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                探索建筑工業化:裝配式復合外墻板的發展現狀與趨勢

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                2022-12-22 2575

                來源:《福建建設科技》,鋼構中國、上海裝配式建筑發展推進平臺(ID: shfkypt)

                 

                引  言


                當前我國正處于城鎮化的快速進程中,到2020年實現“全面小康”,城鎮化水平達到60%左右,城鎮人口約增加3億,城鎮化住宅建設數量將在較長時間內保持較高水平。遺憾的是,當前這些建設成就大部分是以傳統的高投入、高能耗、高污染為代價取得的。推進建筑工業化、住宅建筑產業化,是實現住宅建設方式由粗放型向集約型轉變、提高住宅質量和節約住宅能耗的重大舉措,是保證建筑業可持續發展的重要途徑,對我國經濟及社會發展有著極其深遠的意義。


                2013年1月1日,國務院辦公廳轉發了發展改革委和住房城鄉建設部的綠色建筑行動方案,明確提出將“推廣建筑工業化,發展綠色建筑”列為十大重大任務。建筑工業化和住宅產業化以及城鎮化建設要求積極推廣裝配化施工。圍護結構中,考核建筑工業化水平的關鍵指標就是外墻的裝配化程度。推廣應用裝配式輕質混凝土外墻板符合國家綠色建筑和建筑節能的產業政策,是建筑行業實現可持續發展戰略的重要內容。

                 

                國外裝配式復合墻板研究現狀

                 

                國外的裝配式復合墻板主要是在70年以后發展起來的,美國的輕質墻板以各種石膏板為主,以品種多、規格全、生產機械化程度高而著稱,年產量20億平方米,居世界首位;日本石棉水泥板、蒸壓桂韓板、玻璃纖維增強水泥板(GRC板)的生產居世界領先水平;英國以無石棉桂韓板為主;德國、芬蘭以空心輕質混凝土墻板生產為主。長期以來國外主要形成了法國地戎CsatelEiffle住宅群的FCIS墻體系統、意大利BSAIS工業化建筑外墻體系、日本高層鋼結構住宅墻體采用的PCa墻板體系。

                國內裝配式外墻板的發展現狀和性能比較

                 

                建筑外墻是建筑的主要組成部分,其構造以及所使用的材料影響著建筑能耗指標和室內居住舒適度。在住宅建筑中,圍護結構能耗中:外墻可以占到34%,樓梯間隔墻約11%。發展高質量外墻復合保溫墻板是實現住宅產業化和推廣節能建筑的重要捷徑。一些發達國家的墻板墻體材料的生產在其國家墻體材料總產量中所占比例已高達60%,而我國僅占3%。在建筑物的外墻結構方面,我國正在大力鼓勵發展綠色建材,大力推廣各種非粘土磚的、輕型、大尺寸的墻材,同時進一步提高廣泛使用的綠色外墻保溫材料的生產率。


                目前國內可作為裝配式外墻板使用的主要墻板種類有:承重混凝土巖棉復合外墻板、薄壁混凝土巖棉復合外墻板、混凝土聚苯乙烯復合外墻板、混凝土珍珠巖復合外墻板、鋼絲網水泥保溫材料夾芯板、SP預應力空心板、加氣混凝土外墻板與真空擠壓成型纖維水泥板(簡稱ECP)。


                █ 承重混凝土巖棉復合外墻板

                 

                承重混凝土巖棉復合外墻板是由鋼筋混凝土結構承重層、巖棉保溫層和飾面層復合而成。承重混凝土巖棉復合外墻板厚度為250mm,其中鋼筋混凝土結構承重層厚度150mm、巖棉保溫層厚度50mm、飾面層厚度50mm。


                與傳統的磚混墻體或膨珠、浮石、陶?;炷镣鈮Π逑啾?,該種復合外墻板除了具有適應承重要求的力學性能外,還符合枟民用建筑節能設計標準枠對其保溫、隔熱性能的要求,具有強度高、保溫隔熱性能好、施工方便等特點,冬季保溫效果相當于厚度為490mm的磚墻,熱穩定性也優于厚度為370mm的磚墻。但面密度較大,安裝效率較低,不利于推廣應用。


                █ 薄壁混凝土巖棉復合外墻板

                 

                薄壁混凝土巖棉復合外墻板是由鋼筋混凝土結構層(里層)、巖棉保溫層(中層)和混凝土飾面層(外層)復合而成的非承重型復合外墻板,墻板厚度為150mm。


                它主要用作框架結構輕板建筑體系的非承重外墻。薄壁混凝土巖棉復合外墻板不但具有優良的保溫、隔熱性能,其冬季保溫相當于370mm的磚墻,而且比傳統材料的外墻板重量輕得多。但制作工藝較復雜,不利于推廣應用。


                █ 混凝土聚苯乙烯復合外墻板

                 

                混凝土聚苯乙烯復合外墻板是由70mm厚鋼筋混凝土承重層(里層)、60mm或80mm厚聚苯乙烯板保溫層(中層)和70mm厚鋼筋混凝土飾面層(外層)復合而成。


                這種復合外墻板可用作鋼或鋼筋混凝土框架結構、框架—抗震墻結構的圍護外墻,也可應用于其他需要圍護外墻的結構。它的平均傳熱系數僅為0.58W/(㎡·K),約相當于1m厚塊的保溫效果。但面密度較大,需要專用吊機安裝,不利于推廣應用當前的建筑工業化。


                █ 混凝土膨脹珍珠巖復合外墻板

                 

                混凝土膨脹珍珠巖復合外墻板是由鋼筋混凝土結構承重層、膨脹珍珠巖保溫層和飾面層復合而成?;炷僚蛎浾渲閹r復合外墻板厚度為300mm,其中承重層厚度150mm,保溫層厚度100mm,飾面層厚度50mm。


                該種復合外墻板除了具有適應承重要求的力學性能外,還能滿足枟民用建筑節能設計標準枠對其的要求?;炷僚蛎浾渲閹r復合外墻板的隔熱、保溫性能大大優于以往的輕混凝土外墻板,稍遜于混凝土巖棉復合外墻板,其冬季保溫效果相當于厚度為490mm的磚墻。但面密度大,需要專用吊機安裝,不利于當前建筑工業化的推廣應用。


                █ 鋼絲網水泥保溫材料夾芯板

                 

                鋼絲網架水泥夾芯板是在工廠內將低碳冷拔鋼絲焊成三維空間網架,中間填充輕質保溫芯材(主要用阻燃的聚苯乙烯泡沫板)而制成的半成品,在施工現場再在夾芯板的兩側噴抹水泥砂漿或直接在工廠內全部預制完成。


                該種夾芯板具有重量輕、強度高、防震、保溫和隔熱、隔聲性能好、防火性能好、抗濕、抗凍融性好、運輸方便、損耗極少、施工方便經濟、提供建筑使用面積。能根據設計上的要求組裝成各種形式的墻體,甚至可在板內預先設置管道、電氣設備、門窗框等,然后在生產廠內或施工現場,再于板的鋼絲上鋪抹水泥砂漿,施工簡便、快速,加快施工進度。但制作工藝復雜,質量參差不齊,不符合工業化推廣應用。


                █ SP預應力空心板

                 

                SP預應力空心板生產技術是采用美國SPANCRETE公司技術與設備生產的一種新型預應力混凝土構件。該板采取高強低松弛鋼絞線為預應力主筋,用特殊擠壓成型機,在長線臺座上將特殊配合比的干硬性混凝土進行沖壓和擠壓一次成型,可生產各種規格的預應力混凝土板材。


                該產品具有表面平整光滑、尺寸靈活、跨度大、高荷載、耐火極限高、抗震性能好等優點及生產效率高、節省模板、無需蒸汽養護、可疊合生產等特點。但價格較高。


                █ 加氣混凝土外墻板

                 

                加氣混凝土外墻板是以水泥、石灰、硅砂等為主要原料再根據結構要求配置添加不同數量經防腐處理的鋼筋網片的一種輕質多孔新型的綠色環保建筑材料外墻板。


                該墻板高孔隙率致使材料的密度大大降低。墻板內部微小的氣孔形成了靜空氣層減小了材料的熱導率。因為墻板的孔隙率大,具有可鋸、可釘、可鉆和可粘結等優良的可加工性能,便于施工。該墻板同時具有良好的耐火性能、較高的孔隙率使材料具有較好的吸聲性能等優點,已具有五十多年的歐美發達國家推廣應用經驗,工藝技術成熟。


                █ 擠出成型水泥纖維墻板(簡稱ECP)

                 

                擠出成型水泥纖維墻板是以硅質材料(如天然石粉、粉煤灰、尾礦等)、水泥、纖維等主要原料,通過真空高壓擠塑成型的中空型板材,然后通過高溫高壓蒸汽養護而成的新型建筑水泥墻板。通過擠出成型工藝制造出的新型水泥板材,相比一般板材強度更高、表面吸水率低、隔聲效果更好。


                其優異的性能和豐富的表面,不僅可用作建筑外墻裝飾,而且有助于提高外墻的耐久性及呈現出豐富多樣的外墻效果??芍苯佑米鹘ㄖw,減少多道墻體的施工工序,使墻體的結構圍護、裝飾、保溫、隔聲實現一體化。


                由福泰高科環??萍?上海)有限公司提供的復合墻板相關檢測報告表明,擠出成型水泥纖維墻板完全滿足鋼結構住宅對維護墻板高強、輕質、具有良好的保溫隔熱、隔聲、防水、防火、抗裂和耐候等綜合性能的要求,表1為擠出成型水泥纖維墻板的基本性能與檢測結果與《建筑隔墻用輕質條板》JGJ/T169-2005、《建筑用輕質隔墻條板》GB/T23451-2009、《建筑材料及制品燃燒性能分級》GB86242006等相關規范要求指標對比結果。

                 

                目前墻板應用研究中存在的問題


                裝配式節能復合墻板因為其本身優良的特點尤其是良好的保溫隔熱性能而得到應用和推廣,而且國內外對復合墻板的使用性能包括抗風、抗震等進行過大量的研究,推導出一些特定的理論和公式,但是關于復合墻板的研宄成果還是不夠深入和全面,主要存在的問題有以下幾點:


                (1)大多數夾芯復合墻板是以普通混凝土作為結構層,而以輕骨料混凝土作為面層的研究相對較少,缺少相關復合墻板點支撐抗彎承載性能相關研究的文獻資料,而且在完成墻板基本安裝使用過程所需結構層基本力學指標不明確。


                (2)輕骨料混凝土在節能復合墻板中起到了一定保溫隔熱效果,但是輕骨料的低導熱性能是以犧牲其強度為前提的,因此如何維持輕骨料混凝土材料良好的保溫性能,進一步開發提高輕骨料混凝土強度成為需要研究和探討的課題。


                (3)節能復合墻板其推廣的基礎和優勢便是其自身優越的保溫隔熱性能,但是相關熱工性能指標與節能復合墻板的節點構造之間缺少研宄,因此需要選擇一個科學的節點安裝方式,既能保證優良的保傳熱性能,又能達到本身所需要的基本力學性能指標。


                (4)從國內外研究現狀可以知道,現有墻板材料如果換算成150mm墻厚時,其傳熱系數大致都在1.3W/(㎡·K)以上,甚至達不到一些特殊地區規范限值要求,因此有必要開發一種節能復合墻板,其傳熱系數能夠低于1.3W/(㎡·K),為研發低傳熱系數的節能墻板提供設計思路。


                (5)節能復合墻板在工程中具體保溫節能效果不明確,節能復合墻板在具體房屋建筑中其房屋能耗以及節能率的相關資料較少,而且傳熱系數與建筑能耗之間的關系缺少定性定量關系。因此有必要用相應的能耗評價機制判斷節能復合墻板的優越性。

                 

                 

                結  論


                加氣混凝土外墻板具有技術工藝較成熟、輕質、高強、節能、防火、隔音等優點,可加工性好,滿足不同氣候區建筑節能的需要,按照設計要求將若干塊加氣混凝土墻板拼成裝配式模塊,經表面處理和裝飾處理制備節能裝飾一體化裝配式外墻板,充分實現部品的標準化設計、工廠化制造、機械化施工,大大提高工程精度,減少建筑垃圾,切實做到“四節一環?!?,是目前應用較多的墻板材料。


                展  望


                目前,國內裝配式外墻板的研發、生產與應用已經取得了很大的發展。隨著復合墻板的不斷深入研究、墻板設計理論的完善、墻板節點型式的改進、墻板安裝技術的完善、新型材料的使用,將有力的推動復合墻板在工程中的應用。以加氣混凝土外墻板和擠出成型水泥纖維墻板具有輕質、高強、節能、防火、防水、結構一體化功能,將成為當前和今后推廣應用的方向。 

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