预制混凝土夹心保温外挂墙板性能研究

预制混凝土夹心保温外挂墙板性能研究

刘晓雪 1，丛子茹 1

1.山东科技大学，山东青岛 266590

摘要：随着近年来装配整体式混凝土结构的大力推广，房屋结构等建筑物外墙采用预制混凝土夹心保温外挂墙板日趋普遍，具有保温、耐久性好等优点。本文从预制混凝土夹心保温外挂墙板的背景入手，阐述其分类以及特点，从预制混凝土外挂墙板的受力性能试验和数值分析，针对预制混凝土外挂墙板设计施工中遇到的关键问题，从抗弯性能、耐久性、保温性能等方面进行研究。预制混凝土夹芯墙板的工程应用价值相对较高，将产生重大的经济和社会效益，可有效提高建筑业的工业化水平，达到节能、降耗，实现住宅建设事业的可持续发展。

关键词: 预制混凝土夹心保温外挂墙板；受力性能；保温；应用

1 研究背景及意义

我国建筑业存在着劳动生产率不高、资源消耗大、环境污染问题突出、质量和耐久性偏低、安全事故频发和施工人员素质偏低等问题，这些问题几乎都与我国建筑业长期以来采用现场施工方法的“建造”方式直接相关。因此，建筑业应当走工业化的发展道路，采用工业化的“制造”方式。与传统砖御墙体结构相比，预制混凝土外挂墙板具有整体性好、结构轻、增大建筑有效使用面积、减少现场湿作业、改善劳动条件、提高劳动生产率等特点，是实现墙体改革、提高建筑工业化水平的重要途径之一。

预制混凝土夹芯保温墙板是一种集围护（或承重）、节能和装饰等功能于一体的新

型预制混凝土墙体，该墙体由连接件、保温材料层及内、外叶混凝土组成，具有可预制

生产、保温性能优越等特点，是一种绿色、环保的新型预制墙体形式。预制墙板是装配式建筑的基本部分，是墙体节能发展的重要方向，也是建筑产业化发展的必然需要。预制墙板特别是外墙板对暴露在外的饰面存在很高的要求，具有防水、防污以及耐用美观等多个功能。

预制墙板作为建筑物的重要构件，体积较大，有较大的外露面积，会受到各种外力作用。除了在制作、翻转、吊运等过程中容易损坏以外，使用中也会受到外部风荷载、地震等多方面的作用。因此，对墙板的力学性能开展研究存在重要的意义。另外，对预制混凝土保温外挂墙板进行研究，实现墙体保温体系与预制结构一体化设计与施工，促进预制混凝土保温外挂墙板住宅建筑中的应用，将产生重大的经济和社会效益，可有效提高建筑业的工业化水平，达到节能、降耗，实现住宅建设事业的可持续发展。

2 国内外研究现状

国外对夹芯墙的研究已经比较成熟。美国从 20 世纪 20 年代开始采用建筑预制混凝土作建筑物的外挂板；美国预应力混凝土协会（PCI）撰写出版了相关规范对预制混凝土夹芯保温外墙设计的各个方面进行了指导，包括装饰、生产、运输、安装、技术经济性等诸多方面。从 20 世纪 70 年代美国开始大量采用面砖、石材饰面的预制混凝土夹芯保温墙板作为建筑外墙，目前由于设计生产及施工管理方式的改进，技术经济性方面得到改善，预制混凝土建筑体系得到持续的发展和改进。

英国爱丁堡大学的 Hendry A W等人对夹芯墙的竖向承载力及墙体在水平风荷载作用下的受力性能进行了试验；英国学者 Fisher曾对连接件对夹芯墙抗压承载力的影响进行了试验研究；Kurt Huseyin等人研究了夹芯墙中空气层厚度对墙体节能的影响；Comm Rep等对夹芯墙体的设计方法进行了研究，包括连接的设计、混凝土、钢筋、连接件、保温材料的选取；Smad A A开展了预制夹芯墙的抗弯性能试验；

国内对夹芯墙的研究工作起步较晚，仍处于起步阶段，目前主要集中在对墙体的热工性能和连接件等方面。清华大学藏人卓开展了混凝土夹芯墙板偏心受压试验，试验表明，竖向承载力随偏心距的増加而逐渐减小。济南大学高娟等对预制混凝土夹芯板的受弯性能进行了试验研究，结果表明，混凝土夹芯板开裂比普通实心混凝土板相对较晚，裂缝宽度发展较慢，破坏前有一定的延性。天津大学赵彤等开展了预应力混凝土夹芯板的抗弯性能试验研究，研究表明，预应力混凝土夹芯板与普通混凝土夹芯板相比，受弯破坏特征有明显改善，大大延缓混凝土夹芯、板的开裂，提高抗裂度，并提高了夹芯板的抗弯刚度，减小板的总变形。同济大学的薛伟辰、杨佳林等人对预制混凝土夹芯保温墙 FRP 连接件的抗拉和抗剪性能进行了试验研究，同时对采用 FRP 连接件的预制混凝土夹芯墙的传热系数进行了热工测试。

3研究内容

3.1 预制混凝土外挂墙板的分类及特点

（1）单一材料墙体

为了满足国家节能设计标准的要求，使其自身具有良好的力学性能和热工性能的材点，无需进行二次保温层施工，具有良好的经济、社会和环境效益，己成为墙体结构的发展方向。在上世纪 90 年代的发达国家，预制混凝土夹芯墙板己经广泛应用于其工业、商业以及民用建筑中。

（2）内保温复合墙体

为了达到设计热阻要求，将某种保温材料砌贴在已建好的外墙内侧，即为内保温复合墙体。内保温复合墙体由于材料、构造、施工等因素影响，许多墙体饰面层容易出现开裂；无法有效解决＂冷桥＂对建筑围护结构保温性能的影响，在冷桥部位外墙内表面易出现结露、潮湿，甚至发霉、滴水等现象。

(3) 外保温复合墙体

外保温墙体是目前所应用较广泛的节能墙体系统，但这种方式也有着明显的缺点，由于温度应力的影响，保温材料会变形甚至脱落，从而形成雨水渗漏，最终导致安全隐患。在保温隔热方面，由于拼装式的施工留下了大量的施工缝，也会形成了大量的冷桥，影响了建筑的节能效果，施工偏差、材料含水会影响墙体的整体保温性能。

(4) 夹芯保温复合墙体

通过防锈钢筋连接件将维护结构的内、外叶墙拉结成一体，为了达到保温节能的效果，在两墙中间填塞某种高效保温材料，则为夹芯保温复合墙体。与传统的内贴保温或外贴保温层墙板构造相比，预制混凝土夹芯保温墙板具有＂热桥＂作用、耐久性好等优点。

3.2 研究内容

（1）混凝土配合比及其物理力学性能试验研究。

通过混凝土的配合比优化、搅拌工艺等设计，利用核型免烧陶粒作为粗骨料、陶砂及电厂废渣作为细骨料配制混凝土，配制的混凝土的抗压强度、动弹性模量、收缩、导热系数等

性能进行试验研究。为混凝土预制外挂墙板的制作及受力性能分析提供依据。

（2）混凝土预制外挂墙板平面外荷载受力性能试验研究。

为研究采用由混凝土作为内、外叶材料、圆盘型钢芯纤维连接件以及 XPS 保温板组成的夹芯外挂墙板以及实心外挂墙板的平面外抗弯性能，进行了 3 块夹芯保温板及 2 块实心板的墙板平面外静力加载试验。为混凝土预制外挂墙板的工程应用提供依据。

（3）混凝土预制外挂墙板的热工性能试验研究。

通过理论计算得出两种类型的外挂墙板的传热系数，普通混凝土进行对比分析，理论证明混凝土外挂墙板保温性能的优越性。同时通过热工性能监测试验，研究。

4 结语

预制混凝土夹芯墙板具有良好的抗弯承载能力和抗压性能，由钢丝网架、中间腹杆钢筋与混凝土连接为一体，能作为一个整体共同承受水平、竖向荷载有很好的协同工作能力。保温墙板的力学特性与普通混凝土剪力墙比较接近，钢筋网架中的腹杆钢筋在夹芯复合墙板受压性能中起到了非常重要的作用。夹芯墙板的保温性能优良，厚的复合墙板，可以满足保温节能的目标，且在夏热冬冷地区既可以保证冷桥室内表面温度大于结露温度，还能有效提高保温板的耐久性能。

参考文献

[1]魏江洋.浅析预制装配式混凝土（PC）技术在民用建筑中的应用与发展[D].南京大学,2016.

[2]朱国阳.预制混凝土建筑外墙设计初探[D].南京工业大学,2016.

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[4]马福栋,李勃志.装配式复合墙板发展综述[J]. 砖瓦,2016,(06):35-37.