GRG材料满足声学要求下的轻质化研究（完整版）

GRG材料满足声学要求下的轻质化研究 金螳螂装饰研发中心程华森2014 05 28 目录 一 课题描述 开展理由及现状 GRG建材在装饰行业应用越来越多 剧院 影像厅 报告厅等存在声学效果要求的公共场 对GRG材料的声学设计 反射 吸音 往复穿透音 时有指标要求 GRG型材厚度 25mm 单位面积 30Kg 换算合适密度为30 35Kg 25mm 标准GRG产品 按照正常施工 单位面积重量将超过55Kg 一般建筑承载结构设计为100 110Kg 含自身重量约40Kg 当结构中设计检修马道 音响等设备时 承载结构因自身及安装材料等重量进入安全承载危险区域或超载而无法施工 案例 1 惠州75200部队礼堂吊顶项目 完工后 承载钢构整体下降超50mm 紧急进行施工承载加固 追加8个大型牛腿钢构支撑并延伸钢构至楼层面 造价超控 2 深圳珠宝城装饰中心 原设计GRG厚度25mm 因系旧楼改造 楼板承载不够 后经设计变更更改为15mm 完工后 局部位置音响开启后存在共振音 后期较难处理 课题描述 研究的目的性 保证材料强度前提下 降低材料密度 扩大型材应用范围 解决改造工程中有声学需求但原有钢构承载不足 无法应用GRG进行装饰施工的现象 提高GRG施工的效率 降低工程原材料 运输及安装成本 研究路径及成果简述 本课题从膨胀颗粒外加剂以及膨胀剂 加强剂对GRG制品实现密度降低且保证安全强度方向进行研究 1 通过实验认识和验证了添加颗粒对GRG型材密度的影响 2 通过物理性能测试 检测了原有GRG型材以及改良后的GRG型材物理性能 3 通过物理性能的测试 得出改良GRG型材完全满足工程需求 课题描述 二 GRG物理性能介绍 1 抗弯强度2 抗拉强度3 抗压抗折强度 对折抗压转换测试 4 预埋件抗拉拔破坏强度 GRG物理性能检测对应表 现有GRG型材 1 GRG材料的物理性能解析 GRG型材物理性能一览表 ASTMD标准为美国材料与试验协会标准 试样尺寸为各标准中所需测试试块硬性尺寸要求 三 实验研究 1 拟定实验方案2 实验所涉及材料及性能3 材料试块制作及测试过程照片 1 拟定实验方案 制作GRG原材料中添加膨胀颗粒的改性GRG产品试样 并记录不同添加量对密度变化情况 制作GRG原材料中添加膨胀剂 发泡剂 的改性GRG试样 并记录不同添加量对密度变化情况 针对 部分 测得密度变化在理想状态的实验配比进行添加加强剂制作样品并记录 对 到 方法中制作的GRG试样进行强度测试 按照ASTMD标准进行试件换算厚度及制作 2 实验所涉及材料及性能 1 金螳螂研发实验中心在GRG轻质化过程中涉及的主及性能 2 实验所涉及材料及性能 2 金螳螂研发实验中心在GRG轻质化过程中涉及的材料添加剂及性能 3 材料试块制作及测试过程照片 1 玻化微珠添加降密度实验密度测试 按照所用石膏重量为基数 分别添加2 5 用量 测试制品干燥后及干燥过程中制块的重量 制块250 250 35mm重量变化记录 单位Kg 析水 背面形成孔洞 3 材料试块制作及测试过程照片 2 膨胀珍珠岩 闭孔 添加降密度实验密度测试 按照所用石膏重量为基数 分别添加3 5 用量 测试制品干燥后及干燥过程中制块的重量 制块250 250 35mm重量变化记录 单位Kg 3 材料试块制作及测试过程照片 3 本研究另对珍珠岩 开孔 K12添加剂以及石膏加强剂进行实验测试 测试结果不符合实验需求统计下表 四 试样物理性能测试 试样物理性能测试 1 轻质化配比选取 按照本实验目的 按照声学需求 选取密度在12 14kg 10mm 按照实际施工即 30 35Kg 25mm 最合适 以下测试针对该配比方案 进行物理性能测试试样制作 试样物理性能测试 1 试样制作 按照下表标准 制作各四组各配比测试样块 放置92小时候进行物理性能测试 ASTMD标准为美国材料与试验协会标准 试样尺寸为各标准中所需测试试块硬性尺寸要求 试样物理性能测试 1 试样制作 预埋件拉拔破坏试件 玻化微珠 左8 GRG 右 拉伸 上 弯曲 中 抗压折 下 试件 膨胀珍珠岩 闭孔 测试试件 试样物理性能测试 2试样抗弯性能测试 按照ASTMD790 2003标准利用万能测试机对所制的添加玻化微珠和膨胀珍珠岩 闭孔 以及未做任何调整的原GRG配比试块进行抗弯曲性能测试 试件长度120mm 测试间距100mm 中心受力 试样物理性能测试 2 1膨胀珍珠岩配合比弯曲性能测试 曲线数据分析 取多次平均值 弯曲强度 9 83MP从力学性能曲线表中可以看出 当试件达到最高弯曲承载力前 抗弯曲性能力度平稳急速增加 当达到承载极限后平稳降低 并保持抗弯曲能力平缓下降 同时 此时试件已产生破坏 试件内部玻纤毡仍起受力作用 承载能力下降教平缓 试样物理性能测试 2 2玻化微珠配合比弯曲性能测试 曲线数据分析 取多次平均值 弯曲强度 7 46MP从力学性能曲线表中可以看出 当试件达到最高弯曲承载力前 抗弯曲性能力度平稳急速增加 当达到承载极限后快速降低 并保持抗弯曲能力平缓下降 同时 此时试件已产生破坏 试件内部玻纤毡仍起受力作用 承载能力下降教平缓 试样物理性能测试 2 3原始GRG配合比弯曲性能测试 曲线数据分析 取多次平均值 弯曲强度 11 89MP从力学性能曲线表中可以看出 当试件达到最高弯曲承载力前 抗弯曲性能力度平稳急速增加 当达到承载极限后快速降低 并保持抗弯曲能力平缓下降 同时 此时试件已产生破坏 试件内部玻纤毡仍起受力作用 承载能力下降教平缓 试样物理性能测试 2 4弯曲性能测试对比表 试样物理性能测试 3试样抗拉性能测试 按照ASTMD638 2003标准利用万能测试机对所制的添加玻化微珠和膨胀珍珠岩 闭孔 以及未做任何调整的原GRG配比试块进行拉伸性能测试 试件长度160mm 夹具两端夹牢拉伸测试 试样物理性能测试 3 1膨胀珍珠岩配合比抗拉性能测试 曲线数据分析 取多次平均值 抗拉强度 2 71MP从力学性能曲线表中可以看出 当试件达到最高拉伸承载力前 抗弯曲性能力度平稳急速增加 当达到承载极限而破坏后快速降低 仍由玻纤连接 持续维持较小受力结构 试样物理性能测试 3 2玻化微珠配合比抗拉性能测试 曲线数据分析 取多次平均值 抗拉强度 1 7MP从力学性能曲线表中可以看出 当试件达到最高拉伸承载力前 抗弯曲性能力度平稳急速增加 当达到承载极限而破坏后快速降低 仍由玻纤连接 持续维持较小受力结构 试样物理性能测试 3 3原GRG配合比抗拉性能测试 曲线数据分析 取多次平均值 抗拉强度 3 4MP从力学性能曲线表中可以看出 当试件达到最高拉伸承载力前 抗弯曲性能力度平稳急速增加 当达到承载极限而破坏后快速降低 仍由玻纤连接 持续维持较小受力结构 试样物理性能测试 3 4抗拉性能测试对比表 试样物理性能测试 4试样抗压抗折性能测试 按照ASTMD256 2003标准利用万能测试机对所制的添加玻化微珠和膨胀珍珠岩 闭孔 以及未做任何调整的原GRG配比试块进行抗压抗折性能测试 试件长度65mm 两端平压测试 试样物理性能测试 4 1膨胀珍珠岩配合比抗压抗折性能测试 曲线分析 试样物理性能测试 4 2玻化微珠配合比抗压抗折性能测试 曲线分析 试样物理性能测试 4 3原GRG配合比抗压抗折性能测试 曲线数据分析 试样物理性能测试 4 4抗压抗折性能测试对比表 试样物理性能测试 5试样预埋件拉拔破坏性能测试 按照拉拔速度V 5mm min利用万能测试机对所制的添加玻化微珠和膨胀珍珠岩 闭孔 以及未做任何调整的原GRG配比试块进行拉拔破坏性能测试 试件250 250 10mm 拉拔预埋挂件破坏实验 试样物理性能测试 5 1膨胀珍珠岩配合比拉拔破坏性能测试 曲线分析 试样物理性能测试 5 2玻化微珠配合比拉拔破坏能测试 曲线分析 试样物理性能测试 5 3原GRG配合比拉拔破坏性能测试 曲线数据分析 试样物理性能测试 5 4抗压抗折性能测试对比表 试样物理性能测试 6整体性能测试对比表 结论 1 通过膨胀珍珠岩 玻化微珠作为添加剂加入GRG原材料中进行降低GRG制品产品密度 均可以以达到施工需求可以满足装饰材料替换目的 2 膨胀珍珠岩配合比更改密度后比玻化微珠配合比更改密度后的制品物理性能好 保持性能方面易选用膨胀珍珠岩配合比方案 五 材料成本分析 材料成本分析 1材料成本分析 结论 1 通过膨胀珍珠岩 玻化微珠作为添加剂加入GRG原材料中进行材料改性均可使直接材料成本价格降低约30 六 施工工艺控制 1 施工 准备 材料称量 将所需材料按照配比表称量好 2 施工 搅拌 搅拌 将称量好的原材料搅拌均匀 搅拌顺序注意点 1 将称量好的GRG石膏粉倒入按照配比称量好的水中 浸泡10 20秒 2 搅拌方式 转速为300转 min 搅拌时间 30S 搅拌均匀 3 加入添加剂 转速为300转 min 搅拌时间 30S 搅拌均匀 2 施工 搅拌 材料选择 1 石膏 需选用GRG专用粉 即 粉 目数级别220目以上 2 玻纤毡 需采用连续玻璃纤维毡制品 标号200 250 建议225 每平米225g 3 预埋件 建议使用组合预埋件 如右侧图示 镀锌挂件 挂件体厚度1mm以上 3 施工操作 按照正常GRG制作工艺进行产品制作 遵循 石膏 玻纤 石膏 玻纤 石膏 玻纤 手糊法施工步骤 七 研究成果总结 1 减少结构承载要求2 降低成本 通过本次课题研究 达到了以下成果 1 加固承载 天价 2 设计变更 降低性能 结构承载不足 降低厚度 声学指标不足 节约成本 设计认可 质量保证 效益 改性后 改进前 通过本次课题研究 达到了以下成果 小结 1 将密度下降至30 35Kg 25mm 12 14Kg 10mm 范围内 解决了声学需求的项目中需使用GRG实现造型 但结构承载不足现象 对结构安全系数提高 应用范围扩大 尤其声学场所应用范围扩大 2 未增加施工工艺难度及方式前提下 材料直接成本下降约30 运输及安装成本因密度下降 也会发生下降 以青奥项目为例 项目采用12mm厚产品 单位 材料直接成本可降低不小于20元 直接材料成本非项目报价 整体项目仅材料直接成本项可节省不少于40W 报价与成本关系最小1 3以上 即项目最少120W以上节支 3 制品物理性能可满足施工需求 单位面积预埋件数量无需变换 按照正常施工放置 4个 单位展开面积25mm厚产品重量30 35Kg 单个预埋件承载不低于120Kg 可满足安全施工性能 1 通过添加膨胀颗粒添加剂 达到改性GRG制品满足声学需求下高密度的物理性能 解决因结构承载受限工程的施工限制 2 本研究在保证工程需求的前提下 可降低材料直接成本至少30 3 本课题可定义为新材料研究或材料改性技术性研究 可进行专利申请 应用于实体企业合作运营 产生营运利润 4 本研