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什么是夹芯板(夹层复合材料的特性和应用)

什么是夹芯板(夹层复合材料的特性和应用)

夹芯板的建筑施工在建筑中已经变得非常普遍。各种组织也在推进夹芯板的开发。坚持当前的习惯使用只会变得越来越困难。 如果您将几十年前的建筑材料文件与当前文献进行比较,您会发现任何类型的夹层组件的数量都在迅速增加。然而,即使是应用于夹芯板的“夹层结构”的定义仍然不容易。

建筑部门的官方机构对以下定义达成共识: 三明治建筑 “它是一种结构,包含替代的、不同的、简单的或复合材料的组合,这些材料组装在一起并牢固地固定在一起,目的是利用每种材料的结构优势。 这是所有其他定义中可能的最佳定义。在任何这种情况下,这个术语意味着构成夹层板的部件,如在建筑物中使用的那样,以某种方式连接在一起,为它们所暴露的环境提供统一的作用。

夹心板可以不同于可以限制单元的幕墙。夹芯板可以是幕墙,但不能只称为幕墙。如果它是幕墙,夹芯板可能是也可能不是。尽管结构夹层结构的想法并不是全新的,但直到最近几十年,夹层板才在建筑物中得到相当广泛的应用。在第一个重要的夹芯板中,水泥石棉板涂层和纤维板芯的各种组合。

通常,它们与一种框架结合使用。因此,夹芯板支持直接施加在其上的载荷,但不支持建筑物的全部载荷。这种类型是典型的早期房屋建筑。 夹层板的大多数工业和商业用途还包括放置三明治的框架。

使用夹芯板的主要原因是可以实现的结构效率。薄、硬、强、硬的涂层紧紧地附着在厚而轻的核心上。这种组合、涂层材料和芯材的几何形状可以很容易地以很小的重量或厚度提供很高的强度和刚度。薄而坚固的表面可抵抗内部弯曲和边缘,而芯材则可抵抗切割。它还可以稳定表面以防止弯曲。

如上所述,目前使用的夹芯板只是半结构的;也就是说,面板被整合到承载大部分载荷的结构框架中,而夹芯板仅承载直接加载的载荷。

通常,这些三明治是仅承受横向载荷的墙板。它们将这些载荷传递到主要结构框架。

事实上,建筑夹芯板预计会出现的这个问题是一种习惯。对于许多应用来说,建筑是一种限制夹层板结构使用的理解。对于轻质结构,尤其是房屋和一层或两层商业或工业建筑,也没有自然理由认为建筑夹芯板不应承受所有载荷并消除结构框架。 许多夹芯板可以或通过相对较小的修改实现完整的结构影响。

夹芯板的特性

  • 热性能:建筑夹芯板最吸引人的特点之一是它们能够以最少的热量提供高隔热效率(即低总传递系数)。有许多结构上合适的热效率核心材料。夹芯板的厚度由结构要求(如门窗框的最小尺寸)和其他考虑因素决定,而不是热。夹芯板的第二热性能对于每个夹芯板来说都不是很好。由夹芯板组成的材料可能具有不同的热膨胀系数。而温度的变化会导致三明治各个部分的尺寸发生不同的变化。这样,弯曲或扭伤很容易导致恶化。此外,夹层的一侧,例如墙板的外表面,可以经历比另一个明显更大的温度变化。即使各个部分具有相等的系数,它们也会产生导致不同膨胀或收缩的热梯度。结果再次中断。如果要将这些影响降至最低,则需要仔细设计。
  • 水分及其影响与热性能密切相关:温度变化会通过抽吸作用导致夹层内的气压变化,从而导致水蒸气泄漏到面板中。面板上可能会发生冷凝,必须首先采取措施去除水或防止水积聚。它需要创建气密的密封面板,或允许水分自由进入和排出的开放式结构。
  • 声学问题:声学问题的基础是声音趋向于轻框架和板、开放式平面以及通常的空间分隔物。由夹心板、隔间、空间分隔器和建筑物的其他半结构部分组成的墙促成了这种情况。以前使用的较重的永久性结构由于其质量而提供了良好的隔音屏障。今天的轻质结构往往很容易传达声音。问题是要保持轻质面板的声学特性接近连续刚性结构的优点,并提供良好的声屏障和隔音效果。出于这个原因,在夹芯板制造中应该重新审视声音传播的基础。应使用提供高声阻抗的仪器,而不要求助于沉重的质量。出于这个原因,支撑系统在夹芯板的设计中很重要,包括声学原因。这不仅仅是好的夹芯板。

系统要求

小组必须是建筑物的一部分。一些系统用于将夹芯板整合到建筑物中也很重要。事实上,插入系统可以成为一个非常重要的元素,连接不良很容易让一个好的夹芯板出现问题。 虽然三明治系统本身是模块化的,但它必须适应非模块化设计。它应该允许三明治与其他成分结合使用。除非提供这种灵活性和简单性,否则整个夹层板和连接系统将在实践中造成严重的限制。

在建筑设计方面

建筑夹芯板对建筑师来说既是机遇也是挑战。可以在其中使用的许多材料提供了广泛的图案和颜色,可用的尺寸和形状为设计提供了相当大的灵活性。另一方面,需要大量使用这些类型以降低制造成本。运输要求对尺寸、形状和重量产生了限制。

面板还必须适应其他特征,例如在工厂制造并且必须重复使用的门窗。这可能是美学上的一个大问题。它会造成单调并受到严厉批评。设计问题也可能是一个严重的问题,但如果计划成功,就会出现美观且高效的建筑。工厂生产的面板可以根据需要转换成不同的形状,这一事实创造了巨大的优势。

法规

与其他建筑组件相比,夹心板在很大程度上是新的。在许多情况下,建筑施工程序和其他监管规则并没有抓住夹层板使用的内在可能性。这些法规也很可能是为了使夹层板系统的采用变得困难。对于常见的规范类型代码尤其如此。编写程序的官员不愿意离开熟悉的旧做法,即使他们允许这样做。 需要付出巨大的教育努力。建筑师、工程师、建筑商和业主不必相信该系统的健全性,但他们必须说服当局。您应该能够轻松说服所使用的夹芯板确实符合条件。

芯材和涂层材料

建筑夹芯板使用了许多不同的材料。它正在许多其他复合材料中积极开发或研究。涂层材料、水泥、铝、胶合板、不锈钢、刨花板、搪瓷钢和铝、增强塑料、高压层压板和透明塑料之间的板材是钢筋混凝土。 芯材也同样多样化。玻璃包括苯乙烯、聚氨酯、酚醛树脂和其他塑料泡沫;向日葵、胶合板、轻木、木材和金属格栅等材料;蜂窝、隔板、玻璃纤维垫和膨胀混凝土形成芯材。

许多三明治中的一种重要材料是用于将各种成分粘合在一起的粘合剂。在结构上,粘合剂必须能够承受多次重复的滑动和拉应力,因为三明治要承受各种类型的载荷。它需要完全防水,能够承受高温和低温,并且能够抵抗霉菌和动物有机体的攻击。 建筑三明治中使用的大多数粘合剂都是基于合成树脂、热固性塑料或热塑性塑料,它们通常与橡胶等其他材料结合使用。然而,并不是所有的都是合成的,各种粘合剂都是基于天然材料,包括沥青。强度、耐用性和足够的柔韧性以承受不同的力是良好粘合剂的基本设计要求。

密封剂和密封件

密封胶和密封条已成为建筑物的重要组成部分。在这个领域有很多活动。这些材料由建筑研究机构单独处理。在任何使用夹层结构的系统中,密封剂和密封件可以说是最重要的。

在室外,除了提供气密接头外,它们还应防止灰尘进入,有助于阻止空气传播的噪音,并提供枕头以防止面板在负载下膨胀、收缩和移动时发出吱吱声和其他噪音。

气密性对内部来说并不重要,但应该依靠密封材料和密封件来传输声音和形成噪音。 严酷的条件可能会应用于密封剂和密封件。面板会随着温度、湿度或两者的变化而膨胀和收缩。因此,薄密封件或接头很容易承受50%或更多的应力和压力。 预计接头在高温和低温下将保持紧密。材料应粘在相邻的面板上或压紧,不会硬化到在低温下破裂,并且不会在受热时悬垂。它应该对疲劳应力表现出极强的抵抗力,并且在暴露于阳光、湿气、冷冻和解冻时不应长期变质。最好它应该容易应用。由于这些原因,它们是一个非常关键的领域也就不足为奇了。

质量控制

质量控制在夹芯板生产中的重要性不言而喻。在许多方面,夹芯板最关键的方面是各个部件之间的粘合线。特别是它是核心和涂层之间的结合。多个有希望的组合都失败了。因为他不能把碎片绑得不够好。由于负荷和热变化,韧带中的应力可能很严重。渗入内部的水分会导致分层,即使没有危险,眼睛也很容易出现不愉快的情况。

显然,夹芯板的各个部分应该足以胜任这项工作。表面必须耐空气和耐磨并保持其外观。即使发生变化,芯材也不应随着时间的推移和水分含量的变化而变质。夹芯板的尺寸公差通常应该很接近。随着大量重复使用三明治,可能会注意到大小的变化。当发现高度反射的平面表面时,就像许多三明治一样,波纹和悬垂非常明显。因此,严格的质量控制成为强制性的。

外表面和其他结构形式

框架中的填充物可能会承载结构中的大部分负载。将夹芯板视为平墙或屋顶覆层是一种自然趋势。在任何情况下,面板本身和边缘条都被认为是一种简单的关系。未来三明治的一些最佳用途可能不是简单的平板。

在开放空间中使用会暴露以不同形式使用的夹芯板,这是在覆盖大空间顶部等情况下的要求。折叠和成型板特别适合这些要求。尽管存在平板大面积弯曲和弯曲的问题,但仍需要将夹芯板转换成各种形式。 与一般特性相比,玻璃增强塑料中使用的夹层板的现状。

  • 当我们看到夹芯板的这些特性时,分析为什么广泛使用玻璃增强塑料,即玻璃纤维板。玻璃纤维本身就是一个夹层表面。
  • 由于来自结构的自然元素,由这种材料支撑的夹芯板以最佳方式满足夹芯板的要求。总而言之,它们是由玻璃增强板和泡沫系统制成的轻质、灵活的夹层板,吸音效果非常好。它们可以很容易地结合到夹层板所期望的建筑物支撑系统中。它们可以针对不同的项目以不同的建筑设计生产。他们不会创造单调的设计。它们可以选择成千上万种不同的形状和颜色来生产。
  • 由于它是一种越来越多地使用的材料,因此它已成为建筑主管认为众所周知且符合规定的建筑构件。
  • 由于构成夹层的材料自然是由玻璃增强塑料板组成,这些塑料板耐腐蚀、防潮、耐天气条件磨损、拉伸和应力,因此它们在结构中比任何其他夹层板替代品更有效。由于热应力系数,芯材和涂层材料彼此靠近,材料不会因温度差异而彼此分离。考虑到对最佳夹芯板的期望,由玻璃增强塑料板制成的夹芯板很容易理解,为什么我们每天在结构中看到的越来越多。
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