装配式预制内隔墙板的性能和裂缝研究

2023-08-21王波,陈川辉

工程建设与设计 2023年15期

1 引言

近年来，国家大力推进建筑工业化，高度重视发展装配式建筑。 2016 年2 月6 日，中共中央国务院下发了《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，提出“力争用10 年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”[1]。作为装配式结构体系的重要组成部分，墙板是推进装配式建筑发展的关键。但墙板连接构造方式的选择和墙体接缝处易出现裂缝等问题限制了墙板的推广和应用。

章卫东[2]对市场上常见预制内隔墙板进行了性能分析，介绍了各类墙板所适用范围；张再路等[3]提出了一种轻质隔墙板的连接方式来防治施工裂缝；刘德平[4]研究了GRC 轻质隔板在实际工程中产生裂缝的原因并提出了裂缝防治和修复方法；邸芃等[5]研究了ALC 节能板材产生裂缝的原因，介绍了控制板材质量和裂缝的方法。但目前对于墙板裂缝各种问题还没有完善的解决方案，预防和修复墙体裂缝是装配式建筑业亟待解决的问题。

2 预制装配式内隔墙板的类型与性能

预制内隔墙板根据板材规格和安装方法，可分为砌块、内隔墙条板和整体式板。砌块的应用已经比较广泛，但其施工方式制约了装配式建筑的发展。故本文主要对内隔墙条板和整体式板两大类进行分析，介绍每类中各种墙板的性能及其适用范围。

2.1 预制装配式内隔墙板整体式板

我国预制整体式隔墙板按照材料组成成分主要可分为：水泥聚苯模壳格构式混凝土墙体、轻钢龙骨组合墙体、中空内模内隔墙体、夹芯复合墙板这4 类。按照其安装方法可分为预制成型隔墙板与现场组装隔墙板。

整体式板多为复合式板，大多包含钢筋混凝土材质，板材力学性能较高，且密度、隔声隔热等物理性能可以根据设计要求进行调整，均能满足设计要求。参考现有整体式板施工图集，按照不同板材施工性能对其进行总结，如表1 所示。

整体式板中，轻钢龙骨组合墙体施工方便，现场湿作业少，是目前最适用于装配式建筑内隔墙的墙板类型。预制整体式板物理力学性能优于预制条板，但墙板整体刚度大，墙板刚度与主体刚度的协调问题没有解决，所以目前预制整体式板主要用于外挂形式。

2.2 预制装配式内隔墙板条板

为了满足建设工程需求、绿色环保要求以及我国各地区气候与资源的差异性，我国预制装配式内隔墙条板出现了各种各样的类型，根据我国现有的预制内隔墙条板图集与规范技术指标，统计各种类型的内隔条板性能，按照材料强度、密度、导热系数、耐火极限、隔声量等性能指标将8 类预制内隔条板对照，如表2 所示。

表2 不同类型条板物理力学性能表

从板材抗压强度来看，钢丝网架夹芯复合板强度最高，并且所有墙板强度均能满足装配式内隔墙板要求。从板材密度来看，最轻质的是植物纤维复合条板，密度仅为普通混凝土的1/8，但由于其空心腔体的存在，其抗弯承载力较低，且材料防潮耐久性低，若组装成双层墙体，则会增加重量，浪费建筑空间。其次，较为轻质的预制条板是：BLP 粉煤灰泡沫水泥隔墙板、蒸压加气混凝土条板、增强石膏隔墙条板以及硅镁加气水泥条板。从板材导热系数来看，复合墙板导热系数普遍低于单一材质板材，但均能满足装配式内墙板要求。导热系数较小的板材依次为：钢丝网架夹芯复合板、蒸压加气混凝土条板、BLP粉煤灰泡沫水泥隔墙板。各类板材耐火、隔声性能差异不大，均能达到内隔墙板性能要求。

钢丝网架夹芯复合板承载力高、保温隔热性能好，适合用于超高建筑的外墙。BLP 粉煤灰泡沫水泥隔墙板、蒸压加气混凝土条板以及轻混凝土条板的综合性能更加优越，适用于装配式钢结构住宅的内隔墙体。

2.3 蒸压加气混凝土条板的连接构造

由于蒸压加气混凝土条板物理力学性能优越，与装配式钢结构住宅适配度较高，使用范围较广。所以本文以蒸压加气混凝土条板为例，详细介绍内隔墙板的连接构造措施。

蒸压加气预制墙板与主体结构的连接方式分为刚性连接与柔性连接两种。由于刚性连接不能很好地传递主体结构带来的力和变形，容易造成墙体开裂，所以在目前工程中主要采用的是柔性连接。

蒸压加气混凝土与主体连接构造主要参考国标图集，但图集中仅包含相关连接构造方法，关于连接件相关参数的选择亦没有详细规定，连接件的设计方法有待进一步研究[6-8]。内嵌连接构造方式的特性可分为：平面外约束、受力性能、施工便宜性和建筑效果4 种，不同的内嵌连接构造方式的特性具体如表3 所示。

表3 不同内嵌连接构造方式的特性

从平面外约束来看，U 形钢卡法、双角钢法和钩头螺栓法对墙板的平面外约束能力较强，其次直角钢件法、弹性L 形铁件法、管卡法对墙板的约束能力较弱，难以抑制墙板的转动。但从受力性能方面来看，直角钢件法、弹性L 形铁件法、管卡法的连接可传递层间剪力，U 形钢卡法、双角钢法和条形连接件法不能传力，易产生抹灰装饰层开裂。除了钩头螺栓法、条形连接件法和接缝钢筋法的施工较为烦琐，其他几种方式的施工便宜性都较好。建筑效果中双角钢法和钩头螺栓法会出现连接件外露，但钩头螺栓法可以进行改进，将连接件隐藏于墙板内部。

U 形钢卡法是当前性能最好的内隔墙板连接件，虽然双角钢法与U 形钢卡法基本具备相同的性能，但只适用于墙板根部的连接。直角钢件法、弹性L 形铁件法、管卡法连接具备一定的初始刚度，适用于外力较小，要求不高的装配式钢结构住宅内隔墙板的连接。勾头螺栓法在内隔墙的应用中，可以采用改进的隐藏连接件的方式，对板材进行切割，将连接件隐藏到板材内后再用修补剂进行填补，适用于要求较高的内隔墙板的连接。改进的隐藏钩头螺栓法是目前最佳的内嵌连接方式，U 形钢卡法、弹性L 形铁件法以及管卡法具有较高的综合性价比。

3 预制内隔墙板裂缝形成原因

预制内隔墙板虽然性能很优秀在实际使用过程中仍出现大量的墙板裂缝。墙板裂缝按裂缝出现的部分主要有门窗洞口处的裂缝、梁底裂缝、墙板接缝处的裂缝、拐角处的裂缝等，如图1 所示。

图1 内隔墙板裂缝

板缝开裂、板面龟裂等问题其形成的原因往往是多重因素造成的结果，多与填缝材料的干燥收缩、保水性、弹性模量、黏结强度等和墙板自身结构性能和外部荷载引起的变形有关[9]。轻质墙板的湿度变形是与环境湿度保持平衡状态的，环境湿度的改变是导致轻质墙板干缩开裂的关键因素[10]。

3.1 预制墙板裂缝形成的自身原因

1）材料及工艺不合格。部分企业为了节约成本所选用的墙板的原材料或生产工艺未达到国家标准，所生产的劣质墙板在使用过程中易开裂。

2）板材含水率及干缩率。大多数预制墙板吸水性强，但是在施工现场环境干燥，导致墙板的含水率下降及干缩率增大，这是板材出现裂缝的主要原因之一。

3）养护龄期不足。部分生产企业追求生产效率，在板材未达到标准规定的养护期限内将墙板运送到施工现场。

4）脱模油污染。板材脱模质量对板材的质量至关重要，但市场上专业脱模剂价格一直居高不下，部分企业为了减少成本用废弃机油来进行脱模，严重破坏了板材质量，造成裂缝的开展。

3.2 预制墙板裂缝形成的外在原因

1）施工不合理。目前，预制墙板的施工技术尚不完善，较多工人采用以前普通墙体的施工方法。如墙体开凿孔洞和开槽，照搬砌块和混凝土的做法，易导致墙体裂缝。

2）受力不均匀。墙体拼缝处嵌缝材料与蒸压加气混凝土属于两种不同的材料。在受热膨胀或者受冷收缩过程中，二者变形不一致，相互挤压，容易导致墙面拼缝的开裂。

3）墙板连接方式。当前装配式建筑内隔墙为避免其刚度对结构产生影响，主要采用柔性连接。管卡法、直角钢件法等方法施工方便、连接件不外露，被广泛应用于装配式内隔墙板的安装。但是这样的连接方式会形成与墙板平行的轴，在企口未挤紧或者嵌缝材料黏结强度不足时，容易导致墙板在受到垂直于板面的外力时能够绕轴转动，从而导致墙板接缝的破坏。

4）水泥砂浆的收缩硬化。墙板所用的嵌缝砂浆因为水化反应硬化收缩，墙板缝隙处的砂浆填充不饱满，从而导致墙板裂缝的出现。