建筑工業(yè)化裝配式復(fù)合外墻板的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

  當(dāng)前我國正處于城鎮(zhèn)化的快速進程中，到2020年實現(xiàn)“全面小康”，城鎮(zhèn)化水平達到60%左右，城鎮(zhèn)人口約增加3億，城鎮(zhèn)化住宅建設(shè)數(shù)量將在較長時間內(nèi)保持較高水平。遺憾的是，當(dāng)前這些建設(shè)成就大部分是以傳統(tǒng)的高投入、高能耗、高污染為代價取得的。推進建筑工業(yè)化、住宅建筑產(chǎn)業(yè)化，是實現(xiàn)住宅建設(shè)方式由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變、提高住宅質(zhì)量和節(jié)約住宅能耗的重大舉措，是保證建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，對我國經(jīng)濟及社會發(fā)展有著極其深遠的意義。

  2013年1月1日，國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了發(fā)展改革委和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部的枟綠色建筑行動方案枠，明確提出將“推廣建筑工業(yè)化，發(fā)展綠色建筑”列為十大重大任務(wù)。建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化以及城鎮(zhèn)化建設(shè)要求積極推廣裝配化施工。圍護結(jié)構(gòu)中，考核建筑工業(yè)化水平的關(guān)鍵指標(biāo)就是外墻的裝配化程度。推廣應(yīng)用裝配式輕質(zhì)混凝土外墻板符合國家綠色建筑和建筑節(jié)能的產(chǎn)業(yè)政策，是建筑行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

  國外裝配式復(fù)合墻板研究現(xiàn)狀

  國外的裝配式復(fù)合墻板主要是在70年以后發(fā)展起來的，美國的輕質(zhì)墻板以各種石膏板為主，以品種多、規(guī)格全、生產(chǎn)機械化程度高而著稱，年產(chǎn)量20億平方米，居世界首位；日本石棉水泥板、蒸壓桂韓板、玻璃纖維增強水泥板(GRC板)的生產(chǎn)居世界領(lǐng)先水平；英國以無石棉桂韓板為主；德國、芬蘭以空心輕質(zhì)混凝土墻板生產(chǎn)為主。長期以來國外主要形成了法國地戎CsatelEiffle住宅群的FCIS墻體系統(tǒng)、意大利BSAIS工業(yè)化建筑外墻體系、日本高層鋼結(jié)構(gòu)住宅墻體采用的PCa墻板體系。

  國內(nèi)裝配式外墻板的發(fā)展現(xiàn)狀和性能比較

  建筑外墻是建筑的主要組成部分，其構(gòu)造以及所使用的材料影響著建筑能耗指標(biāo)和室內(nèi)居住舒適度。在住宅建筑中，圍護結(jié)構(gòu)能耗中：外墻可以占到34%，樓梯間隔墻約11%。發(fā)展高質(zhì)量外墻復(fù)合保溫墻板是實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化和推廣節(jié)能建筑的重要捷徑。一些發(fā)達國家的墻板墻體材料的生產(chǎn)在其國家墻體材料總產(chǎn)量中所占比例已高達60%，而我國僅占3%。在建筑物的外墻結(jié)構(gòu)方面，我國正在大力鼓勵發(fā)展綠色建材，大力推廣各種非粘土磚的、輕型、大尺寸的墻材，同時進一步提高廣泛使用的綠色外墻保溫材料的生產(chǎn)率。

  目前國內(nèi)可作為裝配式外墻板使用的主要墻板種類有：承重混凝土巖棉復(fù)合外墻板、薄壁混凝土巖棉復(fù)合外墻板、混凝土聚苯乙烯復(fù)合外墻板、混凝土珍珠巖復(fù)合外墻板、鋼絲網(wǎng)水泥保溫材料夾芯板、SP預(yù)應(yīng)力空心板、加氣混凝土外墻板與真空擠壓成型纖維水泥板(簡稱ECP)。

  (1)承重混凝土巖棉復(fù)合外墻板

  承重混凝土巖棉復(fù)合外墻板是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承重層、巖棉保溫層和飾面層復(fù)合而成。承重混凝土巖棉復(fù)合外墻板厚度為250mm，其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承重層厚度150mm、巖棉保溫層厚度50mm、飾面層厚度50mm。與傳統(tǒng)的磚混墻體或膨珠、浮石、陶?；炷镣鈮Π逑啾龋摲N復(fù)合外墻板除了具有適應(yīng)承重要求的力學(xué)性能外，還符合枟民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)枠對其保溫、隔熱性能的要求，具有強度高、保溫隔熱性能好、施工方便等特點，冬季保溫效果相當(dāng)于厚度為490mm的磚墻，熱穩(wěn)定性也優(yōu)于厚度為370mm的磚墻。但面密度較大，安裝效率較低，不利于推廣應(yīng)用。

  (2)薄壁混凝土巖棉復(fù)合外墻板

  薄壁混凝土巖棉復(fù)合外墻板是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層(里層)、巖棉保溫層(中層)和混凝土飾面層(外層)復(fù)合而成的非承重型復(fù)合外墻板，墻板厚度為150mm。它主要用作框架結(jié)構(gòu)輕板建筑體系的非承重外墻。薄壁混凝土巖棉復(fù)合外墻板不但具有優(yōu)良的保溫、隔熱性能，其冬季保溫相當(dāng)于370mm的磚墻，而且比傳統(tǒng)材料的外墻板重量輕得多。但制作工藝較復(fù)雜，不利于推廣應(yīng)用。

  (3)混凝土聚苯乙烯復(fù)合外墻板

  混凝土聚苯乙烯復(fù)合外墻板是由70mm厚鋼筋混凝土承重層(里層)、60mm或80mm厚聚苯乙烯板保溫層(中層)和70mm厚鋼筋混凝土飾面層(外層)復(fù)合而成。這種復(fù)合外墻板可用作鋼或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、框架—抗震墻結(jié)構(gòu)的圍護外墻，也可應(yīng)用于其他需要圍護外墻的結(jié)構(gòu)。它的平均傳熱系數(shù)僅為0.58W/(㎡·K)，約相當(dāng)于1m厚塊的保溫效果。但面密度較大，需要專用吊機安裝，不利于推廣應(yīng)用當(dāng)前的建筑工業(yè)化。

  (4)混凝土膨脹珍珠巖復(fù)合外墻板

  混凝土膨脹珍珠巖復(fù)合外墻板是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承重層、膨脹珍珠巖保溫層和飾面層復(fù)合而成?；炷僚蛎浾渲閹r復(fù)合外墻板厚度為300mm，其中承重層厚度150mm，保溫層厚度100mm，飾面層厚度50mm。該種復(fù)合外墻板除了具有適應(yīng)承重要求的力學(xué)性能外，還能滿足枟民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)枠對其的要求?；炷僚蛎浾渲閹r復(fù)合外墻板的隔熱、保溫性能大大優(yōu)于以往的輕混凝土外墻板，稍遜于混凝土巖棉復(fù)合外墻板，其冬季保溫效果相當(dāng)于厚度為490mm的磚墻。但面密度大，需要專用吊機安裝，不利于當(dāng)前建筑工業(yè)化的推廣應(yīng)用。

  (5)鋼絲網(wǎng)水泥保溫材料夾芯板

  鋼絲網(wǎng)架水泥夾芯板是在工廠內(nèi)將低碳冷拔鋼絲焊成三維空間網(wǎng)架，中間填充輕質(zhì)保溫芯材(主要用阻燃的聚苯乙烯泡沫板)而制成的半成品，在施工現(xiàn)場再在夾芯板的兩側(cè)噴抹水泥砂漿或直接在工廠內(nèi)全部預(yù)制完成。該種夾芯板具有重量輕、強度高、防震、保溫和隔熱、隔聲性能好、防火性能好、抗?jié)瘛⒖箖鋈谛院?、運輸方便、損耗極少、施工方便經(jīng)濟、提供建筑使用面積。能根據(jù)設(shè)計上的要求組裝成各種形式的墻體，甚至可在板內(nèi)預(yù)先設(shè)置管道、電氣設(shè)備、門窗框等，然后在生產(chǎn)廠內(nèi)或施工現(xiàn)場，再于板的鋼絲上鋪抹水泥砂漿，施工簡便、快速，加快施工進度。但制作工藝復(fù)雜，質(zhì)量參差不齊，不符合工業(yè)化推廣應(yīng)用。

  (6)SP預(yù)應(yīng)力空心板

  SP預(yù)應(yīng)力空心板生產(chǎn)技術(shù)是采用美國SPANCRETE公司技術(shù)與設(shè)備生產(chǎn)的一種新型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。該板采取高強低松弛鋼絞線為預(yù)應(yīng)力主筋，用特殊擠壓成型機，在長線臺座上將特殊配合比的干硬性混凝土進行沖壓和擠壓一次成型，可生產(chǎn)各種規(guī)格的預(yù)應(yīng)力混凝土板材。該產(chǎn)品具有表面平整光滑、尺寸靈活、跨度大、高荷載、耐火極限高、抗震性能好等優(yōu)點及生產(chǎn)效率高、節(jié)省模板、無需蒸汽養(yǎng)護、可疊合生產(chǎn)等特點。但價格較高。

  (7)加氣混凝土外墻板

  加氣混凝土外墻板是以水泥、石灰、硅砂等為主要原料再根據(jù)結(jié)構(gòu)要求配置添加不同數(shù)量經(jīng)防腐處理的鋼筋網(wǎng)片的一種輕質(zhì)多孔新型的綠色環(huán)保建筑材料外墻板。該墻板高孔隙率致使材料的密度大大降低。墻板內(nèi)部微小的氣孔形成了靜空氣層減小了材料的熱導(dǎo)率。因為墻板的孔隙率大，具有可鋸、可釘、可鉆和可粘結(jié)等優(yōu)良的可加工性能，便于施工。該墻板同時具有良好的耐火性能、較高的孔隙率使材料具有較好的吸聲性能等優(yōu)點，已具有五十多年的歐美發(fā)達國家推廣應(yīng)用經(jīng)驗，工藝技術(shù)成熟。

  (8)擠出成型水泥纖維墻板(簡稱ECP)

  擠出成型水泥纖維墻板是以硅質(zhì)材料(如天然石粉、粉煤灰、尾礦等)、水泥、纖維等主要原料，通過真空高壓擠塑成型的中空型板材，然后通過高溫高壓蒸汽養(yǎng)護而成的新型建筑水泥墻板。通過擠出成型工藝制造出的新型水泥板材，相比一般板材強度更高、表面吸水率低、隔聲效果更好。其優(yōu)異的性能和豐富的表面，不僅可用作建筑外墻裝飾，而且有助于提高外墻的耐久性及呈現(xiàn)出豐富多樣的外墻效果?？芍苯佑米鹘ㄖw，減少多道墻體的施工工序，使墻體的結(jié)構(gòu)圍護、裝飾、保溫、隔聲實現(xiàn)一體化。

  由福泰高科環(huán)?？萍?上海)有限公司提供的復(fù)合墻板相關(guān)檢測報告表明，擠出成型水泥纖維墻板完全滿足鋼結(jié)構(gòu)住宅對維護墻板高強、輕質(zhì)、具有良好的保溫隔熱、隔聲、防水、防火、抗裂和耐候等綜合性能的要求，表1為擠出成型水泥纖維墻板的基本性能與檢測結(jié)果與《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》JGJ/T169-2005、《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》GB/T23451-2009、《建筑材料及制品燃燒性能分級》GB86242006等相關(guān)規(guī)范要求指標(biāo)對比結(jié)果。圖1為擠出成型水泥纖維外墻板在實際工程中的應(yīng)用。

  目前墻板應(yīng)用研究中存在的問題

  裝配式節(jié)能復(fù)合墻板因為其本身優(yōu)良的特點尤其是良好的保溫隔熱性能而得到應(yīng)用和推廣，而且國內(nèi)外對復(fù)合墻板的使用性能包括抗風(fēng)、抗震等進行過大量的研究，推導(dǎo)出一些特定的理論和公式，但是關(guān)于復(fù)合墻板的研宄成果還是不夠深入和全面，主要存在的問題有以下幾點：

  (1)大多數(shù)夾芯復(fù)合墻板是以普通混凝土作為結(jié)構(gòu)層，而以輕骨料混凝土作為面層的研究相對較少，缺少相關(guān)復(fù)合墻板點支撐抗彎承載性能相關(guān)研究的文獻資料，而且在完成墻板基本安裝使用過程所需結(jié)構(gòu)層基本力學(xué)指標(biāo)不明確。

  (2)輕骨料混凝土在節(jié)能復(fù)合墻板中起到了一定保溫隔熱效果，但是輕骨料的低導(dǎo)熱性能是以犧牲其強度為前提的，因此如何維持輕骨料混凝土材料良好的保溫性能，進一步開發(fā)提高輕骨料混凝土強度成為需要研究和探討的課題。

  (3)節(jié)能復(fù)合墻板其推廣的基礎(chǔ)和優(yōu)勢便是其自身優(yōu)越的保溫隔熱性能，但是相關(guān)熱工性能指標(biāo)與節(jié)能復(fù)合墻板的節(jié)點構(gòu)造之間缺少研宄，因此需要選擇一個科學(xué)的節(jié)點安裝方式，既能保證優(yōu)良的保傳熱性能，又能達到本身所需要的基本力學(xué)性能指標(biāo)。

  (4)從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以知道，現(xiàn)有墻板材料如果換算成150mm墻厚時，其傳熱系數(shù)大致都在1.3W/(㎡·K)以上，甚至達不到一些特殊地區(qū)規(guī)范限值要求，因此有必要開發(fā)一種節(jié)能復(fù)合墻板，其傳熱系數(shù)能夠低于1.3W/(㎡·K)，為研發(fā)低傳熱系數(shù)的節(jié)能墻板提供設(shè)計思路。

  (5)節(jié)能復(fù)合墻板在工程中具體保溫節(jié)能效果不明確，節(jié)能復(fù)合墻板在具體房屋建筑中其房屋能耗以及節(jié)能率的相關(guān)資料較少，而且傳熱系數(shù)與建筑能耗之間的關(guān)系缺少定性定量關(guān)系。因此有必要用相應(yīng)的能耗評價機制判斷節(jié)能復(fù)合墻板的優(yōu)越性。

  結(jié)論

  加氣混凝土外墻板具有技術(shù)工藝較成熟、輕質(zhì)、高強、節(jié)能、防火、隔音等優(yōu)點，可加工性好，滿足不同氣候區(qū)建筑節(jié)能的需要，按照設(shè)計要求將若干塊加氣混凝土墻板拼成裝配式模塊，經(jīng)表面處理和裝飾處理制備節(jié)能裝飾一體化裝配式外墻板，充分實現(xiàn)部品的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化制造、機械化施工，大大提高工程精度，減少建筑垃圾，切實做到“四節(jié)一環(huán)保”，是目前應(yīng)用較多的墻板材料。

  展望

  目前，國內(nèi)裝配式外墻板的研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的發(fā)展。隨著復(fù)合墻板的不斷深入研究、墻板設(shè)計理論的完善、墻板節(jié)點型式的改進、墻板安裝技術(shù)的完善、新型材料的使用，將有力的推動復(fù)合墻板在工程中的應(yīng)用。以加氣混凝土外墻板和擠出成型水泥纖維墻板具有輕質(zhì)、高強、節(jié)能、防火、防水、結(jié)構(gòu)一體化功能，將成為當(dāng)前和今后推廣應(yīng)用的方向。