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石材蜂窝板在建筑幕墙工程中的应用概述

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石材蜂窝板在建筑幕墙工程中的应用概述

发布日期:2018-10-08 作者: 点击:

       石材蜂窝板虽然在我国以及世界各地的建筑外墙上得到应用,但作为一种新型的建筑材料,其在应用中还有很多问题需要去探讨和关注。如胶粘剂老化性能对产品耐久性的影响、不同材料间热膨胀系数对板材变形的影响、安装连接方法、不对称复合板饰面石材的弯曲强度计算以及石材蜂窝板的主要性能要求和质量控制等。


       1、产品耐久性


       将石材蜂窝板作为一种建筑外墙材料,在使用过程中石材面板是否会因胶粘剂的老化而产生开裂或脱落,其安全性和耐久性是人们关注的主要问题和疑虑。其实,影响石材蜂窝板使用耐久性的关键是胶粘剂环境老化性能的问题。众所周知,胶粘剂是一种高分子材料,有着优异的结构粘接性能,在建筑、航天航空、海洋运输、汽车、医疗卫生、光学、电子等领域都有广泛应用。但在不同使用环境条件作用下,其性能的下降和老化,甚至失效是不可忽视的。我国目前对胶粘剂环境老化性能的研究水平, 远远未达到与材料实际应用相适应的水平。这种研究与应用的差距,导致了对胶粘剂环境老化性能认识的不足, 进而产生怀疑和不信任,极大地限制了胶粘剂新材料的开发与应用。对石材蜂窝板耐久性的关注,也正是这种差距的反映。参照应用于建筑结构加固的胶粘剂,影响胶粘剂环境老化性能主要有两方面的因素, 一是紫外线的照射,二是高温湿热环境的影响。根据石材蜂窝板的使用状况,紫外线照射对石材蜂窝板的使用耐久性并不会产生影响,因为胶粘剂并不暴露在日光下,所以产生影响的主要原因是长期高温湿热环境。胶粘剂在长期高温湿热条件下粘接性能会有所下降,这是不可避免的事实。


       国内外众多的试验和研究结果表明,尽管胶粘剂的品种和添加剂不同,但它们都有大致相同的性能老化过程, 并在老化衰减到一定程度后稳定下来,且保持相对稳定的粘接承载能力。从图6 中可以看出,在水煮过程中,部分胶粘剂剪切强度先呈快速上升(下降)趋势,但随着时间的延长,粘接力开始趋于稳定。为此,只要我们选择合适的、经过耐湿热老化性检测的胶粘剂,并控制平面拉应力处于胶粘剂老化衰减后的稳定状态范围内且小于其抗拉承载力,就可解决产品的长期使用而不致产生剥离的问题。使用胶粘剂进行建筑结构加固处理,也采用了类似的方法。在产品的使用过程中,要防止因外部雨水直接浸泡胶粘剂而加速胶粘剂的性能老化问题的。因此,采用石材蜂窝板的建筑幕墙宜采用封闭式系统,当采用开放式系统时,石材蜂窝板周边应采用封边处理。同时,要根据板材尺寸和不同饰面石材的抗弯强度,风荷载及其它作用的大小,计算石材蜂窝板饰面石材的弯曲应力,确保饰面石材在荷载作用下不产生因弯曲应力过大而导致饰面石材存在细小裂纹甚至断裂。饰面石材上的细小裂纹将会导致雨水渗透到粘接层的胶粘剂,在长久的使用过程中, 将可能降低胶粘剂的粘接强度,从而影响石材蜂窝板的耐久性能。


       2、板面变形


       随着建筑装饰发展的需要,石材蜂窝板的应用越来越趋向于大板块发展, 板块面积为2.5㎡ 以上的大板在工程中已常有应用。但石材蜂窝板是由多种材料经胶粘剂粘接而成,它们之间的热膨胀系数互有差异,在环境温度变化较大的情况下,特别是极端寒冷气候环境条件下,可能由于各种材料的不同变形量而导致石材面板产生整板凹凸的变形现象,影响到建筑的美观。同时也会在石材面板与蜂窝板的粘接层间形成附加的剪切应力,影响石材蜂窝板的正常使用。为防止上述现象的产生,在工程设计和使用中应控制板块单边长度和大面积。通常板块单边长度不宜大于2.0m,大面积不宜大于2.0㎡。


       玻璃纤维板与石材板块的热膨胀系数非常接近,同时具有很好的力学性能,其模压板的弯曲强度可达740MPa 以上。因此,采用玻璃纤维蜂窝板与石材复合而成的石材蜂窝板可有效地防止板块的变形问题,并已在国外建筑上得到推广应用,如前述的巴克利大厦,同时它将有可能成为今后石材铝蜂窝板的一个发展方向。但由于玻纤蜂窝板相对铝蜂窝板和钢蜂窝板的脆性较大, 弯曲刚度较小,受载时产生的变形较大,所以在确定其面板尺寸的大小时应更加慎重。


       3、安装连接


       目前,石材蜂窝板通常采用四点支承的安装连接方法。安装连接件为特制的异形螺母,并通过胶粘剂固化于石材蜂窝板中。通过国家建材检测中心对单个异形螺母的抗拉极限承载能力的检测,当铝蜂窝芯厚度为14mm, 两边铝合金板厚度为0.5mm时, 其大抗拉拔力为4.263kN, 小抗拉拔力为3.400kN,平均抗拉拔力为3.706kN;当铝蜂窝芯厚度为19mm,两边铝合金板厚度为0.5mm 时,其平均抗拉拔力为6.250kN。由于安装连接件的承载能力是石材蜂窝板安全应用的关键之一,所以安装连接件的加工和固定均应在工厂中按照一定的工艺要求和质量控制程序来完成, 不得在现场临时埋设,出厂前还应经过产品出厂检验。


       4、弯曲强度


       弯曲强度是石材蜂窝板抗弯能力的主要性能指标,也是工程设计的主要参数和依据。要计算石材蜂窝板的弯曲强度,首先应该确定石材蜂窝板弯曲破坏的判定形式。通过对石材蜂窝板的大量弯曲试验结果证明,当石材蜂窝板弯曲变形时,通常为饰面石材先行产生细小裂纹后随之产生断裂,饰面石材断裂后蜂窝板仍然可继续承受更大的荷载直到蜂窝芯产生失稳或整板断裂等现象而导致整板的弯曲破坏。由此可见,石材蜂窝板先产生弯曲破坏的薄弱环节是饰面石材裂缝和断裂。尽管饰面石材断裂后的石材蜂窝板,此时并没有即时出现丧失使用功能的状况或有任何危险的安全问题,但如前所述,由于石材细小裂纹的存在,使水分容易渗透到粘接层的胶粘剂,在长久的使用过程中,将可能降低胶粘剂的粘接强度,从而影响石材蜂窝板的耐久性能。因而应将石材开始产生细小裂缝时的荷载值作为石材蜂窝板弯曲破坏的极限荷载值,而不是将整板所能承受的大值作为石材蜂窝板弯曲破坏的极限荷载值。在考虑石材蜂窝板的承载能力时,应以石材的弯曲强度标准值作为石材蜂窝板的弯曲强度标准值。石材蜂窝板在弯曲变形时,在饰面石材处于弯曲受压状态下, 饰面石材与整板几乎可承受相同的荷载,而在饰面石材处于弯曲受拉状态下,在很小的荷载作用下饰面石材就已经产生断裂。这表明,当石材蜂窝板用作幕墙板时,其抗负风荷载的能力要低于抗正风荷载的能力。


       由于石材蜂窝板是由不同材料、多层次经胶粘剂粘接固化而成,沿板面厚度方向为非对称结构的板材,其弯曲强度的计算不同于一般的蜂窝板和实心板材。特别是它的弯曲破坏主要表现在饰面石材的破坏,所以计算石材蜂窝板的弯曲强度,实际上是对石材蜂窝板受弯时饰面石材内产生的弯曲应力的计算。


       在我国,与石材蜂窝板相关的产品标准和设计规范目前还处于完善和编制过程中,国外也尚未有完整的规范体系,各种研究和探讨还在进行中。但近年来,石材蜂窝板在我国建筑装饰中的应用正呈现出不断发展的良好势头,板材生产企业和规模不断的增加和扩大。从我们收集到的上千个国产产品的检测结果表明,产品的各项物理力学性能检测值离散性较大,这反映出产品生产工艺和质量还有待进一步的提高。因此,当采用石材蜂窝板作为建筑外装饰墙板时,应以科学的态度对板材质量进行严格的检测并取得真实的物理力学性能指标,才能为工程设计提供可靠的技术参数。并从安全使用的角度出发,对外墙系统进行全面的评估和设计,使得石材蜂窝板在使用过程中真正发挥它的技术和经济性能优势,确保我国石材蜂窝板材料行业沿着健康的道路发展。

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关键词:瓦楞芯,铝蜂窝芯,铝蜂窝胶水

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