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外墙外保温薄抹灰系统用岩棉条剪切性能研究
编辑:甘肃恒翔保温建材有限公司   发布时间:2018-07-31

   本文根据岩棉条纤维各向异性的特点,研究了岩棉条不同方向(纵、横向)的剪切性能(剪切强度和剪切模量),并考虑实际应用,对岩棉条经全浸浸泡处理、高温高湿环境老化处理后的剪切性能进行了研究试验。试验结果表明,岩棉条剪切性能与纤维方向密切相关,纵向剪切强度、模量约为横向的2~3倍,且两者失效模式完全不同。浸泡、老化处理后,岩棉条纵向剪切强度和模量有所降低,横向剪切性能变化不显著。

 岩棉条是将岩棉板以一定的间距切割成条状翻转90度使用的制品,该制品的厚度为切割间距,宽度为原岩棉板的厚度。岩棉条纤维具有各向异性,沿岩棉条长度方向,纤维层纵向排列,由于打摺的缘故纤维层之间纤维相互勾连,沿岩棉条宽度方向,纤维层横向排列,呈层叠堆积结构。

 岩棉条除具有岩棉制品优良的防火、保温、吸音/隔音性能,还具有抗拉、抗压强度高的特点,在外墙外保温实际应用过程中,通常采用纯粘结的方式。在这种纯粘结的系统中,系统自重、风载及其他对外墙产生的载荷都会对岩棉条产生剪切荷载,因此对岩棉条剪切性能的研究十分必要。

 岩棉条通常都是横向粘结于墙体,因此系统自重对岩棉条施加的剪切荷载为沿岩棉条宽度方向,而风载通常是对岩棉条施加沿长度方向的剪切载荷。此外,考虑外墙外保温系统需长期使用,试验中用高温高湿环境模拟岩棉条的自然老化,用全浸浸泡环境模拟雨水对岩棉条的侵蚀,这两种使用环境是外墙外保温系统密切关注的。


试验方法

 建筑绝热制品用岩棉条剪切性能标准,目前比较常用的是ISO 16537: 2012和EN 12090: 1997,这两个标准技术内容完全相同。本文依据ISO 16537: 2012标准,采用双试件的方法,两侧钢板固定,对中间钢板施加压缩载荷,岩棉条试件通过胶粘剂与钢板粘结。通过特定装置将测量变形的引伸计安装夹具上,测量岩棉条的剪切变形,给出载荷—变形曲线,计算岩棉条的剪切强度和剪切模量。

试验过程

 本文试验样品,采用国内两家企业生产的岩棉条,其密度均为100kg/m3,长度和宽度均为1200mm×150mm,厚度分别为50mm和100mm,标记为样品A和样品B。

 试样状态有3种:①标准状态。试样未经任何处理;②浸泡处理,将试样全浸浸入温度为23℃的水中,浸入时间分别为7天、28天,干燥后进行测试;③老化处理,将样品置于温度70℃、相对湿度95%的环境箱中,时间分别为7天、28天。


1.纤维方向对岩棉条剪切性能的影响

 可以看出,同一样品试样的纵向剪切强度和模量均比横向高。A样纵向剪切强度约为横向的2.76倍,纵向剪切模量约为横向的3.49倍;B样纵向剪切强度约为横向的2.06倍,纵向剪切模量约为横向的2.68倍。导致这种现象的原因是:①纵向剪切试件在受到剪切力作用时,岩棉纤维打摺引起相互勾连,使纵向剪切试件能承受较大的剪切载荷,同时增强了整体结构的抗变形能力。纵向剪切试件失效模式为纤维剪切断裂;②横向剪切试件由于岩棉纤维一层一层堆叠,层与层之间的连接相对薄弱,上下两层岩棉纤维可模拟为矩形结构。在受到剪切力作用时,随着两个剪切面相对位移的增加,矩形变形为平行四边形,横向剪切试件整体结构已遭破坏,失效模式为结构变形分层。因此在相对较小的剪切载荷作用下,横向剪切试件结构易发生变形,因而横向岩棉条剪切强度和剪切模量较低。

2.浸泡处理对岩棉条剪切性能的影响

 可以看出,同一样品浸泡处理后,与标准状态相比,纵向剪切强度和模量降低,横向剪切强度和模量变化不显著。经浸泡处理7天和28天后,A样纵向剪切强度保留率分别为77.5%和67.2%,剪切模量保留率分别为87.6%和91.8%;B样纵向剪切强度保留率分别为87.6%和87.5%,剪切模量保留率分别为83.0%和82.6%。A样横向剪切强度保留率分别为113.3%和123.5%,剪切模量28天保留率为108.5%;B样横向剪切强度保留率分别为121.1%和103.3%,剪切模量保留率分别为127.3%和84.8%。

 随着浸泡处理时间的增加,岩棉条纵向剪切强度、剪切模量均随之下降,但下降幅度趋于平缓;而横向剪切性能变化趋势不显著。造成这种现象的原因是:①岩棉条经浸泡处理后,纵向结构受到一定程度的破坏,导致剪切强度和模量均降低,但随着浸泡时间的增加,岩棉条内吸水逐渐饱和,吸水量趋于平衡,浸泡处理对岩棉条纵向剪切性能的影响也趋于平缓;②岩棉条横向矩形结构经浸泡处理后,仍容易在较低载荷下变形为平行四边形,以致横向剪切破坏模式依然是结构分层破坏。由此可见:浸泡处理对岩棉条纵向剪切性能影响较大,而对横向剪切性能来说,结构分层破坏的影响比浸泡处理更大。

3.老化处理对岩棉条剪切性能的影响

   可以看出,经老化处理后,岩棉条纵向剪切强度、模量均比标准状态下低;而横向剪切性能变化不显著。经老化处理7天和28天后,A样纵向剪切强度保留率分别为57.5%和57.4%,剪切模量保留率分别为55.6%和68.5%;B样纵向剪切强度保留率分别为64.0%和65.7%,剪切模量保留率分别为60.6%和68.2%。A样横向剪切强度保留率分别为91.4%和94.1%,剪切模量老化28天保留率为98.4%;B样横向剪切强度保留率分别为83.8%和74.8%,剪切模量保留率分别为78.0%和117.1%。

 随着老化处理时间的增加,岩棉条纵向剪切强度、剪切模量均随之下降,并且下降幅度趋于平缓;而横向剪切性能变化趋势不明显。

 这种现象与浸泡处理后岩棉条剪切性能变化规律类似,形成的原因也类似:①岩棉条经过老化处理后,纵向的纤维组分及结构受到破坏,导致纵向剪切性能降低,但随着老化时间的增加,高温高湿环境对岩棉条剪切性能的影响趋于平缓;②对岩棉条横向剪切性能来说,岩棉纤维层状结构的影响更大。由于矩形结构易在较低剪切载荷下变形为平行四边形结构,剪切破坏模式依然是分层破坏,因此老化处理后,横向岩棉条剪切性能与初始状态相近。


综上所述,可以得到以下结论:

1.岩棉条剪切强度、模量与纤维方向密切相关,纵向剪切强度、模量均约为横向的2~3倍。纵、横向岩棉条剪切失效模式完全不同,纵向岩棉条剪切失效模式为纤维剪切破坏,横向岩棉条剪切失效模式为结构分层破坏;

2.浸泡处理后,纵向岩棉条剪切强度、模量均有所下降,但随着浸泡处理时间的增加,下降幅度趋于平缓;横向岩棉条剪切强度、模量变化趋势不明显,与标准状态下剪切性能相近;

3.老化处理后,岩棉条剪切性能变化趋势与浸泡处理后类似,纵向岩棉条剪切强度、模量均有所下降,但随着老化处理时间增加,下降幅度趋于平缓;横向岩棉条剪切强度、模量变化趋势不明显,与标准状态下剪切性能相近。