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新型復合材料研究項目石材蜂窩板及其應用

來源:2011年會論文集  作者:杜繼予  日期:2011-5-3
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提要:本文簡要的介紹了石材蜂窩板的品種、結構、特點、應用范圍及工程實例,并針對石材蜂窩板在應用中普遍存在的疑慮心理和主要技術問題,如耐久性、板型凹凸、安裝連接、彎曲強度和物理力學性能等,提出了相應的見解和注意事項。
關鍵詞:石材,蜂窩板,耐久性,彎曲強度
 

  玻璃纖維板與石材板塊的熱膨脹系數非常接近,同時具有很好的力學性能,其模壓板的彎曲強度可達740MPa以上。因此,采用玻璃纖維蜂窩板與石材復合而成的石材蜂窩板可有效的防止板塊的變形問題,并已在國外建筑上已得到推廣應用,如前述的巴克利大廈。同時它將有可能成為今后石材鋁蜂窩板的一個發展方向。但由于玻纖蜂窩板相對鋁蜂窩板和鋼蜂窩板的脆性較大,彎曲剛度較小,受載時產生的變形較大,所以在確定其面板尺寸的大小時應更加慎重。
  3.3安裝連接
  目前,石材蜂窩板通常采用四點支承的安裝連接方法。安裝連接件為特制的異形螺母(見圖7),并通過膠粘劑固化于石材蜂窩板中。通過國家建材檢測中心對單個異形螺母的抗拉極限承載能力的檢測,當鋁蜂窩芯厚度為14mm,兩邊鋁合金板厚度為0.5mm時,其最大抗拉拔力為4.263kN,最小抗拉拔力為3.400kN,平均抗拉拔力為3.706kN;當鋁蜂窩芯厚度為19mm,兩邊鋁合金板厚度為0.5mm時,其平均抗拉拔力為6.250kN。由于安裝連接件的承載能力是石材蜂窩板安全應用的關鍵之一,所以安裝連接件的加工和固定均應在工廠中按照一定的工藝要求和質量控制程序來完成,不得在現場臨時埋設,出廠前還應經過產品出廠檢驗方可使用。
  3.4彎曲強度
  彎曲強度是石材蜂窩板抗彎能力的主要性能指標,也是工程設計的主要參數和依據。要計算石材蜂窩板的彎曲強度,首先應該確定石材蜂窩板彎曲破壞的判定形式。通過對石材蜂窩板的大量彎曲試驗結果證明(見表2),當石材蜂窩板彎曲變形時,通常為飾面石材先行產生細小裂紋后隨之產生斷裂,飾面石材斷裂后蜂窩板仍然可繼續承受更大的荷載直到蜂窩芯產生失穩或整板斷裂等現象而導致整板的彎曲破壞。由此可見,石材蜂窩板最先產生彎曲破壞的最薄弱環節是飾面石材裂縫和斷裂。盡管飾面石材斷裂后的石材蜂窩板,此時并沒有

即時出現喪失使用功能的狀況或有任何危險的安全問題,但如前所述,由于石材細小裂紋的存在,使水分容易滲透到粘接層的膠粘劑,在長久的使用過程中,將可能降低膠粘劑的粘接強度,從而影響石材蜂窩板的耐久性能。因而應將石材開始產生細小裂縫時的荷載值作為石材蜂窩板彎曲破壞的極限荷載值,而不是將整板所能承受的最大值作為石材蜂窩板彎曲破壞的極限荷載值。在考慮石材蜂窩板的承載能力時,應以石材的彎曲強度標準值作為石材蜂窩板的彎曲強度標準值。從表2中還可看到,石材蜂窩板在彎曲變形時,在飾面石材處于彎曲受壓狀態下,石材與整板幾乎可承受相同的荷載,而在飾面石材處于彎曲受拉狀態下,在很小的荷載作用下飾面石材就已經產生斷裂。這表明,當石材蜂窩板用作幕墻板時,其抗負風荷載的能力要低于抗正風荷載的能力。
  由于石材蜂窩板是由不同材料、多層次經膠粘劑粘接固化而成,沿板面厚度方向為非對稱結構的板材,其彎曲強度的計算不同于一般的蜂窩板和實心板材。特別是它的彎曲破壞主要表現在飾面石材的破壞,所以計算石材蜂窩板的彎曲強度,實際上是對石材蜂窩板受彎時飾面石材內產生的彎曲應力的計算。經推算,飾面石材彎曲應力可采用以下公式計算:

小于實際彎曲應力。從使用安全的角度出發,同時考慮到不同材料的組合,以及不同生產工藝和過程對產品質量的影響,在工程設計和應用中宜采用實測的彎曲剛度(D)對飾面石材的彎曲應力進行驗算。
  3.5產品主要性能要求
  石材蜂窩板在應用中,還有很多重要的性能需要我們去關注,如平拉粘接強度、滾筒剝離強度、耐熱水性和耐溫差性等對產品的質量和應用都有著重要的意義和影響。表4為石材蜂窩板的主要物理和力學性能要求。

  4 結論
  在我國,與石材蜂窩板相關的產品標準和設計規范目前還處于完善和編制過程中,國外也尚未有完整的規范體系,各種研究和探討還在進行中。但近年來,石材蜂窩板在我國建筑裝飾中的應用正呈現出不斷發展的良好勢頭,板材生產企業和規模不斷的增加和擴大。從我們收集到的上千個國產產品的檢測結果表明,產品的各項物理力學性能檢測值離散性較大,這反映出產品生產工藝和質量還有待進一步的提高。因而,當采用石材蜂窩板作為建筑外裝飾墻板時,應以科學的態度對板材質量進行嚴格的檢測并取得真實的物理力學性能指標,才能為工程設計提供可靠的技術參數。并從安全使用的角度出發,對外墻系統進行全面的評估和設計,使得石材蜂窩板在使用過程中真正發揮它的技術和經濟性能優勢,確保我國石材蜂窩板材料行業沿著健康的道路發展。
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