一 前言 装配式建筑是指用预制构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力并可提高建筑质量。其采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理，并在设计、生产、施工、管理等环节形成完整的、有机的产业链，实现房屋建造全过程的工业化、集约化和社会化，从而提高建筑质量并实现节能减排。 有人称装配式建筑是“像搭积木一样的造房子”，特别是在我国北方地区，冬季寒冷、夏季炎热，为了更好地节能减排，改善制冷和取暖效果，带夹芯保温层的外墙剪力墙板（俗称“三明治”板，简称剪力墙板）在装配式建筑构件中显得尤为重要。其具有承重、隔热、隔声、装饰等功能。比起现浇混凝土结构的外墙保温系统，带夹芯保温层的剪力墙板的优点是耐久性好，防火性能好，生命周期等同于建筑结构本身，采用该剪力墙板可提高建筑性能和品质。从建筑全生命周期来看，可节省使用期间的维护费用，同时减少了门窗洞口渗漏风险，降低了外墙保温材料的火灾危险性，延长了保温层及装饰层寿命，可以减少外墙脚手架的使用，提高施工速度，有利于现场施工安全管理，具有良好的间接效益。
一
前言
装配式建筑是指用预制构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力并可提高建筑质量。其采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理，并在设计、生产、施工、管理等环节形成完整的、有机的产业链，实现房屋建造全过程的工业化、集约化和社会化，从而提高建筑质量并实现节能减排。
有人称装配式建筑是“像搭积木一样的造房子”，特别是在我国北方地区，冬季寒冷、夏季炎热，为了更好地节能减排，改善制冷和取暖效果，带夹芯保温层的外墙剪力墙板（俗称“三明治”板，简称剪力墙板）在装配式建筑构件中显得尤为重要。其具有承重、隔热、隔声、装饰等功能。比起现浇混凝土结构的外墙保温系统，带夹芯保温层的剪力墙板的优点是耐久性好，防火性能好，生命周期等同于建筑结构本身，采用该剪力墙板可提高建筑性能和品质。从建筑全生命周期来看，可节省使用期间的维护费用，同时减少了门窗洞口渗漏风险，降低了外墙保温材料的火灾危险性，延长了保温层及装饰层寿命，可以减少外墙脚手架的使用，提高施工速度，有利于现场施工安全管理，具有良好的间接效益。
二
带夹芯保温剪力墙板的原材料及配件
1、常用保温板的性能和应用：
挤塑聚苯保温板和聚氨酯保温板具有很低的热传导系数，并且价格低廉，是目前性价比最高、引用最普遍的外墙保温材料。但是，其可燃性及易老化的特性制约了我国外墙节能技术的发展，发达国家普遍采用把保温材料夹在混凝土中间的做法，既保证了外墙的保温隔热性能，又解决了保温板的防火性能，同时达到了保温层与外墙同寿命的目的。
2、冷轧带肋钢筋的性能和应用：
冷轧带肋钢筋是用热轧盘条经多道冷轧减径，一道压肋并经消除内应力后形成的一种带有二面或三面月牙形的钢筋。冷轧带肋钢筋牌号由CRB（Cold-rolled Ribbed Bars）和钢筋的抗拉强度最小值构成。普通钢筋混凝土构件常用CRB550，力学性能如下：屈服强度500MPa，抗拉强度550MPa，伸长率（标距5倍直径）为12% 。
剪力墙板的面层混凝土面板内应配置构造钢筋面网，钢筋网可采用直径5-6mm的冷轧带肋钢筋焊接网，网孔尺寸宜为100-150mm。冷轧带肋钢筋网片加工可用电阻点焊成型。
3、保温连接件：
剪力墙板的面层、保温层和结构层之间的连接锚固常采用GFRP（Fiber Reinforced Plastics）连接件（见图1）或哈芬不锈钢连接件。GFRP保温连接件是由耐碱玻璃纤维与环氧树脂组成的复合新材料，既发挥了玻璃纤维高强度及弹性模量的特点（强度高达800MPa），同时保持了非金属材料导热系数较低的特点。
GFRP连接件既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。该连接件材料绝热、绝缘、抗腐蚀、抗疲劳性能好，可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用。特别是其具有良好的绝热功能，彻底杜绝了冷热桥，可有效防止冷桥作用。GFRP复合材料热膨胀系数与混凝土相近，这样当环境温度发生变化时，GFRP与混凝土协调工作，两者间不会产生大的温度应力。GFRP的抗拉强度均明显高于钢筋, 与高强钢丝抗拉强度差不多，一般是钢筋的2倍甚至达10倍。
图1 | 保温连接件GFRP
4、竖向钢筋连接用灌浆套筒：
装配式剪力墙板底部的纵向钢筋连接，宜根据连接计算结果、预制墙板设计要求、连接部位等，选择套筒灌浆连接、型钢连接、钢板抗剪连接等形式，也可使用约束浆锚搭接连接、焊接连接等形式。本次介绍常用的套筒灌浆连接形式、常用半灌浆和全灌浆套筒见图2、图3、图4。
钢筋连接用灌浆套筒是通过高强灌浆料的传力作用将钢筋对接连接。生产剪力墙板时，预埋在构件下口。其抗震性能可靠、施工简便，可以缩短工期，适用于大小不同直径钢筋的连接。钢筋与套筒间填充高强度微膨胀灌浆料，即完成钢筋续接动作。
连接的机理：主要借助砂浆受到套筒的围束作用，加上本身具有微膨胀特性，借此增强与钢筋、套筒内侧间的正向作用力，钢筋即借由该正向力与粗糙表面产生的摩擦力，来传递钢筋应力。套筒式钢筋连接件的性能检验，应符合《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107—2010第3.0.4条的I级接头性能等级要求。
图2 | 半灌浆套筒（一端套丝，一端插入钢筋）
图3 | 全灌浆套筒（两端插入钢筋）
图4 | 灌浆套筒I级接头
各类钢筋套筒的材料性能：
① 屈服强度：≥355MPa
② 抗拉强度：≥600MPa
③ 延伸率：≥16%
5、高强灌浆料性能：
① 早强性：1天抗压强度可以达到35MPa以上，7天可以达到60MPa。
② 高强性：28天抗压强度可达85MPa以上。
③ 流动性好：有较大的流动性，流动度在180-300mm之间，可在套筒内填充密实。
④ 无收缩性：灌浆料含膨胀剂，以抵消水泥硬化时的收缩。
三
带夹芯保温剪力墙板设计要点
1、根据单板加工图预留门窗洞口，洞口预埋防腐木砖。窗框可预埋到构件中，解决现浇结构窗洞口漏水的问题。
2、带夹芯保温剪力墙板的热工设计要满足墙体保温隔热性能和防结露性能要求，应采用预制外墙板主断面的平均传热阻值或传热系数作为其热工设计值。保温层厚度可根据各地节能要求进行设计。
3、带夹芯保温剪力墙板的构造分为面层、保温层和结构层。面层和保温层在墙板进行结构计算时可忽略不计，宜按里层混凝土板进行承载力和变形计算。为防止漏水，墙板上、下口采用企口设计，侧面顺直。
4、带夹芯保温剪力墙板的面层、保温层和结构层由保温连接件起连接作用。保温连接件的布置、数量、规格型号需要经过力学计算，合理排布。否则易造成内外分层、面层脱落等事故，见图5、图6、图7。
四
带夹芯保温剪力墙板的生产过程
带夹芯保温层剪力墙板的生产工艺较为复杂，技术和质量要求很高，生产工艺流程如下：
模具清理→模具组合→面层钢筋网片及门窗布置→浇注面层混凝土→安装保温板→安装保温连接件→安装结构层钢筋→安装钢筋连接套筒→安装埋件、起吊件→隐蔽工程检查→浇筑混凝土→机械振捣→板面抹光→蒸汽养护→拆模起吊→冲刷露骨料→缺陷修补→成品码放。
1、设置外层混凝土。
外层混凝土的厚度应该足够提供覆盖钢筋保护层，并且满足连接件足够的锚固长度。外保护层混凝土厚度最小值为50mm。外表面纹理、凹槽和外露深度都应该在最小值上另加厚度。例如：假设构件表面有10mm的凸凹花纹，则构件外保护层混凝土的最小厚度应该不小于60mm。
混凝土浇筑前的坍落度范围应控制在130～180mm。混凝土的坍落度对于安装绝热层是非常重要的。外层混凝土最大石子粒径应小于20mm。这样的混凝土具有较好的工作性，太大的石子粒径会妨碍GFRP连接件的安装。
GFRP连接件的锚固性能取决于鸽尾型连接件末端在混凝土中被包裹。如果外层混凝土坍落度低，混凝土会在连接件穿过绝热层时形成孔洞。低坍落度的混凝土很难在连接件鸽尾末端回流。在高温环境下，低坍落度混凝土会成为更大的问题。在这种条件下，低坍落度混凝土会很快达到初凝。有可能在安装连接件前，混凝土已经初凝了，因此进行混凝土配比设计前，要考虑到所需的操作时间合理确定初凝时间。
2、安装绝热层。
立即从墙板的一端向另一端顺序摆放保温板。需确保保温板的布局与图纸设计相一致 。在第一张保温板放好后，将下一张保温板放到前一张保温板表面然后滑进设计的位置，并挨紧前一张。这样可以尽量防止混凝土溅入保温板间的空隙。保温板之间缝隙尽量不要出现空隙 (墙板任何地方的混凝土贯通整个厚度的情况都会形成“冷热桥”，这对墙板的保温隔热有非常不利的影响）。
3、安装连接件。
立即在预先钻好孔的保温板上插入连接件，直到塑料套圈紧密顶到保温板表面，并将每个连接件扭转 90度，用脚踩踏连接件周围的保温板来加固连接件末端的混凝土锚固。另外，对于保温板厚度大于75mm的安装程序，必须使用混凝土平板震动器或者GFRP连接件厂家提供的气动震动器在保温板上表面对每一个连接件进行震动。
注意事项：
1）连接件的布置不要有意朝向一个方向，我们推荐连接件的布置方向是随机的。
2）保护手和眼睛。GFRP连接件表面会有玻璃纤维，在安装固定连接件时推荐使用手套，并且避免用手套或手直接接触眼睛。
4、检查连接件牢固性。
暂时取出每个相隔保温板拐角处的连接件，以及每个保温板中间附近的连接件来检查嵌入末端。湿水泥浆应当覆盖在所有被检查的连接件末端的整个表面。如果检查没有问题，将连接件插回原孔中并再次施加局部压力或者机械震动。如果检查不合格，在保温板上施加更多压力或在每个连接件上施加更多机械震动，然后再检查该连接件周边更大范围的所有临近的连接件，直到水泥浆覆盖所有的连接件嵌入末端。
5、填补保温板缝隙和空间。
在浇注上层混凝土之前，检查大于3mm的保温板缝隙，缝隙和空间按要求注入发泡聚氨酯。
6、浇筑结构层。
在浇注混凝土前，应进行钢筋及预埋件隐蔽工程验收。钢筋的品种、级别、规格和数量、混凝土保护层、预埋件和预留洞的规格、位置和数量必须满足设计要求。重点控制灌浆套筒的固定、位置偏差和规格，及进出浆孔的固定和封堵。见图8。
注意事项：一定在下层初凝之前安装上层的钢筋、起吊装置和其他插件并浇注上层混凝土 。浇注上层混凝土至设计厚度，抹平，养护。
图8 | 构件生产时埋入灌浆套筒
7、蒸汽养护。
为了缩短制作工期，加速模板周转，可采用蒸汽养护。应制定严格的蒸养制度并严格执行。控制恒温温度不超过60℃，升降温速度不超过15℃/h。
8、拆模起吊。
脱模强度应达到其设计要求强度等级的80%以上，出厂安装时应达到设计强度等级的100%。拆模后立即将出筋位置和板底部做冲刷露骨料处理。
9、出厂前检验。
重点检查灌浆套筒的通透性，并清理干净套筒内部，见图9、图10。
10、信息化管理。
为了提高建筑构件的技术和信息含量，实现先进的管理理念，特别是有利于物联网的体系建立，在构件中可预埋电子芯片，即RFID（Radio Frequency Identification）。使用手持扫描工具，即时显示构件的钢筋网片布置图、单板加工图、构件体积、生产日期、养护时间等详细信息，电子芯片相当于构件的唯一的“身份证”。同时将这些信息传递到互联网，从而把控构件的实时状态，避免出现错误的指令。
该系统是BIM（Building Information Modeling）技术在建筑构件中的应用，即建筑信息模型。BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。
在构件生产、运输及安装阶段，BIM完成了模具设计自动化、配筋、工程量统计、生产计划管理、构件质量控制，对改进传统构件生产模式有很好的补充作用。装配式建筑因有大量的构件流转在生产、运输以及安装过程中，若没有系统地将构件分类以及过程的控制，将无法对施工进度有效地管理。
11、装饰保温一体化。
为了实现外墙板的装饰效果，可以采用反打一次成型工艺制作，确保面层的装饰效果和制作质量满足设计要求，根据底模的设计形式实现设计师的梦想。外饰面主要有以下几种装饰效果：
①清水混凝土：对钢模板、混凝土、脱模剂的质量要求高。应采用高精度要求的模板做底模，并保证模板在使用过程中的精度和尺寸偏差要求。混凝土所用原材料、混凝土配合比设计、混凝土强度等级、耐久性和工作性应满足清水混凝土要求。模板与混凝土接触面应清理干净并涂刷脱模剂，严禁采用影响结构性能或装饰效果的脱模剂。
②装饰墙砖：采用带燕尾槽的饰面砖，反打一次成型工艺制作。其粘结性能应满足《建筑工程饰面砖粘结强度试验标准》(JGJ110-2008)要求。
③镶嵌大理石板（GPC板）：石材的厚度应不小于25mm，石材背面应采用不锈钢卡件与混凝土实现机械锚固，石材的质量及连接件固定数量应满足设计要求。
④带文字图案：使用合适的材料做为衬模，一次浇注混凝土成型。
⑤彩色混凝土：在饰面层使用彩色混凝土，形成不同的装饰效果。
⑥涂料饰面：保温剪力墙板安装后喷涂外墙涂料，应采用装饰性强、耐久性好的涂料，宜优先选用聚氨酯、硅树脂、氟树脂等耐候性好的材料。
注意事项：
带装饰面墙板码放时要制定成品保护措施，对于装饰面层处，垫木外表面要用塑料布包裹隔离，并用苫布覆盖，避免雨水及垫木污染墙板表面。
12、安装墙板注意事项。
安装剪力墙板时，钢筋连接套筒灌浆采用高强灌浆料，其具有大流动度、早强、高强、微膨胀等性能，填充于套筒和带肋钢筋间隙内，形成钢筋灌浆连接接头。该道工序复杂且重要，需要提前做钢筋套筒连接头抗拉拔试验，注浆施工需要在监理人员旁站监督下操作。需填写质检表，并在旁边使用小白板，书写日期、楼层、墙板编号、温度、湿度、灌浆状况等，拍照记录并存档。
五
结论
通过以上论述，装配式剪力墙体系中的夹芯保温剪力墙板，生产工艺复杂，原材料、配件及各道工序要求严格，只有这样才能保证建筑的结构质量安全。而且可以设计多种面层装饰形式，体现建筑的美感和艺术性，实现装饰、保温一体化。
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知识点： 装配式建筑中夹芯保温剪力墙板生产的关键技术
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