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        TRIZ 功能分析在解決屋面發(fā)泡聚氨酯保溫層硬化空鼓問題中的應(yīng)用

        2023-09-17 12:26:24易嘉
        科技與創(chuàng)新 2023年17期
        關(guān)鍵詞:空鼓無紡布保溫層

        易嘉

        (上海朗詩規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司,上海 200092)

        TRIZ 理論按照創(chuàng)新的流程分為問題識別、問題解決和概念驗(yàn)證3 大板塊[2],其中問題識別板塊包括創(chuàng)新標(biāo)桿分析、功能分析、流分析、因果鏈分析、進(jìn)化趨勢分析、關(guān)鍵問題分析等工具和方法,通過識別系統(tǒng)或超系統(tǒng)的功能、特點(diǎn)、各組件之間的相互作用,評估各組件執(zhí)行功能的性能,形成功能模型圖,從各原因中找到可能存在的矛盾[3],進(jìn)而解決問題。

        1 工程概況和技術(shù)矛盾

        該項(xiàng)目的屋面保溫采用90 mm 厚的現(xiàn)場發(fā)泡聚氨酯,硬化成型后出現(xiàn)局部空鼓、邊緣上翹情況嚴(yán)重的現(xiàn)象。施工現(xiàn)場如圖1 所示。

        圖1 屋面發(fā)泡聚氨酯保溫層空鼓翹曲

        屋面主要構(gòu)造及做法包括:①(最上層)40 mm厚C20 細(xì)石混凝土(內(nèi)配Φ6@150 mm 雙向)隨打隨抹,設(shè)間距小于等于3 m 分格,分縫處鋼筋斷開,縫寬12 mm,嵌密封膠,在女兒墻與交接處留縫(寬30 mm),嵌密封膠;②噴涂90 mm 厚B1 級發(fā)泡聚氨酯保溫層;③無紡布隔離層;④3.0 mm+2.0 mm 厚防水卷材(SBS);⑤20 mm 厚1∶3 水泥砂漿找平,設(shè)間距小于等于6 m 分格縫,縫寬25 mm,嵌聚苯乙烯泡沫條,密封膏填縫;⑥最薄50 mm 厚泡沫混凝土找坡層(找坡3%,抗壓強(qiáng)度不小于3 MPa);⑦(最下層)鋼筋混凝土屋面板,清理剔平,1∶2 水泥砂漿修補(bǔ)凹處。

        2 TRIZ 功能分析

        TRIZ 功能分析包含組件分析、相互作用分析和功能建模3 個(gè)步驟[4],最后在功能模型圖中獲取問題可能的解決方案。針對該工程問題,逐步剖析如下。

        2.1 組件分析:區(qū)分系統(tǒng)組件和超系統(tǒng)組件

        組件是指工程系統(tǒng)或超系統(tǒng)的某一組成對象,該對象可以是擁有靜止質(zhì)量的對象(如桌子、飛機(jī)等)或無靜止質(zhì)量的場(如引力場、機(jī)械場、化學(xué)場、熱場、聲場、電場、磁場等)。本工程問題中,選取包含各構(gòu)造層次的屋面作為待研究的系統(tǒng)組件,與屋面可能存在相互作用的外部環(huán)境對象作為超系統(tǒng)組件。其中,多次使用的同一種材料不論其厚度是否相同,均視作同一種組件;同時(shí),為使分析更具有通用性,忽略各構(gòu)造層次的厚度參數(shù),如圖2 所示。

        圖2 保溫屋面系統(tǒng)組件分析

        2.2 相互作用分析:分析各組件之間的相互作用

        相互作用分析輸出的是一個(gè)相互作用矩陣,該矩陣將系統(tǒng)組件和超系統(tǒng)組件分別羅列于行和列且順序完全相同。在矩陣每2 個(gè)組件的行、列交點(diǎn)的單元格中判別2 個(gè)組件是否有“接觸”,如果有,則標(biāo)記為“+”;如果沒有,則標(biāo)記為“-”。不斷重復(fù)操作,直至將整個(gè)矩陣表填滿,對角線的單元格為空,表示物體不會與自身相互作用。

        需注意以下幾點(diǎn):①相互作用是2 個(gè)組件之間直接的相互作用,不能是隔了1 個(gè)或多個(gè)組件“隔山打?!彼频膫鬟f作用;②有的組件之間是通過“場”來相互作用的,不能忽略,如手放在裝有熱水的水杯附近,會感覺到熱,是因?yàn)樗褪种g通過熱力場進(jìn)行相互作用;③相互作用矩陣在原理上應(yīng)是對稱矩陣,但為了增加分析的可靠性,暫時(shí)忽略對稱性,先對每2個(gè)組件進(jìn)行逐一分析,最后再復(fù)核是否對稱。

        對于本工程,共有11 個(gè)組件,將生成1 個(gè)11×11的相互作用矩陣,如表1 所示,整個(gè)矩陣是對稱陣。

        表1 保溫屋面工程系統(tǒng)的相互作用分析

        2.3 功能建模:找出系統(tǒng)可能存在的缺陷

        功能是指一個(gè)組件改變或保持另外一個(gè)組件某個(gè)參數(shù)的行為,一般是有限的若干個(gè)“動詞”或“謂詞”,如支撐、分解、去除、反射、加熱、冷卻等共30 個(gè)左右。定義2 個(gè)組件之間的功能時(shí)需要遵循非負(fù)面、非陳述性、盡可能具體、因果關(guān)系等原則,采用“主+謂+賓”的描述方式,如描述一杯咖啡這個(gè)簡單系統(tǒng)的杯子對咖啡的功能為“杯子支撐咖啡”。

        2 個(gè)組件之間存在功能的前提條件有3 個(gè):功能載體和對象都是組件(物質(zhì)或場)、功能載體和對象之間存在相互作用和功能對象的參數(shù)由于相互作用發(fā)生了改變(或保持不變)。僅有相互作用不代表一定有功能,但是如果有功能,則一定有相互作用。

        功能建模通過描述工程系統(tǒng)和超系統(tǒng)組件的不同性質(zhì)的功能,包括正常的功能、不足的功能、過量的功能、有害的功能4 種,來剖析各組件之間存在的影響,呈現(xiàn)出潛在的解決問題的方法。

        在保溫層空鼓翹曲問題中,“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”與“①細(xì)石砼保護(hù)層”“③無紡布隔離層”“(c)機(jī)械場”“(d)化學(xué)場”存在直接相互作用,用TRIZ功能語言描述分別是:“(a)室外空氣”固化“①細(xì)石砼保護(hù)層”,屬于正常功能;“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”支撐“①細(xì)石砼保護(hù)層”,屬于正常功能;“①細(xì)石砼保護(hù)層”壓縮“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”,屬于正常功能;“③無紡布隔離層”支撐“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”,屬于不足功能;“(c)機(jī)械場”壓縮“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”,屬于正常功能;“(d)化學(xué)場”拉伸“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”,屬于有害功能;“(d)化學(xué)場”拉伸“③無紡布隔離層”,屬于過量功能。

        功能模型圖如圖3 所示。

        圖3 屋面保溫系統(tǒng)的功能模型圖

        通過上述功能建模,可以發(fā)現(xiàn)3 處主要的系統(tǒng)缺陷:“(d)化學(xué)場”破壞性地拉伸了“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”,“(d)化學(xué)場”過度拉伸了“③無紡布隔離層”,“③無紡布隔離層”不能很好地支撐“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”。因此,要設(shè)法消除“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”和“③無紡布隔離層”之間的化學(xué)場。

        3 采用矛盾矩陣表獲取解決方案

        “矛盾矩陣表”是阿奇舒勒在進(jìn)行大量專利分析的基礎(chǔ)上,將構(gòu)成技術(shù)矛盾的絕大部分參數(shù)歸納為39個(gè)物理參數(shù),該39 個(gè)物理參數(shù)分別作為改善的參數(shù)和惡化的參數(shù),形成一個(gè)行×列=39×39 的方陣,稱之為“矛盾矩陣”[5],該矩陣的每個(gè)單元格列舉出能解決該對矛盾的40 條發(fā)明原理中的若干個(gè),如分割、局部質(zhì)量、預(yù)先反作用等,作為概念方案,最后由工程師根據(jù)概念方案設(shè)計(jì)出工程上可以實(shí)施的技術(shù)方案。

        3.1 分析技術(shù)系統(tǒng)和描述最終理想解(IFR)

        本工程問題中,因?yàn)闊o紡布隔離層偏軟,現(xiàn)場發(fā)泡聚氨酯硬化后拉扯下部的無紡布隔離層,導(dǎo)致局部聚氨酯局部空鼓和卷曲。如果直接將聚氨酯噴涂在防水卷材上,又會收縮拉壞卷材。

        如果噴涂聚氨酯在剛性結(jié)構(gòu)層上,則不會出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。此處出現(xiàn)了1 處物理矛盾,隔離層(或是聚氨酯與基層之間)既要硬(防止空鼓)又要軟(防止拉壞基層)。

        本工程問題最終理想解(IFR)為:設(shè)法使發(fā)泡聚氨酯硬化收縮后相對平整,不致拉壞下部隔離層和空鼓。

        3.2 定義工程參數(shù)并查矛盾矩陣表獲得解決方案

        通過初步判斷,擬選用的工程參數(shù)及相應(yīng)潛在的工程解決方案如表2 所示。

        表2 矛盾矩陣表和工程技術(shù)方案

        4 結(jié)束語

        按照上文的分析,本工程最終采用的解決方案為:在無紡布隔離層上澆筑40 mm 厚的素混凝土隨打隨抹,女兒墻根部和出屋面管井根部需用20 mm 厚的低標(biāo)號水泥砂漿上翻200 mm,避免發(fā)泡聚氨酯直接與無紡布隔離層及防水卷材接觸,素混凝土能夠很好地保護(hù)其下方的無紡布隔離層,并且固結(jié)后能夠承受發(fā)泡聚氨酯的收縮應(yīng)力,不會產(chǎn)生變形,很好地解決了屋面發(fā)泡聚氨酯保溫層硬化空鼓的問題。

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