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來(lái)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(chǎng)上常用保溫材料的性能特點(diǎn)，包括無(wú)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(chǎng)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(guò)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(wú)機(jī)保溫材料

無(wú)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(wú)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(guò)膠黏劑和錨栓實(shí)現(xiàn)連接，以粘為主，粘錨結(jié)合；

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

　?。?）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(zhǎng)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；

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

　　（3）抹面層是一層保護(hù)層，在長(zhǎng)期環(huán)境作用下不應(yīng)開裂，否則：裂縫處陽(yáng)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(guò)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(guò)連接件穿過(guò)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(lái)。

　　（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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(zhǎng)度的銷釘連接件和安裝夾具，以便達(dá)到足夠的錨固長(zhǎng)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(chǎng)進(jìn)行安裝施工。現(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(chǎng)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(wú)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(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(yǔ)

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(chǎng)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(guó)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(guò)程中的節(jié)能和安全性能尚無(wú)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(chǎng)機(jī)遇的到來(lái)，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(lái)越廣闊的發(fā)展前景。

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