关于夏热冬暖地区高层住宅采用铝模免抹灰工艺的思考

2022-07-21董朝辉厦门陆原建筑设计院有限公司福建厦门361013

建设监理 2022年4期

董朝辉（厦门陆原建筑设计院有限公司，福建厦门 361013）

0 引言

随着我国工业化水平的不断提升，铝合金模板这种模板施工工艺被引入国内。与传统模板比较，铝模具有施工周期短、重复次数多、平均使用成本低、施工方便高效、稳定性好、承载力高、混凝土表面效果好、低碳减排等优点。铝合金模板作为绿色建筑施工技术的重要代表，在高层住宅建筑（多采用剪力墙结构）中得到了广泛应用，也得到了市场的普遍好评。采用木模施工工艺的建筑物，建筑外墙装饰装修普遍采用砂浆抹灰找平的施工方式。这种方式存在施工人员及材料投入大，机械化程度不高，施工效率低下，后期易出现开裂、空鼓、脱落等质量问题。随着铝合金模板的发展、装配式建筑住宅产业化的不断推进，以及施工质量的不断提升，结构全高垂直度、平整度控制精度也在不断地提升。因此，施工方提出了一种外墙免抹灰工艺，采用此工艺可以减少施工资源投入，缩短施工工期，减少后期抹灰层空鼓带来的外墙饰面层脱落、裂缝等质量问题。

1 外墙免抹灰产生的问题

在我国南方夏热冬暖地区（全国气候分区，包括福建南部、广东大部分、广西大部分、云南小部分、海南全境及港澳台地区），节能设计上采用的是外墙内保温系统。取消外墙外抹灰层，是与建筑设计意图相违背的。此种做法加大了建筑物的结构部分与自然环境的接触风险，风吹、日晒、雨淋等不利因素的侵蚀加大，会对建筑结构造成不利影响，降低结构耐久性，减少建筑物使用寿命；在节能方面也会降低节能标准。下面，笔者将从建筑的耐久性和节能设计两方面进行论述。

2 建筑耐久性和节能设计方面的影响

2.1 耐久性方面

2.1.1 抹灰层的功效与作用

抹灰层能够提高墙体的热工性能，起到保温、隔热、防潮、防风化、隔音等作用；能够满足审美要求，使建筑物界面平整、光洁、美观、舒适；能够保护建筑物，使建筑物或构筑物的结构部分不受风、雨、雪、日晒、潮湿和有害气体等不利因素的侵蚀，提高墙身的耐久性能，延长建筑物的使用寿命。

另外，我国住宅建筑结构设计使用年限是50年，而住宅建筑的产权是70年，外墙外抹灰层的存在能有效保护建筑的主体结构部分，延长建筑物的使用寿命。

2.1.2 自然环境气候对建筑的影响

当前，人类活动的日益频繁导致自然环境气候变化加剧，空气质量下降。分析美国国家海洋和大气管理局从1958年开始记录的基林曲线可知，全球大气二氧化碳浓度水平呈稳步上升态势，从310 ppm上升至2021年5月的419.13 ppm。与1958年相比，当前年平均气温上升了2 ℃ ～3 ℃，海平面至少升高了1 m左右。大气环境中二氧化碳浓度的升高，致使温室效应明显，海洋气旋变得越来越猛烈，高温、暴雨、强风等恶劣天气变得越来越频繁。

温度变化值的大小称为温差,造成混凝土温度变形的温差因素有：季节，内外，日照温差。有实验表明，水灰比为0.53、坍落度为50 mm的波特兰水泥混凝土在室外环境的温度达到32 ℃时，混凝土试块表面的温度可以达到63 ℃；当气温达到40 ℃～47 ℃时，混凝土试块表面的温度则高达80 ℃～90 ℃。温度的变化会使混凝土材料出现热胀冷缩现象，混凝土的温度膨胀系数为1×10-5，即温度变化1 ℃，每米膨胀或收缩0.01 mm。在约束条件下混凝土温度变形引起的温度应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土结构就会产生温度裂缝。

在自然环境中，昼夜温差的变化，会引起钢筋混凝土结构产生胀缩变形，温差越大，相应的变形就越大；钢筋混凝土不断胀缩变形，将会使混凝土内部的微裂缝逐步发展为长裂缝。同时，炎热的高温季节，阵雨频繁，高温下的钢筋混凝土受雨淋后，温度骤降，引起结构在较短的时间内产生较大的温度应力，同样极易产生收缩裂缝。

大气环境中二氧化碳浓度的升高会加快混凝土的碳化进程。混凝土中的水化生成物氢氧化钙对钢筋有保护作用。混凝土内部存在各种大小的孔隙、毛细管、气泡等缺陷,空气中的二氧化碳渗透到混凝土内部的孔隙、气泡中后，会与水泥水化产物氢氧化钙等发生反应，生成碳酸钙和其他生成物，使混凝土的碱性降低，导致混凝土中钢筋锈蚀，混凝土开裂增多，严重影响结构的耐久性。

取消外墙外抹灰层，使得建筑物的主体结构部分与外界自然环境的热交换加大，胀缩变形幅度将会增大，会加大结构裂缝的开展，雨水的侵蚀会造成钢筋锈蚀，铁锈体积膨胀，致使混凝土保护层开裂；潮气或二氧化碳等有害气体渗入，加快加重钢筋锈蚀，加速结构的破坏。沿海地区的建筑更容易受到影响，随着海水蒸发而进入空气中的氯化物，进入到结构中，会加速钢筋的锈蚀。

2.1.3 钢筋保护层

混凝土保护层厚度越大，结构的受力钢筋粘结锚固性能、耐久性和防火性能越好。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中，规定设计使用年限为50年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度应符合混凝土保护层最小厚度的规定（如表1所示）；设计使用年限为100年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度不应小于表中数值的1.4倍。这说明，钢筋保护层厚度的增加能够提高结构的耐久性，延长建筑物的使用寿命。

表1 混凝土保护层的最小厚度

2.2 节能设计方面

在我国南方夏热冬暖地区，节能设计中采用的是外墙内保温系统。建筑节能设计标准以20世纪80年代传统维护结构建造的居住建筑、公共建筑为基准建筑，在室内保持热舒适的环境条件下，增加节能措施。

JGJ 75—2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》总则第1.0.3条中提出，夏热冬暖地区居住建筑的建筑热工和空调暖通设计必须采取节能措施，在保证室内热舒适环境的前提下，将空调采暖能耗控制在规定的范围内。第3.0.4条提出，居住建筑通过采用合理建筑设计，增强建筑围护结构隔热、保温性能和提高空调、采暖设备能效比的节能措施，在保证相同的室内热环境的前提下，与未采取节能措施前相比，全年空调和采暖总能耗应减少50%。第4.0.7条提出，居住建筑屋顶和外墙的传热系数和热惰性指标应符合相关规定（如表2所示）。

表2 屋顶和外墙的传热系数K[W/（m2·K）]、热惰性指标D

热惰性指标D指表征围护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标。

依据GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》可知,多层维护结构的D（热惰性指标）值应按下式计算：D＝D1＋D2＋,...,＋Dn＝R1S1＋R2S2＋,...,＋RnSn。式中，R1R2…为各层材料的热阻（m2·K/W），S1S2…为各层材料的蓄热系数（W/m2·K）。

传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1 ℃，1 s内通过1 m2传递的热量。

传热系数K的计算公式为：K＝1/R0［W/(m2·K)］。式中，R0为围护结构传热阻。

简言之，建筑设计在考虑建筑外围护结构的节能设计时考虑了外抹灰层的节能指标。取消抹灰层后，实际的节能效果可能无法达到相关节能设计标准的要求。

3 施工应对措施

发挥铝模工艺的优势，保持铝模施工的混凝土墙体表面观感良好，平整度、垂直度满足施工验收规范要求等优点并加以利用，避免后期维护过程中抹灰层空鼓、脱落问题的产生。同时，也要满足建筑设计的要求，满足结构耐久性和节能设计标准的要求，这是一个必须要认真面对的问题。在混凝土结构设计规范中，加大钢筋保护层厚度可以有效提高结构的耐久性，具体可考虑采取以下解决方案：

（1）增加钢筋保护层厚度，比如将结构设计为200 mm厚的剪力墙增加到215 mm，外墙外侧保护层厚度增加15 mm；

（2）增加钢筋保护层厚度，比如将结构设计为200 mm厚的剪力墙，增加到210 mm，外墙外侧保护层厚度增加10 mm，外侧采用薄抹灰施工找平。

增加的混凝土保护层可以弥补外抹灰层的节能指标，满足节能设计标准的要求。