新型SIP墙板的基本性能试验

1、中国科技核心期刊新型 SIP 墙板的基本性能试验王曙光，吴桐，刘伟庆，杜东升，吴刚（南京工业大学 土木工程学院，江苏 南京 210009）摘要：通过对新型 SIP 墙板进行一系列基本性能试验，包括墙板的外观及质量偏差、面密度、抗弯性能、抗冲击性能、吊挂力等的测试结果表明，新型 SIP 墙板所测的各项性能皆符合 JG/T 1692005建筑隔墙用轻质条板标准要求，并且大部分性能都优于规 范所规定限值，基本性能与蒸压加气混凝土条板及其它传统轻质条板相比具有较大的优越性。关键词：新型 SIP；填充墙；抗冲击；吊挂力；抗弯破坏；试验中图分类号：TU528.72文献标识码：A文章编号：1001-702X

2、（2013）03-0072-05The basic properties test of new SIP wall panelWANG Shuguang，WU Tong，LIU Weiqing，DU Dongsheng，WU Gang（College of Civil Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，Jiangsu，China）研究不同面密度下试件的基本性能特点，提出最优的方案。1.2试件材性情况 试验采用的所有材料都为同一批次，尽量减小试件材性的离散性。其中杨木胶合板采用江苏舜天华木有限公司生产 的结构用

3、杨木胶合板，尺寸为 2440 mm1220 mm8 mm。聚苯 乙烯泡沫采用江苏白云钢结构有限公司生产的 EPS 泡沫板， 面密度为 20 kg/m2。南方松木肋采用南京工业大学木结构工 厂提供的南方松规格材。石膏粉采用湖北应城市银峰制品有 限责任公司提供的半水白石膏粉。原材料的基本力学性能见 表 1。表 1 原材料的基本力学性能引言0新型 SIP 墙体由新型 SIP 墙板、墙骨柱（或木板）等单元构成，构件之间采用钉连接。新型 SIP 墙体作为填充墙具有质 轻、防火性能好，吊挂力、抗冲击性能优良等优点1。该墙板作 为一种新型填充墙材料，在框架结构中作为隔墙、填充墙具 有广阔的运用前景。为了保证

4、该墙板能够符合 JGT 1692005建筑隔墙用轻质条板标准要求，对该墙板进行一系列 基本性能试验，包括墙板的外观及质量偏差、面密度、抗弯破 坏性能、抗冲击性能及吊挂力的测定。试验1抗拉强度/MPa抗压强度/MPa弹性模量/MPa项 目泊松比1.1试件设计试验按照 JG/T 1692005 对轻质隔墙条板的要求，面密 度不大于 60 kg/m2。按面密度等级 60 kg/m2、50 kg/m2、40 kg/m2 各制作墙板 5 块，设计了 3 种厚度的墙板，芯材泡沫均为 50 mm 厚，杨木胶合板为 8 mm 厚，面板覆石膏的厚度分别 15、20、25 mm，试件总厚度分别为 96、106、1

5、16 mm，其中，通过调 整石膏板厚度来达到改变墙板厚度的目的。通过对比试验，石膏粉南方松 泡沫芯材 杨木3.92（抗折）128.10-36.513.8637.130.1221.58365813 0582.1664160.2380.3371.3测试装置面密度的测定采用 TCS 台秤，精确到 10 g；抗冲击性能 测试采用抗冲击试验装置；吊挂力测试采用吊挂力试验测试 方法；抗弯破坏荷载测试采用抗弯试验装置。基金项目：国家科技支撑计划课题资助项目（2009BAJ28B03）收稿日期：2012-11-02作者简介：王曙光，男，1972 年生，江苏阜宁人，博士，教授，主要研究 方向为结构抗震与减震控制

6、。试验内容及结果22.1外观质量及尺寸偏差测试2.1.1外观质量对受测板，视距 0.5 m 左右，目测有无外露增强纤维。用 精度为 0.5 mm 的钢尺测量板面蜂窝气孔、缺棱掉角数据，读72新型建筑材料20133图 1 标准条板构造示意图 2 试件装置侧视图王曙光，等：新型 SIP 墙板的基本性能试验数至 1 mm，用刻度放大镜量测裂缝宽度，并记录缺陷数量。经检测，各墙板的各项外观质量均达标。2.1.2尺寸偏差（1）长度检测共 3 处：距两板边各 100 mm 及板端中点， 取其算术平均值为测量结果，精确至 1 mm。（2）宽度测量共 3 处：分别为两板端及板中宽度，板端位 置为距板边 100

7、 mm 处。取其算术平均值为测量结果，精确至1 mm。（3）厚度测量 6 处：两板端 4 个点及板中 2 个点。用外卡 钳和游标卡尺配合测量，取其算术平均值作为测量结果，精 确至 0.1 mm。（4）对角线差，测 2 条对角线的长度，取其差值为测量结 果，精确至 1 mm。（5）侧向弯曲：通过板边端点沿板面拉直测量用线，用最 小刻度为 0.5 mm 的钢直尺量测板侧向弯曲处，取其最大值为 测量结果，精确至 0.5 mm。（6）表面平整度测量 3 处，用 2 m 靠尺和楔形塞尺测量。 沿长边方向，距两板边各 100 mm 及板端中点，取该 3 处靠尺 与板面最大间隙为测量结果，精确至 1 mm。

8、尺寸偏差测试结果见表 2。试验前采用卷尺和钢尺进行了尺寸复核，精确至 0.1 mm。3 个试件分别采用 3 块标准条板拼接而成，标准条板之间采用墙 骨柱连接。并用长度为 50 mm、直径为 2.5 mm 的普通圆钉钉 接。墙板构造如图 1 所示。2.3.2 试验方案本试验在江苏省土木工程与防灾减灾重点实验室进行， 以实验室反力墙作为稳固装置设计了试验装置。试验装置参 照JG/T 1692005 对轻质墙板抗冲击试验标准搭建。采用钢 管和对拉螺栓扣件连接。上下钢管中心间距 1900 mm，将装有30 kg、粒径2 mm 以下细砂的标准沙袋用直径 15 mm 的绳子 固定在中心距板面 100 mm

9、 的钢环上，绳长为 700 mm，如图2、图 3 所示。以绳长为半径沿圆弧将沙袋在与板面垂直的平 面内拉开，使重心提高 500 mm，然后自由下落，冲击设定位 置，反复 5 次。如果试件没有裂缝，则将沙袋重心提高到 750 mm，再反复 5 次冲击。如无裂缝，则将沙袋重心提高到 1000 mm，再反复冲击 5 次，观察墙面板是否有裂缝出现，结束试 验。表 2 SIP 墙板的尺寸偏差mm墙板厚度/mm 允许偏差项 目96106116长度偏差宽度偏差 厚度偏差 板面平整 对角线差 侧向弯曲1.00.50.40.33.00.71.00.60.20.22.01.20.5-0.30.10.35.01.5

10、52126L/10002.2面密度测试取条板 3 块为 1 组进行试验，用精度不低于 0.5 kg，量 程500 kg 的磅秤称取试验条板质量 M，读数精确至 0.5 kg， 计算条板面密度。经计算，96、106、116 mm 厚板的面密度分别为 39.2、48.3、57.3 kg/m2，均符合 JG/T 1692005 标准要求。2.3抗冲击性能测试2.3.1试件设计新型 SIP 墙板的抗冲击性能试验参照 JG/T 1692005 进行。试验共设计了 3 个试件，试件长度 2 m、宽度 1.8 m。3 个 试件的芯材厚度均为 50 mm，面板厚度有差别，其中木衬板都 采用 8 mm 的杨木胶

11、合板，木衬板外附的石膏板厚度分别为15、20、25 mm。3 个试件的整板厚度分别为 96、106、116 mm。73N EW BU ILDIN G M ATERIALS 图 3 试验装置示意图 4 抗弯试件加载示意图 5 芯材剪切破坏示意王曙光，等：新型 SIP 墙板的基本性能试验2.3.3 试验结果及分析冲击试验结果表明，3 种新型 SIP 墙板在 500、750、1000 mm 的冲击高度下进行 5 次冲击均未出现裂缝，抗冲击性能 优于 JG/T 1692005 标准要求。试验中，该墙板在冲击荷载作用下，能发生较大的变形 后未开裂。随着冲击高度的增加，冲击部位的变形也相应增 大，但均未到

12、达墙板的变形极限。原因是短切玻璃纤维提高 了石膏的抗冲击性能；墙板中芯材泡沫对冲击荷载起到了缓 冲的作用，延长了沙袋冲击的接触时间，减少了冲击作用力， 从而改善了墙板抗冲击能力。2.4 抗弯破坏荷载试验新型 SIP 墙板作为填充墙需要承受使用中人倚靠、撞击的 荷载。在安装过程中需要考虑堆放和吊装的安全性，所以这 就需要考虑构件的受弯承载力以及抗弯刚度。2.4.1 试件设计采用 3 块 SIP 标准条板分别进行抗弯性能试验，试件长 度为 2 m、宽度为 0.6 m。为模拟构件在实际应用中的情况， 试件两端嵌入尺寸为 50 mm30 mm600 mm 的木方，并用3.1 mm60 mm 铁钉将两侧

13、面板与木方钉紧，钉间距为 100 mm。2.4.2试验方案 用三分点加载的方法，采用千斤顶手动加载。分别在试件的两端、三分点处和跨中设置位移计，位移计状态通过 DH3818 信号采集分析系统采集不同加载阶段位移，采用手 动采样。为了防止上部面板局部受压破坏，加载位置设置650 mm120 mm90 mm 的木方使加载点受力均匀，试验过 程中的所有构件均未发生面板因为局部受压较大而提前破 坏的情况。受弯试件加载示意见图 4，芯材剪切破坏示意见 图 5。2.4.3破坏过程及破坏形态在试验过程中，3 个试件墙板受弯构件的试验现象类似。 加载初期，挠度随荷载增加而增大，其中跨中挠度大于加载点 处挠度，

14、构件成弧形向下弯曲，构件处于弹性工作阶段；加载 中期，下侧石膏板和木肋之间出现肉眼能观察到的微裂缝，芯 材有轻微的错动声但未出现裂缝，胶合板发出轻微的断裂声， 构件出现塑性变形；加载后期，构件挠度继续增大，芯材的撕 裂声加大并出现剪切型破坏，裂缝沿墙板侧向分布较为均匀， 继续加载，芯材裂缝继续扩大，最后出现一条很大的裂缝，几 乎贯穿整个芯材截面，挠度突然变大，下侧面板木肋突然断裂， 石膏板开裂，承载力突然下降。2.4.4试验结果及分析4 个测试点的弯曲试验结果见表 3，荷载-跨中位移曲线 见图 6。表 3 新型 SIP 墙板抗弯破坏荷载试验结果纤维石膏与木肋界面出现裂 缝承载力/kN墙板厚度/

15、mm挠度 L/240 承载力/kN挠度 L/120承载力/kN最大承载力/kN962.023.967.5010.001062.364.568.1211.901162.865.138.8514.50由荷载-位移曲线分析可以得到如下结论：74新型建筑材料20133图 6 受弯试件荷载-挠度曲线图 7 吊挂力试件的平面图图 8 吊挂力试验件装置示意王曙光，等：新型 SIP 墙板的基本性能试验（1）3 种不同厚度面板的结构保温板受弯构件的荷载-位移曲线形状相似，随着加载的过程试验现象一般顺序为：在 加载初期，以弹性发展为主，曲线以一定斜率直线上升；当荷 载达到最大承载力的 1/5 时，下侧石膏板和木肋

16、之间出现肉 眼能观察到的微裂缝，约加载到最大承载力的 3/4 时，由于泡 沫芯材的剪切变形而出现塑性变化，荷载-位移曲线的斜率 呈一定的降低趋势；当达到极限荷载时，芯材剪切破坏，随后 下侧面板木肋断裂，石膏板开裂破坏。整个破坏表现为脆性 破坏。（2）最大承载力随着面板厚度的增加而增大。跨中极限 位移相差不大，分别为 27.5、28.5、25.9 mm。石膏和木肋之间出 现肉眼能分辨的裂缝的时刻分别在挠度为 1/708、1/825、1/853，3 种试件的抗弯刚度随着面板厚度的加厚而增大。（3）新型 SIP 墙板的受弯构件没有明显的屈服平台和下 降段，破坏属于脆性破坏。石膏和木肋之间出现剥离时的

17、承 载力分别为 2.02、2.36、2.86 kN，按弯矩最大等效的原理，这个 数值相当于均布加载作用下面板承受自重 10.7 倍、10.4 倍、10.5 倍，优于 JGT 1692005 对轻质条板抗弯性能的要求。（4）根据表 3 中的最大挠度可以看出，新型 SIP 墙板受弯 构件在破坏前挠度很大，破坏征兆明显，以 106 mm 墙板为 例，破坏时跨中位移达到 28.5 mm，为跨度的 1/64 左右，这是 因为本文选择的芯材抗剪强度较低，延性较大，加之面板中 木材的变形能力较大，所以变形很大时仍未破坏。（5）新型 SIP 墙板作为一种新型的填充墙板，其侧向抗弯 能力较蒸压加气混凝土条板、工

18、业灰渣混凝土多孔隔墙条板 等传统轻质条板有显著的提高。2.5吊挂力试验 墙体在正常使用中往往会受到一些物体的吊挂作用，普通混凝土砌块砌体通过在需植入锚栓的锚孔中灌注混凝土 来解决，纸面石膏板需要在吊挂处添加密度板来解决。但是 这些做法一般比较麻烦，尤其是在装修过后，吊挂的位置不 灵活。而一般的新型墙体材料的吊挂力能力较低。本文通过研究新型 SIP 墙体的吊挂力性能，检验该墙体的悬挂荷载能力，对该墙板的推广使用有积极的意义。2.5.1 试件设计试件的设计与抗弯破坏荷载试验中一样，其中，在板中1.6 m 高的位置，挖孔长宽深为 90 mm40 mm50 mm。然后 在孔中埋入标准吊挂件，并采用石膏

19、灌缝。试件如图 7、图 8 所示。2.5.2试验方案本试验，在江苏省土木工程与防震减灾重点实验室进 行，以试验室反力墙作为稳固装置设计了试验装置。试验装75N EW BU ILDIN G M ATERIALS 王曙光，等：新型 SIP 墙板的基本性能试验置参照 JG/T 1692005 对轻质墙板吊挂力试验标准搭建。采用钢管和对拉螺栓扣件连接钢管，上下钢管中心间距 1900 mm，采用质量块施加吊挂荷载，采用分级加载方法进行加载， 第 1 级加载 500 N，静置 2 min，第 2 级加载 1000 N，静置 24 h。 观察吊挂区周围板面有无超过 0.5 mm 以上的裂缝。如出现裂 缝，停

20、止加载，如果未出现裂缝，继续加载。每级加载 200 N， 静置 2 h，直至裂缝出现。加载总荷载不超过 2000 N。2.5.3试验结果（见表 4）能。3结语（1）3 种不同厚度 SIP 墙板的面密度分别为39.2、48.3、57.3 kg/m2，符合轻质隔墙条板的密度要求，且比目前市场上 大量使用的轻质墙体更轻质。3 种 SIP 墙板的尺寸偏差、侧向 弯曲、表面平整度都能满足规范要求，表面平整度几乎没有偏 差，非常平整。但是墙板表面有一些蜂窝气孔，主要是因为玻 璃纤维石膏拌料不够均匀，石膏没有完全水化，导致出现气 孔。采用机械加工应该可以解决这个问题。（2）墙板具有十分优越的吊挂力、抗冲击及

21、抗弯性能，其 中，覆 15 mm 厚石膏的墙板能够吊挂 1800 N 的重物，覆 20 mm、25 mm 厚石膏的墙板吊挂 2000 N 不开裂。短切玻璃纤维 在石膏中的“阻裂”性能提高了石膏板的抗裂能力。玻璃纤维 提高了石膏的抗冲击能力，芯材泡沫在冲击荷载作用下起到 了“缓冲”的效果，加之木材的韧性很好，3 种厚度的墙板抗冲 击性能均优于 JG/T 1692005 标准要求。在抗弯试验中，3 种 厚度墙板的开裂荷载为自重的 10 倍左右，优于 JG/T 1692005 标准中 1.5 倍自重不开裂的要求。表 4吊挂力试验结果荷载/N50010001200140016001800200096 mm厚墙板106 mm厚墙板116 mm厚墙板0.7 mm裂缝无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝 无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝 无裂缝无裂缝无裂缝 无裂缝无裂缝无裂缝无裂缝 无裂缝3 个厚度的墙板分别加载到 1000 N 时，静置 24 h 都未出现裂缝，然后采用 200 N 一级加载，每级加载静置 2 h。96 mm 墙板在加载到 2000 N 后 5 min 左右，在吊挂件上侧石膏出现 裂缝，并向外发展。随着时间的延长，裂缝开展越来越大，最后 吊挂件几乎脱落，石膏出现大量裂缝，裂缝主要集中在吊挂件 周围和填缝石膏边沿位置。106、116 mm 墙板加载到 2000