非承重硫氧镁复合墙板耐火性能足尺试验研究

丁道军 汤 昊 夏 睿 袁沈峰 翁惠廉

国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司

1 前言

为了节能减排，提高施工速度，减少环境污染，国家大力推广装配式建筑，2018年全国新开工装配式建筑面积达到2.9亿平方米。装配式建筑中的主体结构设计方法已经非常成熟，影响装配式建筑居住舒适性和施工速度的主要因素是内外墙板，目前墙板开发百花齐放，新的材料和板型层出不穷，其中硫氧镁是其中一种综合性能比较好的一种材料，具有优良的隔热性能和耐火性能。对于大块硫氧镁墙板，为了提高硫氧镁墙板的承载能力，可采用轻钢龙骨和硫氧镁面板及填充料形成复合墙板，解决了大跨度墙板强度和变形的问题。由于钢材具有良好的导热性能且不耐火，很有必要对硫氧镁复合墙板的耐火性能进行专门的研究。

2 试件描述

本次试验的试件是专门用于江苏电网变电站的硫氧镁复合墙板，板的规格为3.0×1.6m，由内部的C型钢作为承力骨架，外面包覆10mm厚硫氧镁板，中间空隙用发泡硫氧镁材料填充。板的构造如图1所示，为了减轻板的自重，还可以用减重快取代部分发泡硫氧镁。

图1 硫氧镁复合墙板构造图

3 试验装置

试验在上海建筑科学研究院立式火灾试验炉上进行，按照GB/T 9978.1—2008《建筑构件耐火试验方法第1 部分：通用要求》[1]和GB/T 9978.8—2008《建筑构件耐火试验方法第8 部分：非承重垂直分隔构件的特殊要求》[2]的要求，将两块墙板固定在3.2m×3.2m的框架内，墙板之间的空隙以及墙板和边框之间的缝隙用水泥砂浆封堵抹平，待砂浆初步干燥后，将试验边框固定在试验炉的受火侧，然后在背火侧的墙板表面设置热电偶测量表面温度，并在硫氧镁外板之内设置热电偶测量墙板内部温度，热电偶定位考虑了冷弯C型钢龙骨的位置；在试验炉内通过9个热电偶测量并控制炉内温度。热电偶的布置如图2所示，拼装后的试件如图3所示。

图2 背火侧测温热电偶布置图

图3 安装完毕的试验装置

4 试验过程

试件安装完成即开始试验，试验炉内采用天然气加热，按ISO 1394 标准升温曲线控制温度，各个热电偶的温度数据通过采集仪传送到计算机存储。试验开始15min，用于密闭拼缝的砂浆中的水开始蒸发形成可见的水汽，试验开始半小时左右，试验炉附近可以闻到淡淡的酸味，这种气味一直持续到试验结束。试验进行到45min前后，墙板表面局部变色，随着时间的推移，颜色逐渐加深，至试验结束时为浅黄黑色。试验过程中关注炉内温度和墙板的表面温度，试验开始至2h的时候，试验板的表面温度最高为81℃，板的表面除了C型钢龙骨所在的位置，没有明显的温感；板也没有明显的内凹时。加热至2.5h的时候，板面开始出现内凹变形，至3h的时候，内凹变形达到最大。整个试验过程中，没有火焰从板缝处透出。

加热至3h停火，这时除了表面有一些变色，墙板背火面没有任何的破坏痕迹。待试验炉冷却后将试件移开，观察墙板的受火侧，发现表层的硫氧镁面板已经严重剥落（图4），直接受火的C型钢龙骨表面被烧成了黑色，其中部分为烧黑的发泡硫氧镁材料附着在上面。

图4 试验结束后墙板受火面

将板拆解后，发现C 型钢龙骨没有明显的整体弯曲变形和局部变形，龙骨表面靠近火源一侧有明显的氧化的痕迹。将C型钢锯开并观察其切面，没有明显的金相变化，如图5所示。

图5 试验后的C型钢龙骨

沿着板的厚度方向，有部分发泡硫氧镁材料颜色变黑，颜色发黑的厚度约为80mm，其中完全变成黑色的约为15mm，如图6所示。

图6 试验后板沿厚度性状

5 试验结果分析

5.1 炉内升温曲线

炉内温度由9个热电偶测得，根据不同时刻的炉温平均值可得炉内升温曲线如图7所示，图中还给出了ISO 1394标准升温曲线。由图可见，试验炉的升温曲线与标准升温曲线吻合得非常好。

图7 试验炉内升温曲线

5.2 背火侧板面温度

根据背火侧墙板表面热电偶记录的不同时刻的墙面温度绘制温度随时间变化的曲线，如图8所示。

图8 背火侧墙板表面升温曲线

由图可以看出，在2h 的时候，除了6、7 号测点，墙板的表面的温度均未超过60℃，用手触摸没有很强的温感；6、7 号测点的温度分别达到了81℃和79℃，这是由于6、7所在的位置为C型钢龙骨的位置，背火面和受火面之间的传热路径为两层10mm厚的硫氧镁面板和C 型钢，可见用来测试的硫氧镁板材具有很好的隔热性能。试验进行到3h 的时候，6、7 号测点的温度分别达到了100℃和95℃，依然低于规范的要求，说明硫氧镁复合墙板具有非常优秀的耐火性能；其他各点的温度都有不同程度的提高，且温度趋于一致，说明此时受火侧的硫氧镁板材已经被烧坏剥落。

由背火面温度的发展和分布可以看出，硫氧镁复合墙板具有很好的抗火性能，在长时间受火的情况下，背火侧温度低于规范的限值。

5.3 背火侧板内温度

埋入板材20mm深的热电偶测得的温度曲线如图9所示。

图9 背火侧板内升温曲线

由图可以看出，板内的温度总体来说比板面高10℃左右，置于C型钢龙骨附近的b、f号测点温度稍高于其他地方的温度，但高出的幅度不大，原因可能是后埋的热电偶没有能够跟C 型钢龙骨的表面紧贴在一起。试验进行到2h的时候，板内的最高温度为72℃，3h的时候最高为94℃，均低于规范限值。

5.4 C型钢龙骨性能分析

通过前面的描述可见整个试验过程中，C型钢龙骨既没有明显的整体变形，也没有明显的局部变形，只有局部暴露在火焰处的C 型钢表面有氧化的痕迹，说明在整个火灾试验过程中，C 型钢龙骨得到了很好的保护，从而能够提供足够的强度和刚度。

6 结论

在上海建筑科学研究院对硫氧镁复合墙板进行了长达3h的耐火试验，试验过程中墙板表现出色。关于墙板的耐火性能可得到如下结论：

（1）硫氧镁复合墙板具有优秀的耐火性能，在受火过程中墙板没有明显的破坏和变形，也没有出现烧穿的现象，墙板背温侧的表面温度远低于规范限值，复合墙板的耐火极限超过了相关规范的规定，达到了3h以上。

（2）复合墙板的C 型钢龙骨在试验过程中没有发生整体和局部变形，说明试验用的硫氧镁板具有很好耐火性能和隔热性能。同时也表明硫氧镁复合墙板可以充分发挥龙骨的承载作用和硫氧镁材料的耐火隔热功能，是一种很有优势的墙板构成方法。