现代墙体材料与装配式建筑研究

[摘要]随着我国城镇化和建筑业的发展，装配式建筑是我国未来建筑业转型升级和发展的重要支撑，本文围绕装配式建筑和建筑结构体系的适应性，介绍了混凝土PC构件的国内外产品、工艺与标准发展概况，进一步围绕现代墙体材料的发展概况，介绍了几种适合装配式建筑发展的现代墙体材料及其生产工艺，提出未来我国装配式建筑所需的现代墙体材料发展的重点和建议。

[关键词]装配式建筑；墙体材料；墙板；砌块

1前言

目前，我国正处于新型工业化和新型城镇化加速发展阶段，建筑行业面临劳动力短缺、人工成本高、环境污染、资源浪费、建筑废弃物量大等日益突出的问题，发展装配式建筑，推动我国建筑业转型升级成为必然发展趋势。装配式建筑指采用部件部品，在施工现场以可靠连接方式装配而成的建筑，具有设计标准化、生产工业化、施工装配化、装修一体化、管理信息化、建筑智能化、工人产业化等的特征，具备节能、节地、节材、节时、节水、环保等优势。装配式建筑主要分为预制钢筋混凝土结构（即PC结构）、钢结构（包括轻钢结构）、木结构等。装配式建筑也称建筑工业化和住宅产业化。建筑工业化是法国20世纪50年代提出的，在欧美流行并发展起来，而住宅产业化源于日本，并在日本得到了发展[1]。然而，无论是住宅产业化还是建筑工业化，都与装配式建筑的概念是一致的。目前瑞典工业化住宅的比率已达到80%以上，日本达到70%以上，英国达到75%以上，新加坡达到86%，香港达到50%，而我国建筑量约为世界总量的50%，但工业化率仅为7%。因此，如何快速实现建筑工业化，以解决当前问题和矛盾，成为重中之重,装配式建筑作为建筑工业化发展重心，正迎来爆发式的增长机遇。墙体材料作为建筑物主要的围护材料，占建筑物总体建筑材料的三分之二。装配式建筑的绿色化、节能化发展，要求使用绿色节能的现代墙体围护材料。因此，现代墙体材料作为装配式建筑的重要组成部分，必须发展轻质、高强、保温、防火与建筑同寿命的多功能一体化现代墙体材料体系，包括部品部件的通用化、标准化、模块化和系列化。

2装配式混凝土PC构件

预制装配式混凝土结构是以预制混凝土构件为主要构件，经装配、连接，结合部分现浇而成的混凝土结构，是当前国内推广应用比较广泛的装配式建造方式，也是我国建筑工业化发展中的一个重要方向[2]。PC构件的英语是PrecastConcrete，是混凝土预制件的简称，是指在工厂中通过标准化、机械化方式加工生产的混凝土制品。装配式混凝土建筑PC构件的生产在整个产业循环中占据重要作用，目前，PC构件成型工艺主要有平模机组流水工艺、平模传送流水工艺、固定平模工艺、立模工艺、长线台座工艺、压力成型法等。国内装配式建筑构件生产工艺流程见图1。随着国家政策和各省市系列政策的出台，装配式混凝土PC构件品类逐渐完善，企业逐步增多，但应用最广的是一些非结构构件，如预应力混凝土空心楼板、墙板、叠合楼板、全预制阳台板、叠合阳台板、预制飘窗、全预制空调板，从应用方面来说品种比较单一。而欧美等发达国家装配式混凝土建筑构件种类繁多，主要有全预制柱、全预制梁、叠合梁、单T和双T屋面板、槽形板、全预制剪力墙、单层叠合剪力墙、双层叠合剪力墙、外挂墙板、预制混凝土夹心保温外墙板、预制叠合保温外墙板、全预制楼板、全预制女儿墙、装饰柱等8大类50多种产品。它们不仅可以用于有梁柱楼板和墙板的结构体系，也可以用于无梁无柱板材结构体系。随着装配式建筑的发展，预制率增速明显，但是由于当前标准体系尤其是评价体系尚不完备，不利于大规模推广，以至于企业生产规模效益无法体现，建造投入成本高，建筑外观单一、缺乏多样性，装配率还较低，也进一步制约了装配式建筑的发展。提高装配式建筑装配率的关键除了主体结构外，还在于墙体材料围护结构，因此，大力发展部品化现代墙体材料，是适应装配式建筑发展的需要。

3现代墙体材料的发展

现代墙体材料的发展方向主要是节能环保、耐久性以及功能性三大方面，主要包括砖、砌块和板材三大类[3]。装配式墙体材料区别于传统墙体材料的重要特点是：它能更好地适应现代建筑施工标准化、模数化的生产要求[4]。目前，国内适用于装配式建筑的墙体材料主要以节能保温为主的墙体板材，大多砖和砌块的装配率不高，而国外发达国家开始使用烧结砌块墙体和功能性墙板体系为主的现代墙体材料部品部件。3.1节能烧结保温砌块墙体。节能烧结保温砌块墙体目前主要有两种：一种是页岩、粉煤灰、煤矸石、淤泥等为原料，经一定的生产工艺烧制而成的新型节能墙体材料——烧结保温砌块，以单一制品形式同时解决节能保温与结构承重的双重问题，主要用于装配式建筑承重墙体及外保温围护结构；另一种是剪力墙外挂新型外墙外保温材料-WDF外保温体系，由烧结砖层和填充物组成，主要用来取代传统外墙保温体系（如图2和图3所示）。烧结保温空心砌块有不同的规格尺寸和孔型结构，决定其有着不同的热工性能，可以按照不同热工分区，开发不同规格尺寸与孔型排布的墙体结构体系。我国三个热工分区的烧结保温砌块热工性能如表1所示。WDF外保温体系也有不同的厚度和规格尺寸，按照热工气候分区，可设计成不同的厚度用于剪力墙的保温层，部分WDF外保温体系热工性能如表2所示。砌筑，可形成不同墙体厚度和尺寸规格的烧结保温砌块墙体，适合不同热工气候分区的装配式建筑所需的护结构体系。烧结保温空心砌块墙体可以做成带构造柱和不带构造柱，带窗墙洞和不带洞的多种墙体形式。国外烧结保温空心砌块墙体及其安装图如图4所示。3.2尾矿节能保温墙板。近年来随着建筑节能和装配式建筑的发展，尾矿节能保温墙板逐渐发展起来。它是以铁尾矿和页岩为主要原材料，采用颚式破碎+球磨混料工艺技术，造粒、干燥、布料、高温发泡后经燃气式隧道窑烧制而成，主要用于混凝土结构体系的装配式建筑承重墙体及外保温围护结构。这一节能墙体板材有不同厚度和不同规格尺寸，厚度有0~300mm，宽度有0~1.5m(如图5所示）。它具有良好的热工性能，具体参数如表3所示。3.3蒸压加气混凝土板。蒸压加气混凝土板又称ALC板，是以水泥、石灰、硅砂等为主要原料，再依据结构要求，增加不同数量经防腐处理的钢筋网片的一种轻质多孔的新式绿色环保墙体材料。经高温高压、蒸压养护，生产出具有多孔状结晶的板材，孔隙率达70％~80％，因而具有自重轻、绝热性好、隔声吸音等性能，符合当前国家对建筑保温装配式材料提出的要求。其使用范围广，可加工性能好，具有良好的力学性能，主要用于混凝土结构体系和钢结构体系的装配式建筑的内外墙体、屋面和楼面板。3.4预制混凝土夹心保温复合墙板。预制混凝土夹心保温复合墙板是以混凝土、钢筋和钢材、拉结件、高效绝热材料、脱模剂等为原材料，经混凝土搅拌，以及混凝土墙板的成型、养护、脱模起吊生产而成，主要用于装配式建筑的承重墙体、非承重墙体隔断及外保温围护结构。其主要有以下四种类型：（1）采用金属拉接件技术的夹心保温板：采用不锈钢拉接件连接内外层混凝土板，完全取消板周边及窗洞口周边的混凝土肋，适当加大绝热材料厚度来满足外墙的保温要求。（2）采用非金属连接件技术的夹心保温板：由复合增强纤维拉接件和挤塑板等绝热材料构成，使用时，将拉接件两端插入混凝土中锚固，中间固定绝热材料。（3）采用预制混凝土外模板技术的夹心保温板：外叶面板作为外模板，在外模板内侧放置绝热材料，通过拉接螺栓与内模板连接，该技术适宜在抗震要求较高地区的高层建筑中应用。（4）采用预制混凝土夹心保温承重外墙板：墙板内侧的混凝土板作为承重结构层，厚度可根据结构设计要求确定，一般为160~200mm；外层混凝土板作为装饰面层，通过拉接件挂在结构层上。3.5功能化复合墙板。随着建筑功能需求的增加，功能化复合墙板产品也越来越多，主要有以下几种：（1）保温装饰一体化板金属面保温装饰一体化板由表面铝板、无极硅钙板、保温层和地面铝箔四部分组成，薄石材保温装饰一体化板由面板、保温层、底衬经自动化生产线一次性复合成型，两者均用于外墙外挂保温体系。（2）纸面石膏板复合墙板石膏板复合墙板指以纸面石膏板为面层、绝热材料为芯材的预制复合板。其主要用于装配式建筑内隔墙，部分用于轻钢结构外墙。（3）纤维增强硅酸钙复合板以钙质材料（消石灰粉、水泥、电石泥）、硅质材料（粉煤灰、石英砂、硅藻土）、增强纤维（纸浆、硅灰石及其他材料）等为原料，经制浆、成型、蒸压养护、砂光等工序制成的复合墙板。其主要用于装配式建筑内隔墙，部分用于轻钢结构外墙。3.6建筑隔墙用轻质条板。建筑隔墙用轻质条板按类型分为空心条板、实心条板、复合条板。在墙板中，陶粒混凝土板、玻璃纤维增强水泥条板、玻璃纤维增强石膏空心条板、钢丝(钢丝网）增强水泥条板、轻混凝土条板、复合夹芯轻质条板、石膏空心条板等均属于建筑隔墙用轻质条板。其主要用于装配式建筑内隔墙，部分用于轻钢结构外墙。3.7其他装配式墙板。除此以外，还有外挂装饰条板、钢板间隔墙和建筑用U型玻璃墙板。外挂装饰条板属于装配式建筑新型幕墙材料，采用干挂式安装。钢板间隔墙一般用于装配式房屋的内隔墙，也就是说对大空间进行功能分区和（或）限定的新型墙材产品，工厂进行生产时，主要生产加工工艺可分为板材的生产及部分辅材的生产。建筑用U型玻璃墙板生产方法有压延法、辊压法和浇铸法几种，普遍采用压延法，可用于装配式建筑非承重的内外墙、隔断及屋面。

4结论

混凝土PC构件和现代墙体材料是装配式建筑发展的重要支撑与保障，也是建筑业转型发展的关键。建筑业的发展必然要求现代墙体材料向部品化、装配化发展，装配式生产过程也必然要求混凝土PC构件和现代墙体材料向标准化、通用化、高品质化、多品种化以及节能环保化等方向发展。因此，随着混凝土PC构件和现代墙体材料产品的增加，标准化率大幅提升，生产规模化效应逐步显现，成本将快速下降，有利于装配式建筑装配率飞速发展，大大提升建筑装配率，推动我国城市化发展。

参考文献

[1]王俊,赵基达,胡宗羽.我国建筑工业化发展现状与思考[J].土木工程学报,2016,49(05):1-8.

[2]顾泰昌.国内外装配式建筑发展现状[J].工程建设标准化,2014(08):48-51.

[3]沈铮，肖力光，赵壮新型墙体材料发展现状[J]吉林建筑工程学院学报，2010，27(3)：36-39．

[4]葛晓丽,许迎春,许国东,张亚挺,彭效义.浅谈装配式墙体的发展现状与前景[J].墙材革新与建筑节能,2017(07):43-46.

作者:权宗刚 王科颖 单位:西安墙体材料研究设计院有限公司