一种测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的方法和装置

1.本发明涉及聚氨酯材料技术领域，特别涉及一种测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的方法和装置。


背景技术：

2.现浇聚氨酯复合石材是将薄板石材干挂后，在石材和墙面之间的空腔内现场浇注聚氨酯材料，通过物理和化学、干挂和湿贴的多重作用，把石材牢固地安装固定在墙上。它比传统的干挂石材更耐风压、更减少对建筑物的负载。聚氨酯复合材料与石材施工技术相结合，解决干挂石材的防水和配件易锈蚀等问题，提高干挂石材系统的节能性和耐久性。
3.然而聚氨酯发泡体具有体积收缩性，使得石材被拉断或者凹陷的现象经常发生，影响现浇聚氨酯复合石材的实际应用。但目前没有测定聚氨酯的收缩应力的方法。
4.因此，如何设计一种能够测定聚氨酯收缩应力的方法，以评估聚氨酯石材体系的稳定性，实现聚氨酯与石材复合施工的质量控制，成为本领域亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明目的在于提供一种测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的方法和装置，本发明提供的方法能够测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的方法，包括以下步骤：
8.提供一个“凹字形”支撑结构；所述支撑结构包括底板和位于所述底板两侧的侧壁；每侧侧壁顶端分别固定有三棱柱形固定支座，所述固定支座的长度与侧壁顶面的长度相同；
9.提供一块石材板；所述石材板的宽度大于等于支撑结构侧壁顶面的长度；所述石材板的一面设有两条平行的凹槽，两条凹槽中心的间距与两个固定支座中心的间距相同；所述凹槽的宽度小于固定支座底面的宽度；
10.在所述支撑结构的底部铺设建筑材料，所述建筑材料的高度低于支撑结构侧壁的高度；
11.将所述石材板固定于支撑结构上，所述支撑结构侧壁的固定支座卡在石材板的凹槽中；
12.在建筑材料、石材板、支撑结构侧壁形成的空腔内浇注聚氨酯，用密封材料对空腔进行密封；依次进行发泡和熟化，得到聚氨酯发泡体；
13.待聚氨酯发泡体体积收缩稳定后，测定石材板中心点的位移值，记为wc；
14.根据式1计算聚氨酯的收缩应力：
[0015][0016]
式1中，σ为聚氨酯的收缩应力，mpa；
[0017]
wc为石材板中心点的位移值，mm；
[0018]
b为石材板的厚度，mm；
[0019]
e为石材板的弹性模量，mpa；
[0020]
l为两个固定支座间的中心距离，mm。
[0021]
优选的，所述测定石材板中心点的位移值包括以下步骤：
[0022]
在所述石材板的外表面粘贴反光片，所述反光片位于石材板中心点；
[0023]
将所述石材板固定于支撑结构后，使用激光测距仪测试发光片正上方某一位置距离发光片的距离；
[0024]
待聚氨酯发泡体体积收缩稳定后，使用激光测距仪测试相同位置距离发光片的距离，二者距离之差为石材中心的位移值。
[0025]
优选的，所述聚氨酯发泡体体积收缩稳定的时间≥7天。
[0026]
优选的，所述石材板的厚度≥10mm。
[0027]
优选的，所述对空腔进行密封包括以下步骤：
[0028]
浇注聚氨酯前，在所述空腔的一面粘贴密封板材；
[0029]
浇注聚氨酯后，在所述空腔的另一面粘贴密封板材。
[0030]
优选的，所述固定支座的截面为正三角形，所述正三角形的边长为4～6mm；所述凹槽的宽度为3～5mm。
[0031]
优选的，所述发泡的时间为25～30s，所述熟化的温度为30～40℃，时间为24～48h。
[0032]
优选的，所述聚氨酯发泡体的表观密度为30～40kg/m3。
[0033]
本发明提供了一种测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的装置，包括：
[0034]“凹字形”的支撑结构1；所述支撑结构1包括底板11和位于所述底板两侧的侧壁12；每侧侧壁12顶端分别固定有三棱柱形固定支座13，所述固定支座13的长度与侧壁12顶面的长度相同；
[0035]
石材板2；所述石材板2的宽度与支撑结构侧壁12顶面的长度相同；所述石材板2的一面设有两条平行的凹槽，两条凹槽中心的间距与两个固定支座13中心的间距相同；所述凹槽的宽度小于固定支座13底面的宽度。
[0036]
优选的，所述支撑结构1的材质为金属。
[0037]
本发明提供了一种测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的方法，本发明利用“凹字形”支撑结构、铺设于所述支撑结构底部的建筑材料、石板材、浇注于所述建筑材料、石材板、支撑结构侧壁形成的空腔内的聚氨酯模拟真实现浇聚氨酯复合石材环境，利用支撑结构侧壁的固定支座形成石材简支梁结构。聚氨酯发泡体在稳定过程中，会产生收缩效应，由于聚氨酯与石材的粘结力作用，等效作用于与石材的接触面上的均布力作用，向内变形。本发明通过石材板中心点最大变形量的测定，结合石材的物理性性质，可以计算出聚氨酯作用于石材上的线性荷载q，再结合材料力学计算公式可以计算出石材中心处最大的
收缩应力σ。
[0038]
具体的，线性荷载q根据式2计算：
[0039][0040]
σ的推导过程如式3：
[0041][0042]
式2和式3中，q为线性载荷，n/m；
[0043]
为线性载荷计算系数；
[0044]
wc为石材板中心点的位移值，mm；
[0045]
e为石材板的弹性模量，mpa；
[0046]
i为石材截面的惯性矩，mm4；
[0047]
l为两个固定支座间的中心距离，mm。
[0048]
本发明通过计算测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力，可以评估聚氨酯石材体系的稳定性，进而评估评估石材的厚度是否合理；还可以在施工前对聚氨酯现场浇注量进行的定量分析，为聚氨酯复合石材现场施工提供技术支撑。
附图说明
[0049]
图1为测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力装置的结构示意图；
[0050]
图2为固定支座的局部放大图；
[0051]
图3为实施例1测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力装置的尺寸图。
具体实施方式
[0052]
本发明提供了一种测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的方法，包括以下步骤：
[0053]
提供一个“凹字形”支撑结构；所述支撑结构包括底板和位于所述底板两侧的侧壁；每侧侧壁顶端分别固定有三棱柱形固定支座，所述固定支座的长度与侧壁顶面的长度相同；
[0054]
提供一块石材板；所述石材板的宽度大于等于支撑结构侧壁顶面的长度；所述石材板的一面设有两条平行的凹槽，两条凹槽中心的间距与两个固定支座中心的间距相同；所述凹槽的宽度小于固定支座底面的宽度；
[0055]
在所述支撑结构的底部铺设建筑材料，所述建筑材料的高度低于支撑结构侧壁的高度；
[0056]
将所述石材板固定于支撑结构上，所述支撑结构侧壁的固定支座卡在石材板的凹槽中；
[0057]
在建筑材料、石材板、支撑结构侧壁形成的空腔内浇注聚氨酯，用密封材料对空腔进行密封；浇注聚氨酯后，依次进行发泡和熟化，得到聚氨酯发泡体；
[0058]
待聚氨酯发泡体体积收缩稳定后，测定石材板中心点的位移值，记为wc；
[0059]
根据式1计算聚氨酯的收缩应力：
[0060][0061]
式1中，σ为聚氨酯的收缩应力，mpa；
[0062]
wc为石材板中心点的位移值，mm；
[0063]
b为石材板的厚度，mm；
[0064]
e为石材板的弹性模量，mpa；
[0065]
l为两个固定支座间的中心距离，mm。
[0066]
本发明提供一个“凹字形”支撑结构。在本发明中，所述支撑结构包括底板和位于所述底板两侧的侧壁；每侧侧壁顶端分别固定有三棱柱形固定支座，所述固定支座的长度与侧壁顶面的长度相同。
[0067]
在本发明中，所述支撑结构的材质优选为金属，更优选为不锈钢；作为本发明的一个具体实施例，所述不锈钢的型号优选为q275。
[0068]
本发明对所述“凹字形”支撑结构的具体尺寸没有特殊的要求，根据实际情况进行相应的设计即可。作为本发明的一个具体实施例，所述底板的长度优选为620mm，宽度优选为200mm，厚度优选为10mm；所述两侧侧壁的高度相同，所述侧壁的高度优选为160mm，所述侧壁的厚度优选为10mm。
[0069]
在本发明中，所述三棱柱形固定支座的截面优选为正三角形；在本发明中，所述正三角形的边长优选为4～6mm。在本发明中，所述固定支座的材质优选为金属，所述固定支座优选通过焊接的方式固定于侧壁顶端。
[0070]
本发明提供一块石材板。在本发明中，所述石材板的宽度大于等于支撑结构侧壁顶面的长度；所述石材板的一面设有两条平行的凹槽，两条凹槽中心的间距与两个固定支座中心的间距相同；所述凹槽的宽度小于固定支座底面的宽度。
[0071]
本发明对所述石板材的种类没有特殊的要求，本领域常规使用的石板材均能使用本发明的方法进行测试。在本发明中，所述石材板的厚度优选≥10mm。本发明对所述石板材的长度和宽度没有特殊的要求，作为本发明的一个具体实施例，所述石板材的规格为900mm
×
220mm
×
10mm。
[0072]
在本发明中，所述凹槽的宽度优选为3～5mm，深度优选为6mm。
[0073]
本发明在所述支撑结构的底部铺设建筑材料，所述建筑材料的高度低于支撑结构侧壁的高度。在本发明中，所述建筑材料优选为实际施工时墙体的建筑材料，具体优选为烧结粘土砖、加气混凝土砖和水泥混凝土砌块中的一种或几种。本发明对所述铺设建筑材料的方法没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的铺设建筑材料的方法即可。
[0074]
作为本发明的一个具体实施例，所述建筑材料的高度优选为100mm。
[0075]
本发明将所述石材板固定于支撑结构上，所述支撑结构侧壁的固定支座卡在石材板的凹槽中。在本发明中，所述石板材优选平铺于所述支撑结构上。由于重力并不会导致石材板中心的形变，本发明测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力时，忽略重力对于石材板中心形变的影响。
[0076]
本发明在建筑材料、石材板、支撑结构侧壁形成的空腔内浇注聚氨酯，用密封材料对空腔进行密封；浇注聚氨酯后，依次进行发泡和熟化，得到聚氨酯发泡体。本发明对所述聚氨酯的种类没有特殊的要求，使用本领域熟知的发泡聚氨酯即可。本发明优选使用高压枪浇注聚氨酯，在本发明中，所述聚氨酯的浇注量根据聚氨酯的发泡倍数和所形成的聚氨酯发泡体的表观密度确定。在本发明中，所述所述浇注聚氨酯后所形成的聚氨酯发泡体的表观密度与实际施工时聚氨酯复合石材中聚氨酯发泡体的表观密度相同。
[0077]
在本发明中，所述聚氨酯发泡体的表观密度优选为30～40kg/m3，更优选为35kg/m3。
[0078]
在本发明中，所述对空腔进行密封的方法，包括以下步骤：
[0079]
浇注聚氨酯前，在所述空腔的一面粘贴密封板材；
[0080]
浇注聚氨酯后，在所述空腔的另一面粘贴密封板材。
[0081]
在本发明中，所述密封板材优选为树脂板，具体优选为pvc板或有机玻璃板。本发明对所述密封板材的具体规格没有特殊的要求，能够实现空腔的密封即可。
[0082]
在本发明中，所述粘贴使用的粘结剂优选为环氧树脂。
[0083]
在本发明中，所述发泡的时间优选为25～30s，更优选为28s；所述熟化的温度优选为30～40℃，更优选为35℃；时间优选为24～48h，更优选为36～42h。
[0084]
本发明待聚氨酯发泡体体积收缩稳定后，测定石材板中心点的位移值，记为wc。在本发明中，所述测定石材板中心点的位移值的方法优选包括以下步骤：
[0085]
在所述石材板的外表面粘贴反光片，所述反光片位于石材板中心点；
[0086]
将所述石材板固定于支撑结构后，使用激光测距仪测试某一位置距离发光片的距离；
[0087]
待聚氨酯发泡体体积收缩稳定后，使用激光测距仪测试相同位置距离发光片的距离，二者距离之差为石材中心的位移值。
[0088]
在本发明中，所述反光片优选为激光测距仪配套的反光片，所述反光片的材质优选为白口铁。
[0089]
在本发明中，所述聚氨酯发泡体体积收缩稳定的时间优选≥7天。
[0090]
本发明根据式1计算聚氨酯的收缩应力：
[0091][0092]
式1中，σ为聚氨酯的收缩应力，mpa；
[0093]
wc为石材板中心点的位移值，mm；
[0094]
b为石材板的厚度，mm；
[0095]
e为石材板的弹性模量，mpa；
[0096]
l为两个固定支座间的中心距离，mm。
[0097]
本发明本发明利用“凹字形”支撑结构、铺设于所述支撑结构底部的建筑材料、石板材、浇注于所述建筑材料、石材板、支撑结构侧壁形成的空腔内的聚氨酯模拟真实现浇聚氨酯复合石材环境，利用支撑结构侧壁的固定支座形成石材简支梁结构。聚氨酯发泡体在稳定过程中，会产生收缩效应，由于聚氨酯与石材的粘结力作用，等效作用于与石材的接触面上的均布力作用，向内变形。本发明通过石材板中心点最大变形量的测定，结合石材的物理性性质，可以计算出聚氨酯作用于石材上的线性荷载q，再结合材料力学计算公式可以计算出石材中心处最大的收缩应力σ。
[0098]
具体的，线性荷载q根据式2计算：
[0099][0100]
σ的推导过程如式3：
[0101][0102]
式2和式3中，q为线性载荷，n/m；
[0103]
为线性载荷计算系数；
[0104]
wc为石材板中心点的位移值，mm；
[0105]
e为石材板的弹性模量，mpa；
[0106]
i为石材截面的惯性矩，mm4；
[0107]
l为两个固定支座间的中心距离，mm。
[0108]
本发明通过计算测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力，可以评估聚氨酯石材体系的稳定性，进而评估评估石材的厚度是否合理；还可以在施工前对聚氨酯现场浇注量进行的定量分析，为聚氨酯复合石材现场施工提供技术支撑。
[0109]
本发明提供了一种测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的装置，包括：
[0110]“凹字形”的支撑结构1；所述支撑结构1包括底板11和位于所述底板两侧的侧壁12；每侧侧壁12顶端分别固定有三棱柱形固定支座13，所述固定支座13的长度与侧壁12顶面的长度相同；
[0111]
石材板2；所述石材板2的宽度与支撑结构侧壁12顶面的长度相同；所述石材板2的一面设有两条平行的凹槽，两条凹槽中心的间距与两个固定支座13中心的间距相同；所述凹槽的宽度小于固定支座13底面的宽度；
[0112]
还优选包括：铺设于所述支撑结构1底部的建筑材料3；所述建筑材料3的高度低于支撑结构侧壁12的高度；
[0113]
浇注于所述建筑材料3、石材板2、支撑结构侧壁12形成的空腔内的聚氨酯4；
[0114]
密封所述空腔的密封材料。
[0115]
优选的，所述支撑结构1的材质为金属。
[0116]
在本发明中，所述“凹字形”支撑结构1、石材板2的具体结构、规格与上文相同，在此不再赘述。
[0117]
在本发明中，所述建筑材料3、聚氨酯4、密封材料的可选种类与上文相同，在此不再赘述。
[0118]
在本发明中，所述测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的装置的结构示意图如图1所示。
[0119]
图1中，1-支撑结构，11-底板，12-侧壁，13-固定支座，2-石材板，3-建筑材料，4-聚氨酯，5-反光片，6-激光测距仪。
[0120]
作为本发明的一个具体实施例，所述固定支座的局部放大图如图2所示。
[0121]
下面结合实施例对本发明提供的测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的方法和装置进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0122]
实施例1
[0123]
按照图2、3所述结构和尺寸提供测定浇注聚氨酯复合石材中聚氨酯收缩应力的装置。
[0124]
在建筑材料、石材板、支撑结构侧壁形成的空腔内浇注聚氨酯，用密封材料对空腔进行密封；浇注聚氨酯后，依次进行发泡和熟化，得到聚氨酯发泡体，所得聚氨酯发泡体的表观密度为35kg/m3；
[0125]
7天后测定石材板中心点的位移值，记为wc；
[0126]
根据式1计算聚氨酯的收缩应力，其中石材的e＝26.5
×
103mpa，石材的厚度b＝10mm，测定变形量为wc＝2mm，两个固定支座间的中心距离为610mm，则
[0127][0128]
实施例2
[0129]
根据式1计算聚氨酯的收缩应力，其中石材的e＝26.5
×
103mpa，石材的厚度b＝8mm，测定变形量为wc＝3mm，两个固定支座间的中心距离为610mm，则
[0130][0131]
实施例3
[0132]
根据式1计算聚氨酯的收缩应力，其中石材的e＝26.5
×
103mpa，石材的厚度b＝15mm，测定变形量为wc＝1.5mm，两个固定支座间的中心距离为610mm，则
[0133][0134]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。