新型裝配式保溫裝飾墻體系統耐火性能研究*

王常霖，王培東，沈 曉

(1.天津大學，天津 300350； 2.中建八局第一建設有限公司，山東 濟南 250000；3.山東津單幕墻有限公司，山東 濟南 250220； 4.山東城市建設職業學院，山東 濟南 250000)

0 引言

目前市場上現有的建筑圍護系統主要為傳統砌塊圍護結構和預制PC墻體。砌塊圍護結構施工周期長、砌筑質量不易保證。現行的預制PC墻體成本高、運輸效率低，且板塊拼接縫仍需按現澆處理，并不能真正有效地減少施工周期，由于PC墻體往往自重很大，在運輸、安裝和使用等方面均存在較大的安全隱患，不能真正達到建筑全裝配式的目的。以上兩種圍護結構大量增加了建筑物的質量，對建筑地基和基礎的要求也相對更高，建設成本大幅增加。此外，兩種結構仍需進行二次裝修，不能滿足國家“裝飾一體化”的新要求[1]。

裝配式保溫裝飾墻體系統是針對傳統圍護結構缺陷所研發的一種新型建筑外圍護系統。其裝飾形式多變、自重小、安全可靠、節能性能好、運輸方便、安裝便捷，且具有良好的耐火、抗折和抗沖擊性能[2]，填補了裝配式建筑外圍護領域的相關空白，對于響應國家號召，促進我國建筑產業化的發展具有深遠意義。

1 墻體系統組成

新型裝配式保溫裝飾墻體有隱框、明框、點窗、豎向條窗和橫向條窗5種形式(見圖1)，主要由面板系統、連接系統組成。其中，面板系統包括復合面板、嵌入式骨架(邊框鋼龍骨、中框鋁龍骨)、密封系統及限位系統；連接系統包括內部連接系統、外部連接系統及土建掛接系統。

圖1 新型裝配式保溫裝飾墻體形式

以隱框墻體為例，其結構組成如圖2所示，細部節點如圖3所示。

圖2 隱框墻體系統組成

圖3 墻體系統細部節點

2 耐火性能研究

建筑構件的耐火極限是衡量建筑構件耐火性能的重要指標。依據GB/T 9978《建筑構件耐火試驗方法》進行耐火試驗，結合GB 50016—2014《建筑設計防火規范》(2018年版)[3]對墻體構件的耐火極限要求，在耐火試驗的基礎上，探討該系統的破壞模式，為裝配式外圍護系統的研發和設計提供科學基礎和數據支持。

依據《建筑設計防火規范》對非承重外墻構件燃燒性能和耐火極限的要求進行試驗，具體要求如表1所示。

表1 非承重外墻構件燃燒性能、耐火極限要求

對于建筑構件耐火極限的判定，目前沒有準確的計算理論和充分的火災數據，且根據真實情況模擬火災在經濟上無法實現。在試驗爐內采用明火模擬來評價建筑構件耐火極限的方法，既科學又經濟，耐火試驗可解決其材質和結構的選型問題，克服為增加保險系數而造成的不必要浪費，同時為設計、消防部門提供可控依據[4]。本試驗在國家質量檢測檢驗中心耐火實驗室進行。

2.1 試驗裝置(試件)及標準試驗條件

1)試驗裝置(試件)

試驗爐是測定建筑構件耐火性能的專用設備，通常由爐體、燃燒系統、爐溫控制系統、爐壓控制系統、加載設備、數據采集及處理系統組成，適用于承重或非承重隔墻、承重柱等建筑構配件的耐火試驗[5]。

試驗爐主要技術條件全部采用ISO834相關標準，爐膛尺寸為3m×3m，燃料采用柴油，由管道輸送到噴嘴與鼓風機送來的空氣混合，噴入爐內燃燒，燃燒產生的煙氣再通過引風機進入煙道。爐溫控制系統可按標準溫升曲線自動控制油閥的開啟度，爐壓控制系統顯示和控制爐內壓力。本試驗試件為非承重外墻構件，不考慮加載。系統自動采集數據并輸出結果，數據包括爐內溫度和試件背火面溫度。

為了更準確地評價建筑構件耐火極限，裝配式保溫裝飾墻體系統的試件須反映其在實際工況中的真實情況。該試件尺寸為3m×3m，由3塊豎向條板拼接，采用特定的剛性支承框架緊縛被測構件的邊緣，另一側則釋放約束，考慮其一側自由變形，邊界部位采用不燃的柔性密封材料封堵。墻體試件拼接如圖4所示，試件構造如圖5所示。

圖4 墻體試件拼接示意

圖5 試件構造示意

2)標準試驗條件

標準試驗條件指在試驗爐中，給被測試構件施加荷載，按標準溫升曲線(見圖6)，采用明火模擬火災作用[6]。

圖6 標準溫升曲線

爐內初始溫度為5～40℃，本試驗初始溫度為30℃；爐內溫升隨時間而變化，并按下列函數式控制：

T=345lg(8t+1)+20

(1)

式中：t為試驗所經歷的時間(min)；T為升溫到t時間的爐內平均溫度(℃)。

爐內及背火面均安裝有熱電偶，測量爐內、試件背火面溫度并加以控制。按規范要求，每1.5m2至少布置1個熱電偶，熱電偶總數不應少于5個，本試驗熱電偶數量為12個。

2.2 判定標準

根據GB/T 9978.1—2008《建筑構件耐火試驗方法 第1部分：通用要求》規定，構件失效有3個判定標準[6]，具體如下。

1)喪失穩定性 即試件結構破壞失效。

2)喪失完整性 ①背火面、棉墊燃燒串火時間二者其一達到10s以上；②直徑6mm探棒可穿過背面貫通縫進入試驗爐，探棒可沿縫長度方向移動150mm以上；③直徑25mm探棒可穿過背面貫通縫進入試驗爐。

3)喪失隔熱性 ①背火面溫度上升的平均值達到140℃以上；②背火面點狀溫度上升達到180℃以上。

試件測點溫度統計如表2所示。

表2 試件測點溫度統計

2.3 試驗結果

試驗結束后試件背火面、曝火面情況如圖7所示，試驗結果如下。

圖7 試驗后試件情況

1)面板整體未喪失穩定性，可判定未失去承載能力。

2)試件曝火面有部分碎裂、脫落現象，經過分析應為面板材質問題，纖維水泥板本身含水量較高，試驗爐內高溫環境下導致脫水開裂，但巖棉保溫層完好未脫落；試件背火面完好，面板平均位移最大為18.3mm，未出現損壞現象，可判定未喪失完整性。

3)背火面最高平均溫度為8.7℃，最高溫度為14.5℃，均小于國家標準限值，可判定未喪失隔熱性。

綜上所述，試件經1h標準耐火極限試驗驗證其承載能力、完整性、隔熱性均可較好保持，判定其耐火極限大于1h。根據《建筑設計防火規范》規定，其耐火性能達到了規定的最高等級，表明該新型裝配式保溫裝飾墻體系統具有較好的耐火性能，能滿足我國規范對非承重外墻構件耐火極限的要求，且性能優異，可在建筑工程中使用。

3 結語

建筑圍護系統作為建筑的重要組成部分，在圍護、美觀、節能等方面所起的作用不可忽視。因此，研究開發新型建筑圍護結構是推動未來建筑進一步向產業化發展的重要手段之一，本文以新型裝配式保溫裝飾墻體系統為例，通過耐火試驗對其耐火性能進行了詳細的數據分析和探討，并得到相關結論，以期為建筑圍護系統向裝配式方向的發展提供參考。