装配式轻质混凝土外墙板的研发.pdf

中国科技核心期刊 杆 鬼 建蟓 圃 装配式轻质混凝士外墙板的研发 王元光， 李建新 ( 广东省建筑科 学研 究院， 广东 广州5 1 0 5 0 0 ) 摘要： 建筑工业化要求推广装配式施工， 围护结构中外墙的装配化是建筑工业化的关键。当前， 建筑工业化急需开发节能、 防 火 、 防水、 隔声、 抗 冻、 装饰一体化 的装配式外墙板 。通过构造设计 ， 加工带金属边框的钢筋 网构造框 ， 并预 埋管线， 然后浇筑泡沫混 凝土， 经养护后， 表面干挂石材 、 外贴瓷砖或刷涂料， 制成装配式轻质混凝土外墙板 。 关键词： 建筑工业化； 装配式； 多功能一体化 夕 墙板 中图分类号： T U 5 2 8 7 2 文献标识码： A - 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 l 4 ) 0 4 0 0 4 6 0 3 Re s e a r c h o f f o a m c o n c r e t e p r e f a b r i c a t e d e x ter n a l wa l l p a n e l s WANG Yu a n g u a n g ， ，J i a n x i n ( Gu a n g d o n g P r o v i n c i a l Ac a d e my o f Bu i l d i n g Re s e a r c h， Gu a n g z h o u 5 1 05 0 0， Gu a n g d o n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Co n s t r u c t i o n i n d u s t r i ali z a t i o n a n d u r b a n i z a t i o n a s k f o r p romo t i o n of a s s e mb l y c o n s t r u c t i o n ， a n d a s s e mb l y o f t h e e x t e r n al r e t a i n i n g s t r u c t u r e i s t h e k e y t o t h e i n d u s t r i a l i z a t i o nNo w t h e l i g h t we i g h t p r e f a b ric a t e d e x t e r n al walt p a n e l s i n t e g r a t e c o mp r e - h e n s i v e f u n c t i o n s of e n e r g y c o n s e r v a t i o n， fir e p r o o f ， wa t e r oo f ， s o u n d i ns ul a t i o n， f r o s t r e s i s t a n c e an d d e c o r a t i o n a r e b a d l y i n n e e d f o r c o n s t ru c t i o n s y s t e ms I n t h i s r e s e a r c h， g alv a n i z e d s t e e l f r a me a n d s t e e l me s h Was we l d e d i n t o b i g p a n e l s t e c t o n i c f r a me a n d p rol o a d - e d the p i p e l i n e ， the n p o u r i n g mo l d i n g u s e d foam c o n c r e t e A f t e r c u rin g ， d r y h an g i n g the d i me n s i o n s t o n e ， t i l i n g o r p a i n t b rus h o n t h e s u r f a c e ， u l t i ma t e l y r e ali z e d t h e ma n u f a c t u r e of e x t e rnal l i g h t we i g h t c o n c r e t e wall p a n e l s Ke y wo r d s ： b u il d i n g i n d u s t r i al i z a t i o n ； a s s e m b l y c o n s t ruc t i o n ； i n t e g r a t e c o m p r e h e n s i v e f u n c t i o n s ； e x t e r n al w al l p ane l s O 前言 建筑工业化是建筑工业发展的必然趋势【 1 。随着建筑工 业的发展， 当前建筑结构体系以混凝土框架结构， 装配式混 凝土结构、 钢结构体系为主。目前这3 种结构体系的外墙围 护结构均以砌筑为主， 不适应建筑工业化发展的需求， 且外 墙围护结构严重缺乏能够满足节能、 保温、 隔热、 防火、 隔声、 防水、 耐冻等综合性能的外墙板2 1 。装配式轻质混凝土外墙板 具有自 保温隔热、 防火、 隔声、 防水、 抗冻性好等优点； 同时其 施工精度高， 可将建筑外墙精度提高到毫米级； 采用机械化 施工大大提高劳动生产率； 拼装施工可减少建筑垃圾， 节约 原材料。 此外， 该类墙板还可大量利用工业废弃物。 装配式轻 质混凝土外墙板的推广与应用将推进绿色建筑和住宅产业 的发展， 对实现经济和社会的可持续发展有着重要的意义引 。 本研究通过力学计算进行合适的配筋， 并制作钢筋网片 及镀锌钢构造框， 根据设计要求预埋管线， 通过浇注轻质泡 沫混凝土制备节能轻质混凝土外墙板， 根据设计要求在工厂 收稿 日期： 2 0 1 4 0 2 1 9 作者简介： 王元光， 男， 1 9 7 7 年生， 湖南桂阳人， 高级工程师。地址： 广 卅I 市先烈东路 1 2 1 号 ， 电话： 0 2 0 - 3 2 0 6 6 5 9 8 ， E mai l ： w y g 020 1 6 3 c o rn。 4 6 新型建筑材料 2 0 1 4 4 干挂石材、 外贴瓷砖或刷涂料制作节能、 隔声、 防火、 管线、 装 饰一体化外墙板。 1 试验方法 1 1 原材料 水泥： P I I 4 2 5级珠江硅酸盐水泥； 矿渣粉； 中砂： 河砂， 细度模数2 6 ； 减水剂： 早强型聚羧酸减水剂； 纤维： 聚丙烯纤 维； 可再分散乳胶粉； 憎水剂： 硬脂酸钠； 复合发泡剂： 植物蛋 白和阴离子活性剂复合而成。 1 2 装配式轻质混凝土外墙板制备工艺及特 点 ( 1 ) 带框钢筋网模板制作： 按照设计要求预先在钢筋网片 上安装管线。( 2 ) 干粉料制备： 按照配合比设计称量粉料和集 料， 将原材料加入搅拌机混合均匀。( 3 ) 浆料制备： 按照水胶 比设计， 加水搅拌。( 4 ) 泡沫制备。 ( 5 ) 泡浆混合： 通过输送管， 将泡沫输送到浆料中， 搅拌均匀。( 6 ) 浇筑墙板： 采用浇注泵 将泡沫混凝土浇注在模框内。( 7 ) 养护2 8 d 后在轻质混凝土 墙板 表面 干挂石材、 铝 合金板、 贴瓷 砖、 刮腻子或刷 涂料， 制各 装配式装饰一体化轻质混凝土外墙板。装配式轻质混凝土外 墙板构造如图1 所示。 与现有技术相比， 该装配式轻质混凝土外墙板具有如下 特点： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王元光， 等： 装配式轻质混凝土外墙板的研发 图 1 装配式轻质混凝土外墙板构造 ( 1 ) 具有轻质、 高强、 保温、 隔热、 防火、 防水、 抗冻、 干缩率 低、 导热系数低、 隔声性能优良、 装饰效果好的优点。 ( 2 ) 实现了装配式轻质混凝土外墙板的工厂化生产预制， 按照幕墙形式施工， 安装快捷精准， 建筑垃圾少， 减少施工噪 声， 提高了工作效率， 降低了施工成本。 ( 3 ) 无需另设保温层， 就可满足当前建筑节能6 5 的要 求， 适应建筑工业化发展的需求。 1 3 轻质外墙板性能研究 ( 1 ) 干密度、 抗压强度、 导热系数等性能参照j c 1 0 6 2 - - 2 0 0 7 泡沫混凝土砌块 进行测试； 其中抗压强度试验是将泡沫混 凝土试件在标 准养护条件 ( 2 0 2 ) oC 、 相对湿度9 0 以 上】 下 养 护2 8 d ， 取出测试2 8 d 抗压强度， 干密度是将标准养护2 8 d 的 试件在( 6 0 5 ) o C 条件下烘干至恒重， 测质量然后计算而得。 ( 2 ) 体积吸水率参照 G B ， 1 r 1 1 9 6 9 - - 2 0 0 8 蒸压加气混凝 土性能试验方渤 进行测试。 取 1 组 3 块标准养护2 8 d的1 0 0 m m 1 0 0 m m x l 0 0 m m 立方体试件烘干至恒重， 量取长度、 宽度和高度， 精确至0 0 0 1 m， 计算出每个试件的体积( ) 。 将试件放入水温( 2 0 5 ) 的恒温水槽内， 然后加水至试 件高度的1 3 ， 保持2 4 h ； 再加水至试件高度的2 3 ； 再经2 4 h 后， 加水高出试件3 0 m m以上， 保持 2 4 h 。 试件间距不得小于 2 0m m。 将试件从水中取出， 用湿布抹去表面水分， 立即称取每块 质量 ， 精确至0 0 0 1 k g 。 体积吸水率按式( 1 ) 进行计算。 w= ( mr eo p V ( 1 ) 式中： 试件的体积吸水率， ； _ 一试件吸水后质量， k g ； 慨 一试件烘干后质量， ； 试块的体积， m 。 试验结果按3 个试块的算术平均值进行评定，体积吸水 率的计算精确至O 1 。 ( 3 ) 软化系数和抗冲击试验参照G B T 2 3 4 5 1 -2 0 0 9 建 筑用轻质隔墙条板 进行测试。 ( 4 ) 抗冻性参照G B ， I 1 1 9 6 9 - - 2 0 0 8 压加气混凝土性能 试验方法 进行测试。成型1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m m的立方体 试块，标准养护2 8 d 后放入冻融循环养护箱进行3 0 次冻融循 环。冻融循环结束后观察试块外表面是否有裂缝， 测整个试块 是否有质量损失， 然后检测试块抗压强度， 并计算强度损失率。 ( 5 ) 导热系数参照 G B 厂 I l 0 2 9 4 2 0 o 8 绝热材料稳态热 阻及有关特性的测定 防护热板法 进行测试。 ( 6 ) 燃烧性能参照G B 8 6 2 4 -2 0 1 2 建筑材料及制品燃烧 性能分级 进行测试。 2 结果与讨论 2 1 物理力学性能 ( 见表 1 ) 表 1 装配式轻质混凝土外墙板的物理力学性能 密度 ( k g f m3 ) 抗压强度 MP a 体积 吸水率 导热系数 W ( m K ) 】 从 表1 可以 看出， 随 着泡沫混凝土密度增大， 抗压强度提 高， 导热系数增大。 泡沫混凝土属于多孔材料， 通常情况下， 其 密度越小， 导热系数越低， 保温效果越好， 同时抗压强度越低。 在制作泡沫混凝土外墙板过程中， 综合考虑密度、 强度、 隔热 性能、 耐久性能等多个因素， 因此， 采用掺入适量掺合料与减 水剂来实现轻质高强， 并改善隔热性能。实践表明， 当轻质墙 板的抗压强度大于4 0 M P a 时，可以作为自 承重隔热墙板使 用。 墙板制作过程中综合考虑墙板平面变形和刚度， 一方面采 用结构配筋， 另一方面增加金属边框， 这样既提高墙板的整体 力学性能， 可减少破损， 便于安装。 由 表 1 还可知， 密度等级B 0 5 与B 0 7的轻质墙板其导热 系数分别为0 1 2 W ( m K )和0 1 5 W ( m K ) ，经计算可知， B 0 5与B 0 7 级轻质墙板厚度分别为 1 5 0 m m和 2 0 0 m m时均 可满足夏热冬暖地区节能设计要求。 因此， 建议夏热冬暖地区 住宅外墙选用密度等级为B 0 7 、 厚度2 0 0 m m的装配式轻质混 凝土外墙板， 公共建筑外墙选用密度等级为B 0 5 、 厚度 1 5 0 m m 的装配式轻质混凝土外墙板。 2 2 体积吸水率 体积吸水率是衡量泡沫混凝 土外墙板耐久性的 一项重要 技术指标。泡沫混凝土吸水后， 其保温效果急剧下降； 在低温 寒冷气候条件下， 则会因冻融而造成强度和结构的破坏， 严重 影响泡沫混凝土墙板的耐久性。 因此， 为了将泡沫混凝土的吸 水率控制在安全范围内， 浇注成型时加入适量的防水剂。 本试 NE W BUI L Dl NG MAT E RI AL S 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王元光， 等： 装配式轻质混凝土外墙板的研发 验结果表明， 加入适量的防水剂后， 泡沫混凝土的体积吸水率 可以控制在5 以下。密度为5 5 0 、 7 5 0 、 8 5 0 、 9 5 0 k g m 的泡沫 混凝土， 其体积吸水率分别为3 9 、 3 7 、 3 2 和2 6 。 2 3 软化系数 ( 见表2 ) 表 2 装配式轻质混凝土外墙板的软化系数 从表2 可以看出，采用合适防水技术和成型工艺可将泡 沫混凝土的软化系数提高到0 8 9 ， 在墙板的实际制作过程中， 墙板养护后表面需做防水处理， 然后再进行装饰处理。 2 4 抗冲击性能 参照G B 厂 I 2 3 4 5 1 -2 0 0 9的试验方法冲击5次后并未产 生任何裂缝或裂纹， 冲击 1 0 次后该外墙板仍完好无损。 一 方面，装配式轻质混凝土外墙板在构造方面内置钢筋 网片、 同时外带金属边框， 墙板受冲击后冲击力会均匀释放， 不易造成应力集中； 另一方面， 轻质混凝土外墙板本身是多孔 结构， 表层和内部由无数微孔的缓冲单元组成， 受到外力冲击 时，表层和内部的微缓冲单元发挥作用将能量吸收而不致于 使墙板发生破坏。 2 5 抗冻 性 经测试，密度为5 5 0 、 7 5 0 、 8 5 0 、 9 5 0 k g m 的泡沫混凝土 3 0次冻融循环后试块的质量损失率分别为2 6 、 2 2 、 1 8 和 1 5 ， 强度损失率分别为 1 8 、 1 7 、 1 6 和 1 4 。 泡沫混凝土试块经3 O 次冻融循环试验后， 其表面状况良 好， 无裂缝发生。由于泡沫混凝土内部存在很多毛细孔， 在冻 融循环过程中由于毛细孔的作用使得冰点降低， 另外， 毛细孔 起到消耗冰冻应力的作用， 因此， 泡沫混凝土作装配式外墙板 是安全的。 2 6 燃烧性能 利用密度为7 6 0 k g m 的试块进行燃烧性能测试， 测试结 果依据 G B 8 6 2 4 -2 0 1 2 、 G B T 5 4 6 4 -2 0 1 0 建筑材料不燃性 试验方法 、 G B T 1 4 4 0 2 -2 0 0 7 建筑材料及制品的燃烧性能 燃烧热值的测定 进行综合判定， 测试结果见表3 。 表 3 装配式轻质混凝土外墙板的燃烧性能 从表3 可知，装配式轻质混凝土外墙板的燃烧性能符合 G B 8 6 2 4 -2 0 1 2中建筑材料A 1 级的要求。 3 结语 ( 1 ) 采用泡沫混凝土与金属边框相结合并合理配筋， 可以 制作节能、 轻质、 保温、 隔热、 隔声、 防水、 防火、 耐冻等装饰一 体化装配式外墙板。 ( 2 ) 装配式轻质混凝土外墙板的工厂化制造和工地装配化 施工， 解决当前劳动力供需矛盾， 大大提高施工速度， 同时将施 工精度提高到毫米级， 另外减少了噪声污染， 降低了施工成本。 ( 3 ) 装配式轻质混凝土外墙板施工不受气候区限制， 可实 现外墙板的工业化制作和快速制造，对大力推进住宅工业化 发展具有重要意义。 参考文献： 【 1 纪颖 波 建 筑工业 化发展 研究【 M 北京 ： 中 国建筑 工业 出版 社 ， 2 01 1 2 】 李建新 节能轻质 装配式外 墙板关键 技术研 发【 D 】 广州 ： 华南理 工大学， 2 0 1 3 【 3 李 晓明 装配式混凝 土结构关键技 术在 国外 的发展与应用 【 J 住 宅产业化， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 6 一 l 8 A 甜 甜 甜 甜 甜 甜 甜 尉 甜 甜 ( 上接 第 3 7页) n o u s - C o a t e d A g g r e g a t e U s i n g B o i l i n g Wa t e r【 s 1 An n u a l B o o k o f As TM S t a n d a r d s 4 0 3 We s t C 0 n s h 0 h 0 c k e n ， P A： AS TM I n t e r n a - t i o n a l ， 2 0 o 5 【 7 】 AS T M D 4 8 6 7 S t a n d a r d T e s t Me t h o d f o r E f f e c t o f Mo i s t u r e 0 n As p h M t C o n c r e t e P a v i n g Mi x t u r e s S 1 A n n u m B ook o f A S T M S t an d a r d s 4 0 3 W e s t Co n s h o h o c k e n， PA： AS TM I n t e r na t i o n al， 2 O o 4 【 8 】 Wi t e z a k M W， K a l o u s h K， P e l l i n e n T， e t a 1 S i mp l e P e r f o r ma n c e T e s t fo r S u p e r p a v e Mi x D e s i g n R 1 N a t i o n a l C o o p e r a t i v e H i g h w a y 4 8 新型建筑材料 2 0 1 4 4 Re s e a r c h P r o g r a m( NCHR P) Re po 4 6 5， 2 0 0 2 9 】 Wi t c z a k M WS i mp l e P e r f o r ma n c e T e s t s ： S u mm a r y o f R e c o m me n d e d Me t h o d s and D a t a b a s e R Na t i o n al C o o p e r a t i v e H i ghw a y Re s e arc h Pr o g r a m( NCHRP ) Re p o 5 4 7， 2 0 0 5 1 O R C h r i s t o p h e r Wi l l i am s E v alu a t i o n o f H o t Mi x A s p h a l t Mo i s - t u I e Se n s i t i v i t y Us i n g t h e No t t i n g h a r n As p halt T e s t E q u i p me n t 【 R L o w a S t a t e U n i v e r s i t y I n s t i t u t e for T r a n s p o r t a t i o n ， 2 0 1 0 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m