钢边框保温隔热轻型板现场检测抗压强度试验研究

周 垚 鄢 炜 李兴超 崔 晨 高正阳 尹 航

（中国建筑科学研究院有限公司 北京 100013）

1 概述

屋面是建筑工程中不可缺少的重要组成部分，通常它是由承重结构、保温隔热和防水设施三大部分组成，与建筑结构体系的安全性、适用性和耐久性密切相关。

随着材料科技的进步和施工工艺的提高，越来越多的钢筋混凝土结构的工业厂房逐渐被钢结构工业厂房所代替，因此轻质复合屋面板逐步在大型公共建筑及工业建筑中得到了广泛的应用。

由于轻型屋面板的技术优势和不断增长的市场需求，近年来，以钢边框保温隔热轻型板等为主的轻质复合屋面板因其产品装配灵活、安装快捷、维护简便等特点，可与混凝土结构、钢结构及网架等多种结构形式配套使用，在轨道交通、煤炭栈桥、工业厂房、大型仓储、超市、公共建筑、体育场馆、铁路站房、雨棚、检修车间等建筑的屋面应用较多。

钢边框保温隔热轻型板是由热轧轻型槽钢或热镀锌轻型槽钢作为主肋、加劲肋和端肋，内设钢丝网、填充聚苯颗粒混凝土芯材、上下面层铺设耐碱玻璃纤维网、水泥砂浆面层复合而成的建筑轻质板材，包括屋面复合板、网架板、天沟板、楼面板、墙板等建筑用板材。这种类型的轻质复合屋面板有较多的生产单位，企业规模大小不一，规模较大的企业均制定了自己企业的参考图集和企业标准。检测钢边框保温隔热轻型板芯材抗压强度时，需在在板材生产阶段以相同配合比及工艺，按标准要求尺寸成型专门用于检测的样品，主要执行标准为《钢边框保温隔热轻型板》（JG/T 513—2017），检测方法主要引用《建筑墙板试验方法》（GB/T 30100—2013）。但是，如何对已使用的钢边框保温隔热轻型板的质量进行检测并未涉及，缺少专门针对芯材质量检测的现场方法。

本文研究了钢边框保温隔热轻型板聚苯颗粒混凝芯材的抗拉强度与抗压强度的关系，确定了用抗拉强度测定聚苯颗粒混凝土芯材抗压强度的测强曲线及现场检测方法。

2 检测方法

2.1 芯材抗压强度

由A、B两个厂家按《钢边框保温隔热轻型板》（14CG22、14CJ57）图集，分别生产400级及600级屋面板各10块，同时依据《钢边框保温隔热轻型板》（JG/T 513—2017），采用与屋面板芯材同种原材料，用相同工艺制作100mm×100mm×100mm的试件各10组，每组3块，养护至28d后，参照《建筑墙板试验方法》（GB/T 30100—2013）进行抗压强度检测[1-2]。

检测方法：

（1）取3块试件，用钢直尺分别测量每个试件受压面的长、宽方向中间位置尺寸各两个，分别取其平均值，修约至1mm。

（2）将试件置于试验机承压板上，使试件的轴线与试验机压板的压力中心重合，以0.05-0.10MPa/s的速度加荷，直至试件破坏，记录最大破坏荷载P。

（3）按式（1）计算试件的抗压强度R：

式中：R——试件的抗压强度，单位为兆帕（MPa）；

P——破坏荷载，单位为牛顿（N）；

L——为试件受压面的长度，单位为毫米（mm）；

B——试件受压面的宽度，单位为毫米（mm）。

每组试件检测结果按3块试件的算术平均值表示，修约至0.01MPa[3]。

2.2 芯材抗拉强度

现行标准规范中没有针对轻质复合屋面板芯材的抗拉强度检测方法，本节拟参照《硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范》（GB 50404—2017）中附录B进行，采用现场拉伸粘结强度的试验方法来进行轻质屋面复合板芯材抗拉强度的检测研究。

检测方法：

（1）宜在芯材板中及两端距离边框100mm的位置，用钢筋扫描仪探测出钢丝网或钢桁架，避开其位置选择3个测点（检测时需要避开钢丝网的影响，以保证检测结果为芯材的抗拉强度）。

（2）在测点处用记号笔画出100mm×100mm的方框，用手持切割机进行切槽，槽深以切透面层至芯材内部为宜（切割时一定要切割至芯材内部，以保证粘结抗拉检测结果即为芯材的抗拉强度）。

（3）清理被测部位表面污渍并保持干燥。

（4）采用双组份粘结剂在被测部位粘贴100mm×100mm钢标准块，并及时固定，粘结示意见图1。

（5）粘结剂固化后，采用拉拔仪连接钢标准块，匀速加荷直至被测部位破坏，记录破坏时的荷载F及破坏形式。

图1 粘结

（6）因本试验方法是通过现场切割试件的拉伸试验来确定芯材的抗拉强度，因此，只有破坏形式为芯材内聚破坏时，测试数据才认为有效；若破坏形式为混合破坏和破坏界面不在芯材内部时，都应另选点重测，当防护面层对检测结果有影响时，应将其铲除，直接在板材芯材上试验，内聚破坏形式见图2。

（7）以3个有效数据按式（2）计算芯材的抗拉强度P：

图2 聚苯颗粒混凝土芯材内聚破坏

式中：P——抗拉强度，单位为兆帕（MPa）；

F——破坏荷载，单位为牛顿（N）；

A——粘接面积，单位为平方毫米（mm2）[4]。

单块板检测结果以3个测点的算术平均值表示。

3 检测结果及数据分析

A、B两厂的抗压强度和抗拉强度检测结果见表1～表4。

粘结抗拉试验过程中，所有芯材的破坏形式均为芯材内聚破坏，且同一厂家相同等级板材的检测结果差异不大，可以认为此检测方法能有效检测钢边框保温隔热轻型板芯材的抗拉强度。

由于聚苯颗粒混凝土抗压强度具有随密度的下降而降低的关系[5]，因此将A、B厂家不同密度等级的抗拉强度与抗压强度检测结果不做单独区分，一同采用最小二乘法进行回归分析，线性回归分析结果见图3，非线性回归分析结果见图4。

分析结果表明，聚苯颗粒混凝土芯材抗拉强度与抗压强度具有高度正相关性，采用线性回归的相关系数为0.96，采用乘幂回归的相关系数为0.97。

按不同回归方程计算的抗压强度与实测抗压强度的平均相对误差及相对标准差结果见表5。

表1 A厂家400级聚苯颗粒混凝土芯材检测结果

表2 A厂家600级聚苯颗粒混凝土芯材检测结果

表3 B厂家400级聚苯颗粒混凝土芯材检测结果

表4 B厂家600级聚苯颗粒混凝土芯材检测结果

虽然两种回归方式的相关系数差异不大，但误差分析结果表明，采用线性回归方程计算的结果平均相对误差及相对标准差较大，因此将乘幂回归结果作为聚苯颗粒混凝土芯材的测强曲线，乘幂函数方程为：

平均相对误差：13.5%，相对标准差：16.5%，相关系数：0.97。

4 结论与展望

4.1 结论

图3 聚苯颗粒混凝土芯材抗拉强度与抗压强度线性回归分析

图4 聚苯颗粒混凝土芯材抗拉强度与抗压强度乘幂回归分析

表5 聚苯颗粒混凝土芯材线性回归方程与乘幂回归方程的误差分析

通过粘结抗拉可以有效检测钢边框保温隔热轻型板芯材的抗拉强度，并推定出芯材的抗压强度，检测方法见本文第2.2节，芯材抗压强度推定值按下式计算：

式中：RT-钢边框保温隔热轻型板芯材抗压强度推定值，单位为兆帕（MPa）。

4.2 展望

本文提出的现场通过抗拉强度检测推定芯材抗压强度的检测方法，仅针对芯材采用聚苯颗粒混凝土体系的钢边框保温隔热轻型板，且测强曲线受到样本覆盖区域与样本量的限制，在使用前宜进行误差验证。对于其他材质的轻型芯材目前暂无相应的试验数据，对于其他芯材的测强曲线可根据本文提出的试验方法进一步深入研究。