纖維增強(qiáng)水泥板外墻體系工程應(yīng)用及分析

楊崢嶸，袁繼雄

（汕頭市政府投資項(xiàng)目代建管理中心，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

廣東以色列理工學(xué)院一期校區(qū)建設(shè)項(xiàng)目［1］的教學(xué)樓、辦公樓、實(shí)驗(yàn)樓等建筑采用纖維增強(qiáng)水泥板外墻體系，其建筑風(fēng)格跟以色列特拉維夫市的建筑有相似之處，是包豪斯建筑常采用的深、淺灰色為主色調(diào)的風(fēng)格，搭配一定比例的玻璃幕墻，具有很強(qiáng)的現(xiàn)代氣息，也得到以色列校方的認(rèn)可，如圖1所示。

圖1 建設(shè)項(xiàng)目鳥(niǎo)瞰圖

外墻有很多材料可以選擇，如馬賽克、各種瓷磚、石材、外墻漆等。但要達(dá)到這樣的效果，用以下兩種材料更有優(yōu)勢(shì)，一是灰色系石材板，采用國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的芝麻白石材；二是纖維增強(qiáng)水泥板中的深、淺灰色型號(hào)。這兩種材料都具有很強(qiáng)的現(xiàn)代氣息，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文通過(guò)項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)行了分析和比較。

1 材料特點(diǎn)和比較

1.1 纖維增強(qiáng)水泥板的特點(diǎn)

纖維增強(qiáng)水泥板是由硅酸鹽水泥、石英砂、植物纖維、天然礦物顏料等，經(jīng)特殊工藝制造而成。其不含石棉，無(wú)放射性及其他有害物質(zhì)，是綠色環(huán)保建材。其密度 1.67 g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù) 0.379 W/（m?K），其防火、力學(xué)、耐候等性能符合相關(guān)要求。

1.2 芝麻白花崗巖的特點(diǎn)

花崗巖呈細(xì)粒、中粒、粗粒的粒狀構(gòu)造，或似斑狀構(gòu)造，其顆粒均勻細(xì)密，孔隙?。紫抖韧ǔ?0.3 %～0.7 %），吸水率不高（吸水率通常為 0.15 %～0.46 %），有良好的抗凍功能。芝麻白花崗巖的硬度高，摩氏硬度約為 6，密度為 2.63～2.75 g/cm3。導(dǎo)熱系數(shù) 2.6～3.6 W/（m?K）。芝麻白花崗巖的質(zhì)地紋理均勻，顏色以白灰色系為主，而且其顏色相對(duì)變化不大，色差小，適合大面積的使用，也有深、淺灰色的石料可以選擇。

1.3 纖維增強(qiáng)水泥板與芝麻白花崗巖的對(duì)比

這兩種材料用于墻面材料時(shí)，纖維增強(qiáng)水泥板密度（1.67 g/cm3）是石材密度（2.63～2.75 g/cm3）的三分之二。因?yàn)槭宀耐ㄟ^(guò)干掛片連接工藝的要求，干掛石材最少厚度要達(dá)到 25 mm，而纖維增強(qiáng)水泥板厚度 7～10 mm，約占石材厚度的三分之一。這樣每塊纖維增強(qiáng)水泥板只有石材重量的 1/5。由于重量大幅度減少，加工、運(yùn)輸、安裝等都有很大的優(yōu)勢(shì)，可以節(jié)省工期，減低施工工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至機(jī)械設(shè)備臺(tái)班量也會(huì)減少。

纖維增強(qiáng)水泥板導(dǎo)熱系數(shù) 0.379 W/（m?K）約為花崗巖 2.6～3.6 W/（m?K）的八分之一，保溫性能較好。

纖維增強(qiáng)水泥板沒(méi)有天然石材的紋理，但色彩豐富，可以定制各種豐富的色澤。本工程設(shè)計(jì)風(fēng)格的特點(diǎn)，可以不需要石材的紋理就能表現(xiàn)設(shè)計(jì)的風(fēng)格。其中科報(bào)廳采用了橘黃色，充分體現(xiàn)了色澤豐富的特征，如圖2所示。

圖2 科報(bào)廳采用了橘黃色水泥板

2 施工工藝分析

外墻鋪貼有多種方式。常見(jiàn)的有水泥砂漿、粘貼膠等直接鋪貼及干掛石材鋪貼等。纖維增強(qiáng)水泥板外墻體系是在干掛石材體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)、優(yōu)化。

2.1 濕貼法的問(wèn)題

水泥砂漿、粘貼膠等直接鋪貼的方式，由于溫度變化、含水率變化等原因引起石材、砂漿的收縮率不同，會(huì)造成空鼓、開(kāi)裂、脫離、甚至脫落等質(zhì)量問(wèn)題。受雨水侵蝕后會(huì)出現(xiàn)碳酸氫鈣析出（泛白霜）或出現(xiàn)水漬，使墻面石材污染、變色、形成色差等質(zhì)量通病。其保溫隔熱等節(jié)能性能也比較差。

2.2 纖維增強(qiáng)水泥板外墻體系工藝要求

本項(xiàng)目豎向鋼架采用熱鍍鋅方形型鋼［2］。由于面板材料輕、方形型鋼受力更合理。橫向受力鋼架也使用了方形型鋼。纖維增強(qiáng)水泥板直接固定在橫向的方形型鋼上。纖維增強(qiáng)水泥板與鋼架之間固定方式如下。

1）纖維增強(qiáng)水泥板厚度遠(yuǎn)小于 25 mm，無(wú)法用石材的干掛片連接工藝。

2）耐候粘貼膠抗剪力達(dá)不到要求，無(wú)法采用如鋁塑板直接粘貼的方法。

3）由于力度控制及穩(wěn)定性不能滿足高要求的技術(shù)參數(shù)，無(wú)法采用螺絲固定的工藝。

最后纖維增強(qiáng)水泥板的連接采用了拉鉚釘固定的方式［3］。拉鉚釘比螺絲固定更穩(wěn)固，不會(huì)脫離、松動(dòng)。拉鉚釘固定的缺點(diǎn)是釘頭外露在板材的外面，可能會(huì)影響外觀。采用與面板材相同顏色的鋁合金拉鉚釘，外露面的尺寸只有 1 cm 多，基本上對(duì)建筑物的外觀影響不大。由于建筑物外墻有深灰色、淺灰色、橙色多種顏色，于是就選用了深灰色、淺灰色、橙色等多種顏色的鋁合金拉鉚釘。

干掛片連接工藝的優(yōu)點(diǎn)是連接件沒(méi)有外露，且干掛片有 1～2 cm 的調(diào)節(jié)能力。拉鉚釘是直接固定在鋼架上，因此沒(méi)有了調(diào)節(jié)的余地，對(duì)鋼架的平整、垂直度要求更高，誤差要求在 1～2 mm 之間。拉鉚釘固定的方式另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是倒掛時(shí)的安全性比干掛片的安全性更高，可以大面積的使用倒掛，更好表現(xiàn)外觀效果，如圖3所示。

圖3 大面積的使用倒掛

2.3 墻面纖維增強(qiáng)水泥板的排版

墻面纖維增強(qiáng)水泥板的排版均采用 AutoCAD 進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，板材規(guī)格種類(lèi)少，在工廠定制生產(chǎn)，減少現(xiàn)場(chǎng)材料損耗，提高板材利用率。

外墻面板的分割及處理按照參考設(shè)計(jì)的分割尺寸、比例的原則，按鋼架的具體現(xiàn)場(chǎng)尺寸條件重新排版定制每一塊墻面板，可以最大限度地避免設(shè)計(jì)尺寸與現(xiàn)場(chǎng)尺寸受施工誤差、建筑物不同平立面之間對(duì)縫等因素的影響。

同一棟建筑物每個(gè)面之間以對(duì)縫處理，連體的過(guò)道連廊也要對(duì)縫，達(dá)到整體、流暢的韻律。分段排版，如架空層獨(dú)立柱（材質(zhì)斷開(kāi)）可另行分割，但比例要符合設(shè)計(jì)要求。比如包管后實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸是不同的，當(dāng)然管的檢修口依然需要留出。外露管道的做法會(huì)嚴(yán)重影響建筑物美觀。還應(yīng)該注意：現(xiàn)場(chǎng)尺寸準(zhǔn)確、留縫、豎向及橫向陰陽(yáng)角搭接，門(mén)、窗、特殊孔洞、造型、與各種其它外墻材料搭接，防風(fēng)及防水的處理的工藝要求等。

2.4 色差的問(wèn)題

天然石材由于的屬性不可能完全一樣。有時(shí)就利用石材的紋理用對(duì)稱(chēng)布置顯示紋理的風(fēng)格，更好地體現(xiàn)建筑物風(fēng)格。一些建筑現(xiàn)代感更強(qiáng)，需要順紋處理外墻立面風(fēng)格，也有均勻布置、亂紋布置、深淺布置、過(guò)渡色布置等。石材的表面處理有光面，可分不同的光度等級(jí)；有表層覆蓋不同的透明或有色的覆蓋層處理；有表面亞光面、大小麻面、各種方向處理形成的斧斬面等；石材自身還有色澤、透明性等可以利用，非常豐富多彩。

纖維增強(qiáng)水泥板由于是人工制造，呈現(xiàn)的屬性符合設(shè)計(jì)的要求顯示色澤、亞光性，跟瓷磚一樣存在色差。亂紋鋪貼要顯示非規(guī)律性、非均勻性但同時(shí)又不能有太大的顏色集中等。同色鋪貼基本上應(yīng)考慮同色號(hào)在同一面的原則。太大的墻面一個(gè)色號(hào)不夠用時(shí)，考慮接近色號(hào)處理過(guò)渡。如果橫紋布置同一條紋上的一個(gè)色號(hào)，可以避免同一色號(hào)不夠一個(gè)大面面積數(shù)量的問(wèn)題。窗、孔洞造型多變的地方，色差問(wèn)題表現(xiàn)不太明顯。

另外，纖維增強(qiáng)水泥板材料是有方向性的，要注意按同一方向鋪貼。金屬板質(zhì)地均勻也有方向性就是這個(gè)原理。同一塊板材不同方向的反光反射略有不同，反應(yīng)在顏色效果上有一定的區(qū)別，即也會(huì)產(chǎn)生一定的色差。

2.5 關(guān)于留縫及填縫

無(wú)論是石材面板還是纖維增強(qiáng)水泥板都有留縫的問(wèn)題。留縫可有效解決各種板材收縮、結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的擠壓、拉伸、扭曲造成的破壞。除了外墻面可以不是在同一個(gè)立面，可以有更多的板材搭接方式，如屋面瓦疊加方式，利用板材溝槽、交錯(cuò)、疊加避免雨水。從工藝簡(jiǎn)易性、可靠性、節(jié)約材料等要求板材更多用直接對(duì)接拼接，縫內(nèi)填膠的方式。留縫在建筑風(fēng)格上也是考慮的一個(gè)因素。

要發(fā)揮密封耐候膠的拉伸粘結(jié)性能、移位能力。縫隙填膠前除了要貼美紋紙膠帶，還要塞填縫泡沫條。對(duì)板縫進(jìn)行注膠時(shí)，注膠應(yīng)均勻密實(shí)無(wú)流淌，邊打膠邊用專(zhuān)用工具勾縫，使膠成型后呈微弧形凹面 ，膠的施工厚度控制在 3.5～4.5 mm。在注膠時(shí)需要單方向施工，避免雙向注膠施工，在進(jìn)行垂直注膠時(shí)施工人員需要垂直作業(yè)，保證自下而上進(jìn)行作業(yè)。注膠作業(yè)完成后，施工人員需要在注膠固化之前將節(jié)點(diǎn)的膠層進(jìn)行壓平處理。

防止密封耐候膠開(kāi)裂要注意以下幾個(gè)因素：

1）密封耐候膠固化不足或過(guò)早移動(dòng)構(gòu)件。密封耐候膠的固化一般是 48 h 或者更久，在密封耐候膠未完全固化前，移動(dòng)構(gòu)件就會(huì)造成密封耐候膠開(kāi)裂?，F(xiàn)場(chǎng)施工的接縫過(guò)早承受風(fēng)壓或承載引起接縫位移，也可能造成密封耐候膠開(kāi)裂。

2）防止密封耐候膠三面粘結(jié)。不采用防粘性背襯材料或忽視防粘措施，極易使密封膠在接縫中形成三面粘結(jié)，當(dāng)接縫位移時(shí)密封耐候膠不能自由伸縮，引起位移能力低下而過(guò)早開(kāi)裂。這種情況造成的隱患是最容易忽視的問(wèn)題。

3）實(shí)際工程接縫位移大于密封耐候膠的位移能力。計(jì)算失當(dāng)、選材不合理或接縫制造尺寸誤差過(guò)大等原因，造成接縫位移大于密封耐候膠的位移能力，必將造成接縫開(kāi)裂的后患。

4）注意做好表面清潔。施工人員在進(jìn)行注膠之前需要將注膠部位的雜物用丙酮及其他有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗。施工人員在使用清潔劑進(jìn)行清洗時(shí)需要用兩塊抹布，第一塊抹布蘸清潔劑對(duì)污物進(jìn)行擦洗，然后利用第二塊抹布將已經(jīng)發(fā)泡的污物擦拭干凈，在施膠前一定要保證表面清潔。

3 工藝創(chuàng)新

3.1 特種工藝?yán)T釘

由于拉鉚釘拉緊錨固時(shí)產(chǎn)生的壓力可能會(huì)把纖維增強(qiáng)水泥板壓傷、壓裂。經(jīng)分析，采取鋁合金限位環(huán)（見(jiàn)圖4）加上墊片的方法，可有效解決此問(wèn)題。限位環(huán)高度與纖維增強(qiáng)水泥板厚度相同。固定纖維增強(qiáng)水泥板要有足夠的施壓固定面積，要采用大帽拉鉚釘，如圖5所示。

圖4 限位環(huán)

圖5 大帽拉鉚釘

板的背面與鋼架接觸的地方貼 2 mm 厚墊片。這樣既不損壞纖維增強(qiáng)水泥板又降低纖維增強(qiáng)水泥板與鋼架間擠壓力，同時(shí)避免了板與鋼架間的位移、并起到防水作用。由于墊片的隔離及沒(méi)墊片的區(qū)域與鋼架是分離的，對(duì)溫度的傳導(dǎo)會(huì)進(jìn)一步起到隔離作用。

3.2 鋼架優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于纖維增強(qiáng)水泥板外墻體系，鋼骨架標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是從外墻體往外依次為：墻體預(yù)埋鋼板-連接豎向受力型鋼的鋼板-豎向受力型鋼-橫向受力型鋼-纖維增強(qiáng)水泥板。優(yōu)化后由原來(lái)的豎向與橫向型鋼交叉變成在同一個(gè)平面，如圖6所示。

不同于石材干掛的連接方式，纖維增強(qiáng)水泥板面積較大的一些板除了需要上下連接固定，左右方向也可能有連接固定點(diǎn)。因此需要在橫向鋼架的平面上，即與纖維增強(qiáng)水泥板連接的豎向接縫后面增加豎向型鋼（a）與纖維增強(qiáng)水泥板的連接固定（見(jiàn)圖7）。優(yōu)化后，左右方向的連接用豎向受力主型鋼，可以節(jié)省豎向連接的型鋼（a）（見(jiàn)圖8）。優(yōu)化后要求鋼架安裝精確度增加。豎向主型鋼加密，即增加豎向主型鋼的數(shù)量。當(dāng)然，豎向主型鋼的截面尺寸、厚度經(jīng)過(guò)計(jì)算也會(huì)調(diào)節(jié)。

上下及左右相鄰的兩片纖維增強(qiáng)水泥板共用一個(gè)型鋼，可以節(jié)約材料，因此設(shè)計(jì)成更寬更扁的方形型鋼。由于相鄰兩片纖維增強(qiáng)水泥板固定在同一個(gè)方形型鋼上，縫內(nèi)托底用的材料更好固定。

圖6 優(yōu)化后的鋼架

4 結(jié) 語(yǔ)

纖維增強(qiáng)水泥板外墻體系更適合現(xiàn)代建筑以及造型多變的建筑，在實(shí)際使用中，需要對(duì)其施工工藝進(jìn)行改進(jìn)，包括采用拉鉚釘固定的方式、排版、色差、留縫和填縫相關(guān)的防水問(wèn)題等，還有對(duì)鋼架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能取得良好的外觀效果和工程性能。本項(xiàng)目已獲得省優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)和三星級(jí)綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)。

圖7 優(yōu)化前的構(gòu)造圖

圖8 優(yōu)化后的構(gòu)造圖