淺析不同錨固構造對保溫裝飾一體板系統單點錨固力的影響

趙亞釗 劉向榮 田學勤 秦 杰

(中國建筑材料工業規劃研究院,北京 100035)

0 引言

保溫裝飾一體板廣泛應用于建筑外墻外保溫系統，是傳統涂料濕作業和薄抹灰作業的換代產品，也是能夠替代鋁板和石材干掛幕墻系統的新型保溫裝飾材料[1]。近幾年，建筑外墻外保溫系統“掉板”事件頻發，系統安全問題逐漸暴露，保溫裝飾一體板系統與薄抹灰系統相比平面連續性較弱[2]，初次脫落大概率即為整塊保溫裝飾一體板，其脫落帶來的安全隱患相對較高[3]，整個行業因此提高了對系統安全性的重視度。粘接性能和錨固性能是支撐系統安全性最重要的兩個性能指標，單點錨固力作為錨固性能中關鍵的技術指標對系統安全性起到至關重要的基礎作用。

本文對市場上具有代表性的開槽插錨、板邊卡錨和卡槽插錨構造單點錨固力進行測試，從面板密度、面板厚度、錨固部位有效厚度和錨固件與錨固部位接觸面積的角度，分析了四因素對單點錨固力的影響變化趨勢，提出以標準值體系表征單點錨固力的想法，探究提高單點錨固力的措施和方法。

1 試驗準備

1.1 試驗設備

試驗設備為手動拉拔儀(海創高科MD60)和游標卡尺(廣陸牌),試驗設備如圖1所示。如圖2(a)、(b)、(c)。

1.2 錨固構造規格尺寸

本次試驗主要涉及市場主流的三種錨固構造形式：開槽插錨、板邊卡錨和卡槽插錨。

開槽插錨包含三種錨固扣件：蝴蝶扣件、T型扣件和異形扣件。面板槽體尺寸要求：槽縫寬2mm，長100mm；8mm厚度面板側邊沿厚度中心、平行板面方向開槽，上下剩余面板厚度相同；10mm和12mm厚度面板沿平行板面方向開槽，錨固部位有效厚度分別為5mm和7mm。

圖1 試驗設備

板邊卡錨配套的錨固件為干字扣件，面板槽體尺寸要求：沿保溫裝飾板面板邊緣開設梯級型通長臺階，開設臺階剩余面板厚度應不小于4mm，臺階深度應不小于6mm。

(a)開槽插錨

(b)板邊卡錨

(c)卡槽插錨圖2 錨固構造示意圖

卡槽插錨配套的錨固件為卡槽T型扣件，面板槽體尺寸要求：面板厚度應不小于6mm，槽口寬度應不小于2mm，槽口長度應不小于30mm，槽體深度通長設置，錨固件插入槽體深度應不小于20mm。錨固部位槽體板的有效厚度應不小于6mm。尺寸測量如圖3。

1.3 試樣制備

樣品為硅酸鈣板飾面保溫裝飾一體板，尺寸為120mm×120mm，每組5塊，共19組95塊。用錨固件將保溫裝飾板錨固在C25混凝土板上，試樣與墻體之間應無粘接力。

圖3 測量尺寸

1.4 試驗方案:見表1、表2、表3

表1 開槽插錨試驗方案

表2 板邊卡錨(干字扣件)試驗方案

表3 卡槽插錨(T型扣件)試驗方案

1.5 試驗方法

依據標準《保溫裝飾板外墻外保溫系統材料》JG/T287-2013[4]中對保溫裝飾板單點錨固力的檢測方法進行檢測，將100mm×100mm的金屬塊用高強度樹脂膠粘劑粘合在試樣上，樹脂膠粘接劑固化后，使用粘結強度現場拉拔儀進行測定，數據精確到1N。根據試樣中錨固件數量計算單個錨固件的錨固力，試驗結果以5個試樣的算數平均值表示，精確值0.01kN。

單點錨固力標準值、變異系數參考《建筑結構可靠性設計統一標準》(GB 50068-2018)[5]中附錄F的要求進行計算，樣本數n為5，標準值單側容限系數knk取1.80。拉拔試驗、試樣破壞見圖4、圖5。

圖4 拉拔試驗

圖5 試樣破壞

2 結果與討論

2.1 開槽插錨試驗結果

2.1.1 面板密度對開槽插錨單點錨固力的影響

采用市場主流8mm厚度面板，錨固部位有效厚度3mm，面板密度為1.35g/cm3和1.45g/cm3進行對比實驗，并計算變異系數和標準值，試驗數據如下表4所示。

表4 開槽插錨單點錨固力試驗數據

從S1、 S2和S3三組對比試驗數據中可以看出，開槽插錨構造中不同扣件類型單點錨固力平均值未隨面板密度的增大呈現增加的趨勢，甚至出現了單點錨固力平均值A4小于A3，A6小于A5的情況；采用面板密度1.35g/cm3編號A1、 A3和A5試驗數據變異系數均明顯高于與之對比的面板密度1.45g/cm3編號A2、 A4和A6試驗數據，單點錨固力標準值均低于后者。從單點錨固力標準值和變異系數方面來看，隨著面板密度的提高，變異系數呈負相關趨勢，標準值呈正相關趨勢，見圖6和圖7。

圖6 不同面板密度的單點錨固力標準值對比

圖7 不同面板密度的單點錨固力變異系數對比

通過有限的數據分析，可以初步得出面板密度在抑制單點錨固力變異系數、保持力值穩定方面起到重要作用，在合理控制一體板系統重量前提下，應提高面板密度。實際應用中平均值在準確表達單點錨固力的有效性方面存在一定的不足，建議采用標準值用以表征單點錨固力。

2.1.2 面板厚度對開槽插錨單點錨固力的影響

分別采用8mm、 10mm和12mm厚面板，面板密度為1.45g/cm3進行對比實驗，試驗數據如圖8、圖9所示。

從S4、S5和S6三組對比試驗數據中可以發現(見表5)，相同錨固構造不同錨固扣件類型，得益于面板厚度增加，錨固部位有效厚度變大，與8mm厚面板相比，10mm和12mm厚面板單點錨固力平均值和標準值均提升明顯，變異系數未呈現規律變動。整體來看，9組數據中有5組平均值和標準值在0.4kN以上，12mm面板單點錨固力平均值要優于10mm面板，但是單點錨固力標準值優勢并不明顯，3組12mm面板數據中有1組標準值小于10mm面板數據。10mm面板單點錨固力和變異系數綜合表現優異。

表5 開槽插錨不同面板厚度單點錨固力試驗數據

圖8 不同面板厚度的單點錨固力平均值變化趨勢

圖9 不同面板厚度的單點錨固力標準值變化趨勢

總體來看，在一定范圍內，通過提高面板厚度，錨固部位有效厚度變大，單點錨固力平均值和標準值均與厚度呈正相關趨勢，但并非面板厚度越大越好。在綜合考慮單點錨固力和變異系數，兼顧一體板系統重量和經濟性的前提下，建議一體板系統面板厚度提升到10mm。

2.2 板邊卡錨試驗結果

2.2.1 不同扣件長度對單點錨固力的影響

采用市場主流8mm厚度面板，錨固部位有效厚度為4mm時，相關試驗數據(見表6)。

從數據中也可以發現，干字扣件寬度不變的情況下，隨著扣件長度的增加，干字扣同板材的接觸面積增大，單點錨固力平均值和標準值均呈增長趨勢。板邊卡錨主流扣件尺寸為40mm×10mm，本次試驗結果B1單點錨固力標準值為0.20kN,數據變異系數0.28，離散度高；試驗過程中發現，干字扣件寬度不夠，壓板面積不足，拉力作用下上肢與面板接觸部位出現滑移失效的現象。

表6 板邊卡錨不同扣件長度單點錨固力試驗數據

總體來看,增加干字扣件長度,可有效增大干字扣件與板材接觸面積,可顯著提高單點錨固力,降低變異系數。為提高干字構件與面板接觸的有效性,防止出現滑移失效現象,有必要增加干字扣件長度和寬度。

2.2.2 不同面板厚度對單點錨固力的影響

采用8mm和10mm厚度面板，錨固部位有效厚度分別為4mm和6mm時，相關試驗數據如下。

錨固部位有效厚度由4mm變為6mm后，40mm長度和50mm長度干字扣件單點錨固力標準值均實現增長，變異系數出現不同程度下降，這說明錨固部位有效厚度對穩定力值起到重要作用；60mm長度干字扣件單點錨固力標準值由0.55kN降低到0.44kN，原因在于試驗過程中上肢與面板接觸部位出現滑移失效現象。

圖10 不同扣件長度的單點錨固力變化趨勢

綜合試驗數據來看，市場主流板邊卡錨干字扣件40mm×10mm，尺寸偏小，試驗過程中經常出現滑移失效現象，將長度延長至60mm后，滑移失效現象未能根本杜絕；建議將干字扣件加長加寬。面板厚度增加對提高干字扣件單點錨固力起到正向作用，這與開槽插錨單點錨固力變化規律一致(見表7)。

表7 板邊卡錨不同面板厚度單點錨固力試驗數據

2.3 卡槽插錨試驗結果

卡槽插錨單點錨固力實驗數據如下表8所示。

表8 卡槽插錨單點錨固力試驗數據

從試驗數據來看，卡槽插錨單點錨固力平均值為0.60kN，單點錨固力標準值達到0.51kN，單點錨固力表現良好。分析發現，卡槽插錨構造錨固部位有效厚度為6mm,與開槽插錨和板邊卡錨市場主流產品錨固有效厚度相比要厚2mm,錨固件同錨固部位的接觸面積也較其余兩種錨固構造型式要大。

3 結論與建議

(1)考慮到實際測試數據的變異系數，平均值在準確表達單點錨固力的有效性方面存在一定的不足，建議采用標準值用以表征單點錨固力。

(2)通過有限的數據分析，可以初步得出單點錨固力隨面板密度、面板厚度、錨固部位有效厚度和錨固件與錨固部位接觸面積在一定范圍內呈正相關性?？紤]到一體板系統重量和經濟性，建議開槽插錨和板邊卡錨系統構造采用密度1.45g/cm3以上，厚度10mm，錨固部位有效厚度4mm的面板，并盡可能增大錨固件與錨固部位接觸面積，可有效降低數據變異系數，提高單點錨固力。

(3)板邊卡錨系統構造市場主流干字扣件長度和寬度為40mm×10mm，導致接觸面積偏小，拉力作用下上肢與面板接觸部位出現滑移失效的現象。本次實驗干字扣件長度增加到60mm，滑移失效的現象顯著降低，但仍未完全杜絕，建議在保證系統安全性、氣密性和經濟性前提下，后續試驗增加干字扣件長度和寬度，保證系統錨固的有效性。

(4)卡槽插錨系統單點錨固力表現良好，主要得益于錨固部位有效厚度大，錨固件同錨固部位的接觸面積大，這樣在保證單點錨固力滿足系統安全性要求的同時，數據變異系數較低，數值表現更穩定。