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保温技术在装配式钢筋混凝土结构中应用

发布时间:2015-05-22

【摘要】分析了市场上常用保温材料的性能特点,包括无机保温材料、有机保温材料、复合保温材料,研究了保温系统的技术特点,包括外墙外保温系统、外墙内保温系统,并探讨了预制装配式钢筋混凝土结构中用预制保温墙体的现状,包括预制夹心保温外墙板、预制外保温外墙板、预制外挂混凝土墙板。


【关键词】保温材料;保温系统;预制装配式钢筋混凝土结构;预制保温墙体

0引言

建筑节能是在不影响人们舒适性的前提下,减少建筑能耗,提高能源利用率。建筑外围护结构是建筑节能技术的重要内容之一,选择合适的保温材料和保温系统正是实现围护结构节能的重要保障。采用工厂化生产的预制保温墙体,可显著提高围护结构的工程质量,减少现场作业量,降低能耗水平。

预制装配式钢筋混凝土结构是以预制钢筋混凝土为主要构件,经装配、连接和部分现浇而成的钢筋混凝土结构。相比传统现浇钢筋混凝土结构,该材料通过标准化生产和机械化施工,可加快施工速度,保证工程质量,大幅减少建筑垃圾、粉尘和废水排放,降低施工噪音,真正做到绿色环保。

1保温材料

1.1无机保温材料

无机保温材料具有A级不燃,极佳的温度稳定性和化学稳定性,与建筑墙体同寿命。


表1 常用无机保温材料性能特点


无机保温材料

优点

缺点

岩棉板

性能稳定,吸音良好

对人体有潜在危害

发泡水泥板

成本低

导热系数偏高,吸水率较高,长期作用可能塌陷

泡沫玻璃保温板

防潮

最高使用温度只有430℃

无机保温砂浆

适应构造复杂基面

导热系数偏高,质量控制难度大


1.2有机保温材料的特点

有机保温材料质量轻、可加工性好、保温隔热效果好,但单一有机保温材料难以达到A级防火要求。


表2 常用有机保温材料性能特点


有机保温材料

优点

缺点

发泡聚氨酯

导热系数低,整体性和防水性突出

燃烧烟雾大,毒性强,耐光照性欠佳

XPS板

抗压好,导热系数低

耐火性差,易溶滴,尺寸稳定性偏差

EPS板

耐候性,尺寸稳定性优异

耐火性差,易溶滴

酚醛板

重量轻,保温效果好

易粉化,强度低,吸水率偏高


1.3复合保温材料的特点


表3 常用复合保温材料性能特点


名称

优点

缺点

石墨聚苯板

防火性提高

成本高

真金板

真空绝热板

不燃,极低的导热系数

易产生冷热桥,施工工艺复杂

纤维增强复合保温板

防火性能好,强度高

导热系数偏大,长期作用收缩大


2保温系统

2.1 外墙外保温系统

外墙外保温系统主要由基层(钢筋混凝土墙体)、粘结层(粘结砂浆)、保温层、抹面层(耐碱网格布+抹面胶浆+锚栓)、饰面层组成。其可有效避免建筑物产生冷热桥, 已成为应用最为广泛的保温系统。


正常使用和维护下,外墙外保温系统的使用年限不应少于25年[1]。但在实际使用中,保温层脱落事故屡见不鲜,因此,外墙外保温薄抹灰系统的安全性尤为重要。影响安全性的因素很多,以EPS外墙外保温薄抹灰系统为例。


图1 EPS外墙外保温薄抹灰系统


2.1.1初期安全性

(1)基层与保温层的连接,通过胶黏剂和锚栓实现连接,以粘为主,粘锚结合;


(2)保温层各项性能应满足相关标准要求;


(3)抹面层不开裂,与保温层粘结牢固。当涂料或装饰砂浆饰面时,耐碱网格布不压入锚栓;当瓷砖饰面时,耐碱网格布应压入锚栓中;


(4)饰面层用瓷砖自重大,易发生脱落事故,涂料或装饰砂浆相对安全。


2.1.2长期安全性

(1)耐老化性差的保温材料会导致严重的粉化现象,造成保温层与基层的虚粘,发生脱落事故;


(2)网格布应选用符合质量要求的耐碱网格布;


(3)抹面层是一层保护层,在长期环境作用下不应开裂,否则:裂缝处阳光照射加速保温层的老化,雨水浸入保温层造成霉变,甚至破坏粘结层,发生脱落事故。


2.2 外墙内保温薄抹灰系统

外墙内保温是将保温层置于外墙体的内侧。外墙体可保护保温层免受外界环境影响,对保温材料耐候性要求不高,施工时不需搭设脚手架,特别适合单户居民节能改造。但内保温也存在一定问题:室内使用面积被占用,二次装修和吊挂重物困难,在楼板、梁、构造柱等部位易形成冷热桥。


3  预制装配式钢筋混凝土结构用保温系统

3.1预制夹心保温外墙体

JGJxx-2012《装配式混凝土结构技术规程》(征求意见稿)2.1.9中规定:预制夹心保温外墙体是内外两层钢筋混凝土墙板和夹在其间的保温材料通过专用连接件组成的具有特定保温性能要求的外墙板。从该定义可看出,预制夹心保温外墙体是墙体自保温的一种形式。


3.1.1预制夹心保温外墙板组成

图2 预制夹心保温外墙板构造


预制夹心保温外墙板由内层板、保温层、外层板、连接件组成,其中:内层板一般是受力板,按照力学要求设计和配筋;外层板主要有两个作用,一是保护保温层,二是为外装饰基层,也可直接为装饰面层;外层板通过连接件穿过保温层将力传递给内层板。


3.1.2预制夹心保温外墙板受力情况

预制夹心保温外墙板主要受竖直荷载和水平荷载。竖直荷载主要是墙板、屋板、楼板自重,地震力影响。水平荷载包括了温度影和风荷载影响


图3温度影响


图4 风荷载影响


3.1.3连接件

为保证预制夹心保温外墙板能够有效承受水平荷载和竖直荷载,需用连接件将内外层板连接起来。


(1)佩克连接件[2-3]


佩克夹心保温板连接件分为钢筋桁架连接件和销钉连接件。


1)钢筋桁架连接件

图5 钢筋桁架连接件


钢筋桁架连接件包括了PD型连接件和PPA型连接件。

图6 PD型连接件


PD型连接件又称作对角钢筋桁架连接件,连接件长度L可制成300mm 的倍数,连接件高度H为100mm~450mm,保温层厚度40~390mm。PD型连接件多用于整件板高度的夹芯保温隔热墙板连接。


图7 PPA型连接件


PPA型连接件称作过梁钢筋桁架连接件,保温层厚度从90~390mm。PPA型连接件多用于低矮结构中如:门窗梁和低矮基座构件。


钢筋桁架连接件数量计算

图8 钢筋桁架连接件受力图


2)销钉连接件

销钉连接件分为PPI型销钉连接件、PDQ型销钉连接件、Nirvana销钉连接件。


图9 PPI型销钉连接件、PDQ型销钉连接件


                

图10 销钉连接件垂直于墙板                 图11 销钉连接件倾斜于墙板


如果销钉连接件垂直于墙板表面安装,销钉将不能承载墙板的重量;这种方式的安装,只是通过销钉的拉力使内外层墙板连接在一起。也可把销钉连接件放置成对角倾斜方向使用;倾斜方向使用时,需要特殊长度的销钉连接件和安装夹具,以便达到足够的锚固长度;对角倾斜销钉连接件可以用PPA型连接件代替。

图12 Nirvana 销钉连接件


Nirvana销钉连接件,由玻璃纤维增强树脂挤拉成型。最大特点是有较低的导热系数,其形状尺寸如下图所示。Nirvana销钉连接件能够把保温隔热层固定在内外两层混凝土结构墙板之间。


(2)哈芬锚固系统[4-5]

图13 锚固件和约束细杆布置图


哈芬锚固系统由支撑锚固件和约束系杆(连接箍筋)构成。


1)哈芬支撑锚固件


支撑锚固件包括SPA夹心板锚件和MVA夹芯板锚件,能够支撑外墙自重及其他竖向荷载,还能有效抵抗夹心板平面内的水平荷载。


SPA夹心板锚件

     

                   图14 SPA-1                           图15 SPA-2


MVA夹芯板锚


      

16 套筒式夹芯板锚件


    图17 平板式夹心板锚件


2)连接箍筋


抵抗夹心板水平荷载,使外墙板的变形和内部应力得以释放。


图18 连接箍筋示意图


(3)GFRP连接件[6]


图19 GFRP连接件


GFRP连接件由连续玻璃纤维和乙烯基树脂基体组成,可有效避免产生冷热桥,抗碱腐蚀性较好。主要用于非复合预制夹心保温板,连接件是一个悬臂受力构件,变形量如图20。


图20 连接件变形量


抗拉力要求:以外层板厚度为50mm,采用平吊脱模的方式,此时混凝土的质量为1.2KN/ m2,吸力0.8KN/m2,总计2KN/m2。假设单个连接件承载面积为0.2m2,则单个连接件的抗拉力为0.4KN。同时还要考虑一个安全系数。


剪切力要求:以外层板厚度为50mm,采用平吊脱模的方式,此时混凝土的质量为1.2KN/ m2,假设单个连接件承载面积为0.2m2,单个连接件的抗拉力为0.24KN。同时还要考虑一个安全系数。


3.2预制外保温外墙体

预制外保温外墙体是将保温层与墙体在工厂一次浇筑成型,再到现场进行安装施工。现阶段预制外保温外墙体缺乏相关技术标准,但保温材料选用EPS板或改性EPS板时,可参考EPS板现浇混凝土外保温系统[1]。预制外保温外墙体改变了传统外墙外保温薄抹灰系统中需在现场粘贴保温板、湿作业量大的特点,可提高施工速度、缩短工期,保证工程质量。


3.2.1三维空间结构保温板


        

图21 特殊处理保温板


经特殊处理,保温板表面形成三维空间结构,无需涂抹界面砂浆,混凝土可直接与保温板连成一体。此时,保温板与混凝土的连接不仅仅依靠表面粘结力,更重要是三维空间结构在混凝土中所起作用,提高了保温板安全性,杜绝脱落事故发生。


3.2.2开槽处理保温板


                         

图22 开槽处理保温板


开槽后保温板表面积增加,以1m×1m正方形保温板为例,若开9个宽0.02m,长1m,高0.01m的矩形槽,保温板表面积增加0.18m2;改变保温板受力状态,从“平面受力”转变为“空间受力”,安全性大大提高。


3.3预制外挂混凝土墙板

预制外挂混凝土墙板可做内保温,也可做成外保温,在这方面研究比较多的如北京榆构有限公司[7]。


3.3.1预制混凝土外挂墙板内保温

图23 预制混凝土外挂墙板内保温


外挂板内附保温板、外附装饰面,在现场安装到主体结构上,与主体结构外侧设计要求保持30~50mm的间隙,在梁柱等部位可采用喷涂或填塞防火保温材料的方法保证内保温的连续,从而有效解决内保温的热桥效应。


3.3.2预制混凝土外挂墙板外保温


图24 预制混凝土外挂墙板外保温


现场在剪力墙或砌体墙外侧粘贴保温材料,将带饰面的预制钢筋混凝土外挂板外挂到主结构上。


3.4预制夹心保温外墙体与预制外保温外墙体比较  

 表4 预制夹心保温外墙体与预制外保温外墙体比较

   

预制夹心保温外墙体

预制外保温外墙体

生产工艺

工厂化生产,质量稳定,精度高

现场施工

现场施工简单,快速

防火性

采用B1级保温板,墙体达到A级防火要求

墙体防火等级取决于保温板的防火性能

安全性

取决于连接件的设计和性能

保温板二次处理,安全性高于传统外墙外保温薄抹灰系统

耐久性

保温板与建筑同寿命

抹面胶浆不开裂时可与建筑同寿命

成本比较

成本偏高

成本偏低



4结语  

全球气候逐渐变暖、环境污染日趋严重、雾霾频现,绿色节能成为当今社会的两大主题,建筑施工粉尘已是雾霾产生主要原因之一,建筑能耗占社会总能耗50%左右,预制保温墙体作为外围护结构,不仅减少现场湿作业量提高了施工效率,而且保证了保温层的质量,满足建筑能耗要求。但预制保温墙体在国内应用时间较短,仍存在一些问题有待解决:部分技术实际应用过程中的节能和安全性能尚无充分的实测数据资料;相关政策和标准落后于技术的发展进步。随着装配式住宅市场机遇的到来,预制保温墙体技术在不断改进和发展,预制保温墙体正在向多功能化的方向发展,将具有越来越广阔的发展前景。


参考文献:

[1] 中华人民共和国建设部. 外墙外保温工程技术规程[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2] 佩克集团. 佩克NIRVANA夹芯混凝土保温隔热墙板系统[EB/OL]. http://www.peikko.cn/manuals-and-instructions-cn.­

[3] 佩克集团. 佩克夹芯保温隔热外墙板连接件[EB/OL]. http://www.peikko.cn/manuals-and-instructions-cn.­

[4] 哈芬集团. 哈芬产品系列在住宅产业化领域的应用[EB/OL]. http://precast.com.cn/index.php/hangye_detail-id-257.html.­

[5] 哈芬集团. 哈芬连接系统解决方案[EB/OL]. http://precast.com.cn/index.php/hangye_detail-id-257.html.­

[6] Thermomass. 关于GFRP性能情况的证明[EB/OL]. http://precast.com.cn/index.php/hangye_detail-id-338.html.­

[7] 蒋勤俭,刘若南. 预制混凝土节能外墙技术工程应用[J]. 墙体革新与建筑节能,2010,(5):325-330.