鋼邊框保溫隔熱輕型板現場檢測抗壓強度試驗研究

周 垚 鄢 煒 李興超 崔 晨 高正陽 尹 航

（中國建筑科學研究院有限公司 北京 100013）

1 概述

屋面是建筑工程中不可缺少的重要組成部分，通常它是由承重結構、保溫隔熱和防水設施三大部分組成，與建筑結構體系的安全性、適用性和耐久性密切相關。

隨著材料科技的進步和施工工藝的提高，越來越多的鋼筋混凝土結構的工業廠房逐漸被鋼結構工業廠房所代替，因此輕質復合屋面板逐步在大型公共建筑及工業建筑中得到了廣泛的應用。

由于輕型屋面板的技術優勢和不斷增長的市場需求，近年來，以鋼邊框保溫隔熱輕型板等為主的輕質復合屋面板因其產品裝配靈活、安裝快捷、維護簡便等特點，可與混凝土結構、鋼結構及網架等多種結構形式配套使用，在軌道交通、煤炭棧橋、工業廠房、大型倉儲、超市、公共建筑、體育場館、鐵路站房、雨棚、檢修車間等建筑的屋面應用較多。

鋼邊框保溫隔熱輕型板是由熱軋輕型槽鋼或熱鍍鋅輕型槽鋼作為主肋、加勁肋和端肋，內設鋼絲網、填充聚苯顆粒混凝土芯材、上下面層鋪設耐堿玻璃纖維網、水泥砂漿面層復合而成的建筑輕質板材，包括屋面復合板、網架板、天溝板、樓面板、墻板等建筑用板材。這種類型的輕質復合屋面板有較多的生產單位，企業規模大小不一，規模較大的企業均制定了自己企業的參考圖集和企業標準。檢測鋼邊框保溫隔熱輕型板芯材抗壓強度時，需在在板材生產階段以相同配合比及工藝，按標準要求尺寸成型專門用于檢測的樣品，主要執行標準為《鋼邊框保溫隔熱輕型板》（JG/T 513—2017），檢測方法主要引用《建筑墻板試驗方法》（GB/T 30100—2013）。但是，如何對已使用的鋼邊框保溫隔熱輕型板的質量進行檢測并未涉及，缺少專門針對芯材質量檢測的現場方法。

本文研究了鋼邊框保溫隔熱輕型板聚苯顆粒混凝芯材的抗拉強度與抗壓強度的關系，確定了用抗拉強度測定聚苯顆粒混凝土芯材抗壓強度的測強曲線及現場檢測方法。

2 檢測方法

2.1 芯材抗壓強度

由A、B兩個廠家按《鋼邊框保溫隔熱輕型板》（14CG22、14CJ57）圖集，分別生產400級及600級屋面板各10塊，同時依據《鋼邊框保溫隔熱輕型板》（JG/T 513—2017），采用與屋面板芯材同種原材料，用相同工藝制作100mm×100mm×100mm的試件各10組，每組3塊，養護至28d后，參照《建筑墻板試驗方法》（GB/T 30100—2013）進行抗壓強度檢測[1-2]。

檢測方法：

（1）取3塊試件，用鋼直尺分別測量每個試件受壓面的長、寬方向中間位置尺寸各兩個，分別取其平均值，修約至1mm。

（2）將試件置于試驗機承壓板上，使試件的軸線與試驗機壓板的壓力中心重合，以0.05-0.10MPa/s的速度加荷，直至試件破壞，記錄最大破壞荷載P。

（3）按式（1）計算試件的抗壓強度R：

式中：R——試件的抗壓強度，單位為兆帕（MPa）；

P——破壞荷載，單位為牛頓（N）；

L——為試件受壓面的長度，單位為毫米（mm）；

B——試件受壓面的寬度，單位為毫米（mm）。

每組試件檢測結果按3塊試件的算術平均值表示，修約至0.01MPa[3]。

2.2 芯材抗拉強度

現行標準規范中沒有針對輕質復合屋面板芯材的抗拉強度檢測方法，本節擬參照《硬泡聚氨酯保溫防水工程技術規范》（GB 50404—2017）中附錄B進行，采用現場拉伸粘結強度的試驗方法來進行輕質屋面復合板芯材抗拉強度的檢測研究。

檢測方法：

（1）宜在芯材板中及兩端距離邊框100mm的位置，用鋼筋掃描儀探測出鋼絲網或鋼桁架，避開其位置選擇3個測點（檢測時需要避開鋼絲網的影響，以保證檢測結果為芯材的抗拉強度）。

（2）在測點處用記號筆畫出100mm×100mm的方框，用手持切割機進行切槽，槽深以切透面層至芯材內部為宜（切割時一定要切割至芯材內部，以保證粘結抗拉檢測結果即為芯材的抗拉強度）。

（3）清理被測部位表面污漬并保持干燥。

（4）采用雙組份粘結劑在被測部位粘貼100mm×100mm鋼標準塊，并及時固定，粘結示意見圖1。

（5）粘結劑固化后，采用拉拔儀連接鋼標準塊，勻速加荷直至被測部位破壞，記錄破壞時的荷載F及破壞形式。

圖1 粘結

（6）因本試驗方法是通過現場切割試件的拉伸試驗來確定芯材的抗拉強度，因此，只有破壞形式為芯材內聚破壞時，測試數據才認為有效；若破壞形式為混合破壞和破壞界面不在芯材內部時，都應另選點重測，當防護面層對檢測結果有影響時，應將其鏟除，直接在板材芯材上試驗，內聚破壞形式見圖2。

（7）以3個有效數據按式（2）計算芯材的抗拉強度P：

圖2 聚苯顆粒混凝土芯材內聚破壞

式中：P——抗拉強度，單位為兆帕（MPa）；

F——破壞荷載，單位為牛頓（N）；

A——粘接面積，單位為平方毫米（mm2）[4]。

單塊板檢測結果以3個測點的算術平均值表示。

3 檢測結果及數據分析

A、B兩廠的抗壓強度和抗拉強度檢測結果見表1～表4。

粘結抗拉試驗過程中，所有芯材的破壞形式均為芯材內聚破壞，且同一廠家相同等級板材的檢測結果差異不大，可以認為此檢測方法能有效檢測鋼邊框保溫隔熱輕型板芯材的抗拉強度。

由于聚苯顆粒混凝土抗壓強度具有隨密度的下降而降低的關系[5]，因此將A、B廠家不同密度等級的抗拉強度與抗壓強度檢測結果不做單獨區分，一同采用最小二乘法進行回歸分析，線性回歸分析結果見圖3，非線性回歸分析結果見圖4。

分析結果表明，聚苯顆粒混凝土芯材抗拉強度與抗壓強度具有高度正相關性，采用線性回歸的相關系數為0.96，采用乘冪回歸的相關系數為0.97。

按不同回歸方程計算的抗壓強度與實測抗壓強度的平均相對誤差及相對標準差結果見表5。

表1 A廠家400級聚苯顆粒混凝土芯材檢測結果

表2 A廠家600級聚苯顆粒混凝土芯材檢測結果

表3 B廠家400級聚苯顆粒混凝土芯材檢測結果

表4 B廠家600級聚苯顆粒混凝土芯材檢測結果

雖然兩種回歸方式的相關系數差異不大，但誤差分析結果表明，采用線性回歸方程計算的結果平均相對誤差及相對標準差較大，因此將乘冪回歸結果作為聚苯顆粒混凝土芯材的測強曲線，乘冪函數方程為：

平均相對誤差：13.5%，相對標準差：16.5%，相關系數：0.97。

4 結論與展望

4.1 結論

圖3 聚苯顆粒混凝土芯材抗拉強度與抗壓強度線性回歸分析

圖4 聚苯顆粒混凝土芯材抗拉強度與抗壓強度乘冪回歸分析

表5 聚苯顆粒混凝土芯材線性回歸方程與乘冪回歸方程的誤差分析

通過粘結抗拉可以有效檢測鋼邊框保溫隔熱輕型板芯材的抗拉強度，并推定出芯材的抗壓強度，檢測方法見本文第2.2節，芯材抗壓強度推定值按下式計算：

式中：RT-鋼邊框保溫隔熱輕型板芯材抗壓強度推定值，單位為兆帕（MPa）。

4.2 展望

本文提出的現場通過抗拉強度檢測推定芯材抗壓強度的檢測方法，僅針對芯材采用聚苯顆粒混凝土體系的鋼邊框保溫隔熱輕型板，且測強曲線受到樣本覆蓋區域與樣本量的限制，在使用前宜進行誤差驗證。對于其他材質的輕型芯材目前暫無相應的試驗數據，對于其他芯材的測強曲線可根據本文提出的試驗方法進一步深入研究。