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新型复合材料研究项目石材蜂窝板及其应用

来源:2011年会论文集  作者:杜继予  日期:2011-5-3
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提要:本文简要的介绍了石材蜂窝板的品种、结构、特点、应用范围及工程实例,并针对石材蜂窝板在应用中普遍存在的疑虑心理和主要技术问题,如耐久性、板型凹凸、安装连接、弯曲强度和物理力学性能等,提出了相应的见解和注意事项。
关键词:石材,蜂窝板,耐久性,弯曲强度
 

  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的防止板块的变形问题,并已在国外建筑上已得到推广应用,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。
  3.3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(见图7),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,其最大抗拉拔力为4.263kN,最小抗拉拔力为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方可使用。
  3.4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(见表2),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,石材蜂窝板最先产生弯曲破坏的最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最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。从表2中还可看到,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,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。经推算,饰面石材弯曲应力可采用以下公式计算:

小于实际弯曲应力。从使用安全的角度出发,同时考虑到不同材料的组合,以及不同生产工艺和过程对产品质量的影响,在工程设计和应用中宜采用实测的弯曲刚度(D)对饰面石材的弯曲应力进行验算。
  3.5产品主要性能要求
  石材蜂窝板在应用中,还有很多重要的性能需要我们去关注,如平拉粘接强度、滚筒剥离强度、耐热水性和耐温差性等对产品的质量和应用都有着重要的意义和影响。表4为石材蜂窝板的主要物理和力学性能要求。

  4 结论
  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。因而,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。
  参考文献
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