装配式CL保温一体化外墙施工研究

李玉荣， 赵 泽， 朱 宝， 陈 燕

(1.滁州职业技术学院 建筑工程学院，安徽 滁州 239000；2.中铁四局建筑公司，安徽 合肥 230009)

为响应我国“十三五”规划“绿色发展”号召,建筑行业须大力推行装配式建筑和绿色建筑发展。我国目前正发展被动式低能耗建筑,地方政府亦逐渐升级节能标准。然而,我国目前广泛使用的外墙外保温为主的建筑节能,其设计寿命短，基本为25年左右,明显与主体结构设计寿命50 年甚至100 年不匹配。短期使用即出现气泡空鼓、外保温开裂，甚至脱落等现象与绿色发展相悖[1]。传统外保温材料导致建筑外保温火灾事故频发,已不能适应时代要求,急需新的应用技术体系进行替代[2]。我国即将进入一个已建建筑节能改造的期间,每年约消耗1 000 亿元的维修和更换费用,并产生建筑垃圾近1 亿平方米。建筑功能的半停滞状态严重影响到居民的工作和生活,这些社会问题亦将严重影响中国的经济发展和社会和谐[3]。

为此,各地纷纷推动CL保温一体化技术,以加快绿色节能建筑的发展,推进装配式建筑技术,促进建筑节能工作纵深发展。CL建筑结构体系(Composite Light-Weight Building System),是由CL墙板、实体剪力墙组成的复合轻质剪力外墙结构体系,集保温、承重功能一体化。与传统现浇墙体外施工保温层相比,由于CL保温一体化外墙可标准化预制集成,不易从外墙脱落,同时避免了现场原位施工交叉作业引起火灾隐患和外墙后期改造等优势,可有效解决外保温寿命短、现场施工火灾事故频发、节能改造产生建筑垃圾等系列问题。保温技术与建筑墙体主体结构相结合,已是墙体节能发展的首要条件[4]。因此,本项目以工程实践为平台,通过研究保温层原理进行设计和选材,提出企业自主工法的施工方案,并提出技术要点，以期为装配成CL一体本化方案提供参照。

1 CL保温一体化原理与特点

1.1 CL保温一体化原理

在预制工厂中,定制加工钢筋网架保温“三明治板”,在施工现场,向保温板两侧现浇混凝土,制成集合受力和保温功能的钢筋砼复合剪力墙,以网架板出货编码顺序现场吊装[5]。

复合保温使保温层的材料选择和厚度不受限制,导热系数甚至可低于0.4 W/(m2·K),故CL复合剪力墙能够适应大多数热工地区的节能要求[6]。

单层匀质材料的热阻用材料层的厚度δ与导热系数λ的比值表示,即:

(1)

多层匀质材料的热阻为各层热阻之和,即:

R=R1+R2+R3+…+Rn

(2)

外墙的传热阻为内表面换热阻Ri、外表面换热阻Re与多层匀质材料的热阻之和,即:

R0=Ri+R+Re

(3)

外墙的传热系数为其传热阻的倒数:

(4)

通过相关计算,得出单层自保温材料墙体不同厚度的传热系数,如图1所示。

图1 外墙不同厚度传热系数图

由图1可见,当体形系数S≤0.3时,墙体厚度超过550 mm可满足传热系数限值0.43 W/(m2·K)。体形系数0.3

表1 不同厚度保温一体化外墙传热系数表

综上可得,一体化外墙的厚度比传统外墙的厚度大约可减少40%。墙体内朝向室内一侧至少100 mm厚混凝土,热惰性指标1.6≤D≤4,满足建筑物保温隔热要求,其热稳定性使建筑物能抵抗室内温度波动,从而使室内温度变化达到人体舒适度[8]。

1.2 CL保温一体化特点

(1)外墙与主体结构寿命相同,无需二次维护。

(2)外墙保温板厚度与材质可随当地热工和节能设计要求调整,且在提高节能标准时增加费用很少,同时,可以使墙体、保温层的开裂和脱落等质量问题得以处理。

(3)外墙网架板可工厂标准化生产,安装方便,大大节约了工期。

(4)保温板两侧有一定厚度的砼层,使保温层隔绝空气,耐火性能好。

(5)轻质高强、抗震防裂。

2 施工流程与技术要求

2.1 施工流程

根据复合剪力墙两侧砼浇筑方式和次序的差异,可分成两侧同时现浇、一侧(较薄侧)预制一侧现浇、喷射等方式[6]。

以两侧同时现浇为例,其施工流程为:测量放线→边缘构件(暗柱)钢筋绑扎→CL网架板安装→模板支设→混凝土浇筑→模板拆除→混凝土养护→编号运输→吊装[9]。

2.2 技术要求

CL网架板验收时,应保证所有检测项目均达到质量要求(表2～3),其允许偏差必须控制在限差范围之内。

表2 CL网架板外观质量要求

表3 CL网架板允许偏差及检验方法

3 应用实践与技术要点

3.1 工程实践

郑州航空港经济综合实验区河东第三棚户区建设项目,钢筋混凝土剪力墙结构,建筑高度94.1 米,地上32 层,地下3 层,住宅。工程的单体建筑室外地坪以上,采用建筑外墙CL保温体系做法。

外墙保温材料目前较多使用挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)、模塑聚苯乙烯泡沫板(EPS)和聚氨酯发泡板等。其综合性能指标对比详见表4。外墙保温为CL保温一体化墙体,共分为A、B两类,A类为钢筋混凝土(60 mm)+模塑聚苯板(EPS)(190/240/290 mm)+钢筋混凝土(60 mm);B类为钢筋混凝土(60 mm)+挤塑聚苯板(XPS)(50 mm)+钢筋混凝土(200/250/300 mm)。燃烧性能达到B1级。采用Φcp4@100钢筋网片加强。拉结杆件(Φ8)及配件为成品镀锌件和成品塑料件。

表4 XPS 板、EPS 板和聚氨酯发泡板综合性能比较

通过对比分析,本工程墙体中保温材料均选择(190/240/290厚)挤塑聚苯板(XPS)。其物理性能按照《绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料》(GB/T 10801.2-2002)标准进行检测,试验结果见表5[10]。

表5 XPS 板的物理性能检测试验

通过研究整体叠合保温板钢筋混凝土外墙施工方法及施工要点,编制了切实可行、经济合理的整体叠合保温板钢筋混凝土外墙施工方案,总结高水平工法。

3.2 技术要点

3.2.1 CL网架板安装

3.2.1.1 墙体拉结杆件、附加锚筋的绑扎 墙板临时固定后,应按施工图纸及有关图集的要求,采取附加钢筋绑扎、搭接同规格的焊接网两种方法,连接CL网架板,为确保砼的净截面面积,墙板外侧(砼薄侧)焊接钢筋网的搭接必须使用扣搭法[11]。为了保证在施工中保温板不产生位移现象,确保剪力墙部位的钢筋保护层厚度,在CL网架板根部增加两排拉结杆,间距300 mm。

3.2.1.2 墙体预留洞及保温板拼缝处理 CL复合墙体中设置永久性穿孔的,先安装内高外低坡度的室外侧有止水环的塑料套管;安装CL网架板之后,还需用聚氨酯对保温板拼缝进行现场发泡处理。

3.2.2 模板安装 CL复合外墙施工时,宜采用大模板进行,为防止CL网架板封模后,穿墙螺杆穿过保温板楼下泡沫无法清理,对应模板穿孔位置必须使用电阻热熔锥将保温板穿孔。

3.2.3 混凝土的浇筑

3.2.3.1 混凝土下料位置选择 为使混凝土均匀流布于模板内,混凝土拌合物下料浇筑点一般设置于墙体相交处[12]。

3.2.3.2 混凝土下料速度控制及顺序安排 由于液体深度越大,侧压越大,墙体保温板混凝土拌合物浇筑时应保证两侧深度基本一致,以防保温板两侧压力不均衡导致侧移和形变。为此,同段中可先将保温板厚侧剪力墙区浇筑到一定高度后,再进行薄侧保护层区浇筑,以保证两侧液面上升高度均衡。但在CL复合剪力墙的任何截面上,由于混凝土拌合物的阻力和速度差异,造成保温板两侧的混凝土拌合物液位差不应超过400 mm[13]。当某一段混凝土拌合物液位高度差即将达到400 mm时,则需在此段低位侧浇筑拌合物,如图5所示,先补浇浇筑点1、再补浇浇筑点3、最后补浇浇筑点2[14]。

图2 CL复合剪力墙混凝土浇筑点顺序

由于较薄侧的模板内横截面积小,混凝土液面上升速度较快,当浇注速度超过一定幅度时,其内部混凝土拌合物来不及流平而阻塞,可在模板顶口处安放漏斗,控制混凝土的下落速度。而较长墙体则可在中间多设若干浇筑点,在各浇筑点之间往返、分层地浇注,使混凝土拌合物更加容易流动充满模板[15]。

保护层侧面垂直加固40×40 mm的金属型材,以防保温板受拌合物侧向压力产生侧移,浇筑保护层到600～1 000 mm时可将型材抽出。为平衡两侧混凝土的流平速度,可将钢管垂直插入宽厚一侧以限制截面,为了便于拔出,建议在钢管侧面焊上弯钩。

由于剪力墙中钢筋较为密集,且焊成了钢筋网架,构件横截面小,要求混凝土拌合物的粗骨料最大粒径不超过15 mm,混凝土拌合物的坍落度在220～240 mm之间、扩展度在550～650 mm之间。

3.2.4 预埋件设置 CL建筑体系外层混凝土和钢筋焊接网架作为内层混凝土墙体上的荷载考虑,内层混凝土墙体参与主体结构计算,外层混凝土不参与主体结构计算。因此,各塔吊扶墙及爬架机位等预埋件,需埋在结构梁板及结构外墙部位,不得埋在保护层上;填充墙部位60 mm保护层为非承重构造,预埋件不得埋于保护层内,必须设于结构梁板处。空调室外机的空调板等悬挑板结构也生根于结构梁板处。

3.2.5 附加钢筋 在本工程中,设计采用φcp4@100钢筋网片做接缝和特殊部位的加强附加钢筋,由于Acp4@100钢筋弹性大,加上外墙保护层混凝土的构造厚度仅有60 mm,φcp4@100钢筋网片很难保证混凝土的浇筑质量,尤其是在外墙窗洞口、阴阳角容易出现裂缝。为此,采用2.5～3.0 mm直径的钢筋,焊接网片间距50×50 mm替代。

3.2.6 吊装 将预制外墙按编号用平衡梁起吊至放样位置,带窗洞的外墙在开洞处尚应采用槽钢梁作为临时加固,外墙垂直度校正后,应及时与内侧铝模板进行固接[16]。

4 结论与讨论

复合外墙保温与建筑结构主体同寿命,无需二次维修,具有保温性能好、耐火性能好、轻质高强、耐震防裂、绿色施工、节能环保等优点,相对于其他传统保温做法,如传统外贴外挂保温,每平方米约节约造价30元左右和免除二次维修费用每平米千元以上。并且采用机械化流水施工、工厂预制,其安装快捷、节约成本、极大地加快了工期,并保证了施工质量。

通过研究,结合工程实践,对施工工艺进行总结,形成整体叠合保温板钢筋混凝土外墙施工工法,积累相应的施工经验,为类似工程的优化设计与施工提供参考和借鉴。