复合墙体应用时的构造处理措施

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  【摘要】 保温节能墙体作为围护和承重的重要构件,在保证安全、抗震、各种物理力学性能的条件下,必须满足与建筑物同寿命的使用要求。本文对新型复合墙板的设计及应用进行分析介绍。
  【关键词】 复合墙体;材料配制;胶凝材料;保温隔热
  【中图分类号】 TU522.17 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2011)02-030-03
  
  建筑保温节能墙体作为围护和承重的重要构件,在保证安全、抗震、各种物理力学性能的条件下,必须满足与建筑物同寿命的使用要求。新型复合墙板是由工厂化预制生产带有饰面层的条形墙板组成的墙体,对传统的砖混结构建筑主体结构进行置换,其构造和施工工序与砖混结构大致相似,实现复合墙板墙体的承重、保温及外装饰一体化,加快了施工进度和安装质量,在此重点探讨复合墙体材料的生产应用、即一种保温、承重、隔热、隔音及外装饰等集一身的新的高孔洞率轻质复合条形墙扳,其突破了传统墙板轻质、高强的习惯认识观念和使用范围,在确保墙板高强的同时,还必须达到质轻的优势。
  1复合墙体的质量要求
  墙板建筑是目前国际上着力推行的一种新型建筑体系,它可以提升建筑物的质量和功效,实现工业化产品制造和工地装配式施工的文明生产施工。选择发展高质量的轻质内隔墙板和外墙复合保温墙板,对推进住宅产业化和推广节能建筑,是建筑业行之有效的途径。墙板的生产在发达国家墙体材料总产量中所占比例已高达60%左右,而在我国仅占不足5%,同时,墙板的质量与发达国家相比也存在着明显的不足。为了改变这种局面,国家技术质量部门曾多次对墙板标准进行整改完善,对板结构材料的密度上限作出了严格限定,而建筑墙板的各项技术指标又均是在此技术标准下配套产生的。这种不太科学的低标准规定,在生产和应用领域里产生了一些不规范的误导效应。①墙板生产企业为了使其产品达标,通过在原材料中加入大量轻质骨料或轻集料,用以提高孔洞率的方法来降低和控制板密度;②墙板标准的定位仅限于非承重墙体,所以,对强度的要求是以操作人员能抬得动并保证其在施工中不易损坏为标准;③墙板只适用于在框架、框剪结构和钢结构建筑体系中,作为非承重内隔墙材料使用。上述种种原因导致墙板强度偏低、保温和隔声性能普遍较差、干缩产生裂缝等问题的存在和发生,在客观上制约着我国墙板行业的技术发展进步。
  这里浅要分析介绍的是:延长外墙保温节能体系寿命,使复合墙板成为在多层砖混建筑结构体系中替代砖、小型砌块砌体的理想材料,弥补块体材料砌体抗压、抗剪强度不易保证及施工难度较大的不足。同时探索现行墙板存在问题的解决方法,验证实现建筑墙板轻质高强的新途径,为建筑墙板标准的修订提供基础性技术支持,拓展建筑墙板的发展和应用空间。
  2现在墙板的不足和处理
  建筑墙板根据采用胶凝材料的不同,目前一般可分为3类:一类是以硅酸盐水泥为胶凝材料;另一类是以石膏为胶凝材料;用其它胶凝材料可统称为第3类。无论哪一类墙板,都不同程度的存在一些质量差的共性问题,尤其是墙板自身硬化和干燥时产生收缩,导致墙体开裂的现象,是一个普遍存在的问题。在第一类材料中这些现象较为突出。究其原因,主要是在原材料中加入大量轻质材料或墙板孔型、尺寸设计不合理:其次,是材料配合比和骨料级配不科学,造成墙板内部结构长期处于不稳定状态,使墙板的质量和耐久性受到影响,导致了墙板强度和隔声等性能的不符合要求。
  经过长时间的研讨与实践,根据使用要求应该是:建筑墙板的轻质高强,应该是依托在科学、合理的墙板孔洞尺寸和形状、结构布局的基础上,实现相对意义上的高孔洞率来达到轻质;靠增加墙板自身材料的密度和对砼改性来实现高强。轻质和高强的界定范围是以可作为承重墙体材料使用为基础,解决现有墙板在生产与应用中存在的问题为目的。实践证明,这是一种综合解决墙板存在问题的有效途径。这与当前墙板轻质高强的发展方向应是有所不同的一种理解。按照这种观念对解决可承重的复合墙扳宜作以下分析。
  2.1现在工程中应用的C60以上强度等级的砼,同时也应用在预制结构件上的时间已有几十年了,利用此项技术转化应用在墙板生产工艺中,通过添加砼外加剂或者专门助剂,改善砼的物理性能,用较密实的高性能砼代替骨料砼,充分发挥其材料本身抗压强度高的优势,使墙板的性能满足强度及抵抗外力的承重需要,更重要的是减少板的干缩性,(该方案不适用于二类材料) ,提高墙板的稳定性和使用耐久性。
  2.2以提高加强复合保温材料结构层和设置最优化的孔径尺寸和位置、形状及合适孔,均匀合理有序的排列圆或方孔,代替单一排列大孔洞。彻底改善复合墙板物理、力学和隔声效果;最大孔洞辛实现减少砼用量及降低板密度(重量)的目的。效果分析:选择高强砼制作承重受压结构件后,墙板改用高强度砼所增加的费用,通过用量的减少又降了下来,节省砼是明显的,同常用的小型砼砌块相比较,可减少25%左右的砼用量。复合墙板的造价不会过高,单位m2生产费用不超过80元。施工方法相对简便,效率较高。发展此种墙板的考虑和综合性能改进方案,适用于上述3种材料的使用。
  2.3 改变外墙外保温(或者外墙内保温)为外墙墙体的自保温,将保温材料置于墙体内部,解决了防火和围护结构保温系统使用耐久性差的问题,墙扳的内饰面层在生产厂制作加工时完成,取消了保温结构的现场施工的多个工序环节,质量也容易得到确保。
  2.4 改变使用墙体的施工顺序和墙板的连接方式,分散墙板的干燥收缩应力,尤其是墙板的开裂问题(该方案不适用于二类材料)。分析原因,①高强度砼自身刚度大、密度高,变形及干缩值小,复合墙板内部孔洞结构排列合理、大小适中,整体性比较稳定;②施工顺序的改变,每块墙板的上下两端各有若干个26mm、深度20mm的砼小柱嵌入到墙板中,形成多卯榫的连接形式,由于该种墙板被上下梁牢固固定,分散干燥收缩应力,避免和减少墙板干缩产生位移附加到一条板缝。
  2.5用复合墙板砌体结构弥补了小型空心砌块砌体的不足,简化了施工过程程序,提高整体质量和抗震能力,该种板一般来说是节省施工时间和安装费用,降低工程总造价。其原因一方面是能将墙板与上下部梁连接形成刚性连接,使不同的墙体、梁、柱结构更加成为一个整体,强度和刚度极大提高,良好的砌体整体性增加使墙体弹性模量提升;另一方面是复合墙板内部结构受力分布均匀,在梁柱结构中能起到交叉斜支撑的加强效果,提高了砌体的整体抗剪能力;其次是能较大降低建筑物体的重量,同粘土砖相比自重至少减轻了1/3。这一点十分关键,由于自重荷载是一个大的荷载量,可以节省大量的基础用材料,并对抗震极有利。
  2.6预留孔洞的纵横贯穿更方便墙板生产加工和施工时穿管布置各种线路用。使用表明在复合墙板制作加工中,改进的方案还是可行的,由于预留孔洞比较小且分布合理均匀,可以将干硬性砼改变为不是干硬性砼,取消成型时的过渡振捣,可有效避免成型塌模现象的发生,因保留了足够的反应用水,有利于提高后期强度的增长。同时,用在分户墙、楼梯间可能由于使用过程中的分户计量问题,会产生一些热量计算的分岐。
  3复合墙板的加工制作
  3.1 材料的配制:根据需要采用不同品种的胶凝材料和所需用的填充料,选择与之匹配的外加剂及合适掺量,通过试验配合比在现场试配找出规律,制定符合设计要求的工艺参数。关键是控制材料的计量和拌和均匀、停顿时间、坍落度等。若是采取第一类胶结材料时,为确保水泥水化得到充分的反应,宜将坍落度控制在小于1mm范围内,此时加工的复合墙板质量比较理想。
  3.2 生产工艺方法:由于复合墙板横断面的几何形状都是基本相似的,宜采取直线挤压的工艺方法比较容易施工,鉴于预留孔的分布和保温材料的摊铺、预埋情况需求,一般应选择机械垂直振动和分两次布料比较好,挤压采取水平往复的连续工艺加工及效率较高。
  4复合板的性能
  参考(住宅砼内墙板与隔墙板)GB/T14908-94等现行的相关规范标准要求,在确保复合墙板各项技术经济指标符合的情况下,使板的纵向抗压强度有大的提高,而不足之处是板的密度有所增加。复合墙板分别用于内墙和外墙两种,外形规格尺寸仍然用现在的标准,长或高按楼层高度及处理空间×宽600×厚120~240mm。其特点是内墙板的横截面方向均预留了3排计49个直径26mm圆孔,成平行六边形分布互错排列,形成一个稳定的骨架结构支撑体。外墙板或分隔墙板是采取在内墙板一侧增加复合一层保温材料(可用相同材料) , 厚度60~100mm,再覆盖1层20mm厚砼面板,中间由砼密肋连接形成一整体结构。
  内、外墙板的孔洞率约为40~50%(小型砼空心砌块的孔洞率约25%左右),虽然孔洞率较大,但由于墙板横截面方向孔分布均匀,受力点布局合理,使整块六边形孔壁板、肋板及面板均衡承受梁的垂直方向静荷载了以及由建筑物使用者所产生的动荷载。复合墙板中的砼密肋沿墙板向上下贯通,一个作用是支撑连接墙面两面的受力杆件,使其成为整体共同受力承担垂直荷载;另一个作用是与3排蜂巢结构的孔壁板结构一起,共同对墙板的抗侧向弯曲能力给予了增强。在垂直荷载的作用下,受压墙板不同部位横截面上的压应力都是相似的(忽略墙板自重的影响),表明力的传递是垂直向下的减少了因墙体侧弯变形造成的影响,使材料自身强度得到充分的发挥,墙板纵向抗压强度达到10.0MPa(最高可达17MPa),达到或超过了小型砼空心砌块砌体的抗压强度。而砖、块砌体在做抗压实验时,由于砖、块的质量差异和砌筑砂浆不均匀,多数破坏形式是因为侧弯变形导致的。表明砌体越高,抗侧弯压力越弱。因此,砌体设计规范对块体结构的层高是有明确要求的。复合墙板保温隔热、隔声的原理是:
  4.1 根据热力试验要求,空气的热传导主要是通过冷空气向下、热空气向上对流问上对流进行热交换方式传热。空心墙板内冷、热端空间的尺寸越小、其对流越慢隔热效果会越好。世界上任何事物都是相对的,随着空间尺寸的减小,空气层的厚度也薄,隔热保温性能也会降低。尺寸过小也影响到预埋管线的埋置,也给墙板的加工加大了难度。当高低温度差为5℃时,空气在直径26mm的竖向孔洞内是处于静止的,而静止空气的导热系数为0.0233W/(m.K) ,其接近于硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数。表明空气在此环境中是最佳的隔热介质睐,将它封闭在特定的空间内发挥好的隔热保温作用。
  4.2根据声学试验要求,材料的表面密度和弹性摸量越大,隔声效果会越好;材料的密度越小吸音效果也越好,但隔声效果会越差;材料内部空间曲折面越多,曲率半径越小,对声音的减弱效率越高。复合墙板采用了高密度砼结构层隔声,减少了声波透射;内留置了多层竖向小孔及填充了低密度保温材料吸消音;这种组合体使复合墙板有良好的隔声效果。
  5复合墙板的应用
  5.1工程应用方案设计。某新建办公楼面积3100m2计6层,层高3.6~3.8m,全高22.8m。方案是按照砖混结构考虑的,将砖砌体改变为复合板,采取界于砖混结构与小框架结构体系的梁墙结构。在结构方案实施过程中由于缺乏相关数据,如复合墙板抗剪实验等,梁和构造柱也缺少计算值,为了确保实验施工的顺利进行,主体变更为框轻结构体系,结构形式采用钢筋砼异形柱框架结构。地基采用天然土地基,钢筋砼柱下独立基础。工程使用年限为50年,结构安全等级二级,抗震设防分类为乙级。抗震设防裂度为7度、地震加速度为0.10g,框架抗震等级为3级。活荷载标准值:办公室、走廊、卫生间等为2.2KPa,不上人屋面为0.5 KPa。外墙、分户墙及楼梯间墙采用200mm厚度复合墙板,其余内墙采用120mm厚度复合墙板。如外墙有钢筋砼外露部分要贴30mm厚聚苯板防结露,采用专用砂浆和防碱纤维网格布保护层抗裂。设计和施工主要采用标准为:建筑地基基础设计规范、建筑物抗震构造详图、钢筋砼异形柱框轻结构住宅技术规程、建筑抗震设计规范、砼结构设计规范及建筑结构荷载规范等,严格执行并灵活采用。
  5.2施工方案制定及方法。考虑到复合墙板的物理力学性能可以满足承重墙体材料的要求,同时也达到建筑节能对保温墙体功能需求。因此,按照工程设计的需要,施工方案将框轻体系过去的后装板改变为先安板,复合墙板墙体在应用部位起到了同承重砖、砌块砌体同样的受力作用。也就是先砌墙再浇筑砼构造柱、梁及屋面工程。
  施工方法是从基础开始按工序层次进行,也就是梁浇筑完后在其上铺砌筑砂浆,把复合墙板用专门吊具放置到准确位置并固定,板的侧面抹聚合物砂浆,再依次安置下一块板。此板要紧挤上块板并用专门卡具固定稳定,依次方法安装至全部完成。将墙板全部安装到位并固定后,与砖混结构程序相同支设构造柱外模板、圈梁及屋面板,按施工规范要求绑扎钢筋及分层浇筑砼,认真振捣并养护。待模板拆除后清除砼表面污染物,在安装固定好并经浇筑结成整体的墙板内侧刮腻子、刷选定色的涂料,外侧勾缝即便完成。
  通过调研及一些工程的实践表明,这种复合承重墙板采取新材料、设计和施工方法是一个综合性开发利用项目,其前景是乐观的。如何研发国内以多层砖混结构为主的社会市场,是一个可选择的开发方向。由于砖及各种砼小型砌块建筑砌体的裂缝是一个极其普遍的弊病,目前仍没有极其有效的根治办法解决,仍是以事论事。对此要换个思路寻找根本的解决措施,希望能起到引起同行需要关注的问题。
  
  参考文献
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  材料,2008(11)24~27
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