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來源：寶業(yè)集團(tuán)上海建筑工業(yè)化研究院、君軒科技

摘要

本文分析了市場上常用保溫材料的性能特點(diǎn)，包括無機(jī)保溫材料、有機(jī)保溫材料、復(fù)合保溫材料，研究了保溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，包括外墻外保溫系統(tǒng)、外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)，并探討了預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中用預(yù)制保溫墻體的現(xiàn)狀，包括預(yù)制夾心保溫外墻板、預(yù)制外保溫外墻板、預(yù)制外掛混凝土墻板。

關(guān)鍵詞：保溫材料；保溫系統(tǒng)；預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；預(yù)制保溫墻體　

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引言

　　

建筑節(jié)能是在不影響人們舒適性的前提下，減少建筑能耗，提高能源利用率。建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑節(jié)能技術(shù)的重要內(nèi)容之一，選擇合適的保溫材料和保溫系統(tǒng)正是實(shí)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的重要保障。采用工廠化生產(chǎn)的預(yù)制保溫墻體，可顯著提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量，減少現(xiàn)場作業(yè)量，降低能耗水平。

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是以預(yù)制鋼筋混凝土為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接和部分現(xiàn)澆而成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該材料通過標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和機(jī)械化施工，可加快施工速度，保證工程質(zhì)量，大幅減少建筑垃圾、粉塵和廢水排放，降低施工噪音，真正做到綠色環(huán)保。

　　

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保溫材料

2.1 無機(jī)保溫材料

無機(jī)保溫材料具有A級(jí)不燃，極佳的溫度穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，與建筑墻體同壽命(表1)。　　

表1 常用無機(jī)保溫材料性能特點(diǎn)

2.2有機(jī)保溫材料的特點(diǎn)

有機(jī)保溫材料質(zhì)量輕、可加工性好、保溫隔熱效果好，但單一有機(jī)保溫材料難以達(dá)到A級(jí)防火要求（表2）。

表2 常用有機(jī)保溫材料性能特點(diǎn)

2.3復(fù)合保溫材料的特點(diǎn)（表3）

表3 常用復(fù)合保溫材料性能特點(diǎn)

保溫系統(tǒng)

3.1 外墻外保溫系統(tǒng)

外墻外保溫系統(tǒng)主要由基層（鋼筋混凝土墻體）、粘結(jié)層（粘結(jié)砂漿）、保溫層、抹面層（耐堿網(wǎng)格布+抹面膠漿+錨栓）、飾面層組成。其可有效避免建筑物產(chǎn)生冷熱橋， 已成為應(yīng)用最為廣泛的保溫系統(tǒng)。

正常使用和維護(hù)下，外墻外保溫系統(tǒng)的使用年限不應(yīng)少于25年[1]。但在實(shí)際使用中，保溫層脫落事故屢見不鮮，因此，外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)的安全性尤為重要。影響安全性的因素很多，以EPS外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)為例。

圖1 EPS外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)

3.1.1初期安全性

　?。?）基層與保溫層的連接，通過膠黏劑和錨栓實(shí)現(xiàn)連接，以粘為主，粘錨結(jié)合；

　　（2）保溫層各項(xiàng)性能應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；

　　（3）抹面層不開裂，與保溫層粘結(jié)牢固。當(dāng)涂料或裝飾砂漿飾面時(shí)，耐堿網(wǎng)格布不壓入錨栓；當(dāng)瓷磚飾面時(shí)，耐堿網(wǎng)格布應(yīng)壓入錨栓中；

　?。?）飾面層用瓷磚自重大，易發(fā)生脫落事故，涂料或裝飾砂漿相對(duì)安全。

3.1.2長期安全性

　?。?）耐老化性差的保溫材料會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的粉化現(xiàn)象，造成保溫層與基層的虛粘，發(fā)生脫落事故；

　?。?）網(wǎng)格布應(yīng)選用符合質(zhì)量要求的耐堿網(wǎng)格布；

　?。?）抹面層是一層保護(hù)層，在長期環(huán)境作用下不應(yīng)開裂，否則：裂縫處陽光照射加速保溫層的老化，雨水浸入保溫層造成霉變，甚至破壞粘結(jié)層，發(fā)生脫落事故。

3.2 外墻內(nèi)保溫薄抹灰系統(tǒng)

　　 外墻內(nèi)保溫是將保溫層置于外墻體的內(nèi)側(cè)。外墻體可保護(hù)保溫層免受外界環(huán)境影響，對(duì)保溫材料耐候性要求不高，施工時(shí)不需搭設(shè)腳手架，特別適合單戶居民節(jié)能改造。但內(nèi)保溫也存在一定問題：室內(nèi)使用面積被占用，二次裝修和吊掛重物困難，在樓板、梁、構(gòu)造柱等部位易形成冷熱橋。

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用保溫系統(tǒng)

4.1預(yù)制夾心保溫外墻體

JGJxx-2012《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(征求意見稿)2.1.9中規(guī)定：預(yù)制夾心保溫外墻體是內(nèi)外兩層鋼筋混凝土墻板和夾在其間的保溫材料通過專用連接件組成的具有特定保溫性能要求的外墻板。從該定義可看出，預(yù)制夾心保溫外墻體是墻體自保溫的一種形式。

4.1.1預(yù)制夾心保溫外墻板組成

圖2 預(yù)制夾心保溫外墻板構(gòu)造

預(yù)制夾心保溫外墻板由內(nèi)層板、保溫層、外層板、連接件組成，其中：內(nèi)層板一般是受力板，按照力學(xué)要求設(shè)計(jì)和配筋；外層板主要有兩個(gè)作用，一是保護(hù)保溫層，二是為外裝飾基層，也可直接為裝飾面層；外層板通過連接件穿過保溫層將力傳遞給內(nèi)層板。

4.1.2預(yù)制夾心保溫外墻板受力情況

預(yù)制夾心保溫外墻板主要受豎直荷載和水平荷載。豎直荷載主要是墻板、屋板、樓板自重，地震力影響。水平荷載包括了溫度影和風(fēng)荷載影響。

圖3溫度影響

圖4 風(fēng)荷載影響

4.1.3連接件

為保證預(yù)制夾心保溫外墻板能夠有效承受水平荷載和豎直荷載，需用連接件將內(nèi)外層板連接起來。

　　（1）佩克連接件[2-3]

　　佩克夾心保溫板連接件分為鋼筋桁架連接件和銷釘連接件。

　　1）鋼筋桁架連接件

圖5 鋼筋桁架連接件

　　鋼筋桁架連接件包括了PD型連接件和PPA型連接件。

圖6 PD型連接件

　　PD型連接件又稱作對(duì)角鋼筋桁架連接件，連接件長度L可制成300mm 的倍數(shù)，連接件高度H為100mm~450mm，保溫層厚度40~390mm。PD型連接件多用于整件板高度的夾芯保溫隔熱墻板連接。

圖7 PPA型連接件

　　PPA型連接件稱作過梁鋼筋桁架連接件，保溫層厚度從90~390mm。PPA型連接件多用于低矮結(jié)構(gòu)中如：門窗梁和低矮基座構(gòu)件。

　　鋼筋桁架連接件數(shù)量計(jì)算

圖8 鋼筋桁架連接件受力圖

　　2）銷釘連接件

　　銷釘連接件分為PPI型銷釘連接件、PDQ型銷釘連接件、Nirvana銷釘連接件。

圖9 PPI型銷釘連接件、PDQ型銷釘連接件

圖10 銷釘連接件垂直于墻板              

  圖11 銷釘連接件傾斜于墻板

　　如果銷釘連接件垂直于墻板表面安裝，銷釘將不能承載墻板的重量；這種方式的安裝，只是通過銷釘?shù)睦κ箖?nèi)外層墻板連接在一起。也可把銷釘連接件放置成對(duì)角傾斜方向使用；傾斜方向使用時(shí)，需要特殊長度的銷釘連接件和安裝夾具，以便達(dá)到足夠的錨固長度；對(duì)角傾斜銷釘連接件可以用PPA型連接件代替。

圖12 Nirvana 銷釘連接件

　　Nirvana銷釘連接件，由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂擠拉成型。最大特點(diǎn)是有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，其形狀尺寸如下圖所示。Nirvana銷釘連接件能夠把保溫隔熱層固定在內(nèi)外兩層混凝土結(jié)構(gòu)墻板之間。

　　（2）哈芬錨固系統(tǒng)[4-5]

圖13 錨固件和約束細(xì)桿布置圖

　　哈芬錨固系統(tǒng)由支撐錨固件和約束系桿（連接箍筋）構(gòu)成。

　　1）哈芬支撐錨固件

　　支撐錨固件包括SPA夾心板錨件和MVA夾芯板錨件，能夠支撐外墻自重及其他豎向荷載，還能有效抵抗夾心板平面內(nèi)的水平荷載。

　　SPA夾心板錨件

　　　　　　　圖14 SPA-1                          

圖15 SPA-2

　　MVA夾芯板錨圖

圖16 套筒式夾芯板錨件

圖17 平板式夾心板錨件

　　2）連接箍筋

　　抵抗夾心板水平荷載，使外墻板的變形和內(nèi)部應(yīng)力得以釋放。

圖18 連接箍筋示意圖

　　（3）GFRP連接件[6]

圖19 GFRP連接件

　　GFRP連接件由連續(xù)玻璃纖維和乙烯基樹脂基體組成，可有效避免產(chǎn)生冷熱橋，抗堿腐蝕性較好。主要用于非復(fù)合預(yù)制夾心保溫板，連接件是一個(gè)懸臂受力構(gòu)件，變形量如圖20。

圖20 連接件變形量

抗拉力要求：以外層板厚度為50mm，采用平吊脫模的方式，此時(shí)混凝土的質(zhì)量為1.2KN/ m2，吸力0.8KN/m2，總計(jì)2KN/m2。假設(shè)單個(gè)連接件承載面積為0.2m2，則單個(gè)連接件的抗拉力為0.4KN。同時(shí)還要考慮一個(gè)安全系數(shù)。

剪切力要求：以外層板厚度為50mm，采用平吊脫模的方式，此時(shí)混凝土的質(zhì)量為1.2KN/ m2，假設(shè)單個(gè)連接件承載面積為0.2m2，單個(gè)連接件的抗拉力為0.24KN。同時(shí)還要考慮一個(gè)安全系數(shù)。

4.2預(yù)制外保溫外墻體

預(yù)制外保溫外墻體是將保溫層與墻體在工廠一次澆筑成型，再到現(xiàn)場進(jìn)行安裝施工?，F(xiàn)階段預(yù)制外保溫外墻體缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但保溫材料選用EPS板或改性EPS板時(shí)，可參考EPS板現(xiàn)澆混凝土外保溫系統(tǒng)[1]。預(yù)制外保溫外墻體改變了傳統(tǒng)外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)中需在現(xiàn)場粘貼保溫板、濕作業(yè)量大的特點(diǎn)，可提高施工速度、縮短工期，保證工程質(zhì)量。

4.2.1三維空間結(jié)構(gòu)保溫板

圖21 特殊處理保溫板

經(jīng)特殊處理，保溫板表面形成三維空間結(jié)構(gòu)，無需涂抹界面砂漿，混凝土可直接與保溫板連成一體。此時(shí)，保溫板與混凝土的連接不僅僅依靠表面粘結(jié)力，更重要是三維空間結(jié)構(gòu)在混凝土中所起作用，提高了保溫板安全性，杜絕脫落事故發(fā)生。

4.2.2開槽處理保溫板

圖22 開槽處理保溫板

開槽后保溫板表面積增加，以1m×1m正方形保溫板為例，若開9個(gè)寬0.02m，長1m，高0.01m的矩形槽，保溫板表面積增加0.18m2；改變保溫板受力狀態(tài)，從“平面受力”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;空間受力”，安全性大大提高。

4.3預(yù)制外掛混凝土墻板

預(yù)制外掛混凝土墻板可做內(nèi)保溫，也可做成外保溫，在這方面研究比較多的如北京榆構(gòu)有限公司[7]。

4.3.1預(yù)制混凝土外掛墻板內(nèi)保溫

圖23 預(yù)制混凝土外掛墻板內(nèi)保溫

外掛板內(nèi)附保溫板、外附裝飾面，在現(xiàn)場安裝到主體結(jié)構(gòu)上，與主體結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)計(jì)要求保持30~50mm的間隙，在梁柱等部位可采用噴涂或填塞防火保溫材料的方法保證內(nèi)保溫的連續(xù)，從而有效解決內(nèi)保溫的熱橋效應(yīng)。

4.3.2預(yù)制混凝土外掛墻板外保溫

圖24 預(yù)制混凝土外掛墻板外保溫

現(xiàn)場在剪力墻或砌體墻外側(cè)粘貼保溫材料，將帶飾面的預(yù)制鋼筋混凝土外掛板外掛到主結(jié)構(gòu)上。

4.4預(yù)制夾心保溫外墻體與預(yù)制外保溫外墻體比較

表4 預(yù)制夾心保溫外墻體與預(yù)制外保溫外墻體比較

結(jié)語

全球氣候逐漸變暖、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重、霧霾頻現(xiàn)，綠色節(jié)能成為當(dāng)今社會(huì)的兩大主題，建筑施工粉塵已是霧霾產(chǎn)生主要原因之一，建筑能耗占社會(huì)總能耗50%左右，預(yù)制保溫墻體作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅減少現(xiàn)場濕作業(yè)量提高了施工效率，而且保證了保溫層的質(zhì)量，滿足建筑能耗要求。但預(yù)制保溫墻體在國內(nèi)應(yīng)用時(shí)間較短，仍存在一些問題有待解決：部分技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中的節(jié)能和安全性能尚無充分的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料；相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)落后于技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。隨著裝配式住宅市場機(jī)遇的到來，預(yù)制保溫墻體技術(shù)在不斷改進(jìn)和發(fā)展，預(yù)制保溫墻體正在向多功能化的方向發(fā)展，將具有越來越廣闊的發(fā)展前景。

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