裝配式CL保溫一體化外墻施工研究

李玉榮， 趙 澤， 朱 寶， 陳 燕

(1.滁州職業技術學院 建筑工程學院，安徽 滁州 239000；2.中鐵四局建筑公司，安徽 合肥 230009)

為響應我國“十三五”規劃“綠色發展”號召,建筑行業須大力推行裝配式建筑和綠色建筑發展。我國目前正發展被動式低能耗建筑,地方政府亦逐漸升級節能標準。然而,我國目前廣泛使用的外墻外保溫為主的建筑節能,其設計壽命短，基本為25年左右,明顯與主體結構設計壽命50 年甚至100 年不匹配。短期使用即出現氣泡空鼓、外保溫開裂，甚至脫落等現象與綠色發展相悖[1]。傳統外保溫材料導致建筑外保溫火災事故頻發,已不能適應時代要求,急需新的應用技術體系進行替代[2]。我國即將進入一個已建建筑節能改造的期間,每年約消耗1 000 億元的維修和更換費用,并產生建筑垃圾近1 億平方米。建筑功能的半停滯狀態嚴重影響到居民的工作和生活,這些社會問題亦將嚴重影響中國的經濟發展和社會和諧[3]。

為此,各地紛紛推動CL保溫一體化技術,以加快綠色節能建筑的發展,推進裝配式建筑技術,促進建筑節能工作縱深發展。CL建筑結構體系(Composite Light-Weight Building System),是由CL墻板、實體剪力墻組成的復合輕質剪力外墻結構體系,集保溫、承重功能一體化。與傳統現澆墻體外施工保溫層相比,由于CL保溫一體化外墻可標準化預制集成,不易從外墻脫落,同時避免了現場原位施工交叉作業引起火災隱患和外墻后期改造等優勢,可有效解決外保溫壽命短、現場施工火災事故頻發、節能改造產生建筑垃圾等系列問題。保溫技術與建筑墻體主體結構相結合,已是墻體節能發展的首要條件[4]。因此,本項目以工程實踐為平臺,通過研究保溫層原理進行設計和選材,提出企業自主工法的施工方案,并提出技術要點，以期為裝配成CL一體本化方案提供參照。

1 CL保溫一體化原理與特點

1.1 CL保溫一體化原理

在預制工廠中,定制加工鋼筋網架保溫“三明治板”,在施工現場,向保溫板兩側現澆混凝土,制成集合受力和保溫功能的鋼筋砼復合剪力墻,以網架板出貨編碼順序現場吊裝[5]。

復合保溫使保溫層的材料選擇和厚度不受限制,導熱系數甚至可低于0.4 W/(m2·K),故CL復合剪力墻能夠適應大多數熱工地區的節能要求[6]。

單層勻質材料的熱阻用材料層的厚度δ與導熱系數λ的比值表示,即:

(1)

多層勻質材料的熱阻為各層熱阻之和,即:

R=R1+R2+R3+…+Rn

(2)

外墻的傳熱阻為內表面換熱阻Ri、外表面換熱阻Re與多層勻質材料的熱阻之和,即:

R0=Ri+R+Re

(3)

外墻的傳熱系數為其傳熱阻的倒數:

(4)

通過相關計算,得出單層自保溫材料墻體不同厚度的傳熱系數,如圖1所示。

圖1 外墻不同厚度傳熱系數圖

由圖1可見,當體形系數S≤0.3時,墻體厚度超過550 mm可滿足傳熱系數限值0.43 W/(m2·K)。體形系數0.3

表1 不同厚度保溫一體化外墻傳熱系數表

綜上可得,一體化外墻的厚度比傳統外墻的厚度大約可減少40%。墻體內朝向室內一側至少100 mm厚混凝土,熱惰性指標1.6≤D≤4,滿足建筑物保溫隔熱要求,其熱穩定性使建筑物能抵抗室內溫度波動,從而使室內溫度變化達到人體舒適度[8]。

1.2 CL保溫一體化特點

(1)外墻與主體結構壽命相同,無需二次維護。

(2)外墻保溫板厚度與材質可隨當地熱工和節能設計要求調整,且在提高節能標準時增加費用很少,同時,可以使墻體、保溫層的開裂和脫落等質量問題得以處理。

(3)外墻網架板可工廠標準化生產,安裝方便,大大節約了工期。

(4)保溫板兩側有一定厚度的砼層,使保溫層隔絕空氣,耐火性能好。

(5)輕質高強、抗震防裂。

2 施工流程與技術要求

2.1 施工流程

根據復合剪力墻兩側砼澆筑方式和次序的差異,可分成兩側同時現澆、一側(較薄側)預制一側現澆、噴射等方式[6]。

以兩側同時現澆為例,其施工流程為:測量放線→邊緣構件(暗柱)鋼筋綁扎→CL網架板安裝→模板支設→混凝土澆筑→模板拆除→混凝土養護→編號運輸→吊裝[9]。

2.2 技術要求

CL網架板驗收時,應保證所有檢測項目均達到質量要求(表2～3),其允許偏差必須控制在限差范圍之內。

表2 CL網架板外觀質量要求

表3 CL網架板允許偏差及檢驗方法

3 應用實踐與技術要點

3.1 工程實踐

鄭州航空港經濟綜合實驗區河東第三棚戶區建設項目,鋼筋混凝土剪力墻結構,建筑高度94.1 米,地上32 層,地下3 層,住宅。工程的單體建筑室外地坪以上,采用建筑外墻CL保溫體系做法。

外墻保溫材料目前較多使用擠塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)、模塑聚苯乙烯泡沫板(EPS)和聚氨酯發泡板等。其綜合性能指標對比詳見表4。外墻保溫為CL保溫一體化墻體,共分為A、B兩類,A類為鋼筋混凝土(60 mm)+模塑聚苯板(EPS)(190/240/290 mm)+鋼筋混凝土(60 mm);B類為鋼筋混凝土(60 mm)+擠塑聚苯板(XPS)(50 mm)+鋼筋混凝土(200/250/300 mm)。燃燒性能達到B1級。采用Φcp4@100鋼筋網片加強。拉結桿件(Φ8)及配件為成品鍍鋅件和成品塑料件。

表4 XPS 板、EPS 板和聚氨酯發泡板綜合性能比較

通過對比分析,本工程墻體中保溫材料均選擇(190/240/290厚)擠塑聚苯板(XPS)。其物理性能按照《絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料》(GB/T 10801.2-2002)標準進行檢測,試驗結果見表5[10]。

表5 XPS 板的物理性能檢測試驗

通過研究整體疊合保溫板鋼筋混凝土外墻施工方法及施工要點,編制了切實可行、經濟合理的整體疊合保溫板鋼筋混凝土外墻施工方案,總結高水平工法。

3.2 技術要點

3.2.1 CL網架板安裝

3.2.1.1 墻體拉結桿件、附加錨筋的綁扎 墻板臨時固定后,應按施工圖紙及有關圖集的要求,采取附加鋼筋綁扎、搭接同規格的焊接網兩種方法,連接CL網架板,為確保砼的凈截面面積,墻板外側(砼薄側)焊接鋼筋網的搭接必須使用扣搭法[11]。為了保證在施工中保溫板不產生位移現象,確保剪力墻部位的鋼筋保護層厚度,在CL網架板根部增加兩排拉結桿,間距300 mm。

3.2.1.2 墻體預留洞及保溫板拼縫處理 CL復合墻體中設置永久性穿孔的,先安裝內高外低坡度的室外側有止水環的塑料套管;安裝CL網架板之后,還需用聚氨酯對保溫板拼縫進行現場發泡處理。

3.2.2 模板安裝 CL復合外墻施工時,宜采用大模板進行,為防止CL網架板封模后,穿墻螺桿穿過保溫板樓下泡沫無法清理,對應模板穿孔位置必須使用電阻熱熔錐將保溫板穿孔。

3.2.3 混凝土的澆筑

3.2.3.1 混凝土下料位置選擇 為使混凝土均勻流布于模板內,混凝土拌合物下料澆筑點一般設置于墻體相交處[12]。

3.2.3.2 混凝土下料速度控制及順序安排 由于液體深度越大,側壓越大,墻體保溫板混凝土拌合物澆筑時應保證兩側深度基本一致,以防保溫板兩側壓力不均衡導致側移和形變。為此,同段中可先將保溫板厚側剪力墻區澆筑到一定高度后,再進行薄側保護層區澆筑,以保證兩側液面上升高度均衡。但在CL復合剪力墻的任何截面上,由于混凝土拌合物的阻力和速度差異,造成保溫板兩側的混凝土拌合物液位差不應超過400 mm[13]。當某一段混凝土拌合物液位高度差即將達到400 mm時,則需在此段低位側澆筑拌合物,如圖5所示,先補澆澆筑點1、再補澆澆筑點3、最后補澆澆筑點2[14]。

圖2 CL復合剪力墻混凝土澆筑點順序

由于較薄側的模板內橫截面積小,混凝土液面上升速度較快,當澆注速度超過一定幅度時,其內部混凝土拌合物來不及流平而阻塞,可在模板頂口處安放漏斗,控制混凝土的下落速度。而較長墻體則可在中間多設若干澆筑點,在各澆筑點之間往返、分層地澆注,使混凝土拌合物更加容易流動充滿模板[15]。

保護層側面垂直加固40×40 mm的金屬型材,以防保溫板受拌合物側向壓力產生側移,澆筑保護層到600～1 000 mm時可將型材抽出。為平衡兩側混凝土的流平速度,可將鋼管垂直插入寬厚一側以限制截面,為了便于拔出,建議在鋼管側面焊上彎鉤。

由于剪力墻中鋼筋較為密集,且焊成了鋼筋網架,構件橫截面小,要求混凝土拌合物的粗骨料最大粒徑不超過15 mm,混凝土拌合物的坍落度在220～240 mm之間、擴展度在550～650 mm之間。

3.2.4 預埋件設置 CL建筑體系外層混凝土和鋼筋焊接網架作為內層混凝土墻體上的荷載考慮,內層混凝土墻體參與主體結構計算,外層混凝土不參與主體結構計算。因此,各塔吊扶墻及爬架機位等預埋件,需埋在結構梁板及結構外墻部位,不得埋在保護層上;填充墻部位60 mm保護層為非承重構造,預埋件不得埋于保護層內,必須設于結構梁板處。空調室外機的空調板等懸挑板結構也生根于結構梁板處。

3.2.5 附加鋼筋 在本工程中,設計采用φcp4@100鋼筋網片做接縫和特殊部位的加強附加鋼筋,由于Acp4@100鋼筋彈性大,加上外墻保護層混凝土的構造厚度僅有60 mm,φcp4@100鋼筋網片很難保證混凝土的澆筑質量,尤其是在外墻窗洞口、陰陽角容易出現裂縫。為此,采用2.5～3.0 mm直徑的鋼筋,焊接網片間距50×50 mm替代。

3.2.6 吊裝 將預制外墻按編號用平衡梁起吊至放樣位置,帶窗洞的外墻在開洞處尚應采用槽鋼梁作為臨時加固,外墻垂直度校正后,應及時與內側鋁模板進行固接[16]。

4 結論與討論

復合外墻保溫與建筑結構主體同壽命,無需二次維修,具有保溫性能好、耐火性能好、輕質高強、耐震防裂、綠色施工、節能環保等優點,相對于其他傳統保溫做法,如傳統外貼外掛保溫,每平方米約節約造價30元左右和免除二次維修費用每平米千元以上。并且采用機械化流水施工、工廠預制,其安裝快捷、節約成本、極大地加快了工期,并保證了施工質量。

通過研究,結合工程實踐,對施工工藝進行總結,形成整體疊合保溫板鋼筋混凝土外墻施工工法,積累相應的施工經驗,為類似工程的優化設計與施工提供參考和借鑒。