建筑外墙保温结构一体化设计应用研究——混凝土保温模卡砌块和保温模卡预制墙体

建筑外墙保温结构一体化设计应用研究——混凝土保温模卡砌块和保温模卡预制墙体

范宇冉

上海航天建筑设计院有限公司 201108

摘要：混凝土模卡砌块分为普通模卡砌块和保温模卡砌块，其中混凝土保温模卡砌块作为一种保温结构一体化材料，越来越多的应用于现今的建筑实践中。本文着重分析和介绍的是保温模卡砌块及由这种砌块作为小尺寸部件组装而成的保温模卡预制墙的适用范围、优势、特性、构造做法及对预制率的贡献度等相关内容。

关键词：模卡砌块-预制墙体-保温结构一体化

前言

现有建筑的常规外墙外保温方案大都为：墙体采用加气混凝土砌块砌筑，外贴岩棉等保温材料制成的保温板。现今常用的以岩棉保温板为代表的外保温材料，虽具有保温性能强、在保温材料中相对防火性能较好等很多优势，但也存在着较明显的缺陷，如：首先，此种做法往往因各类原因造成脱落，外墙脱落对于人的生命财产安全都有巨大的威胁；其次，在材料脱落后，后期维修往往也很难保证在防水、保温和粘结性能等方面达到原有水平；再次，施工过程中胶黏剂的大量使用也不符合现今对于环境保护日益重视的大趋势。因而，近年来，多个省市都出台了关于禁用外墙岩棉板的规定。

2020年10月10日上海市印发了上海市禁止或者限制生产和使用的用于建设工程的材料目录（第五批），文件中将岩棉等材料和锚栓或者胶结剂以及两种方式组合的外墙外保温系统施工方法列入的禁用名录。上述通知禁止采用上述外贴材料和施工工艺后，需要找到一种适合的材料和做法进行替换。本文着重讨论的的保温模卡砌块和保温模卡预制墙体，作为一种外墙保温结构一体化材料，能弥补传统材料和做法的相关缺憾。

1、保温模卡砌块和保温模卡预制墙体

1.1 保温模卡砌块

图1：混凝土保温模卡砌块

1.1.1砌块构造

保温模卡砌块（图1）是一种墙体自保温材料,主要是以水泥、砂石集料为主要原料，加水搅拌、振捣、压制并养护后制成的混凝土砌块。砌块四周皆有卡口，内部有垂直孔洞，用以放置保温隔热材料，从而使砌块与保温隔热材料形成一个整体。外侧的混凝土对其内部加载的轻质多孔的保温材料起到了有效的保护作用，保温材料融于维护墙体的内部，有效的提升了材料的自保温性能，达到保温结构一体化的效果。

根据图集DBJ08-113-2020《混凝土模卡砌块建筑和结构构造》第2-1页中1.3.2条，保温模卡砌块内插的保温材料燃烧性能不低于B1级，常用的材料有EPS保温板（又称模塑聚苯板）。

1.1.2砌块主要尺寸

混凝土保温模卡砌块的常用厚度有225mm和240mm两种，其保温性能主要决定于内插的保温板的厚度，保温板的厚度由30mm到45mm不等。

1.1.3砌块优点

混凝土保温模卡砌块的优点是：保温材料与墙体材料合为一体，墙体材料对保温材料有保护作用，延长了保温材料的使用寿命，提高了整个外墙体系的耐久性、整体性和安全性。

1.2 混凝土保温模卡预制墙体：

1.2.1预制墙体构造

混凝土保温模卡预制墙体（图2）是由混凝土保温模卡砌块按一定要求在工厂事先进行拼装，并采用在水平和垂直向空洞内灌浆、钢筋拉结等方法进行工业化拼装连接而成的预制墙体。

保温模卡预制墙体中的保温材料采用防火保温材料，燃烧性能等级不应低于国家现行的标准GB8624《建筑材料及制品燃烧性能分级》中的B1级的要求。如果保温模卡预制墙附加了外保温材料，则外保温材料的燃烧性能等级应采用A级材料。

1.2.2预制墙主要尺寸

单片的混凝土保温模卡预制墙不宜过长，当模卡预制墙长度超过5M或者单片墙长大于2倍的层高时，墙的顶部与梁宜有拉结措施，墙体的中部应加设构造柱，分成两片墙预制。单片模卡预制墙高度不宜超过3.2M。保温模卡预制墙的常用尺寸是：长度方向上为800mm~3000mm，高度方向上为500mm~3200mm，厚度同混凝土保温模卡砌块的常用厚度。

1.2.3预制墙的优点

混凝土保温模卡预制墙体具有显著的优点：第一，保温模卡预制墙涵盖了前面介绍的模卡保温砌块的各项优点；第二，保温模卡预制墙可与现浇框架柱和构造柱整体可无缝连接；第三，相较于目前混凝土装配式结构体系，成本有所降低（免支模）；第四，墙面平整度好，可现场开槽；第五，墙体容差性好、抗渗抗裂性能较好；第六，保温模卡预制墙有装配式墙体的施工速度快，工期短的优点，对装配率和预制率有一定程度的贡献，符合国家倡导的发展装配式建筑的方向。

图2：混凝土保温模卡预制墙

2、混凝土保温模卡预制墙体的适用范围和防火性能：

混凝土保温模卡砌块预制墙体适用于：抗震设防烈度在8度及以下的地区，环境类别为一类和二a类的工业或者民用建筑中的非承重的结构中。

225mm和240mm厚度保温模卡砌块耐火极限为4小时，燃烧性能为不燃。基于上述性能，保温模卡砌块和其预制墙几乎可用于建筑中的任何部位的墙体，但是由于模卡砌块的自重相较于普通加气混凝土砌块或室内常用的轻质隔墙（如：石膏板隔墙，小型空心砌块隔墙）等墙体材料还是较为沉重的，因而从结构减负和实际施工方便、材料造价等多方面考虑，还是鲜少将混凝土模卡砌块用做室内空间的分隔墙体。因此保温模卡砌块和保温模卡砌块预制墙主要还是将其用做外维护结构的墙体，发挥其结构保温一体化的优势。

3、混凝土模卡预制墙体与相邻部位连接的构造做法

3.1 水平向连接构造做法：

1）混凝土模卡预制墙体与相邻的现浇混凝土柱自进行连接的方式是：采用横向和纵向的拉结钢筋与相邻的现浇主体框架柱进行连接，从而形成整体，节点做法如图3所示。

图3：现浇柱与预制墙连接构造

2. 两片相邻的模卡预制墙体间进行平面连接的方式是：在两片相邻的模卡预制墙体之间设置构造柱，模卡预制墙体通过拉结钢筋与构造柱进行连接，从而形成一个整体，节点做法如图4所示：

图4：预制墙与构造柱连接构造

2. 混凝土模卡预制墙体与相邻的连接体的连接处，均要设置柔性隔断材料，节点做法如图5所示。

图5：保温模卡预制墙竖向接缝构造

3.2 竖向连接构造做法：

1）预制墙体在与地面、楼面连接时采用约20MM厚的混凝土坐浆层连接，齿口高度需大于等于20MM，构造节点做法详图6。

图6：保温膜卡预制墙墙底坐浆嵌缝构造

2）预制墙体在与现浇混凝土梁进行连接时，是先在预制墙体的上部做一段混凝土填实的墙顶压顶，再在压顶上部用采用柔性垫层或采用钢筋拉结的方式与上部的现浇梁进行连接，压顶的高度可按实际需要设计，常规采用的高度为50mm~150mm。

3.3 其他需说明的问题

保温模卡预制墙中所包含的构造柱、圈梁、过梁等的构件，其混凝土强度等级不应低于C20，芯柱系梁、混凝土配筋带等的混凝土强度等级不应低于Cb20。

3.4 相邻冷桥、热桥部位的外墙外保温构造做法

由上述介绍可知，常用的保温模卡预制墙体厚度为225MM和240MM，上述两种厚度的墙体中已内置了保温层，因而墙体具有很好的自保温性能，但与之相连接的结构构件，如：现浇混凝土梁、现浇混凝土柱、构造柱、预制柱等，构件自保温性能较差。这就产生了一个问题，这些结构构件作为保温的薄弱不问如何满足保温要求呢？现今较为常见的做法是采用免拆复合保温模板。

免拆复合保温模板是将在工厂里面预制好了的复合保温模板作为建筑中现浇混凝土部位的外侧模板使用，在现浇混凝土浇筑后不用拆除，而直接作为现浇混凝土的保温层使用。

常用的免拆复合保温模板为KDS板，这种保温板两侧采用专用的粘结砂浆、耐碱网格布、聚合物无机砂浆复合而成。内部采用密度大于120KG/m³的岩棉条进行填充，并每隔一段距离（约110mm左右），采用聚合物无机砂浆作为加强肋，进行分仓。材料表面的平整度较好，又由于板的两侧材料均为水泥基的材料，因而与相邻的现浇混凝土或是找平砂浆层有很好的融合度。

4、保温模卡预制墙对预制率的贡献

4.1应用背景

现今我国正处在制造业转型升级这一大背景之下，国内相继出台了多项政策，用于推进发展装配式建筑，例如：《关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国务院办公厅下发）中提出：以北京、天津、河北以及长江三角洲和珠江三角洲三大城市群为重点推进地区，积极推进超过300万常驻人口的其他城市发展装配式结构；《“十三五”装配式建筑行动方案》（住房与城乡建设部发布）中更是明确：到2020年全国装配式建筑要占到新建建筑比例需大于等于15%，其中：重点推进地区比例需大于等于20%。由此可见，装配式建筑已是大势所趋。

本文论及的混凝土保温模卡砌块和保温模卡预制墙体是一种建筑外墙保温结构一体化材料，对预制率、装配率有一定的贡献，符合国家大力倡导的装配式建筑大方向，下面结合工程经验，向大家简单介绍一下保温模卡预制墙体对于装配式建筑的装配率的贡献比率。

4.2应用案例简析

因各省市对预制率、装配率的计算细则各有不同，本文仅以上海市的相关文件（沪建建材[2019]765号文中的附件：上海市装配式建筑单体预制率和装配率计算细则，由住房和城乡建设管理委员会发布，后面简称为《细则》）为例，简单论述一下混凝土保温模卡预制墙对于预制率的贡献。

根据上述《细则》第二条中方法二（权重系数法）的规定：

建筑单体预制率=∑[权重系数×∑（构件修正系数×预制构件比例）]

其中墙的预制率权重系数跟距结构体系不同又各有不同，如：在剪力墙结构中权重系数为0.55，在框架结构中权重系数为0.25，在框剪或者框筒结构中权重系数为0.20。其中“墙”包含承重和非承重的外围护墙，其按墙体中心线长度统计时不扣除门窗洞口长度。

本文以非承重保温模卡预制墙体外墙为例：根据《细则》表2修正系数表规定，保温模卡预制墙体属于组装式预制墙体，其修正系数为0.4，免抹灰加分0.1，集成保温加分0.1，有此得出保温模卡预制墙体的修正系数为至少为0.6。

根据上述规定，经过在实际工作中检验（由笔者主持设计的九年一贯制学校项目采用了保温模卡预制墙作为非承重外围护结构），得出框架结构的学校建筑（外立面规则，有秩序的情况下），保温模卡预制墙对预制率的贡献约为11%-13%。在上海市发布的《关于推进上海装配式建筑发展的实施意见》中要求，自2016年起，上海市装配式建筑预制率不低于40%。在40%的比例中作为非结构构件贡献能超过1/4的预制率，大大减少了结构构件的占比，提高了整体的经济性。

5、结论与建议

综上所述，随着墙体集成一体化和建筑装配化的发展，混凝土保温模卡预制墙作为一种两项特性兼顾的材料，具有安全、经济、环保等特点，顺应现阶段国内政策环境的要求，必将更为广泛的应用于工程实践之中。

参考文献：

[1] 上海市建筑标准设计《混凝土模卡砌块建筑和结构构造》 DBJ08-113-2020

[2] 上海市住房和城乡建设管理委员会文件沪建建材[2019]765号文

[3]上海市地方标准《混凝土模卡砌块应用技术规程》DG/TJ08-2087-2019

[4] 《关于大力发展装配式建筑的指导意见》

[5] 《“十三五”装配式建筑行动方案》

[6] 《上海市禁止或者限制生产和使用的用于建设工程的材料目录（第五批）》

[7]《关于推进上海装配式建筑发展的实施意见》

撰写日期：2021-04