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止于至善

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关于我

闻宝联,工学博士,教授级高工,天津市市政工程研究院副总工程师,同济大学、天津大学校外硕士导师,新加坡《urban transportation &construction》杂志副主编,中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员,中国土木工程学会混凝土耐久性专业委员会委员,中国建筑业协会混凝土分会专家组成员,中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会委员,中国商品混凝土企业联合会专家委员会主任委员,中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品协会理事,数十项国家重点工程混凝土专项技术指导。

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建筑工业化装配式复合外墙板的发展现状与趋势  

2017-04-17 09:53:15|  分类: 建筑节能与绿色建 |  标签: |举报 |字号 订阅

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引言


当前我国正处于城镇化的快速进程中,到2020年实现“全面小康”,城镇化水平达到60%左右,城镇人口约增加3亿,城镇化住宅建设数量将在较长时间内保持较高水平。遗憾的是,当前这些建设成就大部分是以传统的高投入、高能耗、高污染为代价取得的。推进建筑工业化、住宅建筑产业化,是实现住宅建设方式由粗放型向集约型转变、提高住宅质量和节约住宅能耗的重大举措,是保证建筑业可持续发展的重要途径,对我国经济及社会发展有着极其深远的意义。


2013年1月1日,国务院办公厅转发了发展改革委和住房城乡建设部的绿色建筑行动方案,明确提出将“推广建筑工业化,发展绿色建筑”列为十大重大任务。建筑工业化和住宅产业化以及城镇化建设要求积极推广装配化施工。围护结构中,考核建筑工业化水平的关键指标就是外墙的装配化程度。推广应用装配式轻质混凝土外墙板符合国家绿色建筑和建筑节能的产业政策,是建筑行业实现可持续发展战略的重要内容。


1、国外装配式复合墙板研究现状


国外的装配式复合墙板主要是在70年以后发展起来的,美国的轻质墙板以各种石膏板为主,以品种多、规格全、生产机械化程度高而著称,年产量20亿平方米,居世界首位;日本石棉水泥板、蒸压桂韩板、玻璃纤维增强水泥板(GRC板)的生产居世界领先水平;英国以无石棉桂韩板为主;德国、芬兰以空心轻质混凝土墙板生产为主。长期以来国外主要形成了法国地戎CsatelEiffle住宅群的FCIS墙体系统、意大利BSAIS工业化建筑外墙体系、日本高层钢结构住宅墙体采用的PCa墙板体系。


2、国内装配式外墙板的发展现状和性能比较


建筑外墙是建筑的主要组成部分,其构造以及所使用的材料影响着建筑能耗指标和室内居住舒适度。在住宅建筑中,围护结构能耗中:外墙可以占到34%,楼梯间隔墙约11%。发展高质量外墙复合保温墙板是实现住宅产业化和推广节能建筑的重要捷径。一些发达国家的墙板墙体材料的生产在其国家墙体材料总产量中所占比例已高达60%,而我国仅占3%。在建筑物的外墙结构方面,我国正在大力鼓励发展绿色建材,大力推广各种非粘土砖的、轻型、大尺寸的墙材,同时进一步提高广泛使用的绿色外墙保温材料的生产率。


目前国内可作为装配式外墙板使用的主要墙板种类有:承重混凝土岩棉复合外墙板、薄壁混凝土岩棉复合外墙板、混凝土聚苯乙烯复合外墙板、混凝土珍珠岩复合外墙板、钢丝网水泥保温材料夹芯板、SP预应力空心板、加气混凝土外墙板与真空挤压成型纤维水泥板(简称ECP)。


1)承重混凝土岩棉复合外墙板


承重混凝土岩棉复合外墙板是由钢筋混凝土结构承重层、岩棉保温层和饰面层复合而成。承重混凝土岩棉复合外墙板厚度为250mm,其中钢筋混凝土结构承重层厚度150mm、岩棉保温层厚度50mm、饰面层厚度50mm。与传统的砖混墙体或膨珠、浮石、陶粒混凝土外墙板相比,该种复合外墙板除了具有适应承重要求的力学性能外,还符合枟民用建筑节能设计标准枠对其保温、隔热性能的要求,具有强度高、保温隔热性能好、施工方便等特点,冬季保温效果相当于厚度为490mm的砖墙,热稳定性也优于厚度为370mm的砖墙。但面密度较大,安装效率较低,不利于推广应用。


2)薄壁混凝土岩棉复合外墙板


薄壁混凝土岩棉复合外墙板是由钢筋混凝土结构层(里层)、岩棉保温层(中层)和混凝土饰面层(外层)复合而成的非承重型复合外墙板,墙板厚度为150mm。它主要用作框架结构轻板建筑体系的非承重外墙。薄壁混凝土岩棉复合外墙板不但具有优良的保温、隔热性能,其冬季保温相当于370mm的砖墙,而且比传统材料的外墙板重量轻得多。但制作工艺较复杂,不利于推广应用。


3)混凝土聚苯乙烯复合外墙板


混凝土聚苯乙烯复合外墙板是由70mm厚钢筋混凝土承重层(里层)、60mm或80mm厚聚苯乙烯板保温层(中层)和70mm厚钢筋混凝土饰面层(外层)复合而成。这种复合外墙板可用作钢或钢筋混凝土框架结构、框架—抗震墙结构的围护外墙,也可应用于其他需要围护外墙的结构。它的平均传热系数仅为0.58W/(㎡·K),约相当于1m厚块的保温效果。但面密度较大,需要专用吊机安装,不利于推广应用当前的建筑工业化。


4)混凝土膨胀珍珠岩复合外墙板


混凝土膨胀珍珠岩复合外墙板是由钢筋混凝土结构承重层、膨胀珍珠岩保温层和饰面层复合而成。混凝土膨胀珍珠岩复合外墙板厚度为300mm,其中承重层厚度150mm,保温层厚度100mm,饰面层厚度50mm。该种复合外墙板除了具有适应承重要求的力学性能外,还能满足枟民用建筑节能设计标准枠对其的要求。混凝土膨胀珍珠岩复合外墙板的隔热、保温性能大大优于以往的轻混凝土外墙板,稍逊于混凝土岩棉复合外墙板,其冬季保温效果相当于厚度为490mm的砖墙。但面密度大,需要专用吊机安装,不利于当前建筑工业化的推广应用。


5)钢丝网水泥保温材料夹芯板


钢丝网架水泥夹芯板是在工厂内将低碳冷拔钢丝焊成三维空间网架,中间填充轻质保温芯材(主要用阻燃的聚苯乙烯泡沫板)而制成的半成品,在施工现场再在夹芯板的两侧喷抹水泥砂浆或直接在工厂内全部预制完成。


该种夹芯板具有重量轻、强度高、防震、保温和隔热、隔声性能好、防火性能好、抗湿、抗冻融性好、运输方便、损耗极少、施工方便经济、提供建筑使用面积。能根据设计上的要求组装成各种形式的墙体,甚至可在板内预先设置管道、电气设备、门窗框等,然后在生产厂内或施工现场,再于板的钢丝上铺抹水泥砂浆,施工简便、快速,加快施工进度。但制作工艺复杂,质量参差不齐,不符合工业化推广应用。


6)SP预应力空心板


SP预应力空心板生产技术是采用美国SPANCRETE公司技术与设备生产的一种新型预应力混凝土构件。该板采取高强低松弛钢绞线为预应力主筋,用特殊挤压成型机,在长线台座上将特殊配合比的干硬性混凝土进行冲压和挤压一次成型,可生产各种规格的预应力混凝土板材。


该产品具有表面平整光滑、尺寸灵活、跨度大、高荷载、耐火极限高、抗震性能好等优点及生产效率高、节省模板、无需蒸汽养护、可叠合生产等特点。但价格较高。


7)加气混凝土外墙板


加气混凝土外墙板是以水泥、石灰、硅砂等为主要原料再根据结构要求配置添加不同数量经防腐处理的钢筋网片的一种轻质多孔新型的绿色环保建筑材料外墙板。该墙板高孔隙率致使材料的密度大大降低。墙板内部微小的气孔形成了静空气层减小了材料的热导率。因为墙板的孔隙率大,具有可锯、可钉、可钻和可粘结等优良的可加工性能,便于施工。该墙板同时具有良好的耐火性能、较高的孔隙率使材料具有较好的吸声性能等优点,已具有五十多年的欧美发达国家推广应用经验,工艺技术成熟。


8)挤出成型水泥纤维墙板(简称ECP)


挤出成型水泥纤维墙板是以硅质材料(如天然石粉、粉煤灰、尾矿等)、水泥、纤维等主要原料,通过真空高压挤塑成型的中空型板材,然后通过高温高压蒸汽养护而成的新型建筑水泥墙板。通过挤出成型工艺制造出的新型水泥板材,相比一般板材强度更高、表面吸水率低、隔声效果更好。


其优异的性能和丰富的表面,不仅可用作建筑外墙装饰,而且有助于提高外墙的耐久性及呈现出丰富多样的外墙效果。可直接用作建筑墙体,减少多道墙体的施工工序,使墙体的结构围护、装饰、保温、隔声实现一体化。


由福泰高科环保科技(上海)有限公司提供的复合墙板相关检测报告表明,挤出成型水泥纤维墙板完全满足钢结构住宅对维护墙板高强、轻质、具有良好的保温隔热、隔声、防水、防火、抗裂和耐候等综合性能的要求,表1为挤出成型水泥纤维墙板的基本性能与检测结果与《建筑隔墙用轻质条板》JGJ/T169-2005、《建筑用轻质隔墙条板》GB/T23451-2009、《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB86242006等相关规范要求指标对比结果。


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3、目前墙板应用研究中存在的问题


装配式节能复合墙板因为其本身优良的特点尤其是良好的保温隔热性能而得到应用和推广,而且国内外对复合墙板的使用性能包括抗风、抗震等进行过大量的研究,推导出一些特定的理论和公式,但是关于复合墙板的研宄成果还是不够深入和全面,主要存在的问题有以下几点:


1)大多数夹芯复合墙板是以普通混凝土作为结构层,而以轻骨料混凝土作为面层的研究相对较少,缺少相关复合墙板点支撑抗弯承载性能相关研究的文献资料,而且在完成墙板基本安装使用过程所需结构层基本力学指标不明确。


2)轻骨料混凝土在节能复合墙板中起到了一定保温隔热效果,但是轻骨料的低导热性能是以牺牲其强度为前提的,因此如何维持轻骨料混凝土材料良好的保温性能,进一步开发提高轻骨料混凝土强度成为需要研究和探讨的课题。


3)节能复合墙板其推广的基础和优势便是其自身优越的保温隔热性能,但是相关热工性能指标与节能复合墙板的节点构造之间缺少研宄,因此需要选择一个科学的节点安装方式,既能保证优良的保传热性能,又能达到本身所需要的基本力学性能指标。


4)从国内外研究现状可以知道,现有墙板材料如果换算成150mm墙厚时,其传热系数大致都在1.3W/(㎡·K)以上,甚至达不到一些特殊地区规范限值要求,因此有必要开发一种节能复合墙板,其传热系数能够低于1.3W/(㎡·K),为研发低传热系数的节能墙板提供设计思路。


5)节能复合墙板在工程中具体保温节能效果不明确,节能复合墙板在具体房屋建筑中其房屋能耗以及节能率的相关资料较少,而且传热系数与建筑能耗之间的关系缺少定性定量关系。因此有必要用相应的能耗评价机制判断节能复合墙板的优越性。


4、结论


加气混凝土外墙板具有技术工艺较成熟、轻质、高强、节能、防火、隔音等优点,可加工性好,满足不同气候区建筑节能的需要,按照设计要求将若干块加气混凝土墙板拼成装配式模块,经表面处理和装饰处理制备节能装饰一体化装配式外墙板,充分实现部品的标准化设计、工厂化制造、机械化施工,大大提高工程精度,减少建筑垃圾,切实做到“四节一环保”,是目前应用较多的墙板材料。


5、展望


目前,国内装配式外墙板的研发、生产与应用已经取得了很大的发展。随着复合墙板的不断深入研究、墙板设计理论的完善、墙板节点型式的改进、墙板安装技术的完善、新型材料的使用,将有力的推动复合墙板在工程中的应用。以加气混凝土外墙板和挤出成型水泥纤维墙板具有轻质、高强、节能、防火、防水、结构一体化功能,将成为当前和今后推广应用的方向。

来源:建筑工业化装配式建筑网

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