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EU與CN大比拼,地暖模塊抗壓性能分析

很多業主在安裝地暖時,會選擇模塊化的地暖保溫材料,目前市場主流的模塊化地暖保溫産品以“吸塑”和“熱覆膜”兩種生産工藝爲主。以綠羽圍棋板爲例,分爲SMART—CN與EU兩種類型,主要構造都是EPS底板與HIPS膜複合而成。
但兩種産品的主要工藝區別在于覆膜方式不同,其中CN模塊采用吸塑工藝,HIPS片材經過吸塑成型,與EPS底板機械輥壓複合而成;EU模塊采用歐洲進口設備工藝,將EPS底板與HIPS片材加熱真空吸附覆合,一體成型。
从结构角度看很多人在选购时会询问,这两种工艺生产的产品相比,压缩强度(抗压)究竟会有多少差别。为此,绿羽实验室根据《GB/T 8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定》,对 CN与 EU模块产品进行了混凝土回填后力学性能(抗压)测试分析。

一、實驗目的
研究相同 EPS底板围棋板,不同 HIPS覆膜工艺产品实际工程中的力学性能(抗压)区别。

二、實驗原理
1、參照標准
本实验参照标准《GB/T 8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定》。
2、實驗設計
试验取4组试块,EPS底板型号为400R,HIPS膜取常规品0.2mm的黄色EU配套膜,以及0.6mm/0.8mm/1.0mm的CN吸塑膜,分别经热覆膜、吸塑,组合成 EU/CN極系列围棋板。
在 EU/CN極系列围棋板试样上层敷设硅晶网、回填混凝土(水泥:黄沙:豆石=1:2:3),制成 EU-0/CN-1/CN-2/CN-3四试块样品,每组5个试样,共20个试样,具体试块制品信息如表 1所示。

考虑到混凝土回填误差,成品试块总厚度为 70mm±2mm。试验在室内进行,环境温度 15.7℃,湿度 63%。试块力学性能(抗压)参照 GB/T 8813-2008进行测试,使用仪器为多功能拉力机,混凝土回填层可近似看作不产生压缩形变。则在试块整体进行压缩强度测试时,只有 EPS底板层发生压缩形变,取 EPS底板压缩形变为  10%(1.9mm+形变零点值)时对应的压缩强度,表征产品实际工程中的力学性能(抗压)。即此时的压缩强度值表示,产品试块在实际工程中,产生 10%形变所能承载的最大强度值。

三、實驗過程與分析

1、試塊制作

(1)EPS底板

圖1EPS底板

(2)EU/CN試樣制作
用电热丝对 EU/CN系列产品进行切样,尺寸为  100mm*100mm,4组试样,共 20个。

圖2EU/CN樣盒

如图 2所示,试块外侧用内空间尺寸为   100mm*100mm*70mm的样盒包围固定,并在上层放置硅晶网以起到加固防开裂作用,硅晶网尺寸为100mm*100mm。

(3)混凝土回填
将水泥、黄沙、豆石按 1:2:3的配比混合加水制备成混凝土浆,并回填至以上样盒中,制成混凝土试块。试块内混凝土搅拌均匀,压实填充,填充厚度为 50mm(与样盒高度齐平)。如图 3所示。

圖3混凝土試塊制備

(4)養護
对成品混凝土试块进行浇水养护,养护期为 7天。

圖4混凝土試塊養護期

待養護期結束,混凝土試塊結構強度穩定後,拆模,取出成品試樣。

2、測試
(1)拆模及厚度測量
养护期结束,拆除试块样盒,测量试块总厚度、EPS底板厚度,对比混凝土回填前后 EPS底板变化。
 
圖5試塊拆模及厚度測量

如图 5所示,用数显游标卡尺测量四组试块总厚度及  EPS底板厚度,根据测试结果,总厚度均在 70mm±2mm范围内,底板厚度在 19mm±0.5mm范围内。以上表明:EU-0/CN-1/CN-2/CN-3四组试块按  50mm厚混凝土回填,在回填至养护期结束过程中,底板均未发生凹陷下沉现象。

(2)多功能拉力機測試
将成品试块放置于多功能拉力机夹具中间,调整测试参数,以试块总厚度的10%为压缩速率,即 7mm/min,匀速压缩试块,至压缩总厚  10%(7mm)停止压缩。

圖6試塊力學性能(壓縮強度)測試

圖7試驗機測試完畢試樣

图 6为试验机试块放置与压缩试验,图 7为测试完毕后的试块。

以上表明:在施加較大力壓縮混凝土試塊過程中,試塊回填層混凝土未發生明顯變化,EPS底板承載力均勻,不存在試塊面開裂,局部塌陷等問題。

3、試驗數據及分析
根据‘测试’中多功能试验机的测试结果,得出压缩过程中力与压缩轴向位移的曲线图,如图 8-图 11所示(部分)。

圖8EU-0壓縮性能測試曲線

圖9CN-1壓縮性能測試曲線

圖10CN-2壓縮性能測試曲線

圖11CN-3壓縮性能測試曲線

根据试块样品结构本身特性,混凝土回填层在压缩时基本不会产生压缩形变,整体试块的压缩形变量均在 EPS底板、凸起蘑菇头(局部)显示;同时,一般在 EPS底板形变量为底板厚度 10%时,对产品本身并无直接破坏性影响。故选取整体压缩形变为底板厚度的 10%的形变量,作为试块承载力的一个标准点取对应的压缩应力,如图 8-图 11所示。

其中: 
P——底板形变量为   10%时的承压;
F——底板形變量爲10%時對應的壓縮應力;
A ——试块受力面积。

根據以上公式換算四組試塊壓縮性能曲線中對應的的壓縮應力數值,得到表2。

表2試樣EPS底板10%(1.9mm+形變零點)形變承壓表

由表 2知,四组试块试样 EPS底板发生  10%(1.9mm+形变零点)压缩形变时的承压效果比较:EU-0>CN-2>CN-1>CN-3。
原因分析:
(1)EU-0为热覆膜,为一体式,与  EPS底板接触效果极好,混凝土浇筑后,整体无缝隙,蘑菇头的轴向 HIPS膜在一定程度上增强了承压效果;CN系列中,由于 HIPS膜与  EPS板是吸塑辊压成型,为分体式,HIPS膜与  EPS板间有间隙,同时吸塑系列  HIPS膜结构本身会有一定的厚度高低差,如图   12、13所示;

图 12   EU系列  HIPS膜结构

图 13   CN系列  HIPS膜结构

(2)对于 CN系列中,0.8mm的HIPS膜最好,1.0mm的HIPS膜效果最差。对于 HIPS膜结构承压可从两个角度分析:①横向结合面对混凝土的承载力,主要受结构样式凹槽中的高低差,及整体试块 HIPS层与  EPS层缝隙影响;②轴向结构强度对整体承压的增强。具体影响分析如表 3所示。

表3CN系列HIPS膜結構承壓效果影響分析
 
综合来看,其中 EU-0效果最好,CN-3试块最差,其局部承压为  131.99kPa,理论等效承压为 13.5吨/m,能够满足室内回填整体强度需求,同时考虑到室内空间回填时,混凝土面积较大,受力面承压时,会将力分散开,实际承压值是要远大于理论承压值的。

四、實驗結論
根據以上試驗過程、測試數據及分析,可得出以下結論:
(1)EU-0/CN-1/CN-2/CN-3四组试块按50mm厚混凝土回填,混凝土回填不会使 EPS底板发生形变凹陷、下沉现象;
(2)EU-0/CN-1/CN-2/CN-3四組試塊,在施加較大力情況下,EPS底板承載力均勻,不存在試塊混凝土面層開裂,局部塌陷等問題;
(3)HIPS膜的吸附方式會對試塊承壓性能産生影響,熱覆膜效果好于吸塑輥壓;
(4)HIPS膜吸塑辊压成型(CN系列)样品试块中,HIPS膜的厚度对试块承压效果有一定影响,从结果看,CN-2>CN-1>CN-3,即 HIPS膜厚为0.8mm时,承压效果较好;
(5)在EPS底板産生10%壓縮形變(1.9mm+形變零點)局部承壓、等效承壓理論值上,四組試塊的承壓效果顯示EU-0(熱覆膜/0.2mm)最好,局部承壓爲185.49kPa,等效承壓爲18.9噸/㎡。
(6)在 EPS底板产生 10%压缩形变,局部承压、等效承压理论值上看,承压效果 EU-0>CN-2>CN-1>CN-3,承压能力最差的 CN-3试块,其局部承压为131.99kPa,等效承压为 13.5吨/㎡,能够满足室内回填整体强度需求。