泡沫混凝土保温板在预制夹芯复合外墙中的应用

王桂峰 宋雨宾

摘要：长期以来，我国建筑市场上普遍使用聚苯乙烯泡沫(EPS, XPS)、聚氨醋硬泡体(PU)等有机保温材料。其具有轻质、保温效果好等优点，但易燃、易老化、耐久性差，各地保温建筑工程屡屡发生火灾事故，火灾时EPS很快就会熔化，烟雾大、毒性大，很难扑救，危害严重!由于涉及严重的防火安全问题，所以各国纷纷出台法规加以限制。近年来，我国泡沫混凝土保温板关键技术获得重大突破，批量生产与规模应用已成为现实。该产品生产成本低，性能可靠，生产过程无需蒸养、蒸压、高温熔融等高耗能环节，用其取代聚苯泡沫，技术经济合理、A级不燃、安全环保、经久耐用、施工性好。

关键词：泡沫混凝土；保温板；预制夹芯；复合外墙；应用

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言：

工厂化生产的预制混凝土构件，无论强度、品质、耐久性等均大大高于现场浇注的混凝土结构，也更能满足“节能”和“环境友好型”设计的要求。在装配式住宅中，预制泡沫混凝土保温板夹芯复合墙体事先像夹心饼干一样置于混凝土墙体中，泡沫混凝土保温板不易受外界环境侵蚀，因此，建筑的保温耐久性能和安全性也更好。

1.泡沫混凝土外墙保温板在我国的发展现状

泡沫混凝土外墙保温板，是用泡沫剂制备的泡沫、水泥，搅拌混合浇注成形后，经养护而成的一种水泥基轻质多孔无机泡沫混凝土防火保温板。其燃烧性能A级，可应用于建筑外墙防火隔离带和外墙保温等方面，是满足当前房屋建筑节能需求，提高工业与民用建筑外墙保温水平的优选材料，也是对既有建筑节能改造的首选材料之一。外墙保温技术在我国的发展应用时间尚短。20世纪80年代初，我国开始了关于墙体保温材料技术研发，主要以科研院为主;90年代初，国外企业开始进驻中国，并引导政府决策、引进相关先进技术，进行工程试点;90年代中后期，一批有远见的民企开始进行保温材料技术方面的研究，使相关工艺和技术得到不断完善;90年代末，墙体保温材料技术在北京、东北开始大面积使用，其中北京已经累计5 000万m2; 2005年6月27日，国务院发布了建筑强制节能50%的规定，之后开展建筑节能关键技术研发、集成和城市级工程示范，启动低能耗、超低能耗和绿色建筑示范工程;2006年1月1日起施行《民用建筑节能管理规定》中德合作既有建筑改造工作在河北唐山成功试点;2007年10月，国家下达文件，要求全国各地新建建筑必须做建筑保温，既有建筑限期改造，从此外墙保温材料技术在我国得到了长足发展。我国目前普遍使用的墙体保温材料极易燃烧，防火泡沫混凝土外墙保温板将保温材料的高效节能与优异的防火性能集于一身，且性价比高，成为当前保温材料市场上备受追捧者之一。

2.预制混凝土夹芯复合墙板

预制混凝土夹芯复合墙板是国内外预制结构的研究热点之一。国内近年来由于外墙外保温体系造成的重特大火灾事故屡见不鲜，如上海11·15特大火灾等。因此，研发具有保温和结构功能一体化的预制夹芯复合墙板更加紧迫。

2.1预制混凝土夹芯保温墙的热工性能

预制混凝土夹芯复合墙中保温材料和厚度应根据严寒、寒冷和夏热冬冷地区对墙体平均传热系数限值的不同要求，以及GB50176-93《民用建筑热工设计规范》有关条文计算确定。此外，预制混凝土夹芯复合墙应在满足传热系数限值的基础上，选用导热系数低的材料以减少保温层厚度，还应使用吸水率低的材料，避免热阻降低。预制夹芯复合墙板中除夹心保温层对墙板热工性能的影响外，连接件也对墙板热工性能影响显著，连接件材料一般采用钢筋，由于钢筋导热系数高，产生热桥效应影响墙板的保温性能。因此，为解决钢筋连接件的热桥效应，使用了C型,Z型,M型以及波纹状钢筋作为内、外叶墙连接件，在满足墙体刚度、变形协调的基础上，主要是通过延长钢筋的传热路径，增加热阻，提高墙体的保温性能，但传热系数降低幅度较小，效果不明显。近年来，国内外致力于研究低导热系数的抗剪连接件，如采用纤维复合材料连接件代替钢丝。纤维复合材料具有导热系数低、抗拉强度高的优点，其缺点是抗剪强度远低于抗拉强度，刚度较普通低碳钢小。

澳大利亚CGS公司开发了Thermomass连接件，采用拉挤工艺，中部套有塑料套环，主要分为棒状(MC系列、MS系列)、片状(M系列)两种连接件。美国Aslan公司开发了格构式FRP连接件Nu Tie连接件呈波形，采用Aslan 100GFRP筋制作。墙板制作时一，将连接件的波峰与波谷埋置于混凝土墙片内，并将两侧墙片组成一体。经墙板足尺试验表明，Nu Tie系列连接件能够满足组合墙板的部分复合作用。

2.2预制混凝土夹芯复合墙受力性能

预制混凝土夹芯复合墙结构是由内、外叶墙和夹芯保温层三部分组成，内、外叶墙通过抗剪连接件连接。按结构功能划分为承重式和非承重式预制夹芯复合墙，非承重式预制夹芯复合墙主要用于框架结构的填充墙板，具有轻质保温的特点。承重式预制夹芯复合墙是将内叶墙改进为具有承重作用的剪力墙结构，而外叶墙是50一70 mm厚混凝土墙板，起保护作用，属于非承重墙，夹芯层为聚苯乙烯泡沫保温板(EPS)和挤塑聚苯板(XPS)。预制夹芯复合墙作为建筑外围护结构墙板，主要承受平面外风荷载、地震作用，平面内的竖向重力荷载、水平地震力作用，以及温度应力等，在施工过程中承受自身重力、施工荷载以及吊装荷载等，墙板受到拉、弯、剪共同作用，因此要求预制夹芯复合墙板的混凝工强度达到抗弯强度。此外，在各种荷载作用下内、外叶墙的协同工作是必须考虑的问题。从结构角度看，预制夹芯复合墙分为完全复合作用、部分完全复合作用和非复合作用3种类型。完全复合作用是指连接件的强度和刚度足够传递内、外叶墙由弯曲产生的剪力，截面满足平截面假定。非复合作用是指墙板在外部荷载作用下，连接件产生变形或锚固失效，内、外叶墙非协同受力，各自独立承受弯矩作用，并产生相对滑移，在整个截面内不满足平截面假定。非完全复合作用介于二者一之间。

2.3连接件受力机理

连接件对内、外叶墙之间剪力传递和协同工作具有重要作用，因此有必要研究其受力机理。焊接钢析架连接件在传递剪力方面比无斜撑的钢连接件更有效。沿纵向布置的析架式连接件对预制夹芯墙板的组合刚度和弯曲承载力提高很大。

近年，采用纤维复合材料如GFRP和CFRP作为连接件，研发有网格状、析架状和棒状等连接件。连接件按照在结构中的功能，分为抗剪连接件和非抗剪连接件。非抗剪连接件用在非完全复合作用的预制夹芯墙板中，抵抗拉力，保持内、外叶墙相互连接形成整体。抗剪连接件用于完全复合墙板，具有抗拉、抗压、抗剪能力，以及足够的强度和刚度来满足墙板的复合作用。在荷载作用下，抗剪连接件刚度决定内、外叶墙板的复合程度，同时，连接件应具有足够的强度抵抗墙板承受的设计荷载。

Salmon (1997 )在预制夹芯墙体中首次使用了采用纤维复合材料制作的格构式析架筋，进行了足尺预制夹芯墙板的试验，验证了FRP连接筋的抗剪和抗震性能。Pantelides对采用CFRP连接件的预制混凝土夹芯墙板进行了试验。试验结果表明:CFRP连接件的破坏是非延性，类似于钢连接件，但在侧向荷载作用下的极限承载力是钢连接件的3倍，锚固长度与自身的几何外形和刚度有关。Clay Naito (2010)研究了14种不同材料和形状连接件的强度、刚度和变形，研究结果表明:连接件的刚度对连接件的几何形状非常敏感。易弯曲(柔度大)连接件导致较低的开裂后弯曲刚度。夹芯墙板的开裂后刚度受不同抗剪连接件形状的影响较大。连接件的抗剪性能变化相当大，对于独立的连接件其平均强度从5. 5 kN到18. 4 kN不等。

3.结语

近年来，预制夹芯保温墙体开始在国内逐步应用。预制夹芯保温墙体是由内、外叶钢筋混凝土墙，保温材料层及连接件组成，适用于工业化生产。预制夹芯保温墙体抗火性能的研究内容主要包括墙体自身的抗火性能与板缝处的抗火性能两部分。对于预制夹芯保温墙体自身的抗火性能而言，由于预制夹芯保温墙体中连接件和保温层设置于混凝土内、外叶墙之问，混凝土板可有效保护保温层及连接件，使其与外界环境隔绝，避免了火灾等外界不利因素对其的影响，所以相比外墙外保温体系，预制夹芯保温墙体的抗火性能更好。

参考文献：

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