活动房设计中复合夹层材料的选择

活动房设计中复合夹层材料的选择

0活动板房性能指标作为一个临时建筑，活动地板具有方便的建筑、低成本、反复拆除和使用的优点。现在，它被广泛应用于建筑工地、民防、军事等场所。在切身体会到活动房给生产、生活带来种种便利的同时,人们也对各式各样的活动房提出了新的要求,尤其是在舒适性、安全性、经济性和建筑节能方面,不同厂家、不同种类的活动房差异较大。活动板房的性能指标主要与墙体面板和房屋结构有关,在房屋结构差别不大的情况下,墙体面板的性能尤其显得重要。当前市场上活动房墙体面板主要是各种夹层结构的复合板材,兼具保温隔热和支撑房屋重量的功能,本文主要就这种应用于活动房的复合夹层材料展开论述,希望能给活动房墙体板材选型提供思路。1夹层结构的应用复合材料是由2种或2种以上不同化学性质或物理性质的组分复合而成的材料。复合材料具有质量轻、比强高,易于加工和改型、耐腐蚀、可设计性强等优点。夹层结构是由2层高强度、高模量的面板材料和轻型芯材所共同组成的结构件。这种结构的材料具有重量轻、强度大、刚度大和较高的抗弯刚度质量比等突出的优点,还具有隔热、隔音、耐疲劳的特点。复合夹层材料综合了复合材料和夹层结构的优点,广泛应用于航空航天、船舶制造、汽车交通、包装集运和房屋建筑等行业。根据面板材料、夹芯材料和制作工艺的不同,可制作成具有不同特殊性能的复合夹层材料,从而在工程实践中有针对性地选择利用。2由各种层材料制成的板材2.1点、成本彩钢板是指彩涂钢板,彩涂钢板是一种带有有机涂层的钢板,具有耐蚀性好,色彩鲜艳,外观美观,加工成型方便并且具有钢板原有的强度等优点,成本也较低。彩涂钢板的基板为冷轧基板,热镀锌基板和电镀锌基板。涂层种类可分为聚酯、硅改性聚酯,偏聚二氟乙烯和塑料溶胶。彩涂钢板的表面状态可分为涂层板、压花板和印花板。彩钢板是市场上最常见的一种活动板房墙面板蒙皮,此外还用于钢结构厂房、机场、库房和冷冻等工业及商业建筑的屋顶墙面和门等。对彩钢板的具体性能要求已形成国家标准GB/T12754-2006《彩色涂层钢板及钢带》。2.2彩钢板的厚度国内用于活动板房或者集装箱的铝合金板一般为1~2mm厚的Al-Mn或Al-Mg系合金等,与同为金属的彩钢板相比,铝合金板的优点在于密度小,因此,在厚度相同时,彩钢板就显得比较重。由于其强度较小,因此,在活动房结构中,铝合金一般作为结构件和装饰品,铝合金板较少用于墙面板材料,但在特殊情况下,铝合金板作为夹层结构的最外层,在夹芯材料的配合下,可以达到比较理想的实用效果。如在军用活动房设计时,轻质的铝合金蒙皮较之彩钢板受青睐。2.3不锈钢材料的性能玻璃钢(也称玻璃纤维增强塑料)是一种品种繁多、性能各异、用途广泛的复合材料。它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺制作而成的一种功能型的新型材料。与传统的金属材料及非金属材料相比,玻璃钢材料及其制品具有强度高,性能好,节约能源,产品设计自由度大,以及使用适应性广等特点。玻璃钢板作为活动房墙板的蒙皮,优点在于具有质量轻、耐腐蚀、传热慢以及容易着色,能透过电磁波等特性。缺点是弹性模量低、剪切强度低、长期耐温性差以及伴有老化现象。因此,在活动房墙板、屋顶板等板面选型时,需综合考虑各种材料的性能,充分利用材料的优势,回避材料的缺陷。表1为各类面板的性能比较,从中可看出材料的性能优劣。3芯材由复合层材料制成3.1改性泡沫材料聚苯乙烯泡沫板有2种类型:模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)。聚苯板(EPS)是以聚苯乙烯树脂为主要成分,通过发泡、模塑成型而成的具有闭孔结构的泡沫材料。挤塑板(XPS)是以聚苯乙烯树脂或其共聚物为主要成分,添加少量添加剂,通过加热挤塑而制成的具有闭孔结构的硬质泡沫材料。2种聚苯乙烯泡沫板均作为复合夹层结构的夹芯材料使用,或者作为外墙的内衬层起到保温隔热的效果。比较而言,XPS热导率比EPS小,但由于XPS的价格是EPS的2倍左右,所以XPS的经济性还是不如EPS。此外,EPS的密度较小,可黏结性能也优于XPS,因此,活动房用复合夹层材料的芯材多采用EPS。单纯的聚苯乙烯泡沫板是没有阻燃能力的,生产过程过程中一般需加入无机阻燃剂,增强材料的防火能力。值得注意的是,在2008年汶川大地震后,虽然住房和城乡建设部对灾区活动房建设公布了《地震灾区过渡安置房建设技术导则》(下称《导则》),但地震灾区仍有一部分活动房的聚苯乙烯夹芯板没有达到《导则》规定的阻燃性能,在今后的聚苯板生产中须加以重视。3.2泡沫阻燃整理应用于活动房的聚氨酯泡沫主要是硬质聚氨酯泡沫塑料(PU),该材料由2种化工原料(A料、B料)混合,经化学反应形成硬质泡沫体。A料—有机异氰酸酯,B料—多元醇(聚醚多元醇)加发泡剂、催化剂、阻燃剂等。A、B料经发泡机加压、加温,经保温管道送到混合室内混合,混合既可以采用简单的手工搅拌,也可以采用高压或低压的机械混拌。聚氨酯泡沫塑料是一种热固性塑料。与其他夹芯材料相比,硬质聚氨酯泡沫具有较高的压缩强度、黏结性以及剪切强度,非常优异的隔热性能,良好的防火性能,无毒性,无刺激性以及无生物寄生性。此外,硬质聚氨酯泡沫的温度应用范围在-200~100℃之间。硬质聚氨酯泡沫塑料板与聚苯板的性能比较见表2。3.3岩棉制品在建筑节能中的应用岩棉是以精选的玄武岩或辉绿岩为主要原料,外加一定数量的补助料,经高温熔融离心吹制成人造无机纤维,其主要化学成分为:氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钙和氧化铁等。在岩棉纤维中加入适量黏结剂、防尘剂、憎水剂等外加剂,经过压制固化可制成具有一定强度的岩棉板。岩棉是一种优质高效的保温材料,它具有良好的保温隔热、隔声及吸音性能,与传统的保温材料相比,岩棉及其制品具有容重轻、热导率小、不燃烧、防火无毒、适用范围广、化学性能稳定、使用周期长等突出优点。在建筑业中岩棉制品常用于建筑物的外保温围护结构、部分隔墙的隔声填充材料及室内的吊顶吸声材料。由于岩棉的强度比较低,密度较大,与其他板材的黏结强度也较低,因此,与聚苯板和聚氨酯泡沫板相比,在活动房夹层结构中采用岩棉制品的比率较小。实际应用中主要侧重于利用岩棉的阻燃以及隔热保温性能。3.4聚乙烯泡垢板用聚氯乙烯(PVC)泡沫板是近年来发展起来的泡沫塑料,国内对于PVC的应用多集中在管材、线材和成型板材上,聚氯乙烯泡沫作为夹芯材料的研发和应用还比较少,虽然有少量的聚氯乙烯泡沫板面世,但总体性能还达不到要求。国外将PVC泡沫板作为夹芯材料已广泛应用于风力发电叶片制造、航天航空、轨道交通、船艇及运动器材等复合材料部件的制造。从进口的瑞士AIREXPVC泡沫板来看,该材料具有非常明显的优点:比强度高,硬度高,有较好的冲击强度,较低的树脂吸收率,抗疲劳性好,防火性能好。如果能实现这种材料的成熟国产化,将会是活动房墙板夹芯材料的理想选择。3.5可扩散性好的新型泡桐木或baltki轻木木材顺纹理方向极强的抗压强度是显而易见的,其自身的刚度也优于一般的聚苯板和聚氨酯板。使用密度较低的泡桐木和Baltek轻木作为芯材能显著提高墙板的强度和刚度,减少墙板的厚度。缺点在于保温隔热性能差,阻燃性能差且成本较高。国内目前虽然尚无类似的复合夹层材料出现,但轻木夹芯仍然给活动房墙板的设计者们提供了一个很好的思路,如能克服这种芯材的缺陷,则在某些具有特殊要求的场合应用必然效果明显。4墙体大板的设计在活动房墙体大板的生产过程中,上述不同的面板和芯材组合使用,就能够制作出满足多种需求的墙体大板。此外,面板和芯材材料相同前提下,采用的制作工艺不同或者材料类型不同也将改变复合夹层材料的各种性能。4.1地震性能分析金属面板夹芯板指外蒙皮采用彩钢板或者铝合金板的复合夹层材料。民用活动房、建筑厂房大多采用彩钢蒙皮,聚苯乙烯泡沫夹芯的夹层复合墙板,彩钢蒙皮厚度0.2~0.6mm,夹层厚度25~250mm。这种板材的优点在于自重轻、安装灵活快捷、价格便宜,因此,它的市场占有率最高。但是聚苯乙烯泡沫阻燃性能差,一旦发生火灾,热烟气就足以使其变形、垮塌,因此,在人群密集场所使用聚苯乙烯夹芯板具有潜在的危险。岩棉夹芯板具有高达600℃的使用温度,不燃性A级的突出特点,可以在防火性能上弥补聚苯板的不足,但是岩棉夹芯板的物理机械性能较差,且成本较聚苯板高,因此应根据具体使用环境选择不同的夹芯板或者组合使用两种板材。聚氨酯夹芯板虽然性能最优,但因其造价最高,故一般性民用活动板房较少采用,多见于环境恶劣、有特殊使用要求的场合采用。军用活动房多使用聚氨酯夹芯板,与民用品相比,军用活动房利用铝合金骨架对板材内部进行了加强,用铆钉对金属面板四周进行了封边处理,大大加强了板材的强度与刚度。聚氨酯夹芯板有2种制作工艺:现场发泡和大板黏结,前者常受制于发泡设备而使其应用受到限制,且发泡工艺难以掌握,因此,目前大部分的活动房聚氨酯夹芯板均采用大板黏结技术。4.2钢板夹芯板墙设计非金属面板夹芯板指外蒙皮采用玻璃钢等非金属板材的复合夹层材料。由于玻璃钢的强度较金属板材低,且粘接工艺较为复杂,因此玻璃钢在活动板房中的应用多集中在屋面板上,以往采用玻璃钢作为墙体板材比较少。随着玻璃钢制作及黏结工艺的进步,国内已有厂家尝试玻璃钢墙体夹芯板材的生产制作。因为玻璃钢具有较好的比强度和抗冲击性能,耐磨损和耐腐蚀性也很好,所以,用玻璃钢夹芯板为墙体的活动板房显得更加结实耐用,轻便灵活,美观大方。玻璃钢具有良好