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海南防火石膏板有何优势,普通石膏板市场迎来挑战,耐热材料充斥市场

2024-07-03 10:32:38

钢结构建筑具有性能稳定、强度高、加工精度高、装配性能好、自重轻、吊装施工方便、施工周期短等优点,在国家大力发展绿色环保经济建设的前提下,冷成型钢结构体系已经成为一种极具前景的结构形式。

然而,在城市的建设需求逐渐增大过程中,城市中火灾的发生越来越频繁。统计表明,相比与其他类型的火灾,建筑火灾的次数和造成的损失更大,在各类火灾中建筑火灾发生的 次数和造成的人员伤亡以及财产损失居于首位。

在冷成型钢结构应用过程中,其 耐火性能的薄弱性也日趋明显,这是由于在火灾高温下,冷成型的强度和弹性模明显降低,这容易导致构件失效和结构倒塌。2013年温州瓯海冷城 型钢厂房发生火灾,约15分钟后,钢材强度已不足以支撑建筑。

厂房整体了发生垮塌。因此,为使冷成型钢结构建筑既能更广泛地得到推广和应用,又不会轻 易受到火灾影响,必须采取一定的防火措施,使得充分体现绿色环保建筑的价值。目前,防火设计可分为主动防火和被动防火两大类。

主动防火本质上是采用喷水、喷雾等扑灭大火,而被动防火则是采用喷涂防火涂料或板材延缓热量传递。其中,被动防火措施中采用无机防火板材作为覆板隔热是一种有效的防火措施, 这可以延缓冷成型钢构件升温。

有助于避免火灾中由于冷成型钢构件强度降低导致的结构倒塌。石膏板因其轻质、易加工、良好隔热性能、装饰性能好的特点,被广泛用于冷成型钢构件覆板隔热,以此提升冷成型钢结构的耐火性能。

同时石膏板原料取材方便,符合我国资源丰富特点,这造就我国成为石膏板使用大国,也促使研究人员广泛开展石膏板覆面的钢构件耐火性能研究。目前,冷成型钢构件耐火试验价格昂贵。

利用数值模拟研究冷成型钢组合构件的耐火性能可以大大降低试验成本并提高效率,因此近年来许多耐火设计人员大力开展数值模拟研究。其中,石膏板覆板的导热系数、比热容及密度作为数值模拟重要输入参数,对于数值模拟结果的准确性影响显著。

但是,石膏板制造厂商较多,其热工性能很可能受到制造商和原产国差异的影响,从而导致 不同石膏板的热物理性能存在差异;而石膏板在使用过程中,随紫外光、温度 作用时长的累加,石膏板热物理性能则可能发生退化。

这体现在石膏板在受火过程中,伴随吸热、放热和质量变化的物理和化学反应,不同石膏板的受火 应程度和状态存在差异,这将影响石膏板的耐火性能,从而导致石膏板覆面的冷 成型钢组合构件耐火性能的数值模拟结果对于其他制造商和产地并不适用。

或数值模拟结果偏不安全。此外,根据石膏板使用需求,在普通系列石膏板基础上,衍生出具备防水、隔声或更强防火性能的石膏板。其中,普通石膏板和防火石膏板是最常见的石膏板类型,且普通石膏板相较防火石膏板更具价格优势。

因此,从经济性角度,有 必要考察普通石膏板与防火石膏板受火隔热性能的差异。综上所述,开展石膏板高温热物理特性研究,提出考虑石膏板品牌、类型差异影响的石膏板统一和简化表达式。

以及考虑UV和温度老化作用影响的石膏板统一表达式,为冷成型钢组合构件耐火性能探究的数值模仿真提供准确的材性输 入,这对提升防火安全设计工作具有重要的现实意义。

1.2.1石膏板热物理性能研究现状

石膏板受火隔热性能的影响因素众多,受石膏板原材料生产区域或石膏板生 产商生产工艺的影响,石膏板密度、成分含量、添加剂种类各有不同,从而导致石膏板受火隔热性能不尽相同。

因此,获得准确的石膏板热物理性能对于预测冷 成型钢构件耐火性能具有重要意义,国内外学者针对地区内常见的石膏板进行了 高温热物理特性的测定,并结合石膏板开裂、脱落等现象进行修正。

以此作为基本参数应用于冷成型钢结构传热理论及数值模拟研究。基于石膏板的受火脱水吸热特性,国内外学者对石膏板内自由水和结晶水含量进行测定,并探究其对于传热数值模拟结果的影响。

其中,Ang、Frangi针对石膏板中含水率对石膏板比热容和传热数值模拟结果的影响进行了详细研 究,其研究表明石膏板含水率越高,传热数值模拟中石膏板温升曲线的脱水平台 越长。

由此说明,石膏板结晶水含量差异将影响传热数值模拟结果,有必要考虑不同石膏板结晶水含量。此外,Frangi指出不同类型的石膏板所含成分比例不 同,石膏板的含水量也存在不同程度的差异。

同样的,Sroeder采用差示扫描 量热法计算脱水反应所需的能量,其结果与Mehaffey和Wakili的数据保持 一致,但作者与文献中采用石膏板纯度并不相同,分别为96.9%、69.5%和81%纯度,作者认为石膏板脱水所需的能量不仅与石膏的成分有关。

而且与微观结构密切相关。这也表明不同类型石膏板脱水吸热能力存在差异,这将影响石膏板热 物理性能,从而导致基于单一石膏板材性的冷成型钢构件传热数值模拟结果并不 通用。比热容同样能够反映石膏板的脱水吸热性。

且其作为冷成型钢组合构件受火 传热数值模拟的重要输入参数,比热容曲线中吸热峰区域的起、止、峰值温度将影响传热数值模拟的结果。Weber在进行传热数值模拟前,首先对石膏板比热容曲线的峰值温度进行了校准。

并将模拟结果与试验结果进行比较,其研究表明:不同峰值温度的比热容曲线将使模拟结果产生较大差异,并且第 一次脱水反应峰值温度的变化产生的影响更加显著。Wakili[22]和Kontogeorgos探究了冷成型钢组合构件传热数值模拟的影响参数。

其研究表明石膏板比热容曲线的峰值温度变 化将显著影响石膏板背火侧温升曲线的脱水平台曲线特征。但文中未对脱水平台 结束点做详细界定,也未系统对比石膏板热物理性能差异。

由此说明,石膏板热 物理特性的差异将显著影响传热数值模拟结果,因此,有必要构建不同型号石膏 板其各自对应的热物理模型。目前,由于热物理试验测试仪器尚不普及,大多数学者基于文献中的数据来开展冷成型钢组合构件的传热模拟研究。

然而,学者发现基于不同区域石膏板热 物理模型的传热数值模拟结果,与当地石膏板的试验结果并不匹配。例如:Keepthan基于Sultan的石膏板热物理数据并进行完善,直至与Kolarkar[26]的 墙体耐火试验吻合。

但将Thomas提供的新西兰石膏板导热系数作为传热数值模拟参数输入时,模拟结果与试验结果表现不符,为此作者基于实验和以往研究工作提出了一套适用于澳大利亚石膏板的热物理参数值。

Thomas总结了新西兰石膏板的相对密度值,发现其测量结果高于Sultan[25]提供的加拿大石膏板数值;此外,作者认为虽然许多研究人员测量了石膏板的高温热物理性能,并结 合耐火试验提出适用的石膏板热物理模型用于其数值模拟。

但他们所使用的数据基于当地的石膏板,结果具有片面性。Mehaffey的研究数据表明C型石膏板 与X型石膏板导热系数存在差异,但作者并未提及影响导热系数的因素。国内的范光明针对国内龙牌和可耐福石膏板开展试验研究。

其研究表明:在相同受 火条件下可耐福石膏板所保护的钢龙骨升温速率小于龙牌石膏板。此外,石膏板受火脱落温度的设定差异也是影响传热数值模拟结果的重要因 素。在耐火试验中,试件受火侧石膏板经历高温煅烧后出现高温收缩现象。

这将 导致石膏板容易开裂甚至发生脱落,由此将会加速冷成型钢复合墙体的受火失效。国内外学者针对不同类型石膏板的高温收缩、开裂开展一系列研究。Manzello通过45min耐火试验认分别覆以X型和C型石膏板的冷成型钢复合墙体耐火性能存在明显差异。

C型石膏板在螺钉处未观察到裂纹,X型石膏板却明显观测到 石膏板受火裂缝,并且X型石膏板线性收缩约为C型石膏板的两倍。Thomas使用Mehaffey[11]研究中X型石膏板材性,并考虑烧蚀对石膏板导热系数的影响。

修正了1000℃、1500℃的石膏板导热系数,然而其试验与传热数值模拟结果难 以吻合,并且试验选用的石膏板未能在Sultan描述的温度情况下保持完整性。 Park认为缺乏石膏板受火失效机理将无法有效预测冷成型钢墙体组件的受失效时间。

然而作为失效机理的重要影响因素-石膏板热物理性能在先前大量文 献中的量化中存在差异。此外,作者汇总了NIST量化的美国X型和C型以及 日本R型和F型石膏板石膏板高温线性收缩。

经对比发现石膏板受火时的力学、机械性能有显著差异,但作者仅提及添加剂成分是影响石膏板高温线性收缩比例 的因素,并未作后续探讨。张辉等人研究了石膏板晶体结构在受热过程中的变化,阐述了石膏板受热过程中结构和强度变化的微观机理。

为高温下石膏板热 工性能研究提供了微观依据。作者也通过试验研究了火灾下石膏板受热过程中宏 观形貌和裂纹与温度之间的对应关系,揭示了石膏板受热过程中宏观表现。石膏板高温收缩差异可能源于石膏板添加剂类型。

国内大量文献表明石 膏板中添加剂对石膏板耐火性能产生了影响,纤维的添加弥补了火灾中护面纸燃 烧带来的强度折减,且有助于维持石膏板的受火的整体稳定性。然而,石膏板热物理试验结果未能体现冷成型钢组合构件覆面石膏板的开裂、脱落等现象。

因此石膏板的热物理特性试验结果一般需要进行修正方可作为基本输入参数应用于 冷成型钢组合构件传热理论及数值模拟研究。综上所述,石膏板的热物理特性差异性将直接影响冷成型钢组合构件传热理论及数值模拟研究结果。

且现有研究中未对影响石膏板热物理性能的影响因素作深入探讨和系统对比。开展不同品牌、类型石膏板的热物理试验研究,探究石膏板间热物理性能差异的影响因素,构建统一的石膏板热物理模型,将便于冷成型钢组合构件耐火设计和数值仿真的材性输入。

 

 

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