新型預(yù)制混凝土無機保溫夾心墻體的研究與應(yīng)用

新型預(yù)制混凝土無機保溫夾心墻體的研究與應(yīng)用

0預(yù)制混凝土夾心保溫墻體目前，建筑工地上的常用隔熱墻分為三種類型：內(nèi)部保溫、外部保溫和預(yù)制混凝土夾芯保溫。內(nèi)保溫墻體存在內(nèi)部保溫層易損、受室內(nèi)裝修影響大等問題,而外保溫墻體存在著較為嚴(yán)重的防火及耐久性問題,其使用壽命一般為15年左右。預(yù)制混凝土夾心保溫墻體是一種可實現(xiàn)圍護(hù)與保溫一體化的新型保溫墻體,墻體由內(nèi)外葉鋼筋混?凝土板、中間保溫層和連接件組成。連接件是連接預(yù)制混凝土夾心保溫墻體內(nèi)外葉混凝土板的關(guān)鍵部件,其受力性能直接影響墻體的安全性。早期預(yù)制混凝土夾心保溫墻體大多采用金屬格構(gòu)筋連接件,其保溫性及耐久性較差。近年來,預(yù)制混凝土夾心保溫墻體則采用了纖維增強塑料(FRP)連接件,FRP連接件具有強度高,導(dǎo)熱系數(shù)低的特點,可有效減小墻體的傳熱系數(shù),能有效提高墻體的安全性與耐久性。預(yù)制混凝土夾心保溫墻體如圖1所示。預(yù)制混凝土夾心保溫墻體具有諸多優(yōu)點:(1)墻體采用FRP連接件代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬連接件,可有效減小連接件部位產(chǎn)生冷(熱)橋,保溫效果優(yōu)良;(2)墻體保溫材料設(shè)置于內(nèi)外葉混凝土板之間,能有效地防止火災(zāi)、外部侵蝕環(huán)境等不利因素對保溫材料的破壞,抗火性能與耐久性良好;(3)預(yù)制混凝土夾心保溫墻體能高效率地實現(xiàn)制備工廠化和施工裝配化,適用于住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。本文在介紹國內(nèi)外有關(guān)預(yù)制混凝土夾心保溫墻體研究與應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,重點介紹了新型預(yù)制混凝土無機保溫夾心墻體的構(gòu)造、材料力學(xué)性能以及熱工性能。1國內(nèi)外現(xiàn)有研究與應(yīng)用1.1混凝土夾心墻板抗彎性能自上世紀(jì)90年代以來,國外針對夾心保溫墻體及FRP連接件開展了一系列研究工作,Comm.Rep等對夾心墻體的設(shè)計方法進(jìn)行了研究,包括連接的設(shè)計和混凝土、鋼筋及隔熱材料的選取等;A.A.ASamad開展了預(yù)制夾心墻板抗彎性能試驗研究,結(jié)果表明,預(yù)制混凝土夾心保溫墻板的破壞模式和傳統(tǒng)的實心板非常類似,由于連接件的存在實現(xiàn)了夾心墻板的共同工作。DavidC.Salmon等開展了采用不同連接件的足尺預(yù)制混凝土夾心墻體抗彎性能試驗研究,研究表明,采用纖維增強塑料桁架連接件與采用普通金屬桁架連接件的墻體具有相近的抗彎承載力。近年來,國內(nèi)學(xué)者也開展了預(yù)制混凝土夾心墻板的相關(guān)研究工作。清華大學(xué)藏人卓開展了混凝土夾心墻板偏心受壓試驗,試驗表明,豎向承載力隨偏心距的增加逐漸減小。濟(jì)南大學(xué)高娟等對預(yù)制混凝土夾心板的受彎性能進(jìn)行了試驗研究,結(jié)果表明,混凝土夾心板開裂比普通實心混凝土板相對較晚,裂縫寬度發(fā)展較慢,破壞前有一定的延性。天津大學(xué)趙彤等開展了預(yù)應(yīng)力混凝土夾心板的抗彎性能試驗研究,研究表明,預(yù)應(yīng)力混凝土夾心板與普通混凝土夾心板相比,受彎破壞特征有明顯改善,大大延緩混凝土夾心板的開裂,提高抗裂度,并提高了夾心板的抗彎剛度,減小板的總變形。同濟(jì)大學(xué)開發(fā)了采用有機保溫材料的預(yù)制混凝土夾心保溫墻體及FRP連接件并系統(tǒng)地開展了墻體及連接件的受力性能、設(shè)計方法等的研究工作。1.2預(yù)制混凝土夾心保溫墻體用frp連接件預(yù)制混凝土夾心保溫墻體在國外的應(yīng)用較早,最初的預(yù)制混凝土夾心墻體是由內(nèi)外層混凝土板,金屬格構(gòu)筋連接件以及巖棉、聚苯板等保溫隔熱層組成。由于金屬連接件導(dǎo)熱系數(shù)高,耐久性差,墻體的整體保溫效果較差,使用年限較低。隨著FRP材料在橋梁、港口碼頭工程中的廣泛應(yīng)用,質(zhì)輕、高強、抗腐蝕的FRP連接件也開始應(yīng)用于預(yù)制混凝土夾心保溫墻體中。在澳大利亞,采用Thermomass系列連接件的預(yù)制混凝土夾心保溫墻體已廣泛地應(yīng)用于公共建筑及商業(yè)建筑墻體。在日本,包括三菱公司在內(nèi)的多家大型化學(xué)公司已開發(fā)或著手開發(fā)預(yù)制混凝土夾心保溫墻體及FRP新型連接件。在美國,Aslan、Dow公司等許多大型公司已開發(fā)了多種系列的預(yù)制混凝土夾心保溫墻體及其配套墻體FRP連接件,并已應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑物外墻板中。如明尼蘇達(dá)州Ganglehoff中心、威斯康辛州百事可樂灌裝公司、飛利浦莫里斯工廠等。相對而言,預(yù)制混凝土夾心保溫墻體在國內(nèi)的應(yīng)用較少,亟待加強。1.3夾心墻體frp連接件國外關(guān)于預(yù)制夾心墻板及FRP連接件已有相關(guān)規(guī)范條文。在墻體方面,PCIDesignHandbook(6th)介紹了幾種不同構(gòu)造預(yù)制墻體(預(yù)制混凝土夾心墻板、預(yù)制預(yù)應(yīng)力墻板、雙T型墻板等)的設(shè)計、制造、運輸及安裝方面內(nèi)容。AcceptanceCriteriaforSandwichPanels(AC04)規(guī)定了預(yù)制夾心墻體分類、設(shè)計、試驗方法、分析、質(zhì)量控制等方面的內(nèi)容。連接件方面,國際專業(yè)評估機構(gòu)美國ICC-ES協(xié)會頒布了AC320《錨固于混凝土中的纖維復(fù)合連接件驗收標(biāo)準(zhǔn)》,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了FRP連接件的測試與性能要求、試驗方法與分析、質(zhì)量控制、評估報告認(rèn)證等方面內(nèi)容。ICC-ES協(xié)會發(fā)布了ESR-1746《夾心保溫墻板使用的THERMOMASSMC和MS纖維塑料連接件》。目前,國內(nèi)尚未頒布針對采用FRP連接件的預(yù)制混凝土夾心保溫墻體相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。夾心墻體標(biāo)準(zhǔn)與圖集主要是針對砌塊夾心墻體及普通金屬格構(gòu)筋夾心墻體,如JG623—1996《鋼絲網(wǎng)架水泥聚苯乙烯夾心板》、DBJT03—22—2005《05系列建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集》中的“外墻夾心保溫”、GJBT—1035《夾心保溫墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造》等。同濟(jì)大學(xué)主編的上海市DG/TJ08—2071—2010《裝配整體式混凝土住宅體系設(shè)計規(guī)程》中包含了預(yù)制混凝土夾心保溫墻體及FRP連接件設(shè)計、構(gòu)造及施工等方面的內(nèi)容。目前,同濟(jì)大學(xué)、北京萬科企業(yè)有限公司等單位正在編制國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)制混凝土夾心保溫墻體用纖維增強塑料連接件》。2護(hù)與節(jié)能一體化的新型預(yù)制混凝土無起有機溶劑體系近年來,同濟(jì)大學(xué)與上海城建物資有限公司合作,開發(fā)了集圍護(hù)與節(jié)能一體化的新型預(yù)制混凝土無機保溫夾心保溫墻體。與傳統(tǒng)保溫墻體相比,該墻體具有自重輕、保溫效果好、抗火及耐腐蝕性能強、施工速度快等特點,可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與保溫同壽命。2.1frp連接件墻體由內(nèi)、外葉鋼筋混凝土墻板、中間無機保溫砂漿層以及板式FRP連接件組成。連接件由連接板和套環(huán)兩部分組成。連接板兩端設(shè)有FRP錨筋。板式FRP連接件在墻體中采用縱橫交錯布置,布置間距為500mm×500mm。墻體及連接件實物見圖2,FRP連接件在墻體中的布置見圖3。2.2材料性能測試為測試無機保溫砂漿材料及FRP連接件的力學(xué)性能,對FRP連接件和無機保溫砂漿進(jìn)行了材料力學(xué)性能試驗。FRP連接件材性試驗按照GB/T1447-2005《纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》和美國ASTMD2344標(biāo)準(zhǔn)《聚合物基體復(fù)合材料及其層積材短梁強度的試驗方法》進(jìn)行,無機保溫砂漿材性試驗按照J(rèn)GJ/T70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行,測試結(jié)果如表1、表2所示。3墻體保溫性能測試為確定預(yù)制混凝土無機保溫夾心墻體的節(jié)能保溫效果,對墻體進(jìn)行了熱工性能測試。試件尺寸為1000mm×1000mm×180mm,其中,內(nèi)外葉混凝土板厚55mm,中間無機保溫砂漿板厚70mm,墻板試件見圖4。測試方法參照GB50176—93《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》及JGJ132—1201《采暖居住建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》。測試內(nèi)容為墻體熱流量值、熱阻、傳熱系數(shù)等。測試裝置采用銅-康銅熱電偶、數(shù)字溫度巡回記錄儀、WYP型板式測頭等,測試裝置見圖5。經(jīng)過對墻體試件在穩(wěn)定傳熱條件下連續(xù)72h的檢測,墻體保溫性能檢測結(jié)果如表3所示。由表3可知,墻體熱阻R=1.21m2·K/W,作為外墻時,傳熱系數(shù)為0.738W/(m2·K),作為內(nèi)墻時,傳熱系數(shù)為0.701W/(m2·K),低于國家JGJ134—2001《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和上海市DG/TJ08—206—2002《住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定要求(節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為1.0W/m2·K)。4結(jié)構(gòu)與保溫同