現澆夾芯混凝土填充墻設計施工問題探討

周雙科，劉金虎，黃 珺，劉會玲

（中建三局工程設計有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

為節約工期，提高施工效率，減少砌筑、抹灰等濕作業工序交叉，有效減少外墻滲漏水概率，一些房地產企業已要求全混凝土外墻設計且形成相應工法，如萬科實施了《全現澆混凝土外墻工藝工法》，碧桂園的SSGF 工法均有關于全現澆混凝土構造墻工藝。現澆夾芯混凝土填充墻作為比全混構造墻相對經濟的一種做法也得到應用，但其理論研究相對欠缺，本文對現澆夾芯混凝土填充墻應用過程中涉及的設計問題、工法優缺點及施工注意事項進行了探討和歸納。

1 工法簡介

1）工藝特點 通過柔性連接減少墻體對結構整體剛度的影響，采用輕質夾芯材料降低墻體對結構荷載的影響，并隨主體施工一次成活以減少二次砌筑，其構造如圖1 所示。

圖1 現澆夾芯填充墻構造

2）施工工序 墻體鋼筋綁扎→擠塑板定位→拉筋綁扎→封模→澆筑→振搗→養護。

3）工法難點 擠塑板定位施工難度大、成型質量要求高，通常與鋁模工藝結合使用。

4）設計注意事項 振搗孔間距宜依據振搗棒作用半徑同時考慮芯材原材尺寸進行取值，若兩側同時采用附著式振搗器則間距可不進行要求；葉墻厚度應考慮芯材原材尺寸模數和防火保溫要求。

2 防火性能

現澆夾芯混凝土填充墻構造與預制夾芯墻板類似，故耐火試驗數據參考預制夾芯墻板試驗，厚度亦參考相應規范要求。

2.1 耐火極限

GB 50016—2014《建筑設計防火規范》（2018 版）[1]要求非承重外墻耐火極限為1.00h。對于預制夾芯墻板的耐火試驗多采用ISO-834 國際標準升溫制度對不同厚度試件，如（100+40+100）mm、（90+60+90）mm、（60+70+60）mm 進 行 火災試驗研究[2]，截面溫度場的“試件沿截面高度溫度- 爐溫關系曲線”及“試件的鋼筋溫度- 受火時間曲線”均顯示，25mm 保護層處迎火面的鋼筋溫度在1.00h 耐火極限時為400～500℃[3]，小于美國ASTME119《建筑物和建筑材料》的防火檢測規定的受彎構件受拉鋼筋熱失效溫度593℃，試驗顯示復合墻體滿足規范防火要求。

2.2 夾芯材料熱穩定性能

XPS 材料于100℃左右開始收縮，105℃后開始劇烈收縮，120℃左右開始熔化，320℃后開始分解揮發，420℃開始燃燒[4]。而有的試驗顯示XPS 于130℃左右開始收縮；某廠家數據為180℃開始收縮，240℃開始分解燃燒。可見目前國內XPS 產品熱穩定性差距較大，采購前應要求廠家提供熱穩定性相關試驗數據并判斷是否適用，如現澆夾芯填充墻不應采用240℃開始分解燃燒的XPS 產品。

2.3 葉墻厚度

《建筑設計防火規范》第6.7.3 條規定：當建筑外墻采用保溫材料與兩側墻體構成無空腔復合保溫結構體時，該結構體的耐火極限應符合本規范的有關規定；當保溫材料的燃燒性能為B1、B2 級時，保溫材料兩側的墻體應采用不燃材料且厚度均不應小于50mm。GB/T 51231—2016《裝配式混凝土建筑技術標準》[5]第6.2.3 條規定：防火性能應按非承重外墻的要求執行，當夾芯保溫材料的燃燒性能等級為B1 或B2 級時，內、外葉墻板應采用不燃材料且厚度均不應小于50mm。JGJ/T 458—2018《預制混凝土外掛墻板應用技術標準》[6]第6.5.4 條規定：組合夾心保溫墻板和部分組合夾心保溫墻板的內外葉墻板厚度不宜小于60mm。

綜上考慮現場澆筑更多的不利因素及預制夾芯墻板耐火試驗數據，建議現澆夾芯混凝土填充墻內外葉墻厚度不小于60mm。

2.4 存在的問題

1）鋼筋的導熱系數58.2W/（m·K）遠大于FRP 連接件的導熱系數0.35W/（m·K），拉筋作為熱橋，參考外葉墻鋼筋溫度，可知火災情況下拉筋溫度極易超過XPS 熔融溫度，對拉筋周圍的XPS 造成破壞。

2）火災后，存在外葉墻完好而夾芯保溫材料收縮、熔融等可能，將造成墻體中間層部分空腔，影響保溫節能效果；混凝土外葉墻在長時間高溫灼燒下易爆裂，外墻修復難度大。建筑外墻原有防火保溫層將延緩或避免此種情況的發生。

3 保溫節能

蔣金梁等[7]采用標定熱箱法對不同保溫層厚度不同熱橋配筋率的復合墻板（50+X+50）mm 進行試驗研究，結論為“當保溫層中有斜向鋼筋時，理論值均大于實測值，說明按GB 50176—2016《民用建筑熱工設計規范》計算的傳熱系數偏大，實際工程考慮斜向鋼筋的‘熱橋’效應時，按公式計算復合墻板的傳熱系數可滿足節能設計要求”。

根據《民用建筑熱工設計規范》[8]第3.4 節相關內容，參考相關文獻，考慮內外葉墻板拉筋的熱橋作用，以200mm 厚夾芯混凝土填充墻（50+100+50）mm、拉筋 6@200 為例進行熱工參數計算，如圖2 所示。

圖2 熱橋分布及熱工參數

熱橋面積占比為0.071%，《民用建筑熱工設計規范》第3.4 節規定計算夾芯混凝土填充墻（50+100+50）mm 的熱工參數（以冬季計算）：R0=Ri+R+Re=1.61（m2·K/W），K=1/R0=0.62W/（m2·K）；當形成封閉空氣間層時，其熱阻可參考表1 僅考慮導熱和對流因素進行計算。

表1 不同類型墻板傳熱系數

上述數據表明現澆混凝土夾芯墻的保溫節能性能要優于加氣混凝土砌塊墻，但形成空氣間層后，空芯墻的保溫節能性能大幅降低，低于加氣混凝土砌塊墻體，若迎火面墻面開裂，滲風將使該性能進一步下降。

4 柔性連接

夾芯混凝土填充墻與剪力墻之間的連接應以減小對原結構抗側剛度影響為目的，避免其參與整體剛度計算，使主體結構在水平力作用下的整體指標與采用砌體填充墻時相近。

首先是填充墻的失效退出機制的一致性：先于主體開裂、剛度退化；砌體填充墻地震工況下的破壞模式為：小震基本完好，中震開裂損壞，大震退出工作。夾芯或普通混凝土填充墻需要采取一些構造措施使在受到水平地震作用時總是最先退出工作，在地震作用下破壞歷程與砌體填充墻一致。

建議與建筑協商采用設置豎縫、水平縫或采用薄板加壁柱的措施以減小對結構的影響；萬科、碧桂園等房企單位則是通過PVC-U 型材或擠塑板將混凝土填充墻與剪力墻隔開的連接方式，型材厚度則通過結構層間彈塑性位移角限值與層高的積估算。2 種柔性連接做法如圖3 所示，均采取多種措施弱化與主體的連接。

目前了解到的柔性連接方式均是在概念上進行的弱化處理，對整體剛度影響的量化研究尚少。雖然可實現先于主體結構開裂損壞，但破壞前吸引的地震力有多大、破壞后轉移的地震力對主體結構構件有怎樣的影響、是否需要通過調整周期折減系數提前考慮這個影響及如何調整等均需進一步研究。

5 施工與管理措施

現澆夾芯混凝土填充墻工藝及設計節點決定其施工難度大，成型質量要求高，必須實施嚴格科學的管理措施。

1）核對夾芯混凝土填充墻段有無水電管線及強弱電末端點位等，若局部存在建議與設計溝通調整，避免在夾芯墻位置設置。夾芯墻多為窗間墻及局部墻肢，一般容易滿足。

2）保證施工成型質量 在擠塑板與分布鋼筋之間、分布鋼筋與模板之間，間隔插綁特定厚度的混凝土墊塊或卡具確保鋼筋保護層厚度；按要求設置拉筋，使內外葉墻體及擠塑板形成整體，加上穿墻螺桿的作用，使擠塑板得以固定。

3）均勻振搗 保證混凝土的和易性為前提，在各振搗孔部位采用振搗棒，中間增加附著式振搗器，內外同時振搗，嚴格按照規范及方案要求進行振搗密實，避免漏振。

4）加強養護 夾芯墻混凝土養護同剪力墻混凝土養護，規范要求常溫養護時應在混凝土澆筑完畢后12h 內加以覆蓋和澆水，澆水次數應保持混凝土有足夠的濕潤狀態，對采用普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土，養護天數不得少于7d。

6 性能對比

夾芯混凝土填充墻能否得到建設單位或EPC 總包單位的認同，能否得到進一步推廣取決于其性能及成本，從多個角度對蒸壓加氣混凝土砌塊墻與現澆夾芯混凝土填充墻進行了對比，如表2 所示。

防火保溫性能和容重的接近更容易讓設計院接受由夾芯混凝土填充墻替代砌塊墻的要求；優點在于減少質量隱患、縮短工期、使用方便；但施工難度大、成本高，一旦成型質量差則隱患增多。

7 結語

圖3 夾芯混凝土填充墻與主體結構柔性連接

表2 加氣塊墻體與夾芯混凝土墻體性能對比

1）建議現澆夾芯混凝土填充墻的內外墻板厚度不宜小于60mm；其防火性能滿足規范要求，但存在火災后修復困難問題。

2）正常使用情況下夾芯混凝土填充墻保溫節能性能優于砌體墻；火災后保溫性能降低明顯。

3）夾芯混凝土填充墻應采取設縫等減小整體剛度影響措施。現有的柔性連接對整體剛度的具體影響需進一步研究。

4）夾芯混凝土填充墻澆筑、振搗、養護各環節要求較高，施工時應嚴格按施工方案執行。

5）夾芯混凝土填充墻成本較砌體墻高，但抗滲性能及使用便利性優于砌體墻。

6）現澆夾芯混凝土填充墻的優缺點非常明顯，是否采用需相關方協商。