发泡陶瓷墙板在装配式混凝土建筑外墙的应用技术研究

陶茹，徐其功，谢厚永

（1.广东省建科建筑设计院有限公司，广东 广州 510550；2.广东金绿能科技有限公司，广东 佛山 528000）

0 引言

随着国家建筑工业化进程的加快和对建筑节能环保的战略要求，装配式建筑得以大力推广，同时促进了新型环保建筑材料的发展，轻质墙板在装配式建筑墙体的应用越来越广泛。

发泡陶瓷墙板是一种新型轻质墙板，它是以工业固废或其他矿物为主要原料，配以特殊发泡剂，经高温窑炉烧制而成，可用于建筑非承重墙的绿色轻质板材[1]。

发泡陶瓷墙板标准规格宽度600、1200 mm，高度1200、2440、3200 mm，厚度80、100、120 mm。具有轻质、高强、保温、防火、隔声、抗腐化、抗风化、耐老化、使用寿命长等特点[2]。其内部气孔均匀、独立、闭口结构，防水性能很好，利于其在地下工程、卫生间和厨房的防潮空间使用。而且其自重轻，体积密度400 kg/m3，可有效减轻结构荷载，易于吊装和施工安装。目前，发泡陶瓷墙板主要应用于工业和民用建筑内隔墙[2]。因发泡陶瓷墙板是在发泡陶瓷保温板基础上，调整配方和工艺改进而成[3]，又有很好的保温隔热性能，基于发泡陶瓷墙板的这些特性和优点，如果应用于装配式建筑非承重外墙，势必会大大减轻劳动强度、提高施工效率、缩短工期、提高建筑质量。

目前装配式建筑非承重外墙主要采用预制混凝土墙板（PC板）、ALC墙板、组合式墙板等，相比较，发泡陶瓷墙板质量更轻、防水性能更好，而且安装简单，容易切割，更加符合装配式建筑施工高效、快捷、高质、环保的要求。因发泡陶瓷墙板近年才进入市场，目前还没有应用到装配式建筑外墙的先例，也没有适用的应用技术规程。开展发泡陶瓷外墙板的应用研究，对于装配式建筑外墙体的创新应用具有重要意义。

本项研究结合装配式实际工程，对发泡陶瓷墙板防撞、拉拔、防水、风荷载等性能进行了测试，并通过项目应用进行验证、检验效果。

1 工程应用

某地教育城项目，总建筑面积112.31万m2，包括5所高职院校，装配式单体28栋，共35.25万m2，建设内容为学生宿舍、实训楼和后勤服务楼，结构形式为混凝土框架结构。非承重外墙和内墙确定采用轻质墙板，外墙采用嵌入式安装。

考虑外围护墙的稳固性，本项目选用的轻质墙板外墙不允许竖向接板。发泡陶瓷条板高度3200 mm，可应用于层高小于3200 mm的外围护墙。经建筑节能计算，外围护非承重墙选用发泡陶瓷墙板，墙板厚度取值：居建（宿舍）东西墙不小于190 mm，南北墙不小于120 mm；公建东西墙不小于150 mm（南北向）、180 mm（东西向），南北墙不小于120 mm。随机选取教学楼、宿舍楼各1栋建筑单体进行节能分析计算，南北朝向建筑太阳辐射吸收系数取0.6，东西朝向建筑太阳辐射吸收系数取0.7。

因目前还没有现行的应用规程、规范作指引，发泡陶瓷墙板应用于外墙是否满足设计要求还需要通过试验验证。为了观测和检验实际应用效果，在项目施工现场建造了二层半的装配式混凝土框架结构实验楼，首层平面布置见图1，部分外墙、内隔墙采用发泡陶瓷板，对其相关性能开展试验研究。

2 物理性能试验研究

2.1 撞击试验

墙净高3.8 m，梁高0.7 m。内墙板的墙板与墙板、墙板与梁、墙板与楼板之间均采用瓷砖胶连接，背面上中下安置3个位移计。

试验根据广东省地方标准DBJ/T 15-171—2019《装配式混凝土建筑工程施工质量验收规范》进行，加载冲击体总质量为（70±0.1）kg（成人平均体重），冲击物降落高度为（0.45±0.02）m，冲击点为墙板中心位置，即冲击高度（冲击点到楼板表面距离）为1.5 m，每个墙体冲击5次。测试现场如图2所示。冲击后墙体变形如图3所示。

试验结果分析：依据DBJ/T 15-171—2019中附录B.0.6判定标准，120 mm厚发泡陶瓷墙板5次撞击后3处观测点都没有出现裂缝和变形，与板连接处没有明显变位[4]，发泡陶瓷墙板防撞性能及与上下板的连接良好，符合设计要求。

2.2 拉拔试验

依据JGJ 110—2017《建筑工程饰面砖粘结强度检验标准》测试发泡陶瓷墙板贴饰面砖后的抗拉拔强度，测试现场如图4所示。

（1）第1次试验：120 mm厚的墙面分别贴2种规格饰面砖，每种试样随机抽取3组，取样间距不小于500 mm。试验结果如表1所示。现场粘结强度平均值应≥0.4 MPa[5]，只有1种规格的饰面砖达到了标准要求，试验结果不理想。破坏状态出现在粘结层，饰面砖使用了C1级瓷砖胶粘结，墙板没问题，应该是瓷砖胶或施工工艺的问题。

表1 第1次拉拔试验结果

（2）第2次试验：由于第1次试验数据不理想，故改变贴砖工艺，再次制作了2块样板，样板尺寸：2440 mm×600 mm×120 mm，瓷砖胶分别选用立邦C1、C2两种级别，样板制作工序由下至上分别为发泡陶瓷墙板（密度400 kg/m3）+界面剂（厚1 mm）+满挂20 mm×20 mm、φ1 mm钢丝网+15 mm厚聚合物水泥砂浆防水层+C1/C2型瓷砖胶（厚5 mm）+高级彩码瓷砖（45 mm×95 mm）。制作过程如图5所示。

由表1结合JGJ 110—2017中第6.0.2条判定标准可知，

每个样品取3个点进行拉拔强度测试，贴砖样品如图6所示，测试结果如表2所示。

表2 第2次拉拔试验结果

由表2结合JGJ 110—2017中第6.0.1条判定标准可知，粘结强度平均值应≥0.6 MPa[5]，试样均符合判定标准要求。因此，建议发泡陶瓷墙板贴砖应选用C1级以上瓷砖胶，挂网施工工艺。

2.3 防水试验

依据DBJ/T 15-171—2019测试发泡陶瓷墙板接缝处是否防水。试验中，淋水部位包括发泡陶瓷外墙体、门窗，外墙墙板接缝处、窗框周边为重点试验部分。试验分2个时间段（12、24 h）观察记录结果。淋水试验平面布置与现场见图7。

试验结果表明，依据DBJ/T 15-171—2019中附录C.0.6判定[4]，发泡陶瓷外墙板2个时间段观察淋水面内侧未发现水渍，符合标准要求。

2.4 模拟风荷载试验

按照节能计算结果，外围护墙采用发泡陶瓷板，东西向不小于190 mm，南北向不小于120 mm，发泡陶瓷板厚度最大120 mm，要达到设计厚度，需采用2块板双拼，考虑双拼板如果中间留空，会有积水等难预测的隐患，故采用双板密拼。为了测试双板密拼是否满足设计的风荷载要求，分别对双板密拼（80+80）mm厚、（100+100）mm厚及单板120 mm厚3种规格进行风荷载模拟测试。

2.4.1 风荷载标准值

风荷载标准值按式（1）进行计算：

式中：ωk——风荷载标准值，kN/m2；

βgz——高度z处的阵风系数，根据围护结构距离地面高度与地面粗糙度类别选值；

μsl——风荷载局部体型系数；

μz——风压高度变化系数，应按照地面粗糙类别确定，GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中将地面粗糙度分为A、B、C、D四类；

ω0——基本风压，kN/m2。

以教育城项目工程学院19#学生宿舍做为试验单体，根据设计要求，已知以下条件：外墙高度36.4 m，μz=1.47，μsl=-1.4，βgz=1.58，ω0=0.35 kN/m2，地面粗糙度为B类，风荷载分项系数取1.5。

经计算可得风荷载标准值ωk=-1.138 kN/m2。风荷载计算见表3。

表3 风荷载计算

2.4.2 加载方案（见图8）

板材及围边自重m；

取基本风压0.35 kPa，荷载分项系数为0.8，对应的等效加载质量为第一级荷载：

第一级加载质量=327.6 kg-m，

第二级开始，每级加载按增加0.2的荷载分项系数对应的等效静荷载进行，约合每级加载质量为82 kg。

第三级、第四级加载至板材破坏。

2.4.3 试验结果分析

（1）对于120 mm厚板，当荷载分项系数为1.8，等效加载质量为541.76 kg时，支座接缝局部位置出现细微裂纹，跨中挠度26.74 mm，板材及支座卡件完好；当荷载分项系数为2.0，等效加载质量为650.16 kg时，板材跨中断裂破坏。

（2）对于（80+80）mm厚板，当荷载分项系数为2.256，等效加载质量为671.16 kg时，支座接缝局部位置出现细微裂纹，跨中挠度31.53 mm，板材及支座卡件完好；当荷载分项系数为2.656，等效加载质量为827.16 kg时，板材跨中断裂破坏。

（3）对于（100+100）mm厚板，当荷载分项系数为2.6，等效加载质量为754.56 kg时，支座接缝上部位置出现细微裂纹，并随着墙板上沙子质量增加，裂缝向下延伸，跨中挠度24.00 mm，板材及支座卡件完好；当荷载分项系数为2.8，等效加载质量为873.50 kg时，板材跨中断裂破坏。

（4）3种不同厚度板材破坏后，支座卡件基本无变形并保持原始位置，3种规格发泡陶瓷墙板都满足风荷载设计要求。

3 结语

对发泡陶瓷墙板进行了撞击、拉拔、防水、风荷载测试，结果表明，发泡陶瓷墙板的性能符合相关规范要求，发泡陶瓷墙板可以应用于装配式建筑非承重外墙。在某教育城项目上，装配式混凝土建筑非承重外墙部分采用了发泡陶瓷墙板，完工后墙面整体效果与现浇建筑相差无异，无明显的接缝，整体效果良好。而且施工现场，发泡陶瓷墙板施工安装简单，拼装快捷，安装效率较其他轻质墙板更快，其性能优异，值得推广。因发泡陶瓷墙板进入建筑市场不久，还有待完善其应用技术标准（包括应用规范、设计图集、安装指导等文件），以满足建设市场应用需求。