃材料,而墙体抹(喷)成一个整体,没有缝隙,在进行防火试验时,经过2.5小时的试验,试件完整没有破坏,背火面温度没有超限,也没有明显的裂纹,烧后仍成整体,因财力所限,未能继续“烧”下去,因此GY板的耐火极限要大于2.5小时。
(5)隔声性能好:GY2.5-50板,抹灰后的厚度110~120毫米,经清华大学建筑物理实验室用插入损失法测量并推导出的隔声量为48分贝,可满足隔墙二级标准的要求。
(6)抗冻融性能:按照砼抗冻性试验方法(建筑材料试验方法)进行的一20C~+20C冻融循坏试验,反复25次后,按照常规施工方法制作的GY板构件,外观没有变化,而且内部钢筋没有锈蚀,岩棉也没有吸水,证明可以经受冻融的考验。
(7)抗震性能:GY板相对砖墙比较,体轻、采取的钢丝网格密、采用非刚性连接、构筑物成一整体,有良好的抗震性能。
(8)建造能耗低:GY板由于选用了高效保温岩棉作为绝热芯材,而钢丝网作为骨架材料,并焊接成空间桁架结构,使其具有优越的承载能力,因此,GY板用材省,制造能耗低,在综合经济性能上能与砖瓦相比。
GY板作外墙,在制造能耗方面是较低的,如表2中所示,在目前常用的外墙材料中,GY板的制造能耗是最低的,而且使用能耗也是最低的,GY2.5-60板的热阻比490砖播热阻大,GY2.5-60板的制造能耗为14.30千克标准煤/平方米,而490砖墙的制造能耗为53.50千克标准煤/平方米,在达到相同的保温效果的基础上,用1平方米GY板代替1平方米砖墙能耗可降低39.2千克标准煤/平方米;由于GY板薄,墙体厚度大大减少,可增加使用面积,粗算使用面积可增加6~10%左右。几种墙体热工性能及建造能耗比较见表2。
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