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一:慨述:
預應力混凝土掛板以其特有的高強穩(wěn)定特性在歐美建筑中廣泛應用，并且以其特有的古樸，穩(wěn)重，自然的特性，慢慢廣受建筑師的青睞，并把它作為一種“純粹”的建筑語言，應用在建筑室內(nèi)外裝飾中，并因此成就了一批國際建筑大師。
傳統(tǒng)做法一是采用模板技術，與主體結構（詞條“主體結構”由行業(yè)大百科提供）統(tǒng)一施工，模板成本及施工工藝要求很高，而且施工效率很低，需要精工細作，不適合廣泛應用。二是采用傳統(tǒng)預制構件，但受制于普通混凝土耐久性的影響，為達到必要的耐久性，厚度較大，造成二次裝飾荷載不能得以控制，使用也受到限制。
二:預應力混凝土的特性:
隨著世界混凝土的技術的發(fā)展，高性能混凝土(High performance concrete,簡稱HPC)是在高強混凝土(High strength concrete,簡稱HSC)的基礎上發(fā)展而起來的，代表著目前世界混凝土發(fā)展的方向。不僅已廣泛應用在特種結構中，而且在裝飾工程中，利用其高精細化，高耐久性的特性，得以實現(xiàn)25-30mm的厚度的穩(wěn)定構件，制作出與一般外幕墻材料同樣厚度的薄板，在保證安全的前提下，方便地把混凝土作為裝飾的要素用于建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供）中。
高性能混凝土是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎上采用現(xiàn)代混凝土技術,選用優(yōu)質原材料,除水泥、水、集料外,必須摻加足夠數(shù)量的活性細摻料和高效外加劑的一種新型高技術混凝土”。高強度（詞條“強度”由行業(yè)大百科提供）、高工作性、高耐久性這三項指標,構成了“高性能混凝土”。普通混凝土以抗壓強度作為最基本的特征,即強度是普通混凝土配合比設計和生產(chǎn)需要的唯一指標;而高性能混凝土則以耐久性作為主要指標,同時還有強度、工作性和體積穩(wěn)定性（詞條“穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供）等。高性能混凝土通過大量增加化學外加劑和礦物摻合料（詞條“摻合料”由行業(yè)大百科提供）,使其性能得到質的變化，改變混凝土微觀孔結構,提高混凝土的抗?jié)B透、抗凍融和抗碳化（詞條“碳化”由行業(yè)大百科提供）的性能;防止溫度裂縫產(chǎn)生和混凝土本身的收縮;抑制堿—集料反應,提高混凝土抗化學侵蝕的能力。外加劑已不是單一的品種,而是向著復摻、復合型的方向發(fā)展。
混凝土是一種具有不同孔隙的多孔體。毛細孔和凝膠體數(shù)量是決定混凝土強
度和耐久性的重要因素。毛細孔越少,混凝土越密實,耐久性越好,反之越差;而凝膠體數(shù)量越多,混凝土的強度越高,反之越低。相比普通混凝土,外加劑、礦物摻合料等輔助配料使混凝土的水膠比突破理論水膠比的愿望成為現(xiàn)實。采用低水膠比的HPC,硬化后毛細孔數(shù)量顯著減少，提高了混凝土水化反應前后的體積穩(wěn)定性，;而超細摻合料改善粉體集料的級配,也大幅度減少毛細孔數(shù)量,使HPC形成高度致密的微觀結構。此外,超細摻合料的活性大,火山灰反應強烈,消耗掉大量的Ca(OH)2,產(chǎn)生較多的凝膠體量,使得強度得到提高同時,Ca(OH)2的減少,也提高了HPC的抗腐蝕性能。
高性能混凝土(HPC)采用品質優(yōu)良的硅灰或經(jīng)過再加工的工業(yè)副產(chǎn)品為摻合料。因細度小,活性極高,其主要作用有:可以代替一定比例的水泥,改善混凝土的體積穩(wěn)定性;改善混凝土的級配,增加密實度;能與水泥水化產(chǎn)物中的薄弱結晶Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應,形成對強度和耐久性有益的水化硅酸鈣凝膠,有抑制有害化學反應的作用。 相比普通混凝土,HPC具有高強度、高耐久性及高工作性等宏觀性能。HPC的高耐久性比高強度更有優(yōu)勢,因毛細孔的減少和粉料的合理級配使其微觀結構達到相當致密的狀態(tài),外界有害介質很難侵入。有研究表明，即使對遭受海水腐蝕的海上鉆井平臺和跨海大橋也能達到很高的耐久性,高性能混凝土在海洋環(huán)境中能達到100年以上的耐久性,其耐久性之高是普通混凝土難以達到的。
三:預應力混凝土的可選擇性:
雙向預應力混凝土創(chuàng)意板，利用其特有的高性能混凝土技術，添加工藝及硅膠模板工藝，不僅可以制作厚度25-30mm的薄板，而且使混凝土的表面的表現(xiàn)力大大提高。作為一種高度工業(yè)化的產(chǎn)品，在工藝，尺寸高度標準化的基礎上，色彩選擇及表面機理又給建筑師留出較大的二次創(chuàng)造空間。該產(chǎn)品具有工業(yè)標準化及個性化完美結合的特性。
板材的色彩采用無機礦物顏料通體著色，解決了色賽紫外線照射下的穩(wěn)定性問題，而且在室內(nèi)應用中，不存在有機顏料的揮發(fā)污染的問題。表面效果通過特制的硅膠模板，實現(xiàn)精細化的表現(xiàn)，并可通過表面藝術化擦色，創(chuàng)作出更多富有藝術效果的作品。以下為歐澤塔提供的產(chǎn)品樣板圖片及標準尺寸：
標準尺寸為3000x2200x25-30mm，室內(nèi)可采用最薄25mm，室外采用30mm。內(nèi)置雙向直徑3mm間距100mm的刻痕預應力冷拔鋼絲。此部分鋼絲不應作為受力鋼筋，而是提高板材整體性，降低并改善裂隙發(fā)生及發(fā)展，特別是在板材運輸及施工中，以防止裂隙的發(fā)生。
板材可以二次裁切，并可以像石材一樣進行不同的精細加工，如磨邊，倒角等，以適應不同項目的個性要求。板材裁切要考慮損耗對成本的影響。以下是較為經(jīng)濟的裁切方案
四:預應力混凝土的性能:
混凝土板的物理力學性能根據(jù)ETA及DAU認證測試結果如下表示：
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性質 |
宣布的數(shù)值 |
參考標準 |
|
長度 mm |
標準尺寸 |
2996±3 |
EN 12467 |
|
裁切后 |
±0.5% |
|
寬度 mm |
標準尺寸 |
2196±3 |
|
裁切后 |
±0.5% |
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厚度 mm |
標準尺寸 |
30 ±5 |
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螺帽（詞條“螺帽”由行業(yè)大百科提供）位置誤差 mm |
±1 |
--- |
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干密度（詞條“密度”由行業(yè)大百科提供）（6）密度 kg/m3（不含鋼筋） |
2050±3% |
EN 12467 |
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干密度（7）密度 kg/m3（包含鋼筋） |
2085±3% |
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含水率 % |
<8% |
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標準規(guī)格板材3.00×2.20的重量含鋼筋（8） kg |
485.5±10% |
--- |
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每平米重量 |
73.8 kg/m2± 10% |
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抗彎強度 |
≥4.0 MPa |
EN 12467 |
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板材的彈性N/mm2 |
7000 - 12000 MPa |
EN 12467 |
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硬化后抗壓強度（不含鋼筋） N/mm2 |
>30 MPa |
EN 1015-11 |
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板材的線性熱擴張系數(shù) |
-20到40℃之間 |
<16μm/m℃ |
EN 14617-1&EN 1170-7 |
|
0到60℃之間 |
<19μm/m℃ |
EN14617-11&EN1170-7 |
|
全部浸入后吸水量 |
g/cm3 |
<0.32 |
EN 1170-6 |
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% |
<16% |
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潮濕造成的尺寸變化
- 收縮（mm/m）
- 膨脹 （mm/m） |
<1,50mm/m
<0,25mm/m |
EN 1170-7 |
其他物理性能指標：
|
毛細作用吸水 g / m2·s |
<0.5 |
EN 1015-18 |
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板材耐彎曲的平均能力 N/mm2 |
>7.5 |
EN 12467 |
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遇火反應分級 |
A1級 |
UNE EN 13501-1 |
|
熱傳導系數(shù) λ（W/mk） |
2，5 |
UNE EN 12524 |
|
遇水蒸氣擴散系數(shù) μ |
80 - 130 |
表格2.1：預制混凝土板材特性的一些宣布的值
(6)硬化混凝土的密度，不考慮預應力骨架
(7)包括嵌入的螺帽和預應力鋼筋的密度。在自然環(huán)境中密度可能會增加15%
(8)處于自然環(huán)境中，不考慮Ω組件的重量
板材的抗彎強度按照EN 12467(水泥纖維板)標準試驗方法確定，測試數(shù)據(jù)如下：
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測試樣板 |
第一道裂縫發(fā)生時的彎曲強度值（MPa） |
破壞時的彎曲強度值（MPa) |
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Rm,1 |
Rc,1 |
Rm,u |
Rc,u |
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縱向 |
5.9 |
5.1 |
10.0 |
7.4 |
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橫向 |
5.8 |
5.3 |
9.9 |
6.5 |
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Rm=平均值；Rc=75%的執(zhí)行度標準值，如采用95%置信度，標準值會提高。 |
上表中4MPa的抗彎強度是在考慮耐久性能后的標準強度。
板材的抗風壓測試，參照ETAG 034 part 1, 5.4.1章節(jié)的測試方法，對其臨界狀態(tài)進行測試如圖示，其中Z型橫龍骨間距1500mm，測試Ω掛件掛點中間最大彎曲狀況，結果如下表。(測試的安裝體系及測試結果由歐澤塔提供)
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測試結果(1) |
根據(jù)機械性能計算的結果（pa） |
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測試 |
最大荷載Q(Pa) |
最大荷載作用下的變形(mm)變形后1分鐘恢復 |
Z型龍骨最大變形下的計算荷載(4) |
根據(jù)板材抗彎強度計算的荷載(5) |
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負風壓 |
3600(2) |
7,8 (3)
0.7mm |
2000 |
2100 |
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正風壓 |
3600(2) |
6,2 (3)
0.7mm |
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（1）測試樣品：四塊板塊，540x1996x30，使用四個背栓及連接的Ω掛件，兩道橫龍骨，間距1500mm。掛點最大間距800mm。
（2）最大荷載作用下無破壞。
（3）變形測量位置在板塊中央位置。
（4）測試樣塊的計算荷載，是在考慮Z型龍骨發(fā)生不可恢復的1mm變形狀態(tài)下的，按單跨梁計算的最小水平荷載特征值。
（5）測試樣塊的計算荷載，是按照上表中板塊最小抗彎強度4MPa計算的結果。 |
測試樣板圖示：
對板材在水平荷載作用下的抗彎及撓度設計計算，建議優(yōu)先采用有限元計算，或近似按照多跨連續(xù)桿件計算，但需要進行雙向符合，取最大值予以設計控制。
板材如作為外幕墻應用，板材背面在生產(chǎn)線（詞條“生產(chǎn)線”由行業(yè)大百科提供）上，統(tǒng)一預置有48個M10的大頭螺栓，通過此螺栓，可以方便地鏈接各種吊掛件，與橫龍骨或結構實現(xiàn)連接。預置錨栓的最小錨固深度保證不小于15mm，以保證其一定的承載性能。背栓計算不僅要考慮正常使用狀態(tài)下的受力，如在安裝過程中作為吊裝（詞條“吊裝”由行業(yè)大百科提供）點，也要進行施工階段的受力計算或通過測試確定。
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