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來源：寶業(yè)集團上海建筑工業(yè)化研究院、君軒科技

摘要

本文分析了市場上常用保溫材料的性能特點，包括無機保溫材料、有機保溫材料、復合保溫材料，研究了保溫系統(tǒng)的技術特點，包括外墻外保溫系統(tǒng)、外墻內保溫系統(tǒng)，并探討了預制裝配式鋼筋混凝土結構中用預制保溫墻體的現狀，包括預制夾心保溫外墻板、預制外保溫外墻板、預制外掛混凝土墻板。

關鍵詞：保溫材料；保溫系統(tǒng)；預制裝配式鋼筋混凝土結構；預制保溫墻體　

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引言

　　

建筑節(jié)能是在不影響人們舒適性的前提下，減少建筑能耗，提高能源利用率。建筑外圍護結構是建筑節(jié)能技術的重要內容之一，選擇合適的保溫材料和保溫系統(tǒng)正是實現圍護結構節(jié)能的重要保障。采用工廠化生產的預制保溫墻體，可顯著提高圍護結構的工程質量，減少現場作業(yè)量，降低能耗水平。

預制裝配式鋼筋混凝土結構是以預制鋼筋混凝土為主要構件，經裝配、連接和部分現澆而成的鋼筋混凝土結構。相比傳統(tǒng)現澆鋼筋混凝土結構，該材料通過標準化生產和機械化施工，可加快施工速度，保證工程質量，大幅減少建筑垃圾、粉塵和廢水排放，降低施工噪音，真正做到綠色環(huán)保。

　　

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保溫材料

2.1 無機保溫材料

無機保溫材料具有A級不燃，極佳的溫度穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，與建筑墻體同壽命(表1)。　　

表1 常用無機保溫材料性能特點

2.2有機保溫材料的特點

有機保溫材料質量輕、可加工性好、保溫隔熱效果好，但單一有機保溫材料難以達到A級防火要求（表2）。

表2 常用有機保溫材料性能特點

2.3復合保溫材料的特點（表3）

表3 常用復合保溫材料性能特點

保溫系統(tǒng)

3.1 外墻外保溫系統(tǒng)

外墻外保溫系統(tǒng)主要由基層（鋼筋混凝土墻體）、粘結層（粘結砂漿）、保溫層、抹面層（耐堿網格布+抹面膠漿+錨栓）、飾面層組成。其可有效避免建筑物產生冷熱橋， 已成為應用最為廣泛的保溫系統(tǒng)。

正常使用和維護下，外墻外保溫系統(tǒng)的使用年限不應少于25年[1]。但在實際使用中，保溫層脫落事故屢見不鮮，因此，外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)的安全性尤為重要。影響安全性的因素很多，以EPS外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)為例。

圖1 EPS外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)

3.1.1初期安全性

　　（1）基層與保溫層的連接，通過膠黏劑和錨栓實現連接，以粘為主，粘錨結合；

　?。?）保溫層各項性能應滿足相關標準要求；

　?。?）抹面層不開裂，與保溫層粘結牢固。當涂料或裝飾砂漿飾面時，耐堿網格布不壓入錨栓；當瓷磚飾面時，耐堿網格布應壓入錨栓中；

　?。?）飾面層用瓷磚自重大，易發(fā)生脫落事故，涂料或裝飾砂漿相對安全。

3.1.2長期安全性

　?。?）耐老化性差的保溫材料會導致嚴重的粉化現象，造成保溫層與基層的虛粘，發(fā)生脫落事故；

　?。?）網格布應選用符合質量要求的耐堿網格布；

　?。?）抹面層是一層保護層，在長期環(huán)境作用下不應開裂，否則：裂縫處陽光照射加速保溫層的老化，雨水浸入保溫層造成霉變，甚至破壞粘結層，發(fā)生脫落事故。

3.2 外墻內保溫薄抹灰系統(tǒng)

　　 外墻內保溫是將保溫層置于外墻體的內側。外墻體可保護保溫層免受外界環(huán)境影響，對保溫材料耐候性要求不高，施工時不需搭設腳手架，特別適合單戶居民節(jié)能改造。但內保溫也存在一定問題：室內使用面積被占用，二次裝修和吊掛重物困難，在樓板、梁、構造柱等部位易形成冷熱橋。

預制裝配式鋼筋混凝土結構用保溫系統(tǒng)

4.1預制夾心保溫外墻體

JGJxx-2012《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》(征求意見稿)2.1.9中規(guī)定：預制夾心保溫外墻體是內外兩層鋼筋混凝土墻板和夾在其間的保溫材料通過專用連接件組成的具有特定保溫性能要求的外墻板。從該定義可看出，預制夾心保溫外墻體是墻體自保溫的一種形式。

4.1.1預制夾心保溫外墻板組成

圖2 預制夾心保溫外墻板構造

預制夾心保溫外墻板由內層板、保溫層、外層板、連接件組成，其中：內層板一般是受力板，按照力學要求設計和配筋；外層板主要有兩個作用，一是保護保溫層，二是為外裝飾基層，也可直接為裝飾面層；外層板通過連接件穿過保溫層將力傳遞給內層板。

4.1.2預制夾心保溫外墻板受力情況

預制夾心保溫外墻板主要受豎直荷載和水平荷載。豎直荷載主要是墻板、屋板、樓板自重，地震力影響。水平荷載包括了溫度影和風荷載影響。

圖3溫度影響

圖4 風荷載影響

4.1.3連接件

為保證預制夾心保溫外墻板能夠有效承受水平荷載和豎直荷載，需用連接件將內外層板連接起來。

　　（1）佩克連接件[2-3]

　　佩克夾心保溫板連接件分為鋼筋桁架連接件和銷釘連接件。

　　1）鋼筋桁架連接件

圖5 鋼筋桁架連接件

　　鋼筋桁架連接件包括了PD型連接件和PPA型連接件。

圖6 PD型連接件

　　PD型連接件又稱作對角鋼筋桁架連接件，連接件長度L可制成300mm 的倍數，連接件高度H為100mm~450mm，保溫層厚度40~390mm。PD型連接件多用于整件板高度的夾芯保溫隔熱墻板連接。

圖7 PPA型連接件

　　PPA型連接件稱作過梁鋼筋桁架連接件，保溫層厚度從90~390mm。PPA型連接件多用于低矮結構中如：門窗梁和低矮基座構件。

　　鋼筋桁架連接件數量計算

圖8 鋼筋桁架連接件受力圖

　　2）銷釘連接件

　　銷釘連接件分為PPI型銷釘連接件、PDQ型銷釘連接件、Nirvana銷釘連接件。

圖9 PPI型銷釘連接件、PDQ型銷釘連接件

圖10 銷釘連接件垂直于墻板              

  圖11 銷釘連接件傾斜于墻板

　　如果銷釘連接件垂直于墻板表面安裝，銷釘將不能承載墻板的重量；這種方式的安裝，只是通過銷釘的拉力使內外層墻板連接在一起。也可把銷釘連接件放置成對角傾斜方向使用；傾斜方向使用時，需要特殊長度的銷釘連接件和安裝夾具，以便達到足夠的錨固長度；對角傾斜銷釘連接件可以用PPA型連接件代替。

圖12 Nirvana 銷釘連接件

　　Nirvana銷釘連接件，由玻璃纖維增強樹脂擠拉成型。最大特點是有較低的導熱系數，其形狀尺寸如下圖所示。Nirvana銷釘連接件能夠把保溫隔熱層固定在內外兩層混凝土結構墻板之間。

　　（2）哈芬錨固系統(tǒng)[4-5]

圖13 錨固件和約束細桿布置圖

　　哈芬錨固系統(tǒng)由支撐錨固件和約束系桿（連接箍筋）構成。

　　1）哈芬支撐錨固件

　　支撐錨固件包括SPA夾心板錨件和MVA夾芯板錨件，能夠支撐外墻自重及其他豎向荷載，還能有效抵抗夾心板平面內的水平荷載。

　　SPA夾心板錨件

　　　　　　　圖14 SPA-1                          

圖15 SPA-2

　　MVA夾芯板錨圖

圖16 套筒式夾芯板錨件

圖17 平板式夾心板錨件

　　2）連接箍筋

　　抵抗夾心板水平荷載，使外墻板的變形和內部應力得以釋放。

圖18 連接箍筋示意圖

　　（3）GFRP連接件[6]

圖19 GFRP連接件

　　GFRP連接件由連續(xù)玻璃纖維和乙烯基樹脂基體組成，可有效避免產生冷熱橋，抗堿腐蝕性較好。主要用于非復合預制夾心保溫板，連接件是一個懸臂受力構件，變形量如圖20。

圖20 連接件變形量

抗拉力要求：以外層板厚度為50mm，采用平吊脫模的方式，此時混凝土的質量為1.2KN/ m2，吸力0.8KN/m2，總計2KN/m2。假設單個連接件承載面積為0.2m2，則單個連接件的抗拉力為0.4KN。同時還要考慮一個安全系數。

剪切力要求：以外層板厚度為50mm，采用平吊脫模的方式，此時混凝土的質量為1.2KN/ m2，假設單個連接件承載面積為0.2m2，單個連接件的抗拉力為0.24KN。同時還要考慮一個安全系數。

4.2預制外保溫外墻體

預制外保溫外墻體是將保溫層與墻體在工廠一次澆筑成型，再到現場進行安裝施工。現階段預制外保溫外墻體缺乏相關技術標準，但保溫材料選用EPS板或改性EPS板時，可參考EPS板現澆混凝土外保溫系統(tǒng)[1]。預制外保溫外墻體改變了傳統(tǒng)外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)中需在現場粘貼保溫板、濕作業(yè)量大的特點，可提高施工速度、縮短工期，保證工程質量。

4.2.1三維空間結構保溫板

圖21 特殊處理保溫板

經特殊處理，保溫板表面形成三維空間結構，無需涂抹界面砂漿，混凝土可直接與保溫板連成一體。此時，保溫板與混凝土的連接不僅僅依靠表面粘結力，更重要是三維空間結構在混凝土中所起作用，提高了保溫板安全性，杜絕脫落事故發(fā)生。

4.2.2開槽處理保溫板

圖22 開槽處理保溫板

開槽后保溫板表面積增加，以1m×1m正方形保溫板為例，若開9個寬0.02m，長1m，高0.01m的矩形槽，保溫板表面積增加0.18m2；改變保溫板受力狀態(tài)，從“平面受力”轉變?yōu)?ldquo;空間受力”，安全性大大提高。

4.3預制外掛混凝土墻板

預制外掛混凝土墻板可做內保溫，也可做成外保溫，在這方面研究比較多的如北京榆構有限公司[7]。

4.3.1預制混凝土外掛墻板內保溫

圖23 預制混凝土外掛墻板內保溫

外掛板內附保溫板、外附裝飾面，在現場安裝到主體結構上，與主體結構外側設計要求保持30~50mm的間隙，在梁柱等部位可采用噴涂或填塞防火保溫材料的方法保證內保溫的連續(xù)，從而有效解決內保溫的熱橋效應。

4.3.2預制混凝土外掛墻板外保溫

圖24 預制混凝土外掛墻板外保溫

現場在剪力墻或砌體墻外側粘貼保溫材料，將帶飾面的預制鋼筋混凝土外掛板外掛到主結構上。

4.4預制夾心保溫外墻體與預制外保溫外墻體比較

表4 預制夾心保溫外墻體與預制外保溫外墻體比較

結語

全球氣候逐漸變暖、環(huán)境污染日趨嚴重、霧霾頻現，綠色節(jié)能成為當今社會的兩大主題，建筑施工粉塵已是霧霾產生主要原因之一，建筑能耗占社會總能耗50%左右，預制保溫墻體作為外圍護結構，不僅減少現場濕作業(yè)量提高了施工效率，而且保證了保溫層的質量，滿足建筑能耗要求。但預制保溫墻體在國內應用時間較短，仍存在一些問題有待解決：部分技術實際應用過程中的節(jié)能和安全性能尚無充分的實測數據資料；相關政策和標準落后于技術的發(fā)展進步。隨著裝配式住宅市場機遇的到來，預制保溫墻體技術在不斷改進和發(fā)展，預制保溫墻體正在向多功能化的方向發(fā)展，將具有越來越廣闊的發(fā)展前景。

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