夾芯保溫密肋復(fù)合墻體研究

石玉鳳，陳英杰，陳國新，姜 瑞，艾克拜爾江·艾尼瓦爾

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

節(jié)約資源是我國一項(xiàng)基本國策，建筑節(jié)能是一系列節(jié)能減排工作中的重要組成部分。我國在建筑上的能耗形式非常嚴(yán)峻，與發(fā)達(dá)國家相比，單位建筑面積的能源損耗量已達(dá)到2～3倍，所以加強(qiáng)建筑資源的合理利用問題不容忽視。我國政府已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到建筑節(jié)能的重要性和緊迫性，將建筑節(jié)能列為優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域，建筑外墻造成的能耗占整個(gè)建筑總能耗的比例較高，所以建筑墻體良好的保溫性能是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的核心[1]。我國現(xiàn)階段的首要任務(wù)是發(fā)展?jié)M足建筑產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化的管理程度高、施工質(zhì)量優(yōu)良、符合可持續(xù)發(fā)展要求、經(jīng)濟(jì)友好性的新型建筑結(jié)構(gòu)工業(yè)化住宅體系[2,3]。

為降低建筑能耗，提高墻體保溫隔熱性能，降低墻體的導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱系數(shù)等熱工性能指標(biāo)，研制出各種具有保溫功能的復(fù)合墻體，減少建筑的冷、熱消耗，使能源利用率得到最大限度提升，改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能是推動(dòng)建筑保溫節(jié)能建設(shè)的重中之重。隨著建筑產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各種新型內(nèi)、外墻體保溫材料和裝配式節(jié)能住宅建筑體系也隨之發(fā)展起來，同時(shí)由于內(nèi)、外復(fù)合墻體保溫材料和裝配式節(jié)能住宅建筑體系在應(yīng)用上存在局限性，如墻體保溫材料使用耐久性較差、防火性能差、抗腐蝕性低以及冷(熱)橋現(xiàn)象嚴(yán)重等存在很多弊端，所以很難推廣使用。因此，尋求一種新型夾芯密肋保溫復(fù)合墻體結(jié)構(gòu)形式，在保留和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)夾芯保溫復(fù)合墻體既有優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，又能解決長久以來制約夾芯密肋保溫復(fù)合墻板體推廣使用的諸項(xiàng)弊端就成為了推廣住宅產(chǎn)業(yè)化中的一項(xiàng)重要研究工作。

1 復(fù)合保溫節(jié)能墻體的優(yōu)缺點(diǎn)

建筑保溫節(jié)能建設(shè)可以采取如下措施：研制出符合節(jié)能保溫要求的新型環(huán)保建材，提高可再生能源的利用率；大力宣傳開展建筑工業(yè)化知識(shí)，提高全民的節(jié)能環(huán)保意識(shí)；圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用導(dǎo)熱系數(shù)低的新型墻體材料，提高墻體的熱工性能，而建筑墻體的保溫隔熱性能優(yōu)劣直接影響建筑的能耗量，即通過上述方法措施，推廣新型環(huán)保建材對(duì)復(fù)合保溫墻體建設(shè)起到了決定性作用。

復(fù)合保溫節(jié)能墻體可根據(jù)墻體中保溫層位置的不同分為外墻外保溫、內(nèi)保溫及外墻夾芯密肋復(fù)合保溫墻體三種類型。

1.1 外墻外保溫

優(yōu)點(diǎn)是可適用范圍更加廣泛；保護(hù)墻體結(jié)構(gòu)層；保溫材料置于建筑物外墻外側(cè)，溫度變形減小，受熱橋的影響較小；不占用室內(nèi)使用面積，二次裝修對(duì)保溫層不會(huì)產(chǎn)生影響。缺點(diǎn)是外保溫材料的使用壽命與主體結(jié)構(gòu)不同步；易脫落，對(duì)技術(shù)人員要求較高；防火性能較差。

1.2 外墻內(nèi)保溫

優(yōu)點(diǎn)是施工工期較短；無高空作業(yè)；對(duì)內(nèi)保溫材料及墻面垂直度、平整度要求不高。缺點(diǎn)是在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，室內(nèi)外溫差較大易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，梁、柱等重要節(jié)點(diǎn)處易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)冷(熱)橋問題；占用室內(nèi)使用面積，給房屋的二次裝修帶來了諸多問題；墻體的平均傳熱系數(shù)高，通常保溫層厚度較高，不利于節(jié)能環(huán)保，造價(jià)較高。

1.3 外墻夾芯密肋保溫

優(yōu)點(diǎn)是可與建筑物主體同壽命；耐久性能較好；保溫材料不受環(huán)境影響；使用高效耐久性材料有利于達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果；不影響二次裝修；建筑能耗小。缺點(diǎn)是夾芯、保溫是由外墻體、內(nèi)墻體和保溫層構(gòu)成，在非嚴(yán)寒區(qū)域，此墻體比內(nèi)、外墻體更厚，造價(jià)較高；使用連接件連接內(nèi)、外側(cè)墻片，墻體構(gòu)造更復(fù)雜，使系統(tǒng)更安全；外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱橋面積大，給保溫施工增加困難且材料的保溫性能不能充分發(fā)揮作用；外墻受溫差影響大進(jìn)而導(dǎo)致墻體表面容易出現(xiàn)空鼓、開裂等現(xiàn)象。

2 國內(nèi)外復(fù)合保溫節(jié)能墻體的相關(guān)研究

夾芯復(fù)合墻板很早在西方發(fā)達(dá)國家就已普遍應(yīng)用，是典型的建筑保溫性墻體，并且已制定一整套完整的設(shè)計(jì)方法與細(xì)部構(gòu)造規(guī)范，如在美國建筑統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)夾芯墻板的大小、內(nèi)葉墻中間的構(gòu)造鋼筋及鋼絲網(wǎng)片的設(shè)置、裂縫的控制等都有詳細(xì)的規(guī)定；英國學(xué)者曾做過夾芯空腔墻體中的連接件對(duì)其抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示：空腔墻體中拉接件的布置間距與種類對(duì)整體的抗壓強(qiáng)度與彈性性能的影響很小。在國內(nèi)，利用(MARC)有限元程序?qū)?fù)合夾芯墻板建模，在受往復(fù)橫向荷載作用下對(duì)其進(jìn)行有限元計(jì)算研究分析，結(jié)果表明在連接件的制約下，復(fù)合夾芯墻板各組成部件能良好的發(fā)揮協(xié)同工作能力[4,5]。20世紀(jì)90年代前后，在我國的東北、西北、華北地區(qū)各省市的重點(diǎn)城市相繼建成了一些建筑節(jié)能住宅試點(diǎn)工程及示范小區(qū)。但夾芯墻體作為我國的一種新型墻體結(jié)構(gòu)，國家沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各個(gè)地方的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，相關(guān)試驗(yàn)和理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和設(shè)計(jì)方法還很不成熟。

3 夾芯密肋保溫復(fù)合墻

3.1 夾芯密肋保溫復(fù)合墻構(gòu)造

夾芯保溫密肋復(fù)合墻體是應(yīng)用于預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系中的一種輕質(zhì)、節(jié)能、抗震性能好的新型受力構(gòu)件。密肋壁板結(jié)構(gòu)是由預(yù)制的新型密肋復(fù)合墻板、樓板和現(xiàn)澆的隱形外框等組合而成的一種裝配整體式結(jié)構(gòu)體系,其中的密肋復(fù)合墻板是以截面及配筋較小的鋼筋混凝土肋梁、肋柱為骨架，內(nèi)嵌以爐渣、粉煤灰等工業(yè)廢料為主要原料的蒸壓加氣硅酸鹽砌塊預(yù)制而成，隱形外框與內(nèi)部低強(qiáng)度填充體通過相互約束力來發(fā)揮各自作用。它是集承重、保溫、圍護(hù)或裝飾為一體的新型復(fù)合墻體，夾芯密肋復(fù)合墻是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外葉墻中夾以高效保溫節(jié)能材料(如改良聚苯泡沫體、巖棉體及其他保溫制品等)，通過纖維復(fù)合材料(GFRP材料)鋼筋連接件使之拉接成一體，達(dá)到保溫節(jié)能的效果。

3.2 夾芯密肋保溫復(fù)合墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

夾芯密肋保溫復(fù)合墻結(jié)構(gòu)是我國復(fù)合保溫墻體改革與建筑住宅體系工業(yè)化要求的產(chǎn)物。其主要特點(diǎn)如下：

1)節(jié)約工程成本。夾芯密肋保溫復(fù)合墻體結(jié)構(gòu)在最大程度上充分發(fā)揮各種材料的作用，提高材料利用率，節(jié)省材料用量，墻體主要由內(nèi)葉墻、保溫層、外葉墻三部分構(gòu)成，承重墻主要是內(nèi)外葉墻體，墻體中間層為保溫絕熱材料，對(duì)墻體材料本身起到了保護(hù)作用，節(jié)能環(huán)保，降低造價(jià)。

2)保溫隔熱隔聲性能好。夾芯密肋復(fù)合墻體結(jié)構(gòu)保溫材料多采用容重低、導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，同時(shí)連接內(nèi)外墻體的保溫層構(gòu)造使墻體具有很好的熱工性能，減少熱量損失。此外，夾芯保溫層的厚度可根據(jù)保溫隔熱隔聲性能的墻體節(jié)能的各項(xiàng)要求進(jìn)行更改。

3)建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命延長。夾芯密肋保溫墻體在內(nèi)外葉墻體中間設(shè)置保溫層，保護(hù)了保溫材料受外界環(huán)境的影響，使保溫材料與建筑結(jié)構(gòu)同壽命，符合建筑產(chǎn)業(yè)工業(yè)化的要求。

4)夾芯密肋保溫復(fù)合墻體適用范圍廣。材料方便易取，施工工藝簡單，熱工性能好且造價(jià)相對(duì)較低，適于全國推廣使用。延長了保溫材料使用壽命。

3.3 夾芯密肋保溫復(fù)合墻體弊端

目前，夾芯密肋復(fù)合墻體在建材選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、產(chǎn)品研制等環(huán)節(jié)上多依賴于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)存生產(chǎn)工藝。它主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一方面，墻體結(jié)構(gòu)層主要采用普通混凝土或輕集料混凝土，內(nèi)、外葉墻中間的保溫層大都布置了縱向鋼筋網(wǎng)和橫向鋼筋連接件，使墻體自重增加，降低導(dǎo)熱系數(shù)，減少熱阻，產(chǎn)生熱橋效應(yīng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不利于節(jié)能環(huán)保。之前的研究已表明，橫向連接件的類型和間距對(duì)夾芯密肋墻的抗壓強(qiáng)度和彈性模量影響較小且在外荷載中承受的應(yīng)力也很小。另一方面，現(xiàn)有的夾芯密肋復(fù)合墻體的保溫層大部分采用有機(jī)材料，使墻體內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，防火性能、耐久性能較差。復(fù)合墻體可充分發(fā)揮各個(gè)材料的優(yōu)良性能，優(yōu)于其中任何單一材料的性能。因此，亟須研發(fā)出熱工性能好、使用方便、各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都符合建筑節(jié)能要求的新型墻體材料。

4 結(jié) 語

建筑節(jié)能建設(shè)是一個(gè)全球研究性潮流，建筑物節(jié)能設(shè)計(jì)是我國現(xiàn)階段尚待深度研究的最前沿的應(yīng)用型課題之一[6]。夾芯密肋復(fù)合保溫墻體作為一種新型復(fù)合保溫墻體，其受力性能、防火性能、耐久性能和保溫隔熱性能等是其他復(fù)合保溫墻體(如外保溫墻體、內(nèi)保溫墻體等)難以比擬的。但作為一種推廣使用的新型復(fù)合保溫墻體，夾芯密肋復(fù)合墻體在設(shè)計(jì)和施工中也存在著諸多問題，因此從理論和實(shí)踐方面都需要更深一步的研究，設(shè)計(jì)和構(gòu)造方面的標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步完善和統(tǒng)一。

[1] 楊嗣信.對(duì)多層住宅建筑工業(yè)化施工的建議[J].建筑技術(shù)開發(fā),2015,42(10):14 -17．

[2] 李曙光.淺談我國建筑節(jié)能現(xiàn)狀與對(duì)策[J]應(yīng)用能源技術(shù),2003,(1):1-3

[3] 貢英偉,吳香國,范豐麗.我國建筑節(jié)能現(xiàn)狀分析及對(duì)策[J].重慶科技學(xué)院報(bào)(自然科學(xué)版),2006(3):62-65

[4] 楊 軍.結(jié)構(gòu)體系在建筑工程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2004.(21):32-33.

[5] 龍志飛,答 松.有限元法新論(原理.程序·進(jìn)展)[M].北京:中國水利水電出版社,2001

[6] 劉培琴,劉淑海.我國建筑節(jié)能現(xiàn)狀及發(fā)展[J].煤氣與電力，2002(3):255-256.