淺析不同錨固構(gòu)造對保溫裝飾一體板系統(tǒng)單點(diǎn)錨固力的影響

趙亞釗 劉向榮 田學(xué)勤 秦 杰

(中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院,北京 100035)

0 引言

保溫裝飾一體板廣泛應(yīng)用于建筑外墻外保溫系統(tǒng)，是傳統(tǒng)涂料濕作業(yè)和薄抹灰作業(yè)的換代產(chǎn)品，也是能夠替代鋁板和石材干掛幕墻系統(tǒng)的新型保溫裝飾材料[1]。近幾年，建筑外墻外保溫系統(tǒng)“掉板”事件頻發(fā)，系統(tǒng)安全問題逐漸暴露，保溫裝飾一體板系統(tǒng)與薄抹灰系統(tǒng)相比平面連續(xù)性較弱[2]，初次脫落大概率即為整塊保溫裝飾一體板，其脫落帶來的安全隱患相對較高[3]，整個(gè)行業(yè)因此提高了對系統(tǒng)安全性的重視度。粘接性能和錨固性能是支撐系統(tǒng)安全性最重要的兩個(gè)性能指標(biāo)，單點(diǎn)錨固力作為錨固性能中關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)對系統(tǒng)安全性起到至關(guān)重要的基礎(chǔ)作用。

本文對市場上具有代表性的開槽插錨、板邊卡錨和卡槽插錨構(gòu)造單點(diǎn)錨固力進(jìn)行測試，從面板密度、面板厚度、錨固部位有效厚度和錨固件與錨固部位接觸面積的角度，分析了四因素對單點(diǎn)錨固力的影響變化趨勢，提出以標(biāo)準(zhǔn)值體系表征單點(diǎn)錨固力的想法，探究提高單點(diǎn)錨固力的措施和方法。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為手動拉拔儀(海創(chuàng)高科MD60)和游標(biāo)卡尺(廣陸牌),試驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。如圖2(a)、(b)、(c)。

1.2 錨固構(gòu)造規(guī)格尺寸

本次試驗(yàn)主要涉及市場主流的三種錨固構(gòu)造形式：開槽插錨、板邊卡錨和卡槽插錨。

開槽插錨包含三種錨固扣件：蝴蝶扣件、T型扣件和異形扣件。面板槽體尺寸要求：槽縫寬2mm，長100mm；8mm厚度面板側(cè)邊沿厚度中心、平行板面方向開槽，上下剩余面板厚度相同；10mm和12mm厚度面板沿平行板面方向開槽，錨固部位有效厚度分別為5mm和7mm。

圖1 試驗(yàn)設(shè)備

板邊卡錨配套的錨固件為干字扣件，面板槽體尺寸要求：沿保溫裝飾板面板邊緣開設(shè)梯級型通長臺階，開設(shè)臺階剩余面板厚度應(yīng)不小于4mm，臺階深度應(yīng)不小于6mm。

(a)開槽插錨

(b)板邊卡錨

(c)卡槽插錨圖2 錨固構(gòu)造示意圖

卡槽插錨配套的錨固件為卡槽T型扣件，面板槽體尺寸要求：面板厚度應(yīng)不小于6mm，槽口寬度應(yīng)不小于2mm，槽口長度應(yīng)不小于30mm，槽體深度通長設(shè)置，錨固件插入槽體深度應(yīng)不小于20mm。錨固部位槽體板的有效厚度應(yīng)不小于6mm。尺寸測量如圖3。

1.3 試樣制備

樣品為硅酸鈣板飾面保溫裝飾一體板，尺寸為120mm×120mm，每組5塊，共19組95塊。用錨固件將保溫裝飾板錨固在C25混凝土板上，試樣與墻體之間應(yīng)無粘接力。

圖3 測量尺寸

1.4 試驗(yàn)方案:見表1、表2、表3

表1 開槽插錨試驗(yàn)方案

表2 板邊卡錨(干字扣件)試驗(yàn)方案

表3 卡槽插錨(T型扣件)試驗(yàn)方案

1.5 試驗(yàn)方法

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《保溫裝飾板外墻外保溫系統(tǒng)材料》JG/T287-2013[4]中對保溫裝飾板單點(diǎn)錨固力的檢測方法進(jìn)行檢測，將100mm×100mm的金屬塊用高強(qiáng)度樹脂膠粘劑粘合在試樣上，樹脂膠粘接劑固化后，使用粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場拉拔儀進(jìn)行測定，數(shù)據(jù)精確到1N。根據(jù)試樣中錨固件數(shù)量計(jì)算單個(gè)錨固件的錨固力，試驗(yàn)結(jié)果以5個(gè)試樣的算數(shù)平均值表示，精確值0.01kN。

單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值、變異系數(shù)參考《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068-2018)[5]中附錄F的要求進(jìn)行計(jì)算，樣本數(shù)n為5，標(biāo)準(zhǔn)值單側(cè)容限系數(shù)knk取1.80。拉拔試驗(yàn)、試樣破壞見圖4、圖5。

圖4 拉拔試驗(yàn)

圖5 試樣破壞

2 結(jié)果與討論

2.1 開槽插錨試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 面板密度對開槽插錨單點(diǎn)錨固力的影響

采用市場主流8mm厚度面板，錨固部位有效厚度3mm，面板密度為1.35g/cm3和1.45g/cm3進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算變異系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)值，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表4所示。

表4 開槽插錨單點(diǎn)錨固力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從S1、 S2和S3三組對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，開槽插錨構(gòu)造中不同扣件類型單點(diǎn)錨固力平均值未隨面板密度的增大呈現(xiàn)增加的趨勢，甚至出現(xiàn)了單點(diǎn)錨固力平均值A(chǔ)4小于A3，A6小于A5的情況；采用面板密度1.35g/cm3編號A1、 A3和A5試驗(yàn)數(shù)據(jù)變異系數(shù)均明顯高于與之對比的面板密度1.45g/cm3編號A2、 A4和A6試驗(yàn)數(shù)據(jù)，單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值均低于后者。從單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值和變異系數(shù)方面來看，隨著面板密度的提高，變異系數(shù)呈負(fù)相關(guān)趨勢，標(biāo)準(zhǔn)值呈正相關(guān)趨勢，見圖6和圖7。

圖6 不同面板密度的單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值對比

圖7 不同面板密度的單點(diǎn)錨固力變異系數(shù)對比

通過有限的數(shù)據(jù)分析，可以初步得出面板密度在抑制單點(diǎn)錨固力變異系數(shù)、保持力值穩(wěn)定方面起到重要作用，在合理控制一體板系統(tǒng)重量前提下，應(yīng)提高面板密度。實(shí)際應(yīng)用中平均值在準(zhǔn)確表達(dá)單點(diǎn)錨固力的有效性方面存在一定的不足，建議采用標(biāo)準(zhǔn)值用以表征單點(diǎn)錨固力。

2.1.2 面板厚度對開槽插錨單點(diǎn)錨固力的影響

分別采用8mm、 10mm和12mm厚面板，面板密度為1.45g/cm3進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8、圖9所示。

從S4、S5和S6三組對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)(見表5)，相同錨固構(gòu)造不同錨固扣件類型，得益于面板厚度增加，錨固部位有效厚度變大，與8mm厚面板相比，10mm和12mm厚面板單點(diǎn)錨固力平均值和標(biāo)準(zhǔn)值均提升明顯，變異系數(shù)未呈現(xiàn)規(guī)律變動。整體來看，9組數(shù)據(jù)中有5組平均值和標(biāo)準(zhǔn)值在0.4kN以上，12mm面板單點(diǎn)錨固力平均值要優(yōu)于10mm面板，但是單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值優(yōu)勢并不明顯，3組12mm面板數(shù)據(jù)中有1組標(biāo)準(zhǔn)值小于10mm面板數(shù)據(jù)。10mm面板單點(diǎn)錨固力和變異系數(shù)綜合表現(xiàn)優(yōu)異。

表5 開槽插錨不同面板厚度單點(diǎn)錨固力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖8 不同面板厚度的單點(diǎn)錨固力平均值變化趨勢

圖9 不同面板厚度的單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值變化趨勢

總體來看，在一定范圍內(nèi)，通過提高面板厚度，錨固部位有效厚度變大，單點(diǎn)錨固力平均值和標(biāo)準(zhǔn)值均與厚度呈正相關(guān)趨勢，但并非面板厚度越大越好。在綜合考慮單點(diǎn)錨固力和變異系數(shù)，兼顧一體板系統(tǒng)重量和經(jīng)濟(jì)性的前提下，建議一體板系統(tǒng)面板厚度提升到10mm。

2.2 板邊卡錨試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 不同扣件長度對單點(diǎn)錨固力的影響

采用市場主流8mm厚度面板，錨固部位有效厚度為4mm時(shí)，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)(見表6)。

從數(shù)據(jù)中也可以發(fā)現(xiàn)，干字扣件寬度不變的情況下，隨著扣件長度的增加，干字扣同板材的接觸面積增大，單點(diǎn)錨固力平均值和標(biāo)準(zhǔn)值均呈增長趨勢。板邊卡錨主流扣件尺寸為40mm×10mm，本次試驗(yàn)結(jié)果B1單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值為0.20kN,數(shù)據(jù)變異系數(shù)0.28，離散度高；試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，干字扣件寬度不夠，壓板面積不足，拉力作用下上肢與面板接觸部位出現(xiàn)滑移失效的現(xiàn)象。

表6 板邊卡錨不同扣件長度單點(diǎn)錨固力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

總體來看,增加干字扣件長度,可有效增大干字扣件與板材接觸面積,可顯著提高單點(diǎn)錨固力,降低變異系數(shù)。為提高干字構(gòu)件與面板接觸的有效性,防止出現(xiàn)滑移失效現(xiàn)象,有必要增加干字扣件長度和寬度。

2.2.2 不同面板厚度對單點(diǎn)錨固力的影響

采用8mm和10mm厚度面板，錨固部位有效厚度分別為4mm和6mm時(shí)，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

錨固部位有效厚度由4mm變?yōu)?mm后，40mm長度和50mm長度干字扣件單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值均實(shí)現(xiàn)增長，變異系數(shù)出現(xiàn)不同程度下降，這說明錨固部位有效厚度對穩(wěn)定力值起到重要作用；60mm長度干字扣件單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值由0.55kN降低到0.44kN，原因在于試驗(yàn)過程中上肢與面板接觸部位出現(xiàn)滑移失效現(xiàn)象。

圖10 不同扣件長度的單點(diǎn)錨固力變化趨勢

綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，市場主流板邊卡錨干字扣件40mm×10mm，尺寸偏小，試驗(yàn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)滑移失效現(xiàn)象，將長度延長至60mm后，滑移失效現(xiàn)象未能根本杜絕；建議將干字扣件加長加寬。面板厚度增加對提高干字扣件單點(diǎn)錨固力起到正向作用，這與開槽插錨單點(diǎn)錨固力變化規(guī)律一致(見表7)。

表7 板邊卡錨不同面板厚度單點(diǎn)錨固力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 卡槽插錨試驗(yàn)結(jié)果

卡槽插錨單點(diǎn)錨固力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表8所示。

表8 卡槽插錨單點(diǎn)錨固力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，卡槽插錨單點(diǎn)錨固力平均值為0.60kN，單點(diǎn)錨固力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到0.51kN，單點(diǎn)錨固力表現(xiàn)良好。分析發(fā)現(xiàn)，卡槽插錨構(gòu)造錨固部位有效厚度為6mm,與開槽插錨和板邊卡錨市場主流產(chǎn)品錨固有效厚度相比要厚2mm,錨固件同錨固部位的接觸面積也較其余兩種錨固構(gòu)造型式要大。

3 結(jié)論與建議

(1)考慮到實(shí)際測試數(shù)據(jù)的變異系數(shù)，平均值在準(zhǔn)確表達(dá)單點(diǎn)錨固力的有效性方面存在一定的不足，建議采用標(biāo)準(zhǔn)值用以表征單點(diǎn)錨固力。

(2)通過有限的數(shù)據(jù)分析，可以初步得出單點(diǎn)錨固力隨面板密度、面板厚度、錨固部位有效厚度和錨固件與錨固部位接觸面積在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)性?？紤]到一體板系統(tǒng)重量和經(jīng)濟(jì)性，建議開槽插錨和板邊卡錨系統(tǒng)構(gòu)造采用密度1.45g/cm3以上，厚度10mm，錨固部位有效厚度4mm的面板，并盡可能增大錨固件與錨固部位接觸面積，可有效降低數(shù)據(jù)變異系數(shù)，提高單點(diǎn)錨固力。

(3)板邊卡錨系統(tǒng)構(gòu)造市場主流干字扣件長度和寬度為40mm×10mm，導(dǎo)致接觸面積偏小，拉力作用下上肢與面板接觸部位出現(xiàn)滑移失效的現(xiàn)象。本次實(shí)驗(yàn)干字扣件長度增加到60mm，滑移失效的現(xiàn)象顯著降低，但仍未完全杜絕，建議在保證系統(tǒng)安全性、氣密性和經(jīng)濟(jì)性前提下，后續(xù)試驗(yàn)增加干字扣件長度和寬度，保證系統(tǒng)錨固的有效性。

(4)卡槽插錨系統(tǒng)單點(diǎn)錨固力表現(xiàn)良好，主要得益于錨固部位有效厚度大，錨固件同錨固部位的接觸面積大，這樣在保證單點(diǎn)錨固力滿足系統(tǒng)安全性要求的同時(shí)，數(shù)據(jù)變異系數(shù)較低，數(shù)值表現(xiàn)更穩(wěn)定。