浅析不同锚固构造对保温装饰一体板系统单点锚固力的影响

赵亚钊 刘向荣 田学勤 秦 杰

(中国建筑材料工业规划研究院,北京 100035)

0 引言

保温装饰一体板广泛应用于建筑外墙外保温系统，是传统涂料湿作业和薄抹灰作业的换代产品，也是能够替代铝板和石材干挂幕墙系统的新型保温装饰材料[1]。近几年，建筑外墙外保温系统“掉板”事件频发，系统安全问题逐渐暴露，保温装饰一体板系统与薄抹灰系统相比平面连续性较弱[2]，初次脱落大概率即为整块保温装饰一体板，其脱落带来的安全隐患相对较高[3]，整个行业因此提高了对系统安全性的重视度。粘接性能和锚固性能是支撑系统安全性最重要的两个性能指标，单点锚固力作为锚固性能中关键的技术指标对系统安全性起到至关重要的基础作用。

本文对市场上具有代表性的开槽插锚、板边卡锚和卡槽插锚构造单点锚固力进行测试，从面板密度、面板厚度、锚固部位有效厚度和锚固件与锚固部位接触面积的角度，分析了四因素对单点锚固力的影响变化趋势，提出以标准值体系表征单点锚固力的想法，探究提高单点锚固力的措施和方法。

1 试验准备

1.1 试验设备

试验设备为手动拉拔仪(海创高科MD60)和游标卡尺(广陆牌),试验设备如图1所示。如图2(a)、(b)、(c)。

1.2 锚固构造规格尺寸

本次试验主要涉及市场主流的三种锚固构造形式：开槽插锚、板边卡锚和卡槽插锚。

开槽插锚包含三种锚固扣件：蝴蝶扣件、T型扣件和异形扣件。面板槽体尺寸要求：槽缝宽2mm，长100mm；8mm厚度面板侧边沿厚度中心、平行板面方向开槽，上下剩余面板厚度相同；10mm和12mm厚度面板沿平行板面方向开槽，锚固部位有效厚度分别为5mm和7mm。

图1 试验设备

板边卡锚配套的锚固件为干字扣件，面板槽体尺寸要求：沿保温装饰板面板边缘开设梯级型通长台阶，开设台阶剩余面板厚度应不小于4mm，台阶深度应不小于6mm。

(a)开槽插锚

(b)板边卡锚

(c)卡槽插锚图2 锚固构造示意图

卡槽插锚配套的锚固件为卡槽T型扣件，面板槽体尺寸要求：面板厚度应不小于6mm，槽口宽度应不小于2mm，槽口长度应不小于30mm，槽体深度通长设置，锚固件插入槽体深度应不小于20mm。锚固部位槽体板的有效厚度应不小于6mm。尺寸测量如图3。

1.3 试样制备

样品为硅酸钙板饰面保温装饰一体板，尺寸为120mm×120mm，每组5块，共19组95块。用锚固件将保温装饰板锚固在C25混凝土板上，试样与墙体之间应无粘接力。

图3 测量尺寸

1.4 试验方案:见表1、表2、表3

表1 开槽插锚试验方案

表2 板边卡锚(干字扣件)试验方案

表3 卡槽插锚(T型扣件)试验方案

1.5 试验方法

依据标准《保温装饰板外墙外保温系统材料》JG/T287-2013[4]中对保温装饰板单点锚固力的检测方法进行检测，将100mm×100mm的金属块用高强度树脂胶粘剂粘合在试样上，树脂胶粘接剂固化后，使用粘结强度现场拉拔仪进行测定，数据精确到1N。根据试样中锚固件数量计算单个锚固件的锚固力，试验结果以5个试样的算数平均值表示，精确值0.01kN。

单点锚固力标准值、变异系数参考《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB 50068-2018)[5]中附录F的要求进行计算，样本数n为5，标准值单侧容限系数knk取1.80。拉拔试验、试样破坏见图4、图5。

图4 拉拔试验

图5 试样破坏

2 结果与讨论

2.1 开槽插锚试验结果

2.1.1 面板密度对开槽插锚单点锚固力的影响

采用市场主流8mm厚度面板，锚固部位有效厚度3mm，面板密度为1.35g/cm3和1.45g/cm3进行对比实验，并计算变异系数和标准值，试验数据如下表4所示。

表4 开槽插锚单点锚固力试验数据

从S1、 S2和S3三组对比试验数据中可以看出，开槽插锚构造中不同扣件类型单点锚固力平均值未随面板密度的增大呈现增加的趋势，甚至出现了单点锚固力平均值A4小于A3，A6小于A5的情况；采用面板密度1.35g/cm3编号A1、 A3和A5试验数据变异系数均明显高于与之对比的面板密度1.45g/cm3编号A2、 A4和A6试验数据，单点锚固力标准值均低于后者。从单点锚固力标准值和变异系数方面来看，随着面板密度的提高，变异系数呈负相关趋势，标准值呈正相关趋势，见图6和图7。

图6 不同面板密度的单点锚固力标准值对比

图7 不同面板密度的单点锚固力变异系数对比

通过有限的数据分析，可以初步得出面板密度在抑制单点锚固力变异系数、保持力值稳定方面起到重要作用，在合理控制一体板系统重量前提下，应提高面板密度。实际应用中平均值在准确表达单点锚固力的有效性方面存在一定的不足，建议采用标准值用以表征单点锚固力。

2.1.2 面板厚度对开槽插锚单点锚固力的影响

分别采用8mm、 10mm和12mm厚面板，面板密度为1.45g/cm3进行对比实验，试验数据如图8、图9所示。

从S4、S5和S6三组对比试验数据中可以发现(见表5)，相同锚固构造不同锚固扣件类型，得益于面板厚度增加，锚固部位有效厚度变大，与8mm厚面板相比，10mm和12mm厚面板单点锚固力平均值和标准值均提升明显，变异系数未呈现规律变动。整体来看，9组数据中有5组平均值和标准值在0.4kN以上，12mm面板单点锚固力平均值要优于10mm面板，但是单点锚固力标准值优势并不明显，3组12mm面板数据中有1组标准值小于10mm面板数据。10mm面板单点锚固力和变异系数综合表现优异。

表5 开槽插锚不同面板厚度单点锚固力试验数据

图8 不同面板厚度的单点锚固力平均值变化趋势

图9 不同面板厚度的单点锚固力标准值变化趋势

总体来看，在一定范围内，通过提高面板厚度，锚固部位有效厚度变大，单点锚固力平均值和标准值均与厚度呈正相关趋势，但并非面板厚度越大越好。在综合考虑单点锚固力和变异系数，兼顾一体板系统重量和经济性的前提下，建议一体板系统面板厚度提升到10mm。

2.2 板边卡锚试验结果

2.2.1 不同扣件长度对单点锚固力的影响

采用市场主流8mm厚度面板，锚固部位有效厚度为4mm时，相关试验数据(见表6)。

从数据中也可以发现，干字扣件宽度不变的情况下，随着扣件长度的增加，干字扣同板材的接触面积增大，单点锚固力平均值和标准值均呈增长趋势。板边卡锚主流扣件尺寸为40mm×10mm，本次试验结果B1单点锚固力标准值为0.20kN,数据变异系数0.28，离散度高；试验过程中发现，干字扣件宽度不够，压板面积不足，拉力作用下上肢与面板接触部位出现滑移失效的现象。

表6 板边卡锚不同扣件长度单点锚固力试验数据

总体来看,增加干字扣件长度,可有效增大干字扣件与板材接触面积,可显著提高单点锚固力,降低变异系数。为提高干字构件与面板接触的有效性,防止出现滑移失效现象,有必要增加干字扣件长度和宽度。

2.2.2 不同面板厚度对单点锚固力的影响

采用8mm和10mm厚度面板，锚固部位有效厚度分别为4mm和6mm时，相关试验数据如下。

锚固部位有效厚度由4mm变为6mm后，40mm长度和50mm长度干字扣件单点锚固力标准值均实现增长，变异系数出现不同程度下降，这说明锚固部位有效厚度对稳定力值起到重要作用；60mm长度干字扣件单点锚固力标准值由0.55kN降低到0.44kN，原因在于试验过程中上肢与面板接触部位出现滑移失效现象。

图10 不同扣件长度的单点锚固力变化趋势

综合试验数据来看，市场主流板边卡锚干字扣件40mm×10mm，尺寸偏小，试验过程中经常出现滑移失效现象，将长度延长至60mm后，滑移失效现象未能根本杜绝；建议将干字扣件加长加宽。面板厚度增加对提高干字扣件单点锚固力起到正向作用，这与开槽插锚单点锚固力变化规律一致(见表7)。

表7 板边卡锚不同面板厚度单点锚固力试验数据

2.3 卡槽插锚试验结果

卡槽插锚单点锚固力实验数据如下表8所示。

表8 卡槽插锚单点锚固力试验数据

从试验数据来看，卡槽插锚单点锚固力平均值为0.60kN，单点锚固力标准值达到0.51kN，单点锚固力表现良好。分析发现，卡槽插锚构造锚固部位有效厚度为6mm,与开槽插锚和板边卡锚市场主流产品锚固有效厚度相比要厚2mm,锚固件同锚固部位的接触面积也较其余两种锚固构造型式要大。

3 结论与建议

(1)考虑到实际测试数据的变异系数，平均值在准确表达单点锚固力的有效性方面存在一定的不足，建议采用标准值用以表征单点锚固力。

(2)通过有限的数据分析，可以初步得出单点锚固力随面板密度、面板厚度、锚固部位有效厚度和锚固件与锚固部位接触面积在一定范围内呈正相关性。考虑到一体板系统重量和经济性，建议开槽插锚和板边卡锚系统构造采用密度1.45g/cm3以上，厚度10mm，锚固部位有效厚度4mm的面板，并尽可能增大锚固件与锚固部位接触面积，可有效降低数据变异系数，提高单点锚固力。

(3)板边卡锚系统构造市场主流干字扣件长度和宽度为40mm×10mm，导致接触面积偏小，拉力作用下上肢与面板接触部位出现滑移失效的现象。本次实验干字扣件长度增加到60mm，滑移失效的现象显著降低，但仍未完全杜绝，建议在保证系统安全性、气密性和经济性前提下，后续试验增加干字扣件长度和宽度，保证系统锚固的有效性。

(4)卡槽插锚系统单点锚固力表现良好，主要得益于锚固部位有效厚度大，锚固件同锚固部位的接触面积大，这样在保证单点锚固力满足系统安全性要求的同时，数据变异系数较低，数值表现更稳定。