夹心保温墙体论文

夹心保温墙体论文（精选8篇）

夹心保温墙体论文 篇1

摘要：随着建筑节能50%-65%的要求,对墙体传热系数限值的需求,夹心保温复合墙体作为一种新型墙体,其墙体结构新颖、节能保温、外表美观、耐腐蚀等一系列优点正逐步得以应用和推广,但还没有统一的设计规范和施工操作工艺,介绍了国内外夹心墙体现状及其构造、施工工艺,探讨了夹心墙设计中问题,为相关人员提供参考。

关键词：夹心保温复合墙体,传热系数,连接件

1 前言

把保温材料(如聚苯、岩棉、玻璃棉等)放在两片墙体中间,并在内、外页墙中间设置拉接件,形成夹心保温复合墙体。该墙体一般由内页墙、保温层、外页墙构成,保温绝热材料设在外墙的中间,有利于发挥墙体材料本身对外界环境的保护作用,从而免去保温层、材料层的增强面层,造价相对降低了。在国外该墙体的应用已经很成熟,而国内对于夹心墙的应用及系统研究起步较晚,对许多问题缺乏针对性,有些还未开展研究。本文首先介绍了国内、外夹心墙的应用和特点,进而介绍了夹心墙的构造和施工工艺以及夹心墙的设计,为我国夹心墙设计和施工提供理论依据。

1.1 国外夹心墙应用情况

在北美、北欧等国家,将岩棉等轻质材料夹于两片墙体之间,并且内、外两片墙体之间设置拉接筋,构成夹心的复合墙体(结构上称之为空腔墙)。同时,还将不同材料的墙体相结合。形成各种各样的空腔墙体。

空腔墙最早出现在古希腊和古罗马的建筑中,19世纪前期,在英国重新出现这种墙体,并表明该墙体能有效阻止水汽渗透,1850年,金属连接件被应用于该复合墙体中。19世纪后期,空腔墙出现在美国,但直到1937年,这种墙体才被官方和相关组织机构所认可。之后这种墙体的应用广泛起来,但只限于低层建筑的外承重墙体,到1940年,由于设计者认识到该墙体在高层建筑中的优势,如有效阻止水汽渗透、良好的热特性、隔声和防火作用,这种墙体现在已广泛应用于各类建筑中。

夹心墙是西方发达国家早已普遍应用的典型节能墙体,在国外应用广泛并具有完整的设计和构造规定。

1.2 国内夹心墙应用情况

1990年前后,我国的东北、华北地区、西北地区各省市的主要城市,都建成一些节能住宅试点工程和节能住宅示范小区,在严寒地区的节能住宅中,多采用夹心保温复合外墙。

我国在借用国外经验和大量试验的基础上,将这种新型复合墙体纳入到《砌体结构设计规范》GB50003-2001,并将其规定的构造原则编入到相应的国家标准图集中,如《砼砌块墙体构造》、《配筋砼砌块建筑结构构造》03SG615、《建筑物抗震构造图集》04G329等。但夹心墙作为一种新型结构墙体,对其试验和理论研究都远不够,相应的设计与和构结构构造很不成熟和完善。

1.3 特点

该墙体是一种新型墙体结构,适用于多层或中、低层住宅、办公楼、高档别墅等公共与民用建筑。主要特点有:

a.夹心墙具有良好的受力性能和抗震性能。

b.夹心墙由于其夹心层为上下连续贯通(除极少数金属连接件或网片),这种构造可做到按保温隔热需要改变其厚度,满足和适应各种节能墙体指标的要求,而且这种作法可达到基本无热(冷)桥,效能极高,因此是我国三北地区节能建筑墙体之首选。

c.夹心墙的外叶墙可按需要由各种装饰功能的砌块组成,尤其是采用高强高密度装饰劈离砌块,除建筑美学功能外,可满足室外最苛刻的耐久性要求,这也是其他墙体难以达到的地方。

d.夹心墙的外叶墙和夹心层除装饰、保温功能外,另一个更重要的作用是其对内叶墙的防护或保护。这种保护极大地减少了内叶墙受到外界气候影响的侵蚀,对承重结构的耐久性、消除或减少砌体的裂缝具有非常重要的作用。

2 构造

夹心保温复合墙体由结构层(内页墙)、保温层、保护层(外页墙)组成(通常还需要根据具体情况设置空气层)。目前,在我国该墙体有两种复合型式:多孔砖夹心墙体和混凝土砌块夹心墙体。

多孔砖夹心墙结构层一般采用结构层为240 mm承重普通多孔砖,以120 mm厚装饰多孔砖作外叶清水装饰饰面,两叶墙之间按照保温层厚度要求留出空腔,填充保温材料,两叶墙之间以专用拉结件或拉结钢筋拉结。多孔砖夹心墙构造见图1(a)。

混凝土砌块夹心墙结构层一般采用190 mm主砌块,保温层一般采用50 mm聚苯板,保护层采用90mm厚装饰性劈离砌块砌体。结构层、保温层、保护层随砌随放置拉结钢筋网片或拉结钢筋,使之三层牢固结合。混凝土砌块夹心墙构造见图1(b)。

根据不同地区,节能50%~65%的要求,对外墙传热系数限值的要求,其保温材料的厚度是不同的。目前保温材料多采用聚苯板、岩棉板等,还有一种现浇发泡保温材料,是在现场将发泡保温材料灌注到内、外叶墙的夹层中而形成的夹芯墙体,其中现浇发泡保温材料是由脲醛树脂和发泡乳液经发泡、混合后灌注到夹层并在1 min内固化而形成的具有优异热绝缘性能的泡沫体。

构造特点:由于保温材料设在外墙中间,免去了保护层构造的作法,工程造价相对降低;施工时要注意保温材料填充连接部位的紧密,并做好内外墙之间的拉接;夹芯复合外墙保温的热工薄弱部位要比内保温复合墙少。注意圈梁、构造柱部位的施工,一旦形成热桥,墙体内表面会出现结露现象而影响使用;在已建成的楼房中发现有外墙角圈梁等部位的墙体表面出现结露、发霉变黑、面层起鼓、墙皮脱落等现象

3 施工工艺

普通多孔砖夹心墙施工顺序:

a.基础部分工程验收、基础顶面清理、弹线、湿润;

b.构造柱钢筋绑扎;

c.内叶承重墙砌筑、预埋拉结钢筋、墙面原浆沟缝,同时砌筑内隔墙,过梁安装→安装保温层→外叶墙砌筑;

d.过梁、雨蓬或阳台板等安装或现浇;

e.构造柱混凝土浇筑、钢筋混凝土圈梁浇筑、预制钢筋混凝土梁板等构件安装;

f.进行下一单元复合墙体施工。

混凝土砌块夹心墙施工顺序:

a.施工准备:完成基墙,抄平放线立皮数杆,砌块试排列,校正芯柱插筋位置;

b.砌筑外墙:砌内页墙→砌外页墙(内外页墙水平缝、竖缝应随砌随刮平,防止砂浆等杂物落入空腔)→插入苯板→安放内外页墙拉结网片→再砌内页墙,重复上一流程;

c.砌筑内墙:内外墙交接处应同时砌筑;

d.墙体砌到设计标高后,校正砌体轴线与标高,焊接芯柱钢筋,芯柱孔内砂浆及芯柱清扫口清理,封闭清扫口。浇捣芯柱混凝土;

e.挑梁、圈梁、楼梯、现浇板支模、绑筋、浇混凝土并养护;

f.重复以上步骤进行上一层的施工。

4 夹心保温节能复合墙体的设计

4.1 65%的节能设计依据

根据建设部编制的 《1996-2010中国建筑技术政策》中 “建筑节能技术政策篇”提出的基本目标,“从1996年起到2000年, 新设计的采暖居住建筑应在1980-1981年当地通用设计能耗水平基础上完成节能50%;从2005年起新建采暖居住建筑应在前一基础上再节能30%”,即在第一步节能的基础上节能65%,这也是我们常说的三步节能。

根据 《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-95)、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计部分》(JGJ134-2001)与《夏热冬暖地区居住建筑节能设计部分》(JGJ75-2003)中规定的节能目标的基准能耗,在此能耗值的基础上,确定节能居住建筑全年的采暖、空调能耗降低50%~65%的节能目标,再按此目标对建筑、热工、采暖和空调设计提出节能措施要求。

考虑到各地节能建筑的节能潜力和我国的围护结构保温的技术成熟程度,避免了各地采用统一的节能比例的做法,而采取同一气候子区,采用相同的围护结构限值的做法。(参见《居住建筑节能设计标准》征求意见稿)。

4.2 夹心墙相关规程、图集

河北省工程建设标准 《烧结非黏土多孔砖夹心墙砌体结构技术规程》(DB13(J)49-2005);黑龙江省地方标准《烧结普通砖夹心苯板复合墙体施工及验收规程》(DB23/T697-2000) 与相应的图集《外墙夹芯保温》05J3-3构造图集;辽宁省地方标准《外保温夹心墙技术规程》(DB21/T1366-2005);《标准图夹心保温墙建筑构造》(07J107),大庆油田工程有限公司,2007年12月1日实施;《夹心保温墙结构构造》(07SG617),大庆油田工程有限公司, 中国建筑标准设计研究院,2007年12月1日实施;天津市地方标准《现浇发泡夹芯保温墙体施工及验收规程》(DB/T29-135-2005);由以上可见,我国夹心墙设计和构造标准不完备,施工及验收标准也有待完善。

4.3 设计中存在问题

夹心墙完善的设计包括四个方面:合理的设计、正确的构造、良好的材料和施工工艺。而在实际工程设计中,常会存在一些问题。

a.热桥处理

热桥降低墙体保温效果、形成室内结露,热桥部位常在梁、柱、板、内外梁拉结处等,尤其是夹心墙的金属连接件。设计中常会因为热桥部位比较多,出现部分热桥处没有采取相应的保温措施,保温效果不够理想,不满足热工规范的要求。

b.伸缩缝处理简单

一般住宅每两个单元就需设一道伸缩缝,伸缩缝内四周500 mm内填充苯板,外用镀锌铁皮防护,实际使用中,一旦铁皮防护不严或受损致使苯板保温失效,而缝两侧的墙基本没有一点保温能力,导致伸缩缝两侧房间热耗增加,恶化室内环境,因此伸缩缝内应填满苯板,并采取有效措施加强缝四周的密封围护。

c.苯板敷设拼接方式不利保温砌块夹心复合结构

有时苯板竖向接口采用双层错缝或企口拼接。这种设计使上下苯板无法企口连接,只能平接,且由于网片的存在,易造成接口有缝隙,导致保温层断裂,不连续。此做法只考虑了便于施工,却忽略了对保温的影响。应要求苯板水平及竖向接缝尽量避开砌块接缝,采用企口拼接,并应有粘接等封缝措施,拉接钢筋现场穿插苯板后再点焊成网片。

d.保温层做法过于简单

保温层厚度根据地区的不同而变化,当保温层一侧设有空气层时, 设计应把苯板用胶贴于内页上或采用双面带楞翅的苯板,两侧与内外片撑紧,以避免苯板在空腔内倾斜或移动,保证上下层苯板接合的严密性。但实际设计中对这些问题都欠考虑以至具体施工比较随意,影响保温效果。另外外墙转角处保温层应适当加厚。

e.构造调整时忽略保温

在砌块住宅施工过程中,时常会发生一些局部结构或构造调整,由于土建专业热工知识的缺乏及对专业沟通的忽视,往往忽略了某些调整会引起结构保温性能的变化而没有采取相应的加强措施,导致围护结构达不到应有的保温效果。

夹心墙作为一种新型复合墙体,墙体的受力性能、耐久性和优良的保温隔热性能是其他砌体保温墙体,如EPS外保温墙体、所谓三合一砌块保温墙体等难以比拟的。但作为一种推广的新型墙体,夹心复合墙体在设计和施工中都存在着很多问题,因此从试验和理论方面都需要更进一步的研究,设计和构造方面的标准需要完善、统一。

参考文献

[1]JGJ26-95,民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)[S].

[2]GB50176-93,民用建筑热工设计规范[S].

[3]《民用建筑节能设计标准》(征求意见稿).

[4]DB23/T698-2000,普通混凝土小型空心砌块夹芯苯板复合墙体.建筑技术规程[S].

[5]DB23/T697-2000,烧结普通砖夹心苯板复合墙体施工及验收规程.建筑技术规程[S].

[6]DB13(J)49-2005,烧结非黏土多孔砖夹心墙砌体结构技术规程.建筑技术规程[S].

夹心保温墙体论文 篇2

摘要：新型建筑墙体材料是指不以消耗耕地、破坏生态和污染环境为代价，适应建筑部品工业化、施工机械化、减少施工现场湿作业、改善建筑功能等现代建筑业发展要求而生产的墙体材料，就现阶段而言是指除黏土实心砖以外的所有建筑墙体材料。只有促使各种新型体材料因地制宜快速发展，才能改变墙体材料不合理的产品结构，达到节能、保护耕地、利用工业废渣、促进建筑技术的目的。新型墙体材料的产量快速增加，产品质量和产品得到明显的改善，技术装备水平也较快提高。在建筑中，外围护结构的热损耗较大，外围护结构中墙体又占了很大份额。所以建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节，发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。关键词： 新型墙体材料发展状况 新型建筑墙体材料的类型、特性和问题

前 言

新型墙体材料发展较快，前几年新型墙体材料产量为184.5亿块标准砖，到近年增长到1849.88亿块标准砖，增长了10倍，新型墙体材料在墙体材料总量中的比例由4.58%上升到25.2%。新型墙体材料品种较多，主要包括砖、块、板，如粘土空心砖、掺废料的粘土砖、非粘土砖、建筑砌块、加气混凝土、轻质板材、复合板材等，但数量较小，在决的墙体材料中据点地比便仍然偏小。只有促使各种新型体材料因地制宜快速发展，才能改变墙体材料不合理的产品结构，达到节能、保护耕地、利用工业废渣、促进建筑技术的目的。

一、新型建筑墙体材料的类型、特性和问题

《新型建筑墙体材料专项基金征收和使用管理办法》中将新型建筑墙体材料共分6 类:(1)非粘土砖，包括孔洞率大于25% 非粘土烧结多孔砖 和空心砖，混凝土空心砖和空心砌块，烧结页岩砖;(2)建筑砌块，包括普通混凝土小型空心砌块，轻集料混凝土小型空心砌块，蒸压加气混凝土砌块和石膏砌块;(3)建筑板材，包括玻璃纤维增强水泥轻质多孔隔墙条板，纤维增强低碱度水泥建筑平板，蒸压加气混凝土板，轻集料混凝土条板，钢丝网架水泥夹芯板，石膏墙板，金属而夹芯板，复合轻质夹芯隔墙板、条板;(4)原料中掺有不少于30% 的工业废渣、农作物秸秆、垃圾、江河淤泥的墙体材料产品;(5)预制及现浇混凝土墙体;(6)钢结构和玻璃幕墙。作为国家推广的新型建筑墙体材料，与传统粘土实心砖相比，在技术层面上很多性能具有很大的优势。其特征主要有以下几个方面：保温隔热性能好如加气混凝土砌块、钢丝网架火芯板、龙骨石膏板等；防渗水性好如砖类和砌块类墙体材料及石膏板材等；隔音性能较好如煤灰烧结砖、蒸压灰砂砖等；能耗低，新型建筑墙体材料需要的原料和能耗都比传统粘土实心砖要低很多；强度等级高；自重轻，有利于基处理和抗震。另外，新型建筑墙体材料可以缩短工期、节省砂浆、从而增加使用面积等。

二、外墙保温技术及节能材料 在建筑中，外围护结构的热损耗较大，外围护结构中墙体又占了很大份额。所以建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个最重要的环节，发展外墙保温技术及节能材料则是建筑节能的主要实现方式。外墙内保温施工，是在外墙结构的内部加做保温层。内保温施工速度快，操作方便灵活，可以保证施工进度。内保温应用时间较长，技术成熟，施工技术及检验标准是比较完善的。在2001年外墙保温施工中约有90%以上的工程应用内保温技术。被大面积推广的内保温技术有：增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温 板、内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法。但内保温会多占用使用面积，“热桥”问题不易解决，容易引起开裂，还会影响施工速度，影响居民的二次装修，且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构。内保温在技术上的不合理性，决定了其必然要被外保温所替代。

三、墙体外保温技术 外保温隔热体系是非承重复合墙面，其墙面裂缝的危害不在于影响结构安全，主要是对住户的审美和心理的影响以及由于裂缝存在，有可能对 保温隔热体系造成破坏（如水的渗透、冻融破坏等）。

（一）外墙保温裂缝产生的原因分析

外保温隔热是将保温隔热体系置于外墙外侧从而使主体结构所受温差作用大幅度下降，温度变形减小，对结构墙体起到保护作用，并可有效阻断冷（热）桥，有利于结构寿命的延长。因此从有利于结构稳定性方面来说，外保温隔热具有明显的优势。但由于外保温隔热体系被置于外墙外侧，直接承受来自自然界各种因素影响，对体系要求更高。就太阳辐射及环境温度变化对其影响来说，置于保温层之上的抗裂防护层只有3mm～20mm，且保温材料具有较大的热阻，抗裂防护层的柔韧性和耐候性对外保温体系的抗裂性能起着关键的作用。

1、聚苯板薄抹灰外保温隔热构造设计存在的不足 这类外保温隔热材料通常采用粘贴的方式（也有加锚栓辅助锚固的）固定在基层墙体上，然后在保温板上抹抹面砂浆并将增强网铺压在抹面砂浆中。EPS保温板在自然环境中的自身收缩变形时间长达60天，由于在自 然环境条件下42天或60℃蒸汽养护条件下5天的自身收缩变形已完成99%以上，因此要求EPS保温板在自然环境条件下 42天或60℃蒸汽养护条件下5天后再上墙。但在实际情况中很难做到。另外，保温板在昼夜及季节变化发生热胀冷缩、湿胀干缩时也会在板缝处集中产生变形应力，该类体系板间裂缝是比较常见的现象。挤塑聚苯板比发泡聚苯板密度大、强度高，自身变形及温差变形产生的变形应力也大，与膨胀聚苯板相比更易造成板缝处开裂。聚苯板薄抹灰外保温隔热体系通常采用纯点粘或筐点粘，采用纯点粘时，该体系存在整体贯通的空腔。该体系存在整体贯通的空腔正负风压对 保温隔热墙面进行挤或拉，也易造成板缝处开裂，极端情况下负风压甚至会将保温板掀掉。从防护层受热应力的因素上看，聚苯板保温层上是仅3mm的砂浆复 合网格布防护层，由于聚苯板保温隔热层热阻很大，从而使防护层的热量不易通过传导扩散，温差变化以及受昼夜和季节室外气温的影响，对抹面砂浆的柔韧性和网格布的耐久性提出了相当高的要求。另外，当聚苯板的温度超过70℃时，聚苯板会产生不可逆热收缩变形，造成较为严重的开裂变形。

2、现浇无网聚苯板外保温隔热构造设计的不足

这类外保温隔热材料通常将聚苯板作为主体保温隔热材料放置于大模内侧，通过与现浇混凝土整体一次浇注的方式固定在基层墙体上。其优点是实现复合浇注材料一次成型，施工速度快。但工程存在以下问题：

（1）聚苯板与混凝土基墙结合力不够。由于EPS板是一种有机绝热材料，与混凝土粘结强度不够，粘结强度达不到0.1MPa，拉拔破坏部位是 聚苯板与混凝土界面分离。

（2）平整度和垂直度较难控制。

（3）存在局部破损和污染。由于聚苯板表面强度低，在支护和拆卸外侧模板时，聚苯板表面不可避免受到损坏，在浇注时难避会出现漏浆形成热桥。

3、带防护层预制保温隔热块材外保温隔热构造设计的不足

这类外保温隔热材料通常在工厂加工预制好带有涂料或面砖饰面的保温隔热块材，在施工现场只需锚固安装上墙即可。目前市场上该类产品多在板缝处出现裂缝的原因是：（1）预制板在上墙后仍在收缩，将板缝拉开；（2）预制板受温度及湿度变化会发生热胀冷缩、湿胀干缩现象，对板缝反复挤压造成板缝开裂；（3）由于预制保温隔热板的变形是必然发生的，因此必须在板缝处留有相当的宽度并采用柔韧变形性及防水性良好的材料来嵌缝。该类产品具有可在工厂连续生产，现场干作业等优点。在较好地解决板缝裂缝问题后，大面积推广应用前景是很好的。

4、面砖饰面外墙外保温隔热体系设计的缺陷

墙体饰面砖层出现脱落和开裂主要原因有：

（1）温度：不同季节，白天黑夜，墙体内外由于温差的变化，饰面砖会受到三维方向温度应力的影响，在饰面层会产生局部应力集中饰面层开裂引起面砖脱落，也有相邻面砖局部挤压变形引起面砖脱落。

（2）反复冻融循环，造成面砖粘接层破坏，引起面砖脱落。

（3）组合荷载、地基不均匀沉降等外力作用，引起墙体变形错位，造成墙体严重开裂，面砖脱落。以上这些问题应该从面砖饰面外保温构造设计上应该认真加以考虑的。目前在外保温隔热外饰面粘贴面砖的做法主要有胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热体系和钢丝网架聚苯板外墙外保温隔热体系，也有直接在玻纤网布复合抹面砂浆的无网聚苯板外保温外饰面粘贴面砖的。从构造设计上 看，直接在玻纤网布复合抹面砂浆的无网聚苯板外保温外饰面粘贴面砖是不合理的，应加以限制。

5、外墙外保温隔热外饰面砖做法的分析

（1）钢丝网架聚苯板外墙外保温隔热外饰面粘贴面砖体系

从构造设计上看，该类体系要比直接在薄抹灰无网聚苯板外保温隔热外饰面粘贴面砖安全。采用该体系满足第三步节能时，需增加保温层厚度，从而使力矩成倍增加，不安全性因素加大。主要为：①由于水泥砂浆收缩及厚度不均，温差应力不均引起裂缝。② 单面钢丝网构造设计不合理引起裂缝：正负风压、热胀冷缩、湿胀干缩、正弦拍波地震力等均产生两个方向的作用力，由于上述原因，造成水泥砂浆找平层开裂的现象十分普遍。砂浆层产生裂缝处变形应力较大易引起此处面砖勾缝胶产生裂缝甚至连面砖也被拉裂。如果水从裂缝处渗入会直接对钢丝网产生锈蚀。③荷载过大产生挤压裂缝且对抗震安全性产生不利影响：在粘贴瓷砖时，必须保证聚苯板面层的荷载要小于40kg/m2.从以上分析可看出来，钢丝网架聚苯板外保温隔热体系靠水泥粘贴面砖来解决开裂问题是存在安全隐患的。因此，从构造上减轻荷载、减少开裂、控制热桥是该类外保温隔热体系应用于建筑节能时需要解决的关键。

（2）。胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热外饰面粘贴面砖体系 从构造设计及综合技术指标上看，胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热外饰面粘贴面砖是抗裂、抗震、抗风压、防火及耐候性等综合优势最多的体系。但对于严寒及寒冷地区第三步节能来说，由于保温隔热层厚度的加大，从经济因素方面不尽合理。采用胶粉聚苯颗粒外墙外保温隔热体系复合高效 保温材料（如聚氨酯硬泡）的方式既不增加厚度同时又充分利用了该体系理想的综合性能优势是该类外保温隔热体系的发展方向。

6、局部节点设计的缺陷（1）屋面及女儿墙未做保温隔热或保温隔热效果不好。女儿墙外侧墙体的保温在设计中往往忽视了对内侧的保温。极容易引起因为热桥通路变短而在顶层房间的顶板棚根处产生返霜结露现象。而采取保温措施，有 助于保护主体结构，使得因温度变化而引起的应力作用都发生在外保温层表面，避免了女儿墙墙体裂缝的发生。另外，在保温设计中也常常忽视对结构挑出部位如阳台、雨罩、女儿墙内外侧及压顶等部位的保温。这些被忽视的部位与被保温的部位相比，其温度受环境影响十分明显，由此而产生的的温差应力引起该部位与主体部位相接处产生裂缝。

（2）保温截止部位材质变换处节点设计。因为保温层与其它材料的材质的密度相差过大，使得材质间的弹性模量和线性膨胀系数也不尽相同，在温度应力作用下的变形也不同，极容易在这些部位产生面层的裂缝。同时还应该考虑这些部位的防水处理，避免因冻胀作用而导致体系的破坏，影响体系的正常使用寿命和耐久性。（3）老虎窗的保温处理。近几年在建筑设计中对屋面倡导平改坡，为了加强顶层房间的采光效果，多在坡屋面上设置了老虎窗。由于老虎窗处的线条过多，而在设计中这些线条又多以混凝土挑出，在其上如果再加 保温层势必导致线条既定比例关系的失调，所以为不破坏建筑的立面表现形式，只能放弃对该部分的保温处理，由于未对裸露部位的混凝土采取保 温处理而导致室内出现返霜、结露现象。

（4）面砖密缝粘贴，应力无处释放形成开裂。另外面砖密缝粘贴形成瞎缝，雨（雪）水浸渍及冻融破坏易引起开裂脱落。

（5）将增强网直接铺设在保温隔热层上，没起到抗裂作用反而形成了隔离作用。

（6）窗口周边及墙体转折处等易产生应力集中的部位未铺网格布来分散其应力，从而产生裂缝。

（二）材料

从严格意义上来讲，整套组成材料都应由体系供应商提供，体系供应商最终对整套材料负责。

1、保温隔热材料。膨胀聚苯板。用于外墙保温的聚苯板主要是密度在18.0～22.0kg/m3、尺寸稳定性≤0.30%的阻燃型膨胀聚苯板（模塑聚苯板）。由材料因素造成开裂的原因有：（1）聚苯板密度过低：采用15kg/m3以下的聚苯板作为墙体保温层材料，密度低、易变形、抗冲击性差，造成保温墙面开裂。（2）陈化时间不够。（3）材料粉化：由于工期长或隔年施工等原因，造成聚苯板表面粉化。（4）热熔缩：当聚苯板受热时会发生不可逆热熔缩变形引起保温面层开裂、空鼓。（5）所用的胶粘剂达不到外保温技术对产品的质量要求。挤塑聚苯板。挤塑聚苯板具有良好的闭孔结构、吸水率和导热系数都很低的优点，除了与膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温体系类似的原因外，还 有以下原因：（1）整个体系材料不配套。挤塑聚苯板虽然具有良好的保温防水性但由于其强度较高变形应力大、表面光滑、疏水难以粘接等原因在 国外主要用于屋面及地面±0以下墙面的保温。（2）挤塑板比膨胀聚苯板密度大强度高由于自身变形及温差变形而产生的变形应力也大。保温隔热浆料。以聚苯颗粒为主要原料的保温隔热材料。目前市场上该类保温隔热材料一类为获得国家重点新产品的胶粉聚苯颗粒保温隔热材料，该保温材料由胶粉料和胶粉聚苯颗粒组成，胶粉料作为聚苯颗粒的 粘结材料，胶粉料是由无机胶凝材料和少量有机添加剂采用预混合干拌技术生产。5%多种纤维和可再分散乳液粉末的加入，提高了保温材料的施工性和粘结强度。ZL胶粉料固化后形成的保温体系要比采用纯水泥材料制成的保温材料的导热系数低保温性能好。

2、防护层 由抹面砂浆与增强网构成的防护层对整个体系的抗裂性能起着关键的作用。玻纤网格布作为抗裂防护层软配筋的关键增强材料在外墙外保温技术中的应用得以快速发展。复合在抹面砂浆中增强网（如玻纤网格布）的使用，一方面能够有效的增加防护层的拉伸强度，另一方面由于能有效 分散应力，可以将原本可能产生的较宽裂缝（有害裂缝）分散成许多较细裂缝（无害裂缝）从而形成其抗裂作用。目前通常采用经表面涂塑的玻纤网格布，对于玻纤网格布我们不仅应规定其断裂强力值，而且应规定耐碱强度保留率，以确保玻纤网格布长期有效地发挥作用。玻纤网格布的耐碱性由玻纤品种、表面涂塑材质及涂塑量所决定。外墙外保温体系中所采用的玻纤网格布必须是由耐碱玻纤机织而成并经耐碱高分子材料涂塑的网格布。由于防护层材料而引起保温隔热墙面开裂的原因有：（1）直接采用水泥砂浆做防护层。（2）配制的抗裂砂浆虽然也用了聚合物进行改性，但柔韧性不够也易开裂；（3）抗裂砂浆层过厚；（4）使用了不合格的玻纤网格布。

3、饰面层

涂料饰面层。涂料饰面层应具有良好的防水及抗裂性能，当采用涂料饰面时，复合在抹面砂浆之上的腻子和涂料应着重考虑柔韧变形性而不是强度。由于饰面层材料引起的裂缝原因如下：（1）采用刚性腻子：由于腻韧性不够，无法满足抗裂防护层的变形而开裂。（2）采用不耐水的腻子。（3）采用不耐老化的涂料：由于该类涂料不耐老化，刚涂上去很好，但经过2年就会开裂、起皮。（4）采用与腻子不匹配的涂料。

面砖饰面层从材料方面考虑，引起面砖饰面层开裂、脱落的原因如下（1）在以玻纤网为增强材料的抗裂防护层上粘贴面砖，由于玻纤网网孔小、与砂浆屋裹不好、玻纤网形成隔离层，易引起面砖饰面层开裂、脱落。（2）使用水泥砂浆或聚灰比达不到要求的聚合物砂浆粘贴面砖：砂浆柔韧性小满足不了柔性渐变释放应力的原则，面砖饰面层易开裂、空鼓、脱落。（3）使用水泥砂浆或聚灰比达不到要求的聚合物砂浆进行面砖勾缝：砂浆柔韧性小无法释放面砖及砂浆本身由于温湿变化产生的变形应力，勾 缝砂浆处易开裂，造成环境水或雨雪水渗漏，面砖饰面层易空鼓、脱落；（4）使用了吸水率大的面砖：易造成粘结界面处粘结砂浆快速失水，拉拔强度达不到《建筑工程饰面砖粘接强度检验标准》JGJ110-1997标准规定的不小于0.4MPa要求，吸水后易遭受冻融破坏引起开裂、空鼓、脱落；（5）使用了不带槽的平板面砖：不易粘贴牢固，易脱落。

（三）施工

由于外墙外保温隔热通常是在施工现场完成，施工的质量对外墙外保温隔热体系质量的保证是非常重要的。

1、基层处理及保温层在基层上的粘贴/固定

基层处理及保温层在基层上的粘贴/固定施工中，以下问题易造成保温体系质量问题：（1）基层表面的平整度不符合外保温工程对基层的允许偏差项目的质量要求。（2）基层表面没有对其进行界面处理。（3）所用的胶粘剂达不到外保温技术对产品的质量、性能要求或采用机械固定时锚固件的埋设深度和锚固数量不符合设计规范要求。（4）粘结面积不符合规范要求，粘结面积过小，未达到粘结面积的质量规范要求。（5）基层墙面过于干燥在粘贴保温板时没有对基层进行掸水处理或雨后墙面含水量过大还没有等到墙面干燥就进行保温板的粘贴，造成粘贴失败。

2、涂料饰面外保温隔热施工因素 由于施工因素造成涂料饰面外保温隔热墙面开裂的原因有：（1）网格布干搭接或搭接不够：在搭接处形成裂缝；（2）网格布铺设位置贴近保温隔热层：起不到抗裂作用，抹面砂浆层易产生裂缝。（3）门窗洞口的四角处沿45°未加铺玻纤网格布：在应力集中的门窗洞口的四角处沿45°易出现裂缝。（4）冬施：易出现开裂、空鼓、脱落。（5）粘贴聚苯板时，一端翘起，引起另一侧的板面虚贴、空鼓。在施工时敲、拍、震动板面引起胶浆脱落。（6）墙面平整度不好又没进行基层找平时，粘贴聚苯板通常采用以下方法，均存在缺陷：①通过调整点粘粘结砂浆厚度来调整。②用不同厚度的板或多层板来调整平整度。此法造成荷载不均，施工不规范，易出现问题。③采用打磨方法找平。此法破坏了聚苯板表面致密结构，影响与抹面砂浆的粘结。且打磨厚度过大时也降低了保温层的保温效果。（7）当面层的增强材料为钢丝网时，没有采用抗裂砂浆做面层抹灰材料，（8）施工面层时在太阳曝晒下进行或在高温天气下面层保水性能不足，导致面层失 水过快引起开裂。（9）在腻子层尚未干燥或刚淋过雨的情况下，直接在上面涂刷透汽较差的高弹性面层涂料。造成面层涂料气鼓。

3、面砖饰面外保温隔热施工因素

由于施工因素造成面砖饰面层开裂脱落的原因有：（1）基体未清理干净、表面太光滑、有脱膜剂；（2）墙体表面垂直度、平整度偏差大，靠增加粘结砂浆厚度的办法调整饰面的平整度，造成粘结砂浆超厚，因自重作用下坠，造成粘结不良。（3）粘结前需要面砖浸水而未浸水，表面积灰，砂浆不宜粘结，而且由于面砖吸水，把砂浆中的水分很快吸收使粘结砂浆与砖的粘结力大为降低。（4）由于需要浸水的面砖浸水后粘结前未擦干/凉干，粘结面形成水膜，消弱了粘结砂浆与砖的粘结力。（5）当采用密缝粘贴面砖时，由于面砖饰面层受热应力影响而产生的变形应力得不到释放，易发生空鼓开裂。同时由于密缝粘贴面砖时形成“瞎缝”，砖缝无法勾缝易形成雨水渗漏；女儿墙檐口、雨蓬、窗台、阳台栏板等具有上平面和水平阳角的部位以及水落管出水口的下部等易发生问题。主要原因是角部砖缝对接不良，上平面易积存雨雪水，这些水分会侵入缝隙中；面砖吸水率过大时，水通过面砖被吸入到砖坯中；以上这些侵入水经日夜或季节冻融作用使粘结层受到破坏，发生开裂、脱落，并向大面积发展。结 语 外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比，技术合理，有其明显的优越性，使用同样规格、同样尺寸和性能的保 温材料，外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程，也适用于旧楼改造，适用于范围广，技术含量高；浅论新型建筑墙体材料及墙体外保温技术

夹心保温墙体论文 篇3

山东农业大学开发了一种将秸秆压缩块插孔混凝土空心砌块制成夹心秸秆混凝土砌块的方法[1],弥补了单纯的混凝土空心砌块和秸秆块2种结构的不足(见图1)。

项目组前期进行了大量关于夹心秸秆混凝土砌块研发的基础性试验研究[2,3,4,5],在实验室已对夹心秸秆混凝土砌块及混凝土空心砌块的单片墙体进行了传热系数试验研究,测得混凝土空心砌块的传热系数为1.57 W/(m2·K),夹心秸秆混凝土砌块的传热系数为1.08 W/(m2·K)[6,7]。为了更好地研究该砌块在实际建筑环境中的保温性能,项目组在山东省泰安市建造了夹心秸秆混凝土砌块的试点建筑(见图2)。该建筑由单层3间房间组成,层高4.9 m,墙体两侧抹水泥砂浆,总厚度为210 mm。

图3为该建筑平面示意,墙体所用砌块以中轴线为界分为2部分,图3左侧部分由夹心秸秆混凝土砌块砌筑而成,右侧部分以混凝土空心砌块砌筑而成。为满足抗震要求,增强房屋的整体性能,墙体内部每隔一定距离布置钢筋混凝土芯柱。

1 试验

1.1 试验简介

试验以试点建筑两侧的房间墙体为研究对象,对称共选4个测点,测点布置如图3所示,采用冷(热)箱式围护结构传热系数测试装置(见图4)。

1.2 测点及传感器的布置

(1)确定热流计板和温度传感器在墙体上的布置位置,一般以箱体中央位置为优。

(2)用一定量凡士林涂抹布置点,然后将2块热流计板和2个温度传感器布置至测点位置。

(3)用透明胶带固定各热流板及传感器。

1.3 数据处理方法

箱体一侧温度设置为40℃,另一侧为环境温度(日平均温度低于10℃),确保两侧空气温度差值大约30℃。数据每隔5 min采集1次,连续采集并观察温度和热流的变化,待内外墙温度值与热流值基本稳定2 d,试验结束,取稳定后的数据,忽略太阳辐射的影响,根据GB 50176—93《民用建筑设计规范》计算,墙体的热阻和传热系数。

热阻计算采用算数平均法,见式(1):

式中:R——围护结构n次热阻测量值平均值,(m2·K)/W;

T1i——围护结构内表面第i次温度测量值,K;

T2i——围护结构外表面第i次温度测量值,K;

qi——热流密度第i次测量值,W/m2。

传热系数K的计算如式(2)所示:

式中:K——围护结构n次传热系数平均值,W/(m2·K);

Ri——内表面换热阻,(m2·K)/W,按照GB 50176—93规定采用;

Re——外表面换热阻,(m2·K)/W,按照GB 50176—93规定采用。

2 试验结果分析

试验墙体侧墙温度随时间变化曲线见图5,试验墙体侧墙传热系数随时间变化曲线见图6。

由图5可知,混凝土空心砌块墙体与夹心秸秆混凝土砌块墙体的外墙温度皆处于不断变化状态,且变化趋势都与室外气温相似;而内墙温度则与热箱温度密切相关且变化趋势相近。图5(a)中芯柱处内外墙的温度差与混凝土空心砌块处变化趋势相近,而图5(b)中芯柱处内外墙的温度差明显小于夹心秸秆混凝土砌块处。

由图6可见,约20 h后传热系数基本趋于稳定,根据传热达到稳定状态时的数据得到墙体平均传热系数(见表1)。

3 结论

(1)夹心秸秆混凝土砌块侧墙处的夹心秸秆混凝土砌块平均传热系数为1.04 W/(m2·K),混凝土空心砌块侧墙处混凝土空心砌块的平均传热系数为1.40 W/(m2·K)。相比可知,夹心秸秆混凝土砌块侧墙处的小麦秸秆块混凝土砌块传热系数较混凝土空心砌块处墙体低25.7%。与前期实验室墙体保温试验数据对比,数据较吻合,验证了实际应用中夹心秸秆混凝土砌块建筑节能方面的可行性和优越性。

(2)混凝土空心砌块侧墙处钢筋混凝土芯柱传热系数较夹心秸秆混凝土砌块侧墙处钢筋混凝土芯柱的传热系数减小7.7%,钢筋混凝土芯柱处为保温薄弱环节,在实际应用中需要采取措施增强该部位的保温性能。

参考文献

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夹心复合墙体抗震性能试验研究 篇4

随着时代发展以及建筑节能65%目标的提出, 传统砌体结构已不能满足现代建筑对节能的要求, 据资料统计[1], 中国建筑能耗的总量呈现逐年上升的趋势, 其中, 通过建筑围护结构消耗的能量较大。由此可见, 开发节能型建筑围护结构有着重要的社会意义, 夹心复合墙体的研究正是基于这个背景提出的。从夹心墙体的组成来看 (见图1) , 该类墙体是由外叶墙、内叶墙、连接件、保温层通过设置异型构造柱、节能圈梁组合形成的新型复合墙体[2,3]。外叶墙采用具有表面装饰特性的多孔砖砌成, 免除外墙的二次装饰, 采用工业废渣替代黏土烧结而成, 选材符合节地政策, 将保温层放置在夹心墙中间, 起到了良好的保温隔热作用, 符合节能政策。

作为砌体结构主要受力构件, 夹心复合墙体整体承重的受力特点及抗震性能不同于以往有的仅考虑内叶墙作为承重构件。本文通过对墙体在低周反复荷载作用下的试验, 重点介绍夹心墙体的主要破坏形态和破坏过程, 分析夹心墙体的受力特点、拉结筋的受力情况和夹心墙体整体承重时的承载能力、延性、耗能等性能。

1 试验概况

1.1 试件设计

本次试件设计不同于传统的内墙承重, 而是以内、外叶墙均承重为考察对象, 采用2种材质烧结形成的多孔砖, 分别采用普通构造柱和异型构造柱、节能圈梁[如图1 (b) 所示, 不连续放置保温板以降低冷桥效应]作为实验要素, 混凝土强度等级为C40, 设计砌筑砂浆强度为M7.5, 页岩烧结多孔砖 (方孔) 抗压强度为30 MPa, 普通烧结多孔砖 (圆孔) 抗压强度为10 MPa。内叶墙厚为240 mm, 外叶墙厚为115 mm, 保温板厚为50 mm, 采用“Z”形拉结筋连接。内构造柱[见图1 (a) ]纵筋采用4Φ12, 箍筋采用Φ6;异型构造柱[见图1 (b) ]纵筋采用8Φ12, 箍筋采用Φ6。本次试验共3片墙体, 试件设计参数见表1, 试件尺寸均为1760 mm×1300 mm。W1-FF表示内、外叶墙均为方孔砖, 构造柱为异型构造柱;W1-YF表示内叶墙为圆孔砖, 外叶墙为方孔砖, 构造柱为异型构造柱;W1-YFN表示内叶墙为圆孔砖, 外叶墙为方孔砖, 构造柱为内构造柱。

1.2 试验加载设备

参照JGJ 101—96《建筑抗震试验方法规程》进行试验, 采用100 t MTS电液伺服结构试验系统配合反力架进行竖向和水平荷载的施加。试件基础用地槽螺栓固定在试验台座上, 千斤顶采用滚轴支座, 可随试件水平位移而自由移动, 使竖向荷载始终垂直于地面。试验中通过千分表量测基础的滑移。竖向荷载通过门式钢架施加, 千斤顶与钢架之间设置滚轴。为了准确控制竖向荷载, 在千斤顶下安放压力传感器。水平荷载通过水平反力架和电液伺服动作器施加[4]。

1.3 试验加载制度

竖向荷载施加方案:首先将竖向荷载1次加至要求值 (设计值为0.30 MPa) , 加载点位于墙顶面形心, 使外叶墙也参加工作, 这样更符合夹心墙实际的受力状况。在整个试验中, 竖向荷载值保持不变。水平荷载采用荷载-位移双控制的方法进行加载试验:仪器检查完后, 开始施加水平荷载进行预推。墙体开裂前, 采用荷载分级加载控制, 每级荷载往复推拉1次, 直至墙体开裂;开裂后, 进入位移控制加载阶段, 以某一变形量为极差进行加载, 直到压力下降到极限荷载的85%时试验停止[5]。

1.4 测点布置与数据采集

钢筋应变片的布置见图1, 墙面内测点为连接内、外叶墙的拉结筋, 构造柱、圈梁内测点为主筋。

2 夹心墙的破坏形态

夹心墙在地震作用下, 当被异型构造柱整体约束时, 其破坏形态与设置内构造柱不同 (如图2所示) 。由于影响制作墙体的因素较多, 因此, 2种构造且材质不同的墙体受力尤为复杂和多样。墙体在反复水平荷载作用下的破坏过程大致经历了以下3个阶段[6]。

弹性阶段:在水平荷载达到极限荷载30%前, 夹心复合墙体的受力性能表现为弹性, 其滞回环呈明显的线性关系, 往复荷载回位后, 墙体内的残余变形很小, 内外叶墙均未出现裂缝。这一阶段, 整体约束使得夹心复合墙体可视为1种内、外叶墙与拉接件共同协调工作的复合墙板。水平荷载达到极限荷载30%以后, 墙体内的残余变形逐渐有所增加。

弹塑性阶段:当水平荷载达到极限荷载70%~80%时, 外叶墙中部首先沿砂浆出现微裂缝, 而内叶墙随后才沿砂浆出现裂缝, 裂缝在一定范围内出现延伸。设置内构造柱的夹心墙, 出现裂缝的荷载明显低于设置异型构造柱的夹心墙, 且外叶墙裂缝分布相对比较集中在砂浆砌筑界面, 装饰砖几乎未受影响;而整体约束的夹心墙, 当内、外叶墙所用材质强度等级不同时, 呈现出内叶墙砖强度等级高的开裂荷载高。

破坏阶段:当水平荷载达到极限荷载时, 墙体中的斜裂缝已延伸至构造柱, 并逐步形成沿对角线方向贯通整个墙体的斜裂缝, 内叶墙裂缝主要集中在构造柱附近。设置内构造柱的夹心墙外叶墙裂缝仅显示单一X型裂缝, 裂缝最大宽度可达20 mm;而设置异型构造柱墙体的外叶墙裂缝呈现复杂的X型裂缝, 裂缝最大宽度为8 mm, 且部分外叶墙墙面有砖面起鼓剥落现象。作为夹心墙结构体系的主要抗侧力构件虽达到极限状态, 但仍可以承担全部的竖向荷载, 具有良好的抗倒塌能力。

3 夹心墙的抗震试验

3.1 滞回曲线 (见图3)

从滞回曲线可以看出, 设置内构造柱的墙体[见图3 (a) ], 在弹性阶段初期滞回曲线基本为直线;随着荷载的增大, 试件逐步进入弹塑性阶段, 滞回曲线呈梭形, 滞回环的面积也明显增大, 出现残余变形, 刚度明显退化;荷载继续增加, 裂缝增多, 滞回曲线向弓形发展, 滞回环的面积变的更大。

设置异型构造柱的墙体[见图3 (b) ], 在初期的弹性阶段滞回曲线基本为直线;随着荷载的增大, 试件逐步进入弹塑性阶段, 滞回曲线逐渐呈梭形, 滞回环的面积也明显增大, 但残余变形明显不同, 即刚度退化较慢;荷载继续增加, 裂缝增加较少, 滞回曲线向弓形发展, 滞回环的面积增加比只设置内叶墙构造柱的墙体少, 尤其是当内外叶墙的材质及强度等级不同时。

内墙使用方孔砖砌筑的墙体比使用圆孔砖的墙体抗震极限荷载高, 极限变形大, 说明材质与构造组成对夹心墙抗震性能的影响较大。从图3可以看出, 设置内构造柱墙体的滞回曲线较为饱满, 耗能性能较好;设置异型构造柱的墙体滞回曲线较为扁平, 耗能性能较差。

3.2 骨架曲线

骨架曲线为荷载变形曲线各加载循环的峰值点所连成的包络线[7]。骨架曲线可以反映墙体的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载和延性特点 (见图4) 。

从图4可以看出, 尽管2个墙体的骨架曲线趋势相似, 但不同的构造仍存在明显的特征:设置异型构造柱的墙体开裂荷载远远大于设置内构造柱的墙体, 骨架曲线基本为直线;开裂后墙体骨架曲线有弯曲, 但荷载仍会上升;当到达极限荷载后, 曲线开始下降, 承载力和刚度退化较慢, 荷载值并未急剧下降;当荷载下降到极限荷载的85%时, 墙体仍具有一定的承载能力和变形能力。曲线下降段均缓和, 说明夹心复合墙体延性较好。

3.3 刚度退化曲线

在反复荷载作用下同强度的衰减一样, 刚度也存在衰减的过程[8]。试验得出的墙体刚度退化曲线见图5。

从图5可看出, 在墙体开裂之前, 其刚度下降很快, 通常在墙体出现宏观裂缝时, 刚度已经下降到初始刚度的40%左右, 其主要原因是裂缝的产生和发展破坏了墙体内部结构;从墙体开裂至明显屈服的过程中, 刚度继续下降, 但下降较为缓慢, 主要原因是裂缝不断发展为主裂缝, 同时内、外叶墙间的拉结筋协调了两叶墙的变形, 限制了裂缝的迅速发展;最后, 从墙体屈服到极限状态的过程中, 刚度下降得越来越缓慢, 这一过程主要是主裂缝贯通, 并伴随次生裂缝的发展, 因此刚度退化较稳定。与其它墙体的骨架曲线比较发现, 设置异型构造柱的墙体刚度衰减过程比设置内叶墙构造柱的墙体长。

3.4 承载能力和变形性能

墙体的极限承载力以试验的实测值为准, 并取正、反两个加载方向上极限荷载绝对值的平均值。其中Pc和Δc分别为实测开裂荷载和位移, Pu和Δu分别为实测极限荷载和位移, Pf和Δf分别为实测破坏荷载和位移, 具体试验结果见表2。

由表2可以看出, 设置内构造柱的墙体, 其开裂荷载及极限荷载明显小于设置异型构造柱的墙体;而同样为设置异型构造柱的夹心墙, 又因内、外叶墙材质的相同强度等级表现的最佳, 其开裂荷载达1.5倍;从破坏变形看出, 墙体极限位移最大, 说明对于夹心墙而言, 为了更好发挥其外叶墙材质的优势, 以异型构造柱的形式设计墙体受力, 可以较大提高该墙体的抗震性能;并且内、外叶墙的材质以及强度等级的匹配、构造柱的设置等直接影响墙体的抗震性能。由于内、外叶墙均受到梁柱的约束, 总的开裂能量被分布在两叶墙中, 好似1个耗能装置, 从而有效提高试件的变形性能, 与只有内叶墙约束的墙相比, 裂缝被限制在一定范围之内, 在反复荷载作用下, 还能继续有效地承受荷载, 此时墙体也能参与试件的抗侧力体系工作, 承载能力明显提高。

3.5 延性、耗能性、等效粘滞阻尼比

延性系数是结构抗震设计中1个重要参数, 是评价墙体变形能力的特征之一[9]。本文采用位移延性系数μ来表示延性的大小, 即根据输入总能量不变原理, 结构或构件的延性系数等于破坏荷载对应位移Δu与等效屈服位移Δy (采用面积互等法计算[7]) 之比。

墙体耗能性能用能量耗散系数Φ来衡量, 即在1个加荷循环过程中吸收的能量与该循环过程中的总变形能的比值。Φ值越大, 说明试件吸收能量就越多, 则试件的耗能性和抗震性越好。

等效粘滞阻尼比ξeq=Φ/2π。墙体等效粘滞阻尼比ξeq越大, 其耗能效果也越好。夹心复合墙体的延性系数、耗散系数及等效粘滞阻尼比见表3。

从表3可以看出, 荷载到达极限荷载时墙体的等效粘滞阻尼比都较大, 极限荷载之后随着位移的增大等效粘滞阻尼反而减小。原因是:加载初期, 墙体的耗能主要依靠墙体各部分的微小变形;随着位移的加大, 裂缝不断增多, 在反复荷载作用下, 开裂面间的相互摩擦、钢筋拉伸、构造柱圈梁的束缚以及墙体的塑性变形都消耗了大量的能量, 耗能能力加强。临近破坏时, 位移出现滑移, 墙体破坏严重, 耗能作用受到一定程度的削弱, 因而粘滞阻尼系数有所降低。极限荷载时的等效粘滞阻尼比平均为0.132, 破坏荷载时的等效粘滞阻尼比平均为0.111, 下降约16%, 表明墙体随变形的增大, 直至最终破坏, 其等效粘滞阻尼比下降并不大, 显示出该墙体具有较好的耗散地震作用的能力。设置内构造柱的墙体延性系数低于设置异型构造柱的墙体, 即内外叶墙均被约束受力的墙体延性较好;同时, W1-FF内外叶墙延性系数均稍大于W1-YF, 显示不同材质的砌体材料由于变形等方面不同影响了墙体延性。

3.6 钢筋的受力分析

W1-YFN、W1-YF、W1-FF有以下共同点:

(1) 在反复荷载作用下, 构造柱底部竖向钢筋受弯大于受剪, 呈反复拉压状态, 外侧底部钢筋及部分中部钢筋受拉屈服。底部钢筋的受拉屈服荷载小于中部, 建议夹心墙构造柱两端钢筋应保证一定的加密设置。

(2) 部分拉结筋发生屈服现象, 尤以墙体主拉应力区域的拉结筋屈服较多, 其它部位屈服较少或未屈服, 表明拉结筋钢筋发挥了拉结内外叶墙的作用。拉拔试验结果表明, 拉结筋效应的发挥程度主要取决于砂浆的粘结力及钢筋的锚固手段, 砂浆强度越高, 粘结钢筋的作用越好;另外, 同一灰缝内受力钢筋的数量也影响钢筋效应的发挥, 少量配筋比大量配筋发挥的效应高。

不同点是:设置内构造的墙体构造柱中部钢筋屈服较多, 设置异型构造柱的墙体构造柱中部钢筋屈服较少, 这与试验观测到的设置内构造的墙体构造柱中部混凝土表面破损较严重的现象一致, 说明异型构造柱促使了内外叶墙共同受力, 抵抗地震作用的能力较好。

4 结 论

(1) 内、外叶墙均设置构造柱, 内、外叶墙材质相同、强度等级相同的夹心墙开裂荷载明显高于内、外叶墙强度等级不同的夹心墙。

(2) 夹心复合墙体的滞回曲线、延性系数及耗散系数等抗震指标表明, 设置异型构造柱的夹心墙的抗侧刚度、变形能力和耗能性能均优于设置内构造柱的夹心墙。

(3) 设置拉结筋能较大程度地提高墙体的变形能力, 拉结筋对防止已开裂的外叶墙在地震作用下脱落、坍塌甚至被“甩出”有重要作用。

(4) 拉结筋的设置对于夹心复合墙体至关重要。拉结筋的形式以及如何设置其在水平及竖直方向上的分布, 使墙体具有最佳的抗震性能, 有待于进一步研究。

参考文献

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夹心复合墙体拉结筋受力性能分析 篇5

由于夹心墙具有内外叶墙的构造形式,所以拉结筋是夹心墙砌体结构中不可或缺的一个环节。当夹心墙砌体在外力荷载作用下,没有开裂之前,拉结筋的主要作用是协调内、外叶墙的变形;当墙体开裂之后,拉结筋除了协调两叶墙体的变形之外,对墙体的开裂还有一定的约束作用[1,2,3]。

拉结筋能够协调墙体内外叶之间的变形,提高墙体的整体性及延性性能,使墙体能够在温度、沉降以及砌体材质不均匀等产生变形的情况下,保证已开裂墙体不致于脱落、倒塌。但是,拉结筋对在内外叶墙片间可靠地传递内力,以及提高反复荷载作用下墙体整体的强度、刚度方面的作用不大。

2 拉结筋的布置及要求

夹心墙拉结筋能够充分发挥拉结作用,一个重要的前提是在砌体内如何布置。如果间距过大,拉结的效果就会降低;如果间距过小,拉结的效果虽然得到提高,但是在增加了施工难度,增大了建筑物成本的同时,还会因为拉结筋穿过苯板保温层产生的热桥多,墙体的保温隔热效果也会降低。因此,国内外一些规范也对夹心墙拉结筋的布置做了相关的规定。

美国建筑统一规范(UBC)中对拉结筋布置的要求是:每平方米夹心墙内Φ3.8不少于4根,Φ4.8不少于2.4根;拉结筋应竖向交错布置,其最大间距,水平为900 mm,竖向为600 mm;允许用矩形或者Z字形拉结筋拉结任何块体;拉结筋应具有足够的长度,以连接(咬合)所有墙片,拉结筋在墙体内的部分应全部埋入砂浆或者混凝土中,拉结筋端部弯折90度,弯折长度不小于50 mm。

我国《砌体结构设计规范》(GB 50003-2001)对夹心墙拉结筋的规定是:Z字形拉结筋直径不应小于6 mm;拉结筋应沿竖向梅花形布置,拉结筋的水平和竖向最大间距分别不宜大于800 mm和600 mm,对有抗震或者抗震设防要求时,分别不宜大于800 mm和500 mm;拉结筋在叶墙上的搁置长度,不应小于页墙厚度的2/3,并不宜小于60 mm。

为了能够给夹心墙研究提供更加丰富翔实的实验数据,让夹心墙的拉结筋能同时兼顾墙体稳定和经济实用,在满足了国内外规范要求的前提下,分别使用了直径为6 mm的冷拔钢丝(S)和6 mm的热轧钢筋(J)两种材料制作的Z字形拉结筋。所使用的热轧圆钢经过检测,屈服应变为1145;冷拔钢丝由于没有明显的屈服点,检测其σ0.2所对应的应变为1367。两种材质的拉结筋交错分布,整体呈梅花状[4,5]。具体布置情况如图1所示。

3 试验过程

本试验采用西安建筑科技大学结构实验室的MTS电液伺服结构试验系统进行试验。水平荷载通过100t电液伺服动作器配合反力架进行竖向和水平荷载的施加,其推力由作动器直接作用在墙片的侧面顶部,拉力则通过4根钢拉杆传到墙片圈梁的另一端。竖向荷载通过二级钢分配梁施加(如图2所示),千斤顶采用滚轴支座,可随墙片水平位移而自由移动,使竖向荷载始终垂直于地面。墙片底梁用水平压梁固定在试验台座上[6]。本次试验制作三片墙体试件,编号分别为:W2-FYN,W2-FY,W2-FF。

4 拉结筋受力分析

试验在拉结筋中部设置应变片监测点,由于试件在反复荷载作用下拉结筋的应变比较复杂,各试件拉结筋在低周反复荷载下的应变曲线分别见图3、图4、图5。

整理三个墙片的拉结筋的应变值范围,见表1。

通过表1可以看见多数的拉结筋受力范围都比较小,只有W2-FF的拉结筋J09出现屈服。

砌体结构拉结筋在地震力作用下应力变化很复杂,具有很高的随机性,因此在处理拉结筋应变时,很多人经常采用的只是将墙片在开裂荷载、极限荷载和0.85极限荷载时所对应的拉结筋应变挑选出来,然后简单的对比分析。这样的做法虽然提高了分析效率,简洁明确,但是往往也忽略了拉结筋应力变化的整体性。看似杂乱无章的拉结筋应变曲线之中,其实也是有一定的基本规律可以寻找的。

通过拉结筋应变曲线可以看出,不管单个拉结筋受到的是拉力还是压力,每个拉结筋应变都是随着墙片水平往复作用力的逐渐增加而增加。但是在每个循环作用下的增加并不是单纯增加,在同次循环的相反作用力下会有一定程度的降低。这一现象在各拉结筋曲线中表现不一,有些呈现很明显往复受力,甚至是拉压之间的转换;而有些只是拉或者压应变的循环递增。这个特征刚好体现了夹心墙在受到外力作用下,内外叶墙通过拉结筋的拉压,相互协调作用的状态[7]。

其次,每个拉结筋的应变变化在夹心墙出现开裂之前基本都能够符合上述规律,在墙体开裂到极限荷载之间,上述的规律性被进一步扩大。但是当水平力到达墙体的极限荷载之时,拉结筋的应变会突然失去控制,有的会出现拉压应变之间的瞬间转换。这是由于极限荷载到来之前,拉结钢筋传导受力主要依靠钢筋与砂浆接触面上的粘结力,钢筋在灰缝中是固定的;极限荷载之后,夹心墙的灰缝损坏严重,拉结筋的拉压传导主要依靠砖缝之间的干摩擦,拉结筋有一定的松动,在往复力的作用下,变形增大的墙体,其内外叶墙的间距变化会发生突然转变,从而导致拉结筋拉压状态的改变[8]。

5 结语

拉结筋并不能提高墙体的初裂荷载,但是可以有效控制裂缝的发展速度,推迟裂缝贯通的时间。拉结筋使得夹心墙的内、外叶墙之间形成了封闭的箱形截面,让外叶墙在协调内叶墙一致的同时,进而在一定程度上间接地提高了内叶墙的承载力。另外,拉结筋很大程度上约束了墙体的侧向位移,特别是保护层的侧向位移。

拉结筋应力变化非常复杂,造成这么复杂的变化情况,是由于有外在加载和内在砌筑材质、砌筑质量等诸多因素的影响。但是即使如此,拉结筋在水平反复荷载下所具有的规律性通过仔细研究还是能够寻找到,它的变形同时也体现了内外叶墙在平面竖向内的变形情况。

夹心墙拉结筋整体工作性能良好,个别出现屈服的原因是在某根钢筋上产生的应力集中现象所形成。所以在设计时也可以考虑使用经济成本比较低廉的冷拔钢丝制作拉结筋。

参考文献

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[6]Adrian W.Page:Finite Element Model for Masonry[J].Journal of the Structural Division,ASCE,1978.

[7]施楚贤.砌体结构理论与设计(第二版)[M].中国建筑工业出版社,2003.

夹心保温墙体论文 篇6

目前, 北京、天津、哈尔滨、河南、兰州等地区都开始实施第三步节能设计标准, 第三步节能设计标准的节能率从50%提高到65%, 即外墙传热系数将从1.35W/ (m2·k) 降低到0.6W/ (m2·k) , 约降低到原来的1/2[1,2]。

墙体的保温是实现建筑节能的基础, 为了达到节能65%的要求, 在建筑工程具体实施时, 一般的外墙做法有四种:外墙外保温、外墙内保温、夹心墙、混凝土自保温砌块砌体[3]。在严寒地区, 多采用外墙外保温的施工技术, 该技术是通过在基层墙体外面附加聚苯板, 聚氨酯保温砂浆等保温性能良好的绝热保温材料, 使墙体满足保温隔热要求。该保温体系生产成本较高、施工难度大、检测费用高, 导致其建筑造价高, 还存在开裂、空鼓现象, 尤其是防火性能较差[4]。另外, 由于外墙外保温体系受材料的限制, 其设计寿命一般不超过25年, 难以实现与建筑物同寿命的要求, 外墙装饰也具有一定的局限性, 并且需定期维护和维修[5]。而自保温砌块则与上述技术不同, 它把结构墙体与保温隔热体系融为一体。通常是选择一种砌块, 通过一些有效措施来提高砌块的保温隔热性能, 即用砌块砌筑的单一墙体自身就能满足保温隔热的要求。

本文对新开发的新型带有聚苯乙烯泡沫板的复合混凝土小型砌块砌体进行材料性能和抗压性能的试验研究。

1 夹心自保温混凝土砌块的块型优化

1.1 夹心砌块的块型

夹心自保温混凝土砌块砌体示意图见图1, 由三层混凝土板和两层夹心保温材料组成, 块型规格主要是K190 (390m×190mm×190mm) , 通过塑料拉结筋拉结, 增强砌块的整体性。砌块的顶部和侧面有凹槽和凸肋, 以减小灰缝冷桥。

为了达到在严寒地区高效节能的目的, 采用夹心自保温砌块内含两层保温材料, 重点提高其保温性能;此外从砌块的抗压强度出发, 优化砌块块型, 对于以下五种砌块进行抗压强度的研究。

图2为5个 (K1、K2、K3、K4、K5) 块型的示意图, 图2a为块型K1的示意图, 保温层与混凝土板两侧分别用6根塑料拉结筋连接的块型结构;图2b为块型K2示意图, 一侧由塑料拉结筋连接, 另外一侧由位于中间部位的3条混凝土拉接条和塑料拉接筋共同连接;图2c为块型K3的示意图, 一侧由塑料拉结筋连接, 另外一侧由位于上下对称的3条混凝土拉接条和塑料拉结筋连接;图2d为块型K4的示意图, 一侧由塑料拉结筋连接, 另外一侧由位于上下对称的4条混凝土拉接条和塑料拉结筋连接;图2e为块型K5的示意图, 两侧均由位于中间位置的3条混凝土拉接条和塑料拉结筋连接。图3为块型K1的三维模型图以及分解图。

1.2 轴心抗压试验

对以上五种块型的混凝土砌块进行抗压强度试验, 抗压强度试验参照GB/T 4111-1997《混凝土小型空心砌块试验方法》对15个的K190 (390m×190mm×190mm) 主规格小砌块进行试验, 每组三个试件[6]。

1.2.1 材料

制备混凝土时所用的水泥为吉林某公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥;细砂的细度模数为2.8, 粒径为0.25~3mm;碎石粒径为5~10mm。混凝土坍落度控制在152~165mm。

1.2.2 试件的制备

利用模具、聚苯乙烯保温板以及拉结筋进行模具的支护, 如图4为K3砌块模型模板的支护, 模板上的凹凸不平的纹路, 使砌块自带花纹, 起到装饰作用。

1.2.3 轴心抗压试验步骤

(1) 试件标养28d后, 处理试件的顶面, 使之成为相互平行的平面, 本文研究的夹心自保温混凝土砌块顶部带有缺口, 砌成墙体后该部分会填上砂浆, 用于将上一皮砖的荷载往下传递并与砌块共同受力, 故找平试件时应将砌块上部的缺口用砂浆填平。方法如下:先将钢板放稳并用水平尺找平, 在钢板上涂上机油, 均匀铺上3~5mm水泥砂浆, 再把砌块平稳压入砂浆层, 刮掉多余的砂浆, 然后在顶面铺好砂浆, 将事先涂油的玻璃板压住顶部砂浆, 用水平尺将其找平。室内自然状态养护3d。图5为找平前后对比图。

(2) 测量每个试件的长度和宽度, 标出试件轴线。

(3) 将试件至于承压板板上, 使试件轴线与承压板的压力中心重合, 均匀加载控制其在1min左右破坏。

1.2.4 试验结果分析

根据GB/T 4111-1997的相关规定可知, 单个试件的抗压强度值R可按照下列公式 (1) 进行计算:

式中:R为试件的抗压强度, MPa;P为破坏荷载, N;L为受压面的长度, mm;B为受压面的宽度, mm。

砌块抗压强度试验结果见表1。由表1数据可知, 在相同混凝土强度条件下, K2和K5块型的砌块强度较高, 而K1块型砌块在承受轴心抗压时, 侧面出现鼓起, 说明该块型砌块的整体性较差, 即产生失稳破坏。对比K1, 其余块型均增加了混凝土拉结条且未出现外鼓现象, 避免了因失稳破坏造成砌块总体抗压强度的下降。K3、K4强度较低, 不宜选取。K5块型的砌体混凝土拉结条贯穿了整个界面, 势必会对保温性能造成影响, GB 50574-2010《墙体材料应用统一技术规范》中规定作为外墙自承重结构材料, 强度要求不小于MU5.0[7]。综合以上分析, 最后选取K2块型为砌块的优化结构。

杨伟军[8]等对小砌块抗压强度进行理论分析认为, 砌块破坏有两个因素构成:砌块混凝土破坏和砌块失稳破坏组成的复合破坏。本文优选出K2块型的结构特点是: (1) 通过混凝土拉结条和塑料拉结筋连接的两层混凝土层组成的整体作为主要受力部件; (2) 通过塑料拉结筋与保温板以及受力主体部分连接, 且带有图案, 可直接作为外墙装饰面使用。

2 砌块的其他性能

2.1 干密度

测量试件的长度、宽度、高度, 分别求出各个方向的平均值, 计算每个试件的体积V, 精确至0.001m3。将试件放入电热鼓风干燥箱内, 在60℃温度下干燥24h, 然后每个2h称量一次, 直至两次称量之差不超过后一次称量的0.2%为止。待试件在电热鼓风干燥箱内冷却至于室温之差不超过20℃后取出, 立即称其绝干质量m, 精确至0.05kg。测量以及计算结果见表2。我国要求小砌块的块体密度也在1400kg/m3以下为佳, 该砌块符合要求。

2.2 抗折强度

抗折强度反映了砌块在砌体中承受复杂应力状态的能力, 它与砌块的抗压、抗弯、抗拉强度都有一定的相关性, 抗折性能好有利于砌块发挥抗压、抗弯、抗拉强度。若砌块的抗折强度不够, 不仅影响砌体的抗压能力, 且易在墙体上形成竖向裂缝。依据GB/T 4111-1997进行了K2 (190) 混凝土砌块的试验, 测定其抗折强度。试验装置如图6所示。

抗折支座由安放在底板上的两个钢棒组成, 其中至少有一根可自由滚动, 如图6。由直径为30mm的钢棒固定到钢板上, 试件数量为五个砌块。测量每个试件的高度和宽度, 分别求出各个方向的平均值。试件表面处理同抗压试验, 找平处理后, 自然养护3d, 然后进行抗剪试验。试验步骤, 将抗折支座置于材料试验机承压板上, 调整钢棒轴线间的距离, 使其等于试件长度减一个坐浆面处的肋厚, 再使抗折支座的中线与试验机压板的压力中心重合。将试件的坐浆面置于抗折支座上。在试件的上部1/2长度处放置一根钢棒。以250N/s的速度加荷直至试件破坏。记录最大破坏荷载P。结果计算与评定, 每个试件的抗折强度按式 (2) 计算, 精确至0.1MPa。

式中:Rz为试件的抗折强度, MPa;P为破坏荷载, N;L为抗折支座上两钢棒轴心间距, mm;B为试件宽度, mm;H为试件高度, mm。

试验结果见表3。砌块抗折强度一般不直接用来衡量工程质量, 但砌体的折压比也是材料力学的一个重要指标[9], 普通混凝土小型空心砌块抗折强度为其抗压强度的20%左右, 而此砌块的抗折强度达到其抗压强度的27%, 即折压比0.27。试件典型破坏形式如图7, 均是从传力杆至支座形成一条或两条主要斜裂缝突然断裂破坏。

注:支座轴距L采用360mm。

2.3 软化系数

2.3.1 试验目的及方法

材料吸水后一般会减弱内部的结合力, 即材料被水软化。材料在长期饱水的作用下强度不显著降低的性质称为耐水性, 耐水性是用软化系数表示的。软化系数就是材料饱水抗压强度与干燥时抗压强度的比值, 软化系数是体现砌块耐水性的一个重要指标。如果小砌块的软化系数太小, 使用该产品的建筑在空气湿度达到一定的程度后, 墙体就会因自身的重量而产生梁与墙体之间的横向裂缝。混凝土小型空心砌块规范并未对小砌块的软化系数做出要求, 但GB 15229-94《轻集料混凝土小型空心砌块》[10]中规定:加入粉煤灰等火山灰质掺合料的小砌块其软化系数比不应小于0.75。依据GB/T 4111-1997进行软化系数试验, 测定该砌块的软化系数。

2.3.2 试验结果

试验结果见表4, 此砌块的软化系数为0.95。饱水后砌块的强度虽有所下降, 但满足要求小砌块的使用要求 (≥0.75) 。

3 砌体抗压强度试验

3.1 试验设计

依据GB/T 50129-2011《砌体基本力学性能试验方法标准》[11]设计了一组标准试件, 试件尺寸如图8, 分别编号M1、M2、M3, 用同批次水泥砂浆, 同一个工人进行砌筑, 砌块采用K190主规格砌块及相应半块。试验步骤如下:

(1) 需要砌筑的试件首先找平, 然后采用同一批砂浆砌筑, 留一组标准砂浆试块, 砌体及砂浆试件在室内自然状态下养护28d后进行试验。按GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》的规定进行砂浆抗压强度试验。

(2) 以预估破坏荷载值10%反复预压3~5次, 两个宽侧面轴向变形值的相对误差, 不应超过10%。预压后, 卸去预压荷载, 逐级施加荷载。每级的荷载, 应为预估破坏荷载值的10%, 并在1min左右均匀加完;恒荷2min后施加下一级荷载。施加荷载时, 不得冲击试件。当试件承载力急剧下降和裂缝急速发展增多时, 则判定为该试件丧失承载能力而达到了破坏状态。其最大荷载读数即为该试件的破坏荷载值。

(3) 试验过程中, 观察和捕捉第一条受力的发丝裂缝, 记录初裂荷载值。荷载逐级增加时, 观察和描绘裂缝发展情况。

3.2 试验现象与结果分析

试件从加载到破坏和普通混凝土砌块相似, 大致经历三个阶段:裂缝的出现、发展和最终破坏[12]。图9为试件M2破坏形式以及裂缝示意图, 以M2为例介绍裂缝的发展趋势。第一阶段, 从砌体受压开始到压力增加到破坏荷载的35%~45%左右, 沿着竖向砂浆层向上产生较短的细裂缝, 继续施加荷载, 很快出现2号裂缝。之后细裂缝缓慢发展, 无明显变化。第二阶段, 荷载增加至80%~90%时, 砌块裂缝不断发展, 在竖向砂浆层和横向砂浆层交界处出现多条裂缝, 类似5号的裂缝, 砌体表面混凝土有少量剥落现象。第三阶段, 随着荷载的继续增加, 试件上的裂缝不断延伸、加宽, 当到达极限荷载时, 1、2和5号裂缝完全连通, 试件形成贯通裂缝, 试件完全破坏。

根据GB 50003-2011《砌体结构设计规范》[13]中所规定砌体轴心抗压强度平均值的计算公式进行计算, 计算公式如下:

式中:fm为砌体轴心抗压强度平均值, MPa;f1、f2分别为砌块和砂浆轴心抗压强度平均值, MPa;α、k1分别与砌块类别有关, 对于混凝土砌块k1取0.46, α取0.9;k2与砂浆强度有关, 此处取1。

对于本试验混凝土砌块k2>10MPa, 应乘以系数1.1-0.01k2, 最终计算结果为[13]:

表5中理论计算值与试验结果相差23%, 理论计算得到的数据较试验值保守, 相差较大, 对于复合型混凝土砌体砌块计算公式有待改进。

4 结论

(1) 通过对5种不同块型的砌块进行抗压强度试验, 最终选择K2为最终块型。

(2) 该砌块的干密度为1230.55kg/m3在允许范围内 (<1400kg/m3) ;平均抗压强度:6.63MPa, 可用作为建筑物的非承重外墙;平均抗折强度:1.81MPa, 折压比:0.27。软化系数:0.95均符合有关规定。

(3) 砌筑砂浆强度为15.37MPa时, 砌体轴心受压强度是6.46MPa, 达到单个砌块强度的97%。

摘要：通过对夹心自保温砌块块型的优化选择, 对材料性能、基本力学性能和砌体的轴心抗压强度进行了研究。结果表明, 块型规格为390m×190mm×190mm的夹心自保温砌块性能优越, 可用于非承重外墙使用, 满足砌体有关规范对材料性能、力学性能的要求, 且便于实际施工推广。

夹心保温墙体论文 篇7

在这种将保温材料置于外叶墙和内叶墙之间的节能夹心墙体,稳定性与传统的墙体相比较差。这种稳定性较差的节能墙体在实体建筑的应用过程中能否有效的抵抗风荷载、地震力,在水平惯性力和重力的作用下,砌体结构墙体通常会产生交叉的对角裂缝,造成严重的震害。因此,分析墙体在复合应力作用下的破坏形态是抗震性能研究的重要内容。当作用力较强时会出现什么样的破坏形态,对进一步研究这种墙体在结构安全方面的构造和设计形式十分重要。

1 夹心节能复合墙体的基本构造形式

夹心墙是将一定厚度的保温材料置于内外叶墙体之间的节能墙体[1],基本构造形式见图1所示。

2 试验方案

2.1 试件制作

本次试验制作3个墙片,竖向压力为0.3MPa,墙片设计参考《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-1996)[2],墙片的制作按照《砌体施工及验收规范》(GB50203-2002)的规定进行。墙片设计主要参数见表1,墙片示意图见图2。

注:W1-FF表示内外叶墙均为烧结页岩多孔砖,构造柱为全构造柱;W1-FY表示内叶墙为普通烧结多孔砖,外叶墙为烧结页岩多孔砖,构造柱为全构造柱;W1-FYN表示内叶墙为普通烧结多孔砖,外叶墙为烧结页岩多孔砖,构造柱为内构造柱。

2.2 试验过程

试验采用西安建筑科技大学结构实验室的MTS电液伺服结构试验系统进行试验。试验加载见图3所示,水平荷载通过100 t电液伺服作动器配合反力架进行竖向和水平荷载的施加,其推力由作动器直接作用在墙片的侧面顶部,拉力则通过4根钢拉杆传到墙片圈梁的另一端。竖向荷载通过二级钢分配梁施加,千斤顶采用滚轴支座,可随墙片水平位移而自由移动,使竖向荷载始终垂直于地面。墙片底梁用水平压梁固定在试验台座上。

3 墙片破坏形态

3.1 墙片破坏形态

W1-FYN和W1-FY墙片试验采取的是荷载-位移双控制加载方式,即每个级别推拉各一次,并持荷3 min～5 min。墙片的竖向压应力为0.3 MPa,墙片破坏后的裂缝分布分别见图4和图5。

W1-FF墙片试验采取的是荷载-位移双控制加载方式,即每个级别推拉各一次,并持荷3 min～5 min。在预加载完成后,开始以50 kN为级差进行反复推拉加载。墙片的竖向压应力仍为0.3 MPa,墙片破坏后的裂缝分布见图6。

3.2 破坏形态分析

通过上述试验表明夹心复合墙在低周反复水平荷载作用下的破坏过程大致经历了三个阶段:

a.弹性阶段

在水平荷载达到极限荷载30%前,夹心复合墙的受力性能表现为弹性,此时滞回曲线近似呈一条直线,往复荷载回位后,墙体内的残余变形很小,内外叶墙均未出现裂缝。这一阶段,整体约束使得夹心复合墙可视为一种内外叶墙与拉结件共同工作协调的复合墙板。水平荷载达到极限荷载30%以后,墙体内的残余变形逐渐有所增加。

b.弹塑性阶段

当水平荷载达到极限荷载70%～80%左右时[3],夹心外叶墙中部首先沿砂浆出现微裂缝,而内叶墙随后才出现砂浆裂缝,裂缝在一定范围内会出现延伸。在这一阶段,不同构造情况表现是不同的,W1-FYN内叶墙开裂荷载为331.1 kN,比W1-FY和W1-FF的开裂荷载小118 k N和169.2 kN,而外叶墙的开裂荷载比后两者小68.2 k N和170.3 kN。可见,只设置内叶墙构造柱的夹心墙出现裂缝的荷载明显低于内外叶墙设置构造柱整体约束的夹心墙[4];W1-FF内、外叶墙的开裂荷载比W1-FY分别大102.1 kN和51.2 kN,可见同是整体约束的夹心墙,内外叶墙所用材质强度等级不同时,呈现出内外叶墙砖强度等级高的,开裂荷载高。

c.破坏阶段

荷载继续增加,当水平荷载达到极限荷载时,墙体中的斜裂缝已延伸至构造柱,并逐步形成沿对角线方向贯通整个墙体的斜裂缝,内叶墙裂缝主要集中在构造柱附近,外叶墙裂缝呈现复杂“X”型的裂缝,而只有内构造柱约束的夹心墙外叶墙裂缝仅显示单一“X”型裂缝。此后进入位移控制的循环阶段,有砖面起鼓剥落现象,设置内构造柱墙片外叶墙裂缝宽度最大可达20 mm,设置整体约束构造柱的外叶墙裂缝宽度最大达8 mm。此时,墙体达到破坏阶段,作为夹心墙结构体系的主要抗侧力构件虽达到极限状态,但仍可以承担全部的竖向荷载,具有良好的抗倒塌能力[5,6]。

4 结语

通过夹心节能复合墙体低周反复荷载试验结合试验墙片的破坏形态综合分析表明全构造柱墙片承载力较内构造柱墙片有较大提高,墙片变形也较大。在低周反复荷载作用下,夹心复合墙的破坏阶段均可分为弹性阶段、开裂阶段和破坏阶段。不同构造设置的夹心墙破坏机理不同:只有内构造柱墙片外叶墙的破坏基本符合主拉应力原理,而内叶墙开裂前基本符合主拉应力理论,剪摩理论则能很好地解释内叶墙开裂以后的承载力极限状态以及承载力退化的现象;设置全构造柱的夹心复合墙,内、外叶墙裂缝的产生是由于主拉应力超过了墙片主拉应力强度的结果,开裂后符合剪摩理论。

参考文献

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夹心保温墙体论文 篇8

1 三明治墙板的制作工艺

根据DG/T J008—2158—2015, J13019—2015预制混凝土夹心保温外墙板应用技术规程的定义:由内、外叶混凝土墙板、夹心保温层和连接件组成的预制混凝土外墙板, 简称预制夹心外墙板。

以在平台模上制作三明治墙板 (见图1, 图2) 为例:

需要先制作外叶钢筋混凝土墙板, 然后设置夹心保温层, 最后浇筑内叶钢筋混凝土墙板成型 (见图3~图5) 。

在进行三明治墙板设计时需要考虑:由于三层材料之间没有相容性, 必须使用拉结件穿透保温层并锚入两层混凝土之中, 才能使三层不同材料可靠地连结在一起, 在受力荷载作用下整体受力协调变形, 同时又满足节能保温的要求, 还能使保温材料避免出现老化问题。

三明治墙板的拉结件经过几代的发展, 从金属拉结件、非金属拉结件发展到目前的高强复核材料拉结件。最初采用单片的钢筋焊架作为拉结件, 具有一定的导热性, 又形成冷热桥而造成热损失, 进而改用不锈钢制作的拉结件, 其导热系数远低于普通碳钢, 减少了拉结件的热损失, 同时提高了拉结件的耐久性。为了更有效地减少拉结件产生的热损失, 又升级为用非金属材料来制作拉结件, 如高强尼龙、高强塑料等, 但这类拉结件一般存在易老化和塑性疲劳的问题, 甚至出现过严重的质量安全问题, 已经逐渐被市场淘汰。随着高强复合材料技术开始兴起, 如GFRP (玻璃纤维复合) 、BFRP (玄武岩纤维复合) 、CFRP (碳纤维复合) 等材料, 由于复合材料强度高、导热系数低、弹性和韧性好, 目前被认为是制造保温拉结件的理想材料。《预制混凝土夹心保温外墙板应用技术规程》认可的连结件是FRP和不锈钢连结件, 当有可靠依据时也可以采用其他类型连结件 (见图6, 图7) 。

2 三明治外墙板与传统材料墙体的性能对比

三明治墙板的混凝土等级一般不低于C30, 与建筑物主体结构现浇连接部分的混凝土强度等级不低于预制部分设计混凝土强度等级。钢筋的选用及性能指标和要求应符合现行国家标准GB 50010混凝土结构设计规范的规定。夹心保温层材料可采用有机类保温板和无机类保温板, 有机类保温板燃烧性能不低于B1级, 无机类保温板燃烧性能不应低于A级。三明治墙板是集墙体制造、铝合金窗口安装、墙体节能保温、管线预埋、外围防护和外墙装饰等多道工艺于一体的复合型综合性技术墙体, 与传统墙体比较, 具有得天独厚的性能优势。

2.1 三明治外墙板与传统砌筑墙体的性能对比

传统砌筑墙体全部采用人工湿作业砌筑而成, 主要起外墙围护、隔音和防火等作用, 由于人工操作水平的差异和质量不稳定等因素的影响, 容易出现错缝、透光、漏风、渗水等质量缺陷, 为满足保温要求, 需要在砌筑墙体的内侧或外侧另外施作保温层。尤其是墙体外侧, 由于是高空作业, 往往施工质量控制难度较大, 很难做到质量可靠均衡。

相比之下, 三明治外墙板具有以下性能优势:1) 墙身为工厂预制混凝土构件内部配置钢筋桁架, 强度等级不低于C30, 成型规整, 质量稳定, 精准度高, 平整度好, 墙身无砌筑墙体通缝等缺陷, 尺寸精度可控制在±2 mm以内;2) 内叶墙、保温层及外叶墙通过可靠的连结件一次成型, 无需另做外墙保温, 保温层采用50 mm耐火等级B1级的挤塑板, 外饰面层采用60 mm厚钢筋混凝土包裹, 墙板整体防火性能可达到A级防火性能效果好, 墙身保温层和结构同寿命安全可靠, 兼具保温和防火功能于一身;3) 墙身平整度好, 基本无需采用抹灰找平来封闭砌筑缝隙以及顶砖塞砌, 预埋线盒、线管均在工厂预制于墙体中, 无需现场开槽和修补, 无工艺时间等待要求, 施工周期大幅缩短, 三明治外墙板采用焊接钢丝网片整体成型工艺质量高度可控, 抗弯抗裂性能优异且无外墙开裂和脱落风险;4) 预制夹心外墙板现场只需拼装、连接即可, 吊装过程中设置有效的临时防护工装可实现无外架施工, 高效省时省力又节材;5) 预留铝合金窗洞在工厂定型制作完成, 成型精度高质量好, 省去现场砌筑留设洞口工艺, 且无需二次修补洞口, 铝合金门窗工程可以严格按图纸提前下单排产, 适当考虑穿插施工可以大幅缩短铝合金门窗工程施工周期, 且安装完成后的防水性能优越, 大幅降低客户的门窗漏水维权风险。

2.2 三明治外墙板与传统保温材料的性能对比

传统的墙体保温是额外在已完成的墙体内侧或外侧施作保温层以达到墙体节能保温性能要求的。常用的外墙保温材料按材质分为有机、无机和复合材料三类, 按材料形态分为浆体和板材两类, 常见的有膨胀珍珠岩、玻化微珠、聚苯颗粒等。浆体保温材料多数为松散性材料、价格较贵, 存在受潮后保温性能下降等缺陷, 而且易燃或者可燃, 火灾隐患较大。目前在长沙已被淘汰, 详见CSCR—2014—06012长沙市住房和城乡建设委员会关于民用建筑保温工程禁止使用建筑保温浆体材料的通知。常用的板材保温材料为聚苯板、EPS (模塑聚苯板) 、XPS (挤塑聚苯板) 、岩棉板等, 其具有保温隔热性能好、整体性好、不易吸水、价格便宜等优点, 但同时具有可燃、易老化等缺点, 直接应用于墙体外皮容易老化, 不能与建筑同寿命, 由于安装方式的问题使用期间容易发生外墙面脱落, 现有的有机保温材料的设计寿命通常为20年~25年, 而建筑的设计寿命通常可达50年~100年, 建筑寿命期限内需要多次翻修, 工程量大, 翻修成本高。

与传统保温材料相比, 三明治外墙板具有以下特点:

1) 三明治外墙板保温层能在结构接缝密封混凝土的保护下同时承受高低温度变化、阳光照射、冻融、酸碱雨水腐蚀、外力摩擦穿刺等各类条件交互作用下, 仍能保持保温层与结构同寿命。2) 保温层与结构层在工厂预制完成, 在平台模制作过程中, 质量可控性远远高于高空竖向采用人工施作, 且保温层夹在内外叶混凝土墙板之间不会发生受热不均而起壳开裂, 永不脱落。3) 以60 mm+50 mm+50 mm三明治外墙板的耐火极限检测结果显示, 三明治外墙板的耐火极限超3 h, 且当火灾发生时, 夹心保温层处于厌氧燃烧状态, 每层墙板有防火隔离带, 燃烧不蔓延。4) 采用热工性能、力学性能、耐久性能优异的非金属复合纤维筋连结内外叶钢筋混凝土墙板, 中间采用保温性能优异的闭孔保温材料。墙体整体热工性能指标优异, 是全断桥夹心保温墙体, 不会产生热桥问题。5) 室外气候变化引起墙体较大温差时, 主要发生在墙体夹心保温层内, 由于混凝土的热惰性, 内层混凝土成为一个蓄能体, 中间的保温层成为一个热的绝缘层, 延缓热量通过墙板在内外层之间的传递, 从而使得室内温度变化较为缓慢, 热应力减小, 墙体温度应力产生的裂缝减少, 避免雨、雪、冻融、干湿循环造成的主体结构破坏, 故不易产生结露现象。6) 根据稳态传湿理论进行冷凝分析, 采用闭孔的不透气保温材料作为三明治外墙体保温层, 由于内侧的实体热容量大, 当室内受到不稳定的热作用, 内叶墙体和中间的保温层能够吸收或释放部分能量, 非常有利于室温保持稳定, 因此三明治外墙板内部不会发生冷凝现象。

根据对160 mm (60 mm+50 mm+50 mm) , 200 mm (60 mm+60 mm+80 mm) , 320 mm (60 mm+80 mm+180 mm) 三种不同厚度的三明治外墙板进行实体墙体保温性能检测, 经检测, 墙体传导热系数分别为K=0.534 W/ (m2·K) , K=0.486 W/ (m2·K) , K=0.368 W/ (m2·K) 。

2.3 三明治外墙板其他性能特点

1) 墙体外饰面采用带色彩外墙漆或瓷砖反打工艺的, 由于外饰面已经在工厂一次成型, 无需采用外脚手架进行外饰面处理, 工厂内平台模制作质量高度可靠, 外饰面成型质量远胜于现场采用外架人工操作水平, 施工周期大幅缩短, 且无高空施工作业风险, 施工安全文明形象大幅提高;外墙有造型要求的项目还可安装GRC线条或直接将外饰面做成凹凸、条纹或各种花纹样式, 使外饰面造型更加丰富多样。

2) 对于预制夹心外墙板有政策支持的地区, 由于外墙板不计入容积率, 预制夹心外墙板最薄可以做到160 mm, 而传统砌筑外墙含抹灰层最薄为240 mm, 相比之下沿着外墙长度范围内可以增加小业主的户内净使用面积80 mm/m, 而无剪力墙位置的外墙, 最大可以向外平移200 mm, 小业主实际获得的户内净使用面积增加160 mm/m, 实际得房率大幅度提高, 非常有助于开发商的对外销售, 且不需额外缴纳建设报建费用及土地成本, 效益相当可观。

3 结语

预制夹心保温外墙板的产品质量性能具有明显优越性, 综合造价与传统砌筑保温墙体相差不大, 且综合人工消耗约为传统砌筑保温墙体的1/3, 可以大幅度缩短围护墙体的施工周期, 而且绿色环保节能节材, 建筑综合成本大为降低, 社会经济效益明显。

摘要：介绍了预制混凝土夹心保温外墙板的制作工艺, 从性能和造价两方面, 对预制混凝土夹心保温外墙板与传统砌筑墙体进行了对比, 从而体现出预制混凝土夹心保温外墙板具有良好的社会经济效益。