预制混凝土外挂墙板产品体系研究综述

赵明月 周锦泉

摘    要：本文综述了不同材料组成外挂墙板的类型及物理力学性能，以及在结构设计中考虑的荷载因素、与主体结构连接节点设计，外围护体系防水、防火设计。通过国内外研究现状总结外挂墙板研究存在的问题以及研究方向。

关键词：外挂墙板;结构设计;物理力学性能;系统研究

1  概述

目前，国内建筑外围护结构多采用传统砌体，湿法砌筑，施工程序多，作业时间长，材料损耗大。随着装配式建筑的迅猛发展，各类轻质墙板等正逐步得到重视。预制混凝土外挂墙板在工厂预制，现场干挂式安装，减少现场施工作业、提高施工质量，符合“四节一环保”的发展理念。

2  外挂墙板种类

根据组成材质和结构构造的不同，目前研究應用的外挂墙板主要包括以下种类：

清水混凝土外挂板。清水混凝土是混凝土材料中高级的表达形式，不需二次装饰，显示一种本质美感。清水混凝土挂板一次成型，有利于保护环境。

泡沫混凝土外挂板。泡沫混凝土由水泥浆和砂制成，通过不同的发泡方式，产生疏松多孔的内部结构，其不含粗骨料，可归类于轻质混凝土。

蒸压加气混凝土外挂板。蒸压加气混凝土是一种多孔轻质材料，容重约为400kg/m3～650kg/m3，其抗拉强度和抗压强度都较低，在均匀荷载作用下的破坏形态、裂缝开展、开裂荷载计算等都不同于普通混凝土。

轻集料混凝土外挂板。轻集料混凝土包括天然轻集料混凝土、人造轻集料混凝土、工业废料轻集料混凝土，混凝土密度在1550kg/m3～1950kg/m3，具有轻质、保温、隔热、耐火等性能。

复合保温外挂墙板。简称“三明治墙板”，由内外叶板夹保温层构成，通过改变保温层厚度来满足不同的节能要求。三明治墙板实现了多道施工程序一体化，轻质高强的材料性能要求和板型设计是大范围推广应用的关键因素。

3  外挂墙板性能

3.1  基本性能

外挂墙板作为建筑构件产品，从材料，制作工艺，应用条件等多方面都应符合适用性，安全性和经济性要求。《混凝土外挂墙板》JG/T2356中对其基本性能提出了相关要求，制作检验指标包括外观质量、容许偏差等;物理性能检验指标包括面密度、抗弯承载、抗冲击性能、抗压强度等;防火防水保温性能检验指标包括燃烧性能等级、材料含水率、干燥收缩、不透水性、抗冻性等。

3.2  系统设计性能

外挂墙板作为建筑外围护结构，主要承受垂直于墙板平面的水平荷载（风荷载和地震作用）和竖向荷载（自重），在地震作用下，外挂墙板可与主体结构共同作用，给主体结构提供一部分侧向刚度。除此之外，预制外挂板还需满足在脱模吸附力、吊装及运输等环节最不利施工工况下的力学要求。

节点和拼缝设计是外挂墙板体系设计的关键因素。拼缝设计应满足荷载作用下墙板和主体结构变形。连接节点设计是保证外挂墙板与主体共同作用的关键，外挂墙板与主体结构的连接方式主要有：弹性滑移节点连接（柔性连接）、弹塑性节点连接（半刚性连接）、刚性连接。节点的形式、布置方式、数量、刚度都对结构有一定的影响。

4  外挂墙板体系研究现状

目前国内关于外挂墙板的研究方向包括固体废弃物资源化利用研究，与主结构连接受力性能研究，提高保温防水性能的研究等，以下是一些系统性成果的简述。

崔琪等采用挤出成型法制备了以建筑垃圾、废渣等固体废弃物为原材的外挂板，抗压强度为15MPa～20MPa，容重为1600kg/m3～2200kg/m3，复合墙体传热系数为0.37W/m2·k，最大变形率为 0.08%，外挂板经过了地震波试验，完整性良好，未出现开裂和损坏。徐磊等完成了轻骨料混凝土配制和外挂板的制作，轻骨料混凝土强度为36MPa，容重为1420kg/m3，连接方式为墙板上端预留甩出钢筋，与框架结构现浇筑的边梁连接固定。闫亚杰等等对粉煤灰陶粒混凝土加珍珠岩空心墙板、轻骨料页岩陶粒加C型钢墙板进行试验，研究显示均可满足抗弯承载及刚度要求，可供跨度为3.0m～7.5m的内外墙使用，外墙板推荐使用150mm和200mm厚的粉煤灰陶粒混凝土墙板。李国强等对条板型外挂板钢结构住宅体系进行了两层模型的振动台试验，试验表明：钢结构建筑轻质砂加气混凝土外墙板具有较好的抗震性能;外挂板与钢结构的连接宜采用有一定变形能力的柔性连接可减轻破坏。

5  外挂墙板产品体系的研究方向

开发新型外挂墙板产品不仅包括产品自身的材料工艺性能研究，还要研究其安装连接技术体系，以下几个方向有待于深入研究。

（1）轻骨料混凝土外挂板的收缩性研究。不同材料外挂板与主体结构膨胀系数及弹性模量的不同，温度、湿度因素所引起的收缩与膨胀可能导致墙板的变形及开裂。JGJ 51中，仅可见强度等级为LC20～30轻骨料混凝土的收缩徐变规定，高强轻骨料混凝土的耐久性尚待应深入研究。

（2）外挂板与主体结构的连接节点性能目标研究。JGJ 1的计算要求为墙板与节点均为小震弹性;GB/T51231要求墙板小震弹性，节点接近中震弹性。国内在外挂板的设计、加工、施工缺乏经验，应该对墙板和节点在罕遇地震作用下的情况进行研究。

（3）不同地区对防水抗渗、防火保温要求不同，外挂板产品体系需要根据不同气候进行合理构造、材料防水、保温性能的设计。

6  总结与展望

本文针对国内的外挂墙板体系研究尚不完善、系统的现状，对外挂墙板的种类、性能、系统研究现状进行了分析，对开发新型外挂墙板产品的注意事项及研究方向做了论述，提出了应重点考虑的研究方向。

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