泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

杜 彬

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

0 前 言

目前復(fù)合墻板夾心層大多采用輕質(zhì)混凝土或者砌塊，其強(qiáng)度相對不高，保溫與隔聲性能一般，距離綠色建筑的推廣與發(fā)展仍有距離。作為一種全新的結(jié)構(gòu)體系，密肋復(fù)合板主要由預(yù)制復(fù)合墻板、現(xiàn)澆的外框架與樓板體系組成，并在空腔內(nèi)嵌入輕質(zhì)砌塊或泡沫混凝土等填充材料。復(fù)合墻板主要通過現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件及暗梁與梁板進(jìn)行連接，可以保證密肋復(fù)合墻板、隱形框架與樓板相互約束，變形協(xié)調(diào)，從而可以共同工作[1]。密肋復(fù)合板結(jié)構(gòu)體系不僅整體性良好，而且具有優(yōu)異的抗震性能，主要原因是密肋復(fù)合墻板可以形成“填充體-密肋框格-外框架”三級抗震體系。與傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)砌塊填充墻相比，新型密肋裝配式復(fù)合墻板具有輕質(zhì)、節(jié)能、保溫、耐火、隔聲等優(yōu)勢，在多層與中高層鋼框架結(jié)構(gòu)與混凝土框架結(jié)構(gòu)中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要從熱工性能與力學(xué)性能兩個(gè)方面對裝配式泡沫混凝土復(fù)合墻板的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并展望了該復(fù)合墻板的發(fā)展趨勢。

1 泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板的研究現(xiàn)狀

由于泡沫混凝土具有質(zhì)量輕、保溫隔熱性能好、易制取等優(yōu)點(diǎn)，人們開始探討將其應(yīng)用在復(fù)合墻板中的可能性，尤其是在國家大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的大背景下，具有重要的工程價(jià)值與應(yīng)用前景，本文主要從復(fù)合墻板熱工性能與力學(xué)性能對其研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

1.1 泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板熱工性能研究現(xiàn)狀

在現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)體系中，采用空心磚或者保溫砌塊來砌筑填充墻是一種普遍的做法，相比于黏土磚砌筑的填充墻，其保溫性能有了一定程度的提升，但是仍存在施工效率低、勞動強(qiáng)度大、保溫隔聲性能不足等弊端。由于墻體能耗占外部維護(hù)結(jié)構(gòu)能量損失的50%以上，因此，采取可靠的措施減少墻體的能耗具有重要意義。隨著科技的進(jìn)步和建筑節(jié)能政策的落實(shí)，新型墻體材料不斷涌現(xiàn)，墻體結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)很大的改進(jìn)，其中泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板是其中的優(yōu)秀代表，這種復(fù)合墻板顯著地降低了墻體的能耗，眾多學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)或者數(shù)值模擬證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。

徐建軍等[2]研究了礦物摻量、減水劑與夾芯墻板面密度對泡沫混凝土復(fù)合夾芯墻板物理力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明礦物摻量和減水劑對復(fù)合墻板的性能有顯著的影響。謝斌等[3]對泡沫混凝土保溫板的熱工性能、防火性能與耐候性能進(jìn)行了綜合研究，提出了基于干密度與強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。李良等[4]設(shè)計(jì)了不同的泡沫混凝土墻板的配方，研究了墻板性能隨密度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著密度的增加，墻體強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)逐漸提高，而吸水率逐漸下降，墻板的隔音和耐火性能滿足國家的規(guī)范要求。王建軍等[5]對輕鋼泡沫混凝土墻體裂縫控制問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：為了減小泡沫混凝土的收縮，在保證施工性能的基礎(chǔ)上，可以減少水膠比或者添加纖維和輕骨料；在輕鋼骨架兩側(cè)設(shè)置鐵絲網(wǎng)或收口網(wǎng)、灑水覆膜養(yǎng)護(hù)和延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間是控制墻體裂縫的可靠措施。以室內(nèi)環(huán)境與墻體換熱能量總值作為指標(biāo)評判，韓珀等[6]對纖維水泥板-泡沫混凝土復(fù)合墻板的保溫節(jié)能特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)與粘貼聚苯板外保溫涂料飾面墻體相比，泡沫混凝土復(fù)合墻體的保溫節(jié)能效果更理想。王海軍等[7]對外圍結(jié)構(gòu)中的泡沫混凝土外保溫墻體、EPS外保溫墻體、EPS內(nèi)保溫墻體和泡沫混凝土自保溫墻體的熱工性能參數(shù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)泡沫混凝土自保溫墻體的室內(nèi)熱環(huán)境與熱穩(wěn)定性最好。朱文祥等[8]對一種新型預(yù)制泡沫混凝土墻板的熱工性能進(jìn)行了測試，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合墻板的傳熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)與熱惰性指標(biāo)等完全符合《江蘇省居住建筑熱環(huán)境和節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DGJ32/J71—2014)的要求，其中泡沫混凝土對墻板熱阻的提高具有重要影響。

1.2 泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板力學(xué)性能研究現(xiàn)狀

通過鋼纖維泡沫混凝土復(fù)合墻板的水平低周往復(fù)荷載試驗(yàn)，錢磊等[9]對復(fù)合墻板破壞形態(tài)、承載力、抗震性能進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果表明：相比于普通砌塊混凝土和水泥空心墻板，復(fù)合墻板的延性系數(shù)是填充墻的1.3倍，比普通混凝土砌塊高80%以上，能量耗散系數(shù)是普通砌塊混凝土的2.55倍，顯示了復(fù)合墻體優(yōu)越的抗震性能。王淼等[10]對框架-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行非線性時(shí)程分析，發(fā)現(xiàn)在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的密肋墻板可以形成雙重抗震防線，讓結(jié)構(gòu)體系的抗震性能得到有效提高。杜東升等[11]設(shè)計(jì)了一種綠色環(huán)保泡沫混凝土-纖維石膏板，通過低周反復(fù)加載試驗(yàn)，對不同構(gòu)造和不同高寬比下的復(fù)合板的抗震性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明墻板側(cè)面的齒狀凹槽有利于提高墻板的承載力，而且多塊條板的承載力更理想，墻板具有自重輕、變形能力好、耗能性能好等特點(diǎn)；與鋼筋混凝土框架相比，以輕鋼龍骨作為復(fù)合墻板的內(nèi)支撐更有優(yōu)勢，這種復(fù)合墻板不僅輕質(zhì)高強(qiáng)，施工便捷，而且綠色環(huán)保，與綠色建筑的發(fā)展理念更相符。王靜峰等[12]對輕鋼龍骨-泡沫混凝土復(fù)合墻板進(jìn)行了均布荷載作用下的抗彎性能測試，主要探討了開洞對墻板破壞形態(tài)與荷載-撓度曲線的影響規(guī)律，結(jié)果表明復(fù)合墻板抗彎承載力受鋼材屈服強(qiáng)度、面板厚度與面板類型的影響較大，泡沫混凝土對墻板承載力貢獻(xiàn)較小，開洞導(dǎo)致墻板承載力有一定程度的削弱。劉殿忠等[13]對型鋼-泡沫混凝土結(jié)構(gòu)的界面粘結(jié)滑移性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)泡沫混凝土的抗剪能力對開孔型鋼承載力影響較大，而加肋型鋼的抗剪承載力主要由螺栓提供，型鋼的處理方式是兩種材料剪切作用能否最大化利用的關(guān)鍵因素。金松梅等[14]研究了不同配筋形式下泡沫混凝土復(fù)合墻板的力學(xué)性能，結(jié)果表明內(nèi)嵌斜向鋼筋籠復(fù)合墻板的抗震性能與安全儲備高于配置普通鋼筋網(wǎng)片的墻板。

可以看出，由于在密肋骨架中填充了輕質(zhì)的泡沫混凝土材料，不僅大大減輕了墻體的自重，而且可以構(gòu)成多道抗震防線，抗震性能顯著提高，更容易實(shí)現(xiàn)小震不壞、中震可修、大震不倒的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，能盡可能降低人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2 泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板存在的問題及展望

雖然泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板熱工性能優(yōu)越，抗震性能好，可以滿足圍護(hù)墻體的需要，但是由于泡沫混凝土這種材料的特殊性，在復(fù)合墻板的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中仍存在很多問題。

1)由于泡沫混凝土吸水率高、抗凍性差、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，限制了其在北方寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)的應(yīng)用。

2)由于泡沫混凝土與密肋和面板間的粘結(jié)力低，而且兩者間的收縮率和膨脹系數(shù)有較大差異，在溫差作用下，容易造成混凝土與面板的脫離，因此，如何保證泡沫混凝土與密肋、面板的共同工作是一個(gè)必須要解決的關(guān)鍵問題。

3)在外保溫構(gòu)造系統(tǒng)中，需要克服空鼓、開裂、滲水、脫落等弊端，真正實(shí)現(xiàn)保溫結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)體系，讓保溫層與結(jié)構(gòu)主體同壽命。

為了解決上述問題，更好地推廣復(fù)合墻板的應(yīng)用，還需要圍繞以下幾點(diǎn)進(jìn)行更深入的研究。

1)加大高效發(fā)泡劑和復(fù)合外加劑的研發(fā)力度，優(yōu)化原材料配合比和施工工藝，在保證泡沫混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，提高材料的抗凍性和粘結(jié)強(qiáng)度，解決泡沫混凝土的收縮吸水問題，擴(kuò)大復(fù)合墻板的適用范圍。

2)研發(fā)新型密肋形式，在保證整體強(qiáng)度與剛度的基礎(chǔ)上，盡量減輕墻板的自重，探討輕鋼龍骨等輕質(zhì)高強(qiáng)材料作為密肋的可行性，并采取可靠構(gòu)造措施加強(qiáng)泡沫混凝土和密肋間的連接，并做好相應(yīng)的防腐工作，提高墻板的使用壽命。

3)制定行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范復(fù)合墻板加工工藝，推廣保溫-裝飾一體化復(fù)合墻板的應(yīng)用。

3 結(jié) 論

泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板不僅保溫隔熱，而且抗震性能良好，隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，在解決了當(dāng)前面臨的技術(shù)問題后，泡沫混凝土密肋復(fù)合墻板一定會在實(shí)際工程中得到更廣泛的應(yīng)用。

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