关于夹芯保温复合墙体技术的一些探索

关于夹芯保温复合墙体技术的一些探索

近几年，随着经济的发展，夹芯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。同时作为一种新型墙体，目前还没有较为统一的施工操作工艺。在复合墙体中，由于保温材料所处的相对位置不同，有外保温复台墙体、内保温复合墙体以及夹芯保温复合墙体之分。我们知道，内保温墙体的缺点在于容易产生热桥和内部冷凝水，且热稳定性不好，外保温的缺点在于外挂保温材料一脱落、损坏，而夹芯保温墙体可以较好的解决上述问题。

多年来，建筑墙体一般采用单一材料砌筑，如采川粘土砖、混凝土砌块、加气混凝土等材料，着重考虑其承重功能。但是由于这些密度大的墙体材料的保温性能很差，其导热系数很高，不能满足建筑节能的要求，因此，往往采用承重材料（如砖、砌块等）与高效保温材料〔如聚苯板、岩棉板、玻璃棉等〕进行复合，这样的墙体即称作复合墙体，发达国家的新建建筑普通采用复合墙体，我国今后建筑要达到节能 5 0 % 甚至更高的标准，也必须采用复合墙体。复合保温墙体是新型墙体材料节能建筑的发展方向之一。 夹芯保温墙体作为复合保温墙体中的一种主要形式，是由内、外叶两片组成，保温材料位于两叶墙体中间，三者通过拉接件连接，内叶墙主要起承重作用，外叶墙起保护层作用。 夹芯墙不仅耐久性好、抗震性能强、房间热稳定性好、节能效果好，而且保温材料不受自然条件影响，造价低廉，是一种较为理想的节能墙体，具有广泛的研究和实用价值，值得推广。

夹芯墙的起源可追溯到古希腊和古罗马时期的建筑。据资料记载，至今完整保存的唯一一座罗马帝国时期的建筑——万神殿，该主体建筑的一个鼓膜就是由一片夹芯墙建造，墙体有两个面层，中间填实。这是夹芯墙的雏形。19 世纪前期， 英国将轻质材料夹于两片墙体之间，形成夹芯复合墙体，并被证明能有效阻止水汽渗透，具有良好的使用价值。1850 年，金属连接件开始被应用于复合墙体中，主要用于连接复合墙体形成整体。19 世纪后期，空腔墙在美国出现，但直到 1937 年通过研究和试验，这种墙体才被官方和相关组织机构认可，得到大量应用，但只限于低层建筑的外承重墙体。北美、北欧等国家还将不同材料的墙体相结合，形成各种各样的空腔墙体。例如，内叶墙采用混凝土砌块，外叶墙采用普通实心砖、空心砖或混凝土砌块；或是内、外叶均采用混凝土砌块、实心砖、空心砖等等。

国外大量的应用实践，夹芯墙已被纳入许多国家的规范中。美国1997建筑统一规范（UBC97）和美国规范2005（USA2005）对夹芯墙进行严格定义。UBC97 对夹芯墙中的墙箍、有效厚度、有效面积、抗弯刚度及侧向支撑都有较详尽的规 定。另外英国SEAOCBluebook1996中主要涉及到夹芯墙的平面外受力问题。

早在公元前 200 年，在我国就有两面为砖或石头、中间填充夯实黏土的夹芯墙——万里长城。至今该文物中还有许多保存完好的夹芯墙。1986 年颁布了 《民用建筑节能设计标准》JGJ26-86，而后东北、华北、西北地区各省都建成一些节能住宅试点工程或节能住宅示范小区，其中就包括采用夹芯保温的复合外墙，选用的保温材料有塑料布密封包装的膨胀珍珠岩、水泥珍珠岩、加气混凝土、聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉、矿棉、玻璃棉等，内叶墙和外叶墙采用砖砌体或混凝土空心砌块砌体。 据沈阳市2000年对195万㎡节能住宅的统计，采用夹芯外保温复合外墙的占85%。黑龙江、河北、辽宁、天津等地先后编制了夹芯墙地方图集。

夹芯外保温复合墙体不仅具有外保温墙体的一些共性特点，自身优点也很明显。系新型墙体，结构先进，为国家积极推广的新型墙体结构，有利于节能降耗。夹芯保温墙体把保温层夹在内外叶墙体中间，可有效保护保温材料不被破坏。因此提高了保温材料的利用率，保温材料使用寿命得到有利延长。既适用于新建工程，又适用于旧建筑的节能改造；既适用于寒冷和严寒地区，同样适用于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区。由于通常是内叶墙承重，外叶墙非承重，室外气候变化引起墙体较大温差主要发生在墙体夹芯保温层内，使得内叶墙（主体墙）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；减少空气中有害物质和紫外线对墙体结构的侵蚀，延长建筑物寿命。由于蒸汽渗透性高的主体结构材料处于内侧。根据稳态传湿理论进行冷凝分析，只要保温材料选材适当，在墙体内部一般不会发生冷凝现象。特别是寒冷地区外保温使得结构层整个墙身温度提高，降低它的含湿量，因而进一步改善墙体的保温性能。由于内侧的实体热容量大，当室内受到不稳定的 热作用，如间歇采暖和间歇空调时，导致室内空气温度波动，内叶墙体能够吸收或释放能量。故有利于室温保持稳定，也有利于改善室内热环境。混凝土空心砌块、加气混凝土等墙体在砌筑灰缝和面砖粘帖不密实的情况下， 其防水和气密性较差。采用夹芯外保温的构造，则可大大提高墙体的防水性和气密性。另外，夹芯外保温复合墙体可以就地取材，施工简单、房间热稳定性优良、节能效果好，而且造价低廉，外饰面不受限制。是一种唯一能达到集承重、保温(隔声）和装饰于一体、适于不同地区的耐久性节能墙体。

混凝土砌块夹芯保温外墙，由结构层、保温层、保护层组成。结构层采用 190 m m 主砌块；保温层一般采用50 m m聚苯板；保护层采用90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。外墙全部载荷由外墙内侧1 9 0厚结构层承担，在每层圈梁处挑出90 m m高挑口支承外测保护层。外测保护层的平面外作用力（包括风和地震作用）由拉结钢筋片传递到结构层。

工艺流程：混凝土砌块结构层砌筑（每步600mm高）→聚苯板保温层贴结构层放置（每步600mm高）→装饰性劈离砌块保护层砌筑（每步600 mm高）

→防锈钢筋网片放置→按步砌筑→成品保护。

操作要点：混凝土砌块结构层砌筑（每步600mm）砌筑应尽量采用主规格390mm×190mm×190mm的砌块，强度等级不应低于MU10。龄期不足28d的砌块不得进行砌筑。砌块应底面朝上反砌于墙上，对孔错缝搭砌，搭接长度≥9 0mm。水平灰缝饱满度≥90％；竖向灰缝饱满度≥ 80％；不得出现瞎缝、透明缝。墙体转角处和纵横墙交接处应同时砌筑。砌筑时依照皮数杆拉通线砌筑。砌筑时的水平水平灰缝铺设砂浆的长度不得超过80mm，竖向灰缝应在已就位和即将砌筑的砌块的端头两个60mm宽的端面同时铺砂浆，随即用挤浆法将砌块就位。常温条件下，砌块日砌筑高度应控制在1.8m以内；聚苯板保温层贴结构层放置（每步600mm）聚苯板厚度应依照施工图设计要求，标准板的尺寸为1200m m×600mm及900mm×600mm。聚苯板紧贴内侧结构层放置，高度与砌筑的砌块高度一致，即600mm。相邻两块聚苯板应使用壁纸刀切割成45°角斜面交错放置，包括阴、阳角；装饰性劈离砌块保护层砌筑（每步600mm）首先应在大样图上进行试排计算，确定模数后再进行砌筑。砌筑前应首先作出样板，经有关部门检查后方可大面积施工。不得出现非整砖拼凑。单面挂通线砌筑，砌筑时应上跟线、下跟愣，竖缝瞄直。及时刮掉挤出墙面的灰浆，保持外侧保护层清洁，避免污染;防锈钢筋网片放置：结构层与保护层砌体间使用3Φb4镀锌钢筋网片连接，每三皮砼砌块放一层，钢筋网片应沿墙通长设置，遇洞口时可在洞口边截断；按照以上顺序砌筑结构层、保护层、装饰性保护层，每步高度为600mm。砌筑后及时布设钢筋网片，然后再继续按步砌筑；成品砌筑完后，应防止砂浆早期受冻或烈日曝晒而影响质量。外侧装饰性劈离砌块每层砌筑完工后，应及时冲刷干净，并注意防止人为破损、污染。

虽然夹芯保温墙体作为一种较好的节能墙体，有其自身优势，值得深入研究

和利用。但是目前国内外这种新型复合墙体的资料比较少，研究成果还不够全面。国外发达国家对夹芯墙的力学性能研究较多，但是对夹芯墙抗震性能的系统研究资料却较少。我国学者对夹芯墙的力学性能尤其是抗震性能进行了较全面的理论和试验分析，但是尚未开展对夹芯墙的平面外性能的研究。

以下简单介绍一下夹芯保温墙体存在的主要问题，即夹心保温墙体内部结露问题的分析。这种保温结构虽然有很多优点，在实际使用过程中也发现了一些问 题。特别是在严寒地区的一些工程项目中，在夹心保温结构墙体内部发生了结露问题，已有研究人员从施工质量方面分析了结露产生的原因及解决办法。严寒地区，这种保温墙体在冬季产生内部结露问题是由其自身保温层结构所造成的一个致命弱点，很难通过改善施工质量得到解决。而这个问题在较短的使用期间可能不易发现，但长期使用后必将带来保温层失效、墙体结构强度下降等严重问题，最终直接影响建筑物的使用寿命，给建筑节能留下严重的隐患。

采用热量与水分动态同时传递理论模型，运用出了预测墙体内部温、湿度分 布的动态模拟计算程序，从而获得比较接近实测值的预测效果。了分析夹心保温墙体在不同气候条件地区的热湿特性，以下对夹心保温墙体结构在哈尔滨（严寒地区）、北京（寒冷地区）、武汉（夏热冬冷地区）及广州（夏热冬暖地区）等 4 种典型气候地区的室外空气温、湿度条件作用下，墙体内部相对湿度的变化情况进行了模拟计算。在墙体内部湿度分布模拟计算中所使用的室外空气温湿度，采用了各城市的典型气象年值，具体数据选自有关气象资料。室内温、湿度的年间变化在各地略有不同，但为了简化问题，考虑使用空调控制室内热湿环境的情况，计算中取相同数值。在4种不同地区室内外温、湿度条件作用下，模拟计算获 得了夹心保温墙体内部各层1年中相对湿度分布的变化情况，为了便于讨论，这里仅给出了夹心墙体内部聚苯板保温层室内侧及室外侧的相对湿度年间变化情况。

哈尔滨市墙体内部保温层中相对湿度分布的年间变化数据显示，在漫长的冬季，室内空调器供热工况运行期间，在室内空气温度和湿度的共同作用下，在 聚苯板保温层与室外侧混凝土页墙的接触处，长期存在足以形成结露的高湿状态。时间从当年的10月下旬开始至次年的4月上旬为止，每年约有半年的期间存在结露危险，且严寒地区的室外低温将使这里的结露水分冻结，产生冻胀。结露将破坏保温层的保温效果，并对钢筋产生锈蚀危害，冻胀将影响混凝土与保温层的粘结强度，二者作用的最终结果是直接影响墙体的安全性和使用寿命。

北京市墙体内部保温层中相对湿度分布的年间变化数据可以看出，冬季室内使用空调情况下，在北京市室内外温、湿度作用下，在夹心保温墙内部聚苯板保温层与室外侧混凝土接触处，同样也存在高湿及结露的危险。危险期从当年的11月初开始到次年的3月末结束，与采暖期相对应。

武汉市墙体内部保温层中相对湿度分布的年间变化数据显示，武汉市室内外气候条件作用下，从当年的11月中旬到次年的3月中旬左右，夹心保温结构墙

体内部也可以看到有结露情况发生。

广州市墙体内部保温层中相对湿度分布的年间变化数据显示，广州市室内外气候条件作用下，冬季仅从当年的12月中旬到次年的2月末左右，在夹心保温结构墙体内部看到有结露的情况发生，不过出现的次数较其它地区少。但是相反地，夏季空调期间在保温层的室内侧出现了结露情况，即夹心墙体在广州这样的夏热冬暖地区使用时，冬夏两季均有产生结露的问题。

这说明进行保温层厚度设计时，不能仅仅考虑温差和传热系数的大小，而应考虑到与当地气候条件下温、湿度两者的匹配，以避免产生结露问题。

夹芯保温复合墙体是一项广泛运用并且非常有前途的技术，虽然在实际使用过程中出现了一些不利的特性，但其相较于外保温和内保温有其突出的优势。在未来的研究中，只要采用有效措施避免不利因素，相信夹芯保温复合墙体会得到更加广泛的运用。