預(yù)制混凝土外掛墻板產(chǎn)品體系研究綜述

趙明月 周錦泉

摘? ? 要：本文綜述了不同材料組成外掛墻板的類型及物理力學(xué)性能，以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮的荷載因素、與主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，外圍護(hù)體系防水、防火設(shè)計(jì)。通過國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)外掛墻板研究存在的問題以及研究方向。

關(guān)鍵詞：外掛墻板;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);物理力學(xué)性能;系統(tǒng)研究

1? 概述

目前，國(guó)內(nèi)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用傳統(tǒng)砌體，濕法砌筑，施工程序多，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，材料損耗大。隨著裝配式建筑的迅猛發(fā)展，各類輕質(zhì)墻板等正逐步得到重視。預(yù)制混凝土外掛墻板在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)干掛式安裝，減少現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)、提高施工質(zhì)量，符合“四節(jié)一環(huán)?！钡陌l(fā)展理念。

2? 外掛墻板種類

根據(jù)組成材質(zhì)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，目前研究應(yīng)用的外掛墻板主要包括以下種類：

清水混凝土外掛板。清水混凝土是混凝土材料中高級(jí)的表達(dá)形式，不需二次裝飾，顯示一種本質(zhì)美感。清水混凝土掛板一次成型，有利于保護(hù)環(huán)境。

泡沫混凝土外掛板。泡沫混凝土由水泥漿和砂制成，通過不同的發(fā)泡方式，產(chǎn)生疏松多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其不含粗骨料，可歸類于輕質(zhì)混凝土。

蒸壓加氣混凝土外掛板。蒸壓加氣混凝土是一種多孔輕質(zhì)材料，容重約為400kg/m3～650kg/m3，其抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都較低，在均勻荷載作用下的破壞形態(tài)、裂縫開展、開裂荷載計(jì)算等都不同于普通混凝土。

輕集料混凝土外掛板。輕集料混凝土包括天然輕集料混凝土、人造輕集料混凝土、工業(yè)廢料輕集料混凝土，混凝土密度在1550kg/m3～1950kg/m3，具有輕質(zhì)、保溫、隔熱、耐火等性能。

復(fù)合保溫外掛墻板。簡(jiǎn)稱“三明治墻板”，由內(nèi)外葉板夾保溫層構(gòu)成，通過改變保溫層厚度來滿足不同的節(jié)能要求。三明治墻板實(shí)現(xiàn)了多道施工程序一體化，輕質(zhì)高強(qiáng)的材料性能要求和板型設(shè)計(jì)是大范圍推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

3? 外掛墻板性能

3.1? 基本性能

外掛墻板作為建筑構(gòu)件產(chǎn)品，從材料，制作工藝，應(yīng)用條件等多方面都應(yīng)符合適用性，安全性和經(jīng)濟(jì)性要求?！痘炷镣鈷靿Π濉稪G/T2356中對(duì)其基本性能提出了相關(guān)要求，制作檢驗(yàn)指標(biāo)包括外觀質(zhì)量、容許偏差等;物理性能檢驗(yàn)指標(biāo)包括面密度、抗彎承載、抗沖擊性能、抗壓強(qiáng)度等;防火防水保溫性能檢驗(yàn)指標(biāo)包括燃燒性能等級(jí)、材料含水率、干燥收縮、不透水性、抗凍性等。

3.2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能

外掛墻板作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，主要承受垂直于墻板平面的水平荷載（風(fēng)荷載和地震作用）和豎向荷載（自重），在地震作用下，外掛墻板可與主體結(jié)構(gòu)共同作用，給主體結(jié)構(gòu)提供一部分側(cè)向剛度。除此之外，預(yù)制外掛板還需滿足在脫模吸附力、吊裝及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)最不利施工工況下的力學(xué)要求。

節(jié)點(diǎn)和拼縫設(shè)計(jì)是外掛墻板體系設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。拼縫設(shè)計(jì)應(yīng)滿足荷載作用下墻板和主體結(jié)構(gòu)變形。連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是保證外掛墻板與主體共同作用的關(guān)鍵，外掛墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接方式主要有：彈性滑移節(jié)點(diǎn)連接（柔性連接）、彈塑性節(jié)點(diǎn)連接（半剛性連接）、剛性連接。節(jié)點(diǎn)的形式、布置方式、數(shù)量、剛度都對(duì)結(jié)構(gòu)有一定的影響。

4? 外掛墻板體系研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于外掛墻板的研究方向包括固體廢棄物資源化利用研究，與主結(jié)構(gòu)連接受力性能研究，提高保溫防水性能的研究等，以下是一些系統(tǒng)性成果的簡(jiǎn)述。

崔琪等采用擠出成型法制備了以建筑垃圾、廢渣等固體廢棄物為原材的外掛板，抗壓強(qiáng)度為15MPa～20MPa，容重為1600kg/m3～2200kg/m3，復(fù)合墻體傳熱系數(shù)為0.37W/m2·k，最大變形率為 0.08%，外掛板經(jīng)過了地震波試驗(yàn)，完整性良好，未出現(xiàn)開裂和損壞。徐磊等完成了輕骨料混凝土配制和外掛板的制作，輕骨料混凝土強(qiáng)度為36MPa，容重為1420kg/m3，連接方式為墻板上端預(yù)留甩出鋼筋，與框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆筑的邊梁連接固定。閆亞杰等等對(duì)粉煤灰陶?；炷良诱渲閹r空心墻板、輕骨料頁巖陶粒加C型鋼墻板進(jìn)行試驗(yàn)，研究顯示均可滿足抗彎承載及剛度要求，可供跨度為3.0m～7.5m的內(nèi)外墻使用，外墻板推薦使用150mm和200mm厚的粉煤灰陶粒混凝土墻板。李國(guó)強(qiáng)等對(duì)條板型外掛板鋼結(jié)構(gòu)住宅體系進(jìn)行了兩層模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，試驗(yàn)表明：鋼結(jié)構(gòu)建筑輕質(zhì)砂加氣混凝土外墻板具有較好的抗震性能;外掛板與鋼結(jié)構(gòu)的連接宜采用有一定變形能力的柔性連接可減輕破壞。

5? 外掛墻板產(chǎn)品體系的研究方向

開發(fā)新型外掛墻板產(chǎn)品不僅包括產(chǎn)品自身的材料工藝性能研究，還要研究其安裝連接技術(shù)體系，以下幾個(gè)方向有待于深入研究。

（1）輕骨料混凝土外掛板的收縮性研究。不同材料外掛板與主體結(jié)構(gòu)膨脹系數(shù)及彈性模量的不同，溫度、濕度因素所引起的收縮與膨脹可能導(dǎo)致墻板的變形及開裂。JGJ 51中，僅可見強(qiáng)度等級(jí)為L(zhǎng)C20～30輕骨料混凝土的收縮徐變規(guī)定，高強(qiáng)輕骨料混凝土的耐久性尚待應(yīng)深入研究。

（2）外掛板與主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)性能目標(biāo)研究。JGJ 1的計(jì)算要求為墻板與節(jié)點(diǎn)均為小震彈性;GB/T51231要求墻板小震彈性，節(jié)點(diǎn)接近中震彈性。國(guó)內(nèi)在外掛板的設(shè)計(jì)、加工、施工缺乏經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該對(duì)墻板和節(jié)點(diǎn)在罕遇地震作用下的情況進(jìn)行研究。

（3）不同地區(qū)對(duì)防水抗?jié)B、防火保溫要求不同，外掛板產(chǎn)品體系需要根據(jù)不同氣候進(jìn)行合理構(gòu)造、材料防水、保溫性能的設(shè)計(jì)。

6? 總結(jié)與展望

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)的外掛墻板體系研究尚不完善、系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對(duì)外掛墻板的種類、性能、系統(tǒng)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對(duì)開發(fā)新型外掛墻板產(chǎn)品的注意事項(xiàng)及研究方向做了論述，提出了應(yīng)重點(diǎn)考慮的研究方向。

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