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(shì)

  當(dāng)前我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化的快速進(jìn)程中，到2020年實(shí)現(xiàn)“全面小康”，城鎮(zhèn)化水平達(dá)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(zhǎng)時(shí)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(jià)取得的。推進(jìn)建筑工業(yè)化、住宅建筑產(chǎn)業(yè)化，是實(shí)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(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展有著極其深遠(yuǎn)的意義。

  2013年1月1日，國(guó)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(dòng)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(hù)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(guó)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(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

  國(guó)外裝配式復(fù)合墻板研究現(xiàn)狀

  國(guó)外的裝配式復(fù)合墻板主要是在70年以后發(fā)展起來(lái)的，美國(guó)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(jī)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(qiáng)水泥板(GRC板)的生產(chǎn)居世界領(lǐng)先水平；英國(guó)以無(wú)石棉桂韓板為主；德國(guó)、芬蘭以空心輕質(zhì)混凝土墻板生產(chǎn)為主。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)外主要形成了法國(guó)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(guó)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(hù)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(shí)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(dá)國(guó)家的墻板墻體材料的生產(chǎn)在其國(guó)家墻體材料總產(chǎn)量中所占比例已高達(dá)60%，而我國(guó)僅占3%。在建筑物的外墻結(jié)構(gòu)方面，我國(guó)正在大力鼓勵(lì)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(shí)進(jìn)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(guó)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(jiǎn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)枠對(duì)其保溫、隔熱性能的要求，具有強(qiáng)度高、保溫隔熱性能好、施工方便等特點(diǎn)，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(hù)外墻，也可應(yīng)用于其他需要圍護(hù)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(jī)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)枠對(duì)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(jī)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(chǎng)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(qiáng)度高、防震、保溫和隔熱、隔聲性能好、防火性能好、抗?jié)?、抗凍融性好、運(yùn)輸方便、損耗極少、施工方便經(jīng)濟(jì)、提供建筑使用面積。能根據(jù)設(shè)計(jì)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(chǎng)，再于板的鋼絲上鋪抹水泥砂漿，施工簡(jiǎn)便、快速，加快施工進(jìn)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(guó)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(qiáng)低松弛鋼絞線為預(yù)應(yīng)力主筋，用特殊擠壓成型機(jī)，在長(zhǎng)線臺(tái)座上將特殊配合比的干硬性混凝土進(jìn)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(diǎn)及生產(chǎn)效率高、節(jié)省模板、無(wú)需蒸汽養(yǎng)護(hù)、可疊合生產(chǎn)等特點(diǎn)。但價(jià)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?yàn)閴Π宓目紫堵蚀螅哂锌射?、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(shí)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(diǎn)，已具有五十多年的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家推廣應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，工藝技術(shù)成熟。

  (8)擠出成型水泥纖維墻板(簡(jiǎn)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(guò)真空高壓擠塑成型的中空型板材，然后通過(guò)高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)而成的新型建筑水泥墻板。通過(guò)擠出成型工藝制造出的新型水泥板材，相比一般板材強(qiáng)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(hù)、裝飾、保溫、隔聲實(shí)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(cè)報(bào)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(duì)維護(hù)墻板高強(qiáng)、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(cè)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(jí)》GB86242006等相關(guān)規(guī)范要求指標(biāo)對(duì)比結(jié)果。圖1為擠出成型水泥纖維外墻板在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

  目前墻板應(yīng)用研究中存在的問(wèn)題

  裝配式節(jié)能復(fù)合墻板因?yàn)槠浔旧韮?yōu)良的特點(diǎn)尤其是良好的保溫隔熱性能而得到應(yīng)用和推廣，而且國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合墻板的使用性能包括抗風(fēng)、抗震等進(jìn)行過(guò)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(wèn)題有以下幾點(diǎn)：

  (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(duì)較少，缺少相關(guān)復(fù)合墻板點(diǎn)支撐抗彎承載性能相關(guān)研究的文獻(xiàn)資料，而且在完成墻板基本安裝使用過(guò)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(qiáng)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(jìn)一步開發(fā)提高輕骨料混凝土強(qiáng)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(shì)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(diǎn)構(gòu)造之間缺少研宄，因此需要選擇一個(gè)科學(xué)的節(jié)點(diǎn)安裝方式，既能保證優(yōu)良的保傳熱性能，又能達(dá)到本身所需要的基本力學(xué)性能指標(biāo)。

  (4)從國(guó)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(shí)，其傳熱系數(shù)大致都在1.3W/(㎡·K)以上，甚至達(dá)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(jì)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(píng)價(jià)機(jī)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(qiáng)、節(jié)能、防火、隔音等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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(shí)現(xiàn)部品的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化制造、機(jī)械化施工，大大提高工程精度，減少建筑垃圾，切實(shí)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(guó)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(jì)理論的完善、墻板節(jié)點(diǎn)型式的改進(jìn)、墻板安裝技術(shù)的完善、新型材料的使用，將有力的推動(dòng)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(qiáng)、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。