新型装配式保温装饰墙体系统耐火性能研究*

王常霖，王培东，沈 晓

(1.天津大学，天津 300350； 2.中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250000；3.山东津单幕墙有限公司，山东 济南 250220； 4.山东城市建设职业学院，山东 济南 250000)

0 引言

目前市场上现有的建筑围护系统主要为传统砌块围护结构和预制PC墙体。砌块围护结构施工周期长、砌筑质量不易保证。现行的预制PC墙体成本高、运输效率低，且板块拼接缝仍需按现浇处理，并不能真正有效地减少施工周期，由于PC墙体往往自重很大，在运输、安装和使用等方面均存在较大的安全隐患，不能真正达到建筑全装配式的目的。以上两种围护结构大量增加了建筑物的质量，对建筑地基和基础的要求也相对更高，建设成本大幅增加。此外，两种结构仍需进行二次装修，不能满足国家“装饰一体化”的新要求[1]。

装配式保温装饰墙体系统是针对传统围护结构缺陷所研发的一种新型建筑外围护系统。其装饰形式多变、自重小、安全可靠、节能性能好、运输方便、安装便捷，且具有良好的耐火、抗折和抗冲击性能[2]，填补了装配式建筑外围护领域的相关空白，对于响应国家号召，促进我国建筑产业化的发展具有深远意义。

1 墙体系统组成

新型装配式保温装饰墙体有隐框、明框、点窗、竖向条窗和横向条窗5种形式(见图1)，主要由面板系统、连接系统组成。其中，面板系统包括复合面板、嵌入式骨架(边框钢龙骨、中框铝龙骨)、密封系统及限位系统；连接系统包括内部连接系统、外部连接系统及土建挂接系统。

图1 新型装配式保温装饰墙体形式

以隐框墙体为例，其结构组成如图2所示，细部节点如图3所示。

图2 隐框墙体系统组成

图3 墙体系统细部节点

2 耐火性能研究

建筑构件的耐火极限是衡量建筑构件耐火性能的重要指标。依据GB/T 9978《建筑构件耐火试验方法》进行耐火试验，结合GB 50016—2014《建筑设计防火规范》(2018年版)[3]对墙体构件的耐火极限要求，在耐火试验的基础上，探讨该系统的破坏模式，为装配式外围护系统的研发和设计提供科学基础和数据支持。

依据《建筑设计防火规范》对非承重外墙构件燃烧性能和耐火极限的要求进行试验，具体要求如表1所示。

表1 非承重外墙构件燃烧性能、耐火极限要求

对于建筑构件耐火极限的判定，目前没有准确的计算理论和充分的火灾数据，且根据真实情况模拟火灾在经济上无法实现。在试验炉内采用明火模拟来评价建筑构件耐火极限的方法，既科学又经济，耐火试验可解决其材质和结构的选型问题，克服为增加保险系数而造成的不必要浪费，同时为设计、消防部门提供可控依据[4]。本试验在国家质量检测检验中心耐火实验室进行。

2.1 试验装置(试件)及标准试验条件

1)试验装置(试件)

试验炉是测定建筑构件耐火性能的专用设备，通常由炉体、燃烧系统、炉温控制系统、炉压控制系统、加载设备、数据采集及处理系统组成，适用于承重或非承重隔墙、承重柱等建筑构配件的耐火试验[5]。

试验炉主要技术条件全部采用ISO834相关标准，炉膛尺寸为3m×3m，燃料采用柴油，由管道输送到喷嘴与鼓风机送来的空气混合，喷入炉内燃烧，燃烧产生的烟气再通过引风机进入烟道。炉温控制系统可按标准温升曲线自动控制油阀的开启度，炉压控制系统显示和控制炉内压力。本试验试件为非承重外墙构件，不考虑加载。系统自动采集数据并输出结果，数据包括炉内温度和试件背火面温度。

为了更准确地评价建筑构件耐火极限，装配式保温装饰墙体系统的试件须反映其在实际工况中的真实情况。该试件尺寸为3m×3m，由3块竖向条板拼接，采用特定的刚性支承框架紧缚被测构件的边缘，另一侧则释放约束，考虑其一侧自由变形，边界部位采用不燃的柔性密封材料封堵。墙体试件拼接如图4所示，试件构造如图5所示。

图4 墙体试件拼接示意

图5 试件构造示意

2)标准试验条件

标准试验条件指在试验炉中，给被测试构件施加荷载，按标准温升曲线(见图6)，采用明火模拟火灾作用[6]。

图6 标准温升曲线

炉内初始温度为5～40℃，本试验初始温度为30℃；炉内温升随时间而变化，并按下列函数式控制：

T=345lg(8t+1)+20

(1)

式中：t为试验所经历的时间(min)；T为升温到t时间的炉内平均温度(℃)。

炉内及背火面均安装有热电偶，测量炉内、试件背火面温度并加以控制。按规范要求，每1.5m2至少布置1个热电偶，热电偶总数不应少于5个，本试验热电偶数量为12个。

2.2 判定标准

根据GB/T 9978.1—2008《建筑构件耐火试验方法 第1部分：通用要求》规定，构件失效有3个判定标准[6]，具体如下。

1)丧失稳定性 即试件结构破坏失效。

2)丧失完整性 ①背火面、棉垫燃烧串火时间二者其一达到10s以上；②直径6mm探棒可穿过背面贯通缝进入试验炉，探棒可沿缝长度方向移动150mm以上；③直径25mm探棒可穿过背面贯通缝进入试验炉。

3)丧失隔热性 ①背火面温度上升的平均值达到140℃以上；②背火面点状温度上升达到180℃以上。

试件测点温度统计如表2所示。

表2 试件测点温度统计

2.3 试验结果

试验结束后试件背火面、曝火面情况如图7所示，试验结果如下。

图7 试验后试件情况

1)面板整体未丧失稳定性，可判定未失去承载能力。

2)试件曝火面有部分碎裂、脱落现象，经过分析应为面板材质问题，纤维水泥板本身含水量较高，试验炉内高温环境下导致脱水开裂，但岩棉保温层完好未脱落；试件背火面完好，面板平均位移最大为18.3mm，未出现损坏现象，可判定未丧失完整性。

3)背火面最高平均温度为8.7℃，最高温度为14.5℃，均小于国家标准限值，可判定未丧失隔热性。

综上所述，试件经1h标准耐火极限试验验证其承载能力、完整性、隔热性均可较好保持，判定其耐火极限大于1h。根据《建筑设计防火规范》规定，其耐火性能达到了规定的最高等级，表明该新型装配式保温装饰墙体系统具有较好的耐火性能，能满足我国规范对非承重外墙构件耐火极限的要求，且性能优异，可在建筑工程中使用。

3 结语

建筑围护系统作为建筑的重要组成部分，在围护、美观、节能等方面所起的作用不可忽视。因此，研究开发新型建筑围护结构是推动未来建筑进一步向产业化发展的重要手段之一，本文以新型装配式保温装饰墙体系统为例，通过耐火试验对其耐火性能进行了详细的数据分析和探讨，并得到相关结论，以期为建筑围护系统向装配式方向的发展提供参考。