裝配式鋼結構建筑中泡沫陶瓷的應用研究

摘 要：隨著建筑工業(yè)化進程的加快，裝配式鋼結構建筑憑借其施工速度快、環(huán)保節(jié)能、抗震性能好等優(yōu)勢，在我國建筑領域得到廣泛應用。然而，鋼結構建筑在使用過程中存在著保溫隔熱性能差、防火性能不足、建筑能耗高等問題，這些問題嚴重制約了裝配式鋼結構建筑的進一步發(fā)展。針對這些技術難題，泡沫陶瓷作為一種新型環(huán)保建材，以其優(yōu)異的保溫隔熱性能、良好的防火性能和突出的節(jié)能特性，為解決裝配式鋼結構建筑面臨的技術瓶頸提供了新的思路。本文通過研究泡沫陶瓷在裝配式鋼結構建筑中的創(chuàng)新應用，期望能夠提升建筑整體性能，推動裝配式鋼結構建筑向更加安全、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。

關鍵詞：裝配式鋼結構建筑；泡沫陶瓷；應用

1 前言

泡沫陶瓷是一種新型多孔陶瓷材料，具有質量輕、強度高、保溫隔熱性能優(yōu)異等特點，它是以陶瓷粉料為主要原料，通過添加發(fā)泡劑，經(jīng)過成型、干燥和高溫燒結等工藝制備而成。其內部形成大量閉孔氣孔結構，孔隙率為70%～90%，這種獨特的多孔結構賦予了泡沫陶瓷優(yōu)異的保溫隔熱性能和防火性能。同時，泡沫陶瓷還具有耐腐蝕、抗老化、無毒無害等特性，是一種綠色環(huán)保的建筑材料。近年來，隨著建筑工業(yè)化的快速發(fā)展，這種新型建材在裝配式建筑領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力，為提升建筑整體性能開辟了新途徑。

2泡沫陶瓷在鋼結構外圍護系統(tǒng)中的應用

2.1泡沫陶瓷復合外墻板的應用

泡沫陶瓷復合外墻板在裝配式鋼結構建筑的外圍護系統(tǒng)中扮演著關鍵角色。該復合外墻板采用三明治結構設計，由內側鋼板、中間泡沫陶瓷保溫層和外側裝飾面板構成一個整體系統(tǒng)。泡沫陶瓷保溫層通過特制的結構膠與鋼板緊密連接，形成穩(wěn)定的復合構件。這種復合外墻板的整體厚度通常控制在180 mm～250 mm之間，其中泡沫陶瓷保溫層的厚度根據(jù)建筑所在地區(qū)的氣候條件可在60 mm～100 mm的范圍內調節(jié)。泡沫陶瓷復合外墻板通過預制模數(shù)化設計，板塊尺寸可根據(jù)建筑立面劃分進行定制，標準板的寬度一般為600 mm或900 mm，高度可達3000 mm。外墻板與主體鋼結構之間采用專用連接件固定，連接件由鍍鋅鋼材制成，通過預埋件與鋼結構柱梁可靠連接。板縫處設置彈性密封膠，同時在板縫內側增設保溫防水構造，確保外墻系統(tǒng)的整體性能。泡沫陶瓷復合外墻板的裝飾面層可選用多種飾面材料，如氟碳噴涂、陶瓷面磚、金屬面板等，這些裝飾面層通過工廠化生產(chǎn)與泡沫陶瓷保溫層實現(xiàn)一體化復合。外墻板的四周邊緣設置企口構造，板塊之間采用卡槽式拼接方式，這種構造既保證了安裝精度，又提高了連接部位的防水性能[1]。在實際工程應用中，泡沫陶瓷復合外墻板的安裝采用由下而上、由左至右的施工順序；板塊之間的橫向接縫設置排水坡度，豎向接縫采用企口搭接方式，接縫處還需增設防水透氣膜；外墻板與主體結構之間預留50 mm～80 mm的安裝施工空間，該空間可用于調節(jié)安裝誤差，并為管線敷設提供通道。

2.2泡沫陶瓷屋面保溫系統(tǒng)的應用

泡沫陶瓷屋面保溫系統(tǒng)是裝配式鋼結構建筑中的重要組成部分，該系統(tǒng)由工廠預制的泡沫陶瓷保溫板材與防水層復合而成。泡沫陶瓷保溫板材的規(guī)格尺寸通常為600×900 mm，厚度根據(jù)建筑熱工要求可選擇80 mm～120 mm不等，板材表面經(jīng)過特殊處理具有較強的粘結性能。屋面系統(tǒng)由下而上依次為鋼承板、防銹底漆層、泡沫陶瓷保溫層、防水卷材和保護層，各功能層之間通過專用粘結劑實現(xiàn)可靠連接。鋼承板采用壓型鋼板，其上設置防銹底漆，并在板縫處增設密封膠條，確?；鶎拥姆栏阅?。泡沫陶瓷保溫層采用企口搭接方式鋪設，搭接寬度不小于50 mm，并在接縫處涂刷專用密封膠，有效防止冷橋產(chǎn)生。

屋面系統(tǒng)的防水層選用改性瀝青防水卷材或高分子防水卷材，通過熱熔工藝與泡沫陶瓷保溫層復合。防水層在女兒墻、天窗等細部構造處均采用加強處理，上翻高度不低于250 mm。屋面排水采用有組織排水方式，結合建筑面積和降雨量設置合理的排水坡度，一般控制在2%～3%之間。泡沫陶瓷保溫層在檐口、天溝等易積水部位設置防積水構造，并在排水口周邊加強防水處理。屋面系統(tǒng)還設置了分隔縫，縫寬60 mm，間距不大于18 mm，分隔縫內填充防火材料，頂部加蓋防水蓋板。屋面出入口、設備基座等重點部位采用鋼骨架支撐，并在泡沫陶瓷保溫層表面增設防踩踏保護層，保護層采用細石混凝土或金屬蓋板，確保屋面系統(tǒng)在使用過程中的安全性能。

2.3泡沫陶瓷幕墻系統(tǒng)的應用

泡沫陶瓷幕墻系統(tǒng)作為裝配式鋼結構建筑的新型外圍護體系，具有獨特的構造設計和應用特點。該系統(tǒng)采用雙層幕墻結構，外層為鋼化玻璃或鋁板，內層為泡沫陶瓷保溫板，兩層之間形成50 mm～80 mm的通風層。泡沫陶瓷保溫板在工廠預制，規(guī)格為600×1200 mm，厚度為60 mm～80 mm，板材表面經(jīng)過防水處理并噴涂耐候涂層。幕墻系統(tǒng)通過鋁合金支撐框架與主體鋼結構連接，支撐框架由立柱、橫梁和連接件組成，連接件采用可調節(jié)螺栓實現(xiàn)精確定位。泡沫陶瓷保溫板通過專用卡件固定在支撐框架上，卡件為不銹鋼材質，具有防腐蝕性能。板材之間采用企口搭接方式，并在接縫處設置橡膠密封條，確保氣密性[2]。

幕墻系統(tǒng)的排水設計遵循分級導水原理，在立柱和橫梁的交接處設置排水孔，形成完整的排水通道。通風層內的空氣流動有助于降低幕墻表面溫度，減少冷凝水的產(chǎn)生。系統(tǒng)在轉角處、女兒墻處等特殊部位采用定制的異形件，確保構造的連續(xù)性。幕墻開啟窗采用斷橋鋁合金窗框，窗框與泡沫陶瓷保溫板之間設置保溫密封構造。玻璃幕墻采用中空Low-E玻璃，玻璃與框架之間使用結構膠粘結，并設置壓條固定。鋁板幕墻采用蜂窩鋁板，背面設置加強筋，提高板材的抗變形能力。幕墻系統(tǒng)在每層樓板處設置防火封堵帶，封堵帶采用防火礦棉，并用防火密封膠封嚴，形成有效的防火分隔。

3泡沫陶瓷在鋼結構內部空間中的應用

3.1泡沫陶瓷隔墻板的應用

泡沫陶瓷隔墻板系統(tǒng)在裝配式鋼結構建筑的室內空間中得到廣泛應用，該系統(tǒng)采用輕質高強的泡沫陶瓷板材作為基材，配合專用龍骨架形成完整的隔墻體系。泡沫陶瓷隔墻板的標準規(guī)格為600×2400 mm，厚度可選擇75 mm或100 mm，板材四周加工成企口構造。隔墻系統(tǒng)的龍骨架采用鍍鋅型鋼，包括頂部導軌、底部導軌和立柱，導軌通過膨脹螺栓與樓板及梁底固定。立柱間距為600 mm，與泡沫陶瓷板材的模數(shù)相對應，立柱兩側設置彈性橡膠條，用于減少板材與龍骨之間的剛性接觸。泡沫陶瓷板材通過自攻螺釘與龍骨連接，螺釘間距不大于600 mm，并在板材接縫處增設背襯板，確保接縫的穩(wěn)定性。

隔墻系統(tǒng)在門窗洞口等特殊部位設置加強龍骨，加強龍骨由雙層型鋼組合而成。門框與隔墻的連接采用預埋件固定，預埋件通過焊接或螺栓與加強龍骨可靠連接。隔墻內部的管線布置通過預留孔洞實現(xiàn)，孔洞位置根據(jù)設計要求提前在工廠加工完成。管線安裝完成后，孔洞采用防火封堵材料封堵，確保防火性能[3]。隔墻表面可采用多種裝飾面層，如硅藻泥、壁紙或乳膠漆等，裝飾面層施工前需對板縫進行防開裂處理。板縫處理采用專用嵌縫膏和網(wǎng)格布，形成連續(xù)的找平層。隔墻與樓板之間要留設25 mm的變形縫，變形縫內填充防火礦棉，表面采用變形縫蓋板遮蓋。

3.2泡沫陶瓷吊頂系統(tǒng)的應用

泡沫陶瓷吊頂系統(tǒng)在裝配式鋼結構建筑的室內空間中實現(xiàn)了輕質防火與保溫隔熱的功能集成。該系統(tǒng)由泡沫陶瓷吊頂板、龍骨架和吊掛系統(tǒng)組成，其中泡沫陶瓷吊頂板標準規(guī)格為600×600 mm或300×600 mm，厚度為20 mm～30 mm，板材表面經(jīng)過防霉處理并噴涂白色耐候涂層。吊頂系統(tǒng)的龍骨架采用T型鋁合金龍骨，包括主龍骨和次龍骨，主龍骨間距1200 mm，次龍骨間距600 mm，形成模數(shù)化網(wǎng)格系統(tǒng)。吊掛系統(tǒng)由鍍鋅鋼絲與可調節(jié)吊件組合而成，吊件通過膨脹螺栓與樓板固定，吊桿間距不大于1200 mm。泡沫陶瓷吊頂板采用簡支方式放置在龍骨上，板材邊緣經(jīng)過特殊處理，確保與龍骨之間的穩(wěn)定連接。

吊頂系統(tǒng)在空調出風口、燈具等設備開口處設置加強龍骨，加強龍骨采用雙層結構，提高局部承載能力。設備開口的尺寸根據(jù)設計要求在工廠預制完成，現(xiàn)場安裝時只需將設備固定在加強龍骨上。吊頂內的管線設施，如消防噴淋、通風管道等，通過調節(jié)吊桿高度確保其安裝位置的準確性。吊頂周邊與墻面的接縫處采用L型收邊條，收邊條為鋁合金材質，表面噴涂與吊頂板相同的涂層。檢修口的設置采用可拆卸式泡沫陶瓷板，檢修板四周設置特制的支撐框架，確保檢修板與普通吊頂板在外觀上保持一致。吊頂系統(tǒng)還在防火分區(qū)處設置防火分隔帶，分隔帶采用防火板材，并與主體結構形成可靠連接。

4泡沫陶瓷在鋼結構特殊部位中的應用

4.1泡沫陶瓷樓梯間防火系統(tǒng)的應用

泡沫陶瓷樓梯間防火系統(tǒng)在鋼結構建筑中承擔著重要的防火分隔功能。該系統(tǒng)采用泡沫陶瓷防火板作為主要材料，板材厚度為100 mm，具有A級防火性能。樓梯間的墻體采用雙層泡沫陶瓷板設計，內外兩層板材之間設置鋼骨架支撐，骨架采用熱鍍鋅型鋼，立柱間距600 mm。泡沫陶瓷板通過自攻螺釘與骨架連接，螺釘采用防銹處理，間距不大于400 mm。墻體與主體結構的連接采用L型角鋼，角鋼通過膨脹螺栓固定在樓板和梁上，連接節(jié)點處增設防火封堵構造。樓梯間的防火門框與墻體之間采用防火封堵材料，門框周邊的泡沫陶瓷板通過預埋件與鋼骨架可靠連接。樓梯間頂棚同樣可以采用泡沫陶瓷防火板，板材通過鋼骨架懸掛在樓板下方；頂棚與墻體的交接處設置防火封嚴構造，采用防火礦棉填充，表面用防火密封膠封嚴。管線穿越處設置防火套管，套管與管線之間的空隙采用防火封堵材料填充。樓梯間的窗戶采用防火窗，窗框與泡沫陶瓷墻體之間設置防火封堵帶；墻面和頂棚表面采用防火涂料進行處理，涂料厚度不小于2 mm，具有一定的防火時限。針對樓梯間的疏散指示標志和應急照明設備的安裝，應提前在泡沫陶瓷板上進行相應位置的開孔，開孔邊緣采用防火封堵材料處理，確保防火性能的連續(xù)性[4]。

4.2泡沫陶瓷設備機房隔聲系統(tǒng)的應用

泡沫陶瓷設備機房隔聲系統(tǒng)通過多層復合結構實現(xiàn)了良好的隔聲降噪效果。該系統(tǒng)采用雙層泡沫陶瓷隔聲板構造，內外兩層板材厚度均為75 mm，中間設置200 mm的空腔層。隔聲板是在工廠預制的，表面具有特殊的吸聲構造，由密集排列的微孔組成，微孔直徑為0.5 mm～2 mm，孔隙率達到40%。隔聲系統(tǒng)的支撐框架采用減振型鋼骨架，骨架與主體結構之間設置橡膠減振墊，減振墊的壓縮量為5 mm～10 mm。泡沫陶瓷板通過特制的彈性連接件與骨架連接，連接件采用阻尼橡膠材料，能有效阻斷結構傳聲?？涨粚觾忍畛涑毑Ａ?，密度為48 kg/m3，提高中高頻聲波的吸收效果。機房的門窗采用雙層隔聲構造，門為鋼制隔聲門，四周設置橡膠密封條，門框與墻體之間采用彈性密封膠嵌縫。窗戶選用中空隔聲玻璃，玻璃之間的空腔充入惰性氣體，提高隔聲性能。設備基礎采用浮筑式減振臺座，臺座與建筑主體之間設置隔振溝，溝內填充泡沫陶瓷顆粒。管線穿墻處采用柔性套管，套管與管道之間填充阻尼材料，防止振動傳遞。機房頂棚同樣采用雙層泡沫陶瓷板設計，頂棚與墻面的連接處設置L型減振連接件，確保整個空間的隔聲性能[5]。

5結論

泡沫陶瓷在鋼結構建筑中的應用體系已經(jīng)相當完善，從內部空間的隔墻、吊頂、地面系統(tǒng)，到特殊部位的樓梯間防火系統(tǒng)和設備機房隔聲系統(tǒng)，形成了一套完整的技術解決方案。這些應用充分發(fā)揮了泡沫陶瓷輕質、防火、保溫、隔聲等優(yōu)異性能，為鋼結構建筑提供了可靠的功能保障和技術支持。展望未來，泡沫陶瓷材料將在納米改性、復合增強、智能響應等方向實現(xiàn)技術突破，通過微觀結構調控和功能化設計，進一步提升其力學性能和耐久性。

參考文獻

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[3]陳新亮.泡沫陶瓷板在工程中的應用[J].建材技術與應用，2021（3）：32-34.

[4]于澤.裝配式鋼結構中防火板溫度場模擬及泡沫陶瓷的應用探究[D].太原理工大學，2020.

[5]李圓圓.泡沫陶瓷外墻板的試驗研究與標準化設計[D].太原理工大學，2020.