王桂峰 宋雨賓

摘要：長期以來，我國建筑市場上普遍使用聚苯乙烯泡沫(EPS, XPS)、聚氨醋硬泡體(PU)等有機保溫材料。其具有輕質(zhì)、保溫效果好等優(yōu)點，但易燃、易老化、耐久性差，各地保溫建筑工程屢屢發(fā)生火災(zāi)事故，火災(zāi)時EPS很快就會熔化，煙霧大、毒性大，很難撲救，危害嚴(yán)重!由于涉及嚴(yán)重的防火安全問題，所以各國紛紛出臺法規(guī)加以限制。近年來，我國泡沫混凝土保溫板關(guān)鍵技術(shù)獲得重大突破，批量生產(chǎn)與規(guī)模應(yīng)用已成為現(xiàn)實。該產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，性能可靠，生產(chǎn)過程無需蒸養(yǎng)、蒸壓、高溫熔融等高耗能環(huán)節(jié)，用其取代聚苯泡沫，技術(shù)經(jīng)濟合理、A級不燃、安全環(huán)保、經(jīng)久耐用、施工性好。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土；保溫板；預(yù)制夾芯；復(fù)合外墻；應(yīng)用

中圖分類號：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引言：

工廠化生產(chǎn)的預(yù)制混凝土構(gòu)件，無論強度、品質(zhì)、耐久性等均大大高于現(xiàn)場澆注的混凝土結(jié)構(gòu)，也更能滿足“節(jié)能”和“環(huán)境友好型”設(shè)計的要求。在裝配式住宅中，預(yù)制泡沫混凝土保溫板夾芯復(fù)合墻體事先像夾心餅干一樣置于混凝土墻體中，泡沫混凝土保溫板不易受外界環(huán)境侵蝕，因此，建筑的保溫耐久性能和安全性也更好。

1.泡沫混凝土外墻保溫板在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

泡沫混凝土外墻保溫板，是用泡沫劑制備的泡沫、水泥，攪拌混合澆注成形后，經(jīng)養(yǎng)護而成的一種水泥基輕質(zhì)多孔無機泡沫混凝土防火保溫板。其燃燒性能A級，可應(yīng)用于建筑外墻防火隔離帶和外墻保溫等方面，是滿足當(dāng)前房屋建筑節(jié)能需求，提高工業(yè)與民用建筑外墻保溫水平的優(yōu)選材料，也是對既有建筑節(jié)能改造的首選材料之一。外墻保溫技術(shù)在我國的發(fā)展應(yīng)用時間尚短。20世紀(jì)80年代初，我國開始了關(guān)于墻體保溫材料技術(shù)研發(fā)，主要以科研院為主;90年代初，國外企業(yè)開始進(jìn)駐中國，并引導(dǎo)政府決策、引進(jìn)相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行工程試點;90年代中后期，一批有遠(yuǎn)見的民企開始進(jìn)行保溫材料技術(shù)方面的研究，使相關(guān)工藝和技術(shù)得到不斷完善;90年代末，墻體保溫材料技術(shù)在北京、東北開始大面積使用，其中北京已經(jīng)累計5 000萬m2; 2005年6月27日，國務(wù)院發(fā)布了建筑強制節(jié)能50%的規(guī)定，之后開展建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、集成和城市級工程示范，啟動低能耗、超低能耗和綠色建筑示范工程;2006年1月1日起施行《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》中德合作既有建筑改造工作在河北唐山成功試點;2007年10月，國家下達(dá)文件，要求全國各地新建建筑必須做建筑保溫，既有建筑限期改造，從此外墻保溫材料技術(shù)在我國得到了長足發(fā)展。我國目前普遍使用的墻體保溫材料極易燃燒，防火泡沫混凝土外墻保溫板將保溫材料的高效節(jié)能與優(yōu)異的防火性能集于一身，且性價比高，成為當(dāng)前保溫材料市場上備受追捧者之一。

2.預(yù)制混凝土夾芯復(fù)合墻板

預(yù)制混凝土夾芯復(fù)合墻板是國內(nèi)外預(yù)制結(jié)構(gòu)的研究熱點之一。國內(nèi)近年來由于外墻外保溫體系造成的重特大火災(zāi)事故屢見不鮮，如上海11·15特大火災(zāi)等。因此，研發(fā)具有保溫和結(jié)構(gòu)功能一體化的預(yù)制夾芯復(fù)合墻板更加緊迫。

2.1預(yù)制混凝土夾芯保溫墻的熱工性能

預(yù)制混凝土夾芯復(fù)合墻中保溫材料和厚度應(yīng)根據(jù)嚴(yán)寒、寒冷和夏熱冬冷地區(qū)對墻體平均傳熱系數(shù)限值的不同要求，以及GB50176-93《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》有關(guān)條文計算確定。此外，預(yù)制混凝土夾芯復(fù)合墻應(yīng)在滿足傳熱系數(shù)限值的基礎(chǔ)上，選用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料以減少保溫層厚度，還應(yīng)使用吸水率低的材料，避免熱阻降低。預(yù)制夾芯復(fù)合墻板中除夾心保溫層對墻板熱工性能的影響外，連接件也對墻板熱工性能影響顯著，連接件材料一般采用鋼筋，由于鋼筋導(dǎo)熱系數(shù)高，產(chǎn)生熱橋效應(yīng)影響墻板的保溫性能。因此，為解決鋼筋連接件的熱橋效應(yīng)，使用了C型,Z型,M型以及波紋狀鋼筋作為內(nèi)、外葉墻連接件，在滿足墻體剛度、變形協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，主要是通過延長鋼筋的傳熱路徑，增加熱阻，提高墻體的保溫性能，但傳熱系數(shù)降低幅度較小，效果不明顯。近年來，國內(nèi)外致力于研究低導(dǎo)熱系數(shù)的抗剪連接件，如采用纖維復(fù)合材料連接件代替鋼絲。纖維復(fù)合材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、抗拉強度高的優(yōu)點，其缺點是抗剪強度遠(yuǎn)低于抗拉強度，剛度較普通低碳鋼小。

澳大利亞CGS公司開發(fā)了Thermomass連接件，采用拉擠工藝，中部套有塑料套環(huán)，主要分為棒狀(MC系列、MS系列)、片狀(M系列)兩種連接件。美國Aslan公司開發(fā)了格構(gòu)式FRP連接件Nu Tie連接件呈波形，采用Aslan 100GFRP筋制作。墻板制作時一，將連接件的波峰與波谷埋置于混凝土墻片內(nèi)，并將兩側(cè)墻片組成一體。經(jīng)墻板足尺試驗表明，Nu Tie系列連接件能夠滿足組合墻板的部分復(fù)合作用。

2.2預(yù)制混凝土夾芯復(fù)合墻受力性能

預(yù)制混凝土夾芯復(fù)合墻結(jié)構(gòu)是由內(nèi)、外葉墻和夾芯保溫層三部分組成，內(nèi)、外葉墻通過抗剪連接件連接。按結(jié)構(gòu)功能劃分為承重式和非承重式預(yù)制夾芯復(fù)合墻，非承重式預(yù)制夾芯復(fù)合墻主要用于框架結(jié)構(gòu)的填充墻板，具有輕質(zhì)保溫的特點。承重式預(yù)制夾芯復(fù)合墻是將內(nèi)葉墻改進(jìn)為具有承重作用的剪力墻結(jié)構(gòu)，而外葉墻是50一70 mm厚混凝土墻板，起保護作用，屬于非承重墻，夾芯層為聚苯乙烯泡沫保溫板(EPS)和擠塑聚苯板(XPS)。預(yù)制夾芯復(fù)合墻作為建筑外圍護結(jié)構(gòu)墻板，主要承受平面外風(fēng)荷載、地震作用，平面內(nèi)的豎向重力荷載、水平地震力作用，以及溫度應(yīng)力等，在施工過程中承受自身重力、施工荷載以及吊裝荷載等，墻板受到拉、彎、剪共同作用，因此要求預(yù)制夾芯復(fù)合墻板的混凝工強度達(dá)到抗彎強度。此外，在各種荷載作用下內(nèi)、外葉墻的協(xié)同工作是必須考慮的問題。從結(jié)構(gòu)角度看，預(yù)制夾芯復(fù)合墻分為完全復(fù)合作用、部分完全復(fù)合作用和非復(fù)合作用3種類型。完全復(fù)合作用是指連接件的強度和剛度足夠傳遞內(nèi)、外葉墻由彎曲產(chǎn)生的剪力，截面滿足平截面假定。非復(fù)合作用是指墻板在外部荷載作用下，連接件產(chǎn)生變形或錨固失效，內(nèi)、外葉墻非協(xié)同受力，各自獨立承受彎矩作用，并產(chǎn)生相對滑移，在整個截面內(nèi)不滿足平截面假定。非完全復(fù)合作用介于二者一之間。

2.3連接件受力機理

連接件對內(nèi)、外葉墻之間剪力傳遞和協(xié)同工作具有重要作用，因此有必要研究其受力機理。焊接鋼析架連接件在傳遞剪力方面比無斜撐的鋼連接件更有效。沿縱向布置的析架式連接件對預(yù)制夾芯墻板的組合剛度和彎曲承載力提高很大。

近年，采用纖維復(fù)合材料如GFRP和CFRP作為連接件，研發(fā)有網(wǎng)格狀、析架狀和棒狀等連接件。連接件按照在結(jié)構(gòu)中的功能，分為抗剪連接件和非抗剪連接件。非抗剪連接件用在非完全復(fù)合作用的預(yù)制夾芯墻板中，抵抗拉力，保持內(nèi)、外葉墻相互連接形成整體?？辜暨B接件用于完全復(fù)合墻板，具有抗拉、抗壓、抗剪能力，以及足夠的強度和剛度來滿足墻板的復(fù)合作用。在荷載作用下，抗剪連接件剛度決定內(nèi)、外葉墻板的復(fù)合程度，同時，連接件應(yīng)具有足夠的強度抵抗墻板承受的設(shè)計荷載。

Salmon (1997 )在預(yù)制夾芯墻體中首次使用了采用纖維復(fù)合材料制作的格構(gòu)式析架筋，進(jìn)行了足尺預(yù)制夾芯墻板的試驗，驗證了FRP連接筋的抗剪和抗震性能。Pantelides對采用CFRP連接件的預(yù)制混凝土夾芯墻板進(jìn)行了試驗。試驗結(jié)果表明:CFRP連接件的破壞是非延性，類似于鋼連接件，但在側(cè)向荷載作用下的極限承載力是鋼連接件的3倍，錨固長度與自身的幾何外形和剛度有關(guān)。Clay Naito (2010)研究了14種不同材料和形狀連接件的強度、剛度和變形，研究結(jié)果表明:連接件的剛度對連接件的幾何形狀非常敏感。易彎曲(柔度大)連接件導(dǎo)致較低的開裂后彎曲剛度。夾芯墻板的開裂后剛度受不同抗剪連接件形狀的影響較大。連接件的抗剪性能變化相當(dāng)大，對于獨立的連接件其平均強度從5. 5 kN到18. 4 kN不等。

3.結(jié)語

近年來，預(yù)制夾芯保溫墻體開始在國內(nèi)逐步應(yīng)用。預(yù)制夾芯保溫墻體是由內(nèi)、外葉鋼筋混凝土墻，保溫材料層及連接件組成，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。預(yù)制夾芯保溫墻體抗火性能的研究內(nèi)容主要包括墻體自身的抗火性能與板縫處的抗火性能兩部分。對于預(yù)制夾芯保溫墻體自身的抗火性能而言，由于預(yù)制夾芯保溫墻體中連接件和保溫層設(shè)置于混凝土內(nèi)、外葉墻之問，混凝土板可有效保護保溫層及連接件，使其與外界環(huán)境隔絕，避免了火災(zāi)等外界不利因素對其的影響，所以相比外墻外保溫體系，預(yù)制夾芯保溫墻體的抗火性能更好。

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