復(fù)合墻體功能性研究綜述

郁子陽，張士萍，張俊杰，袁紅兵，趙海源

（南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 南京 211167）

0 引言

復(fù)合墻體是將一些功能材料夾于兩片由多種建筑材料復(fù)合而成的墻板之間，使之具有防火、保溫、隔熱隔音等優(yōu)點的新型墻體。 其生產(chǎn)過程中耗能不高，節(jié)能效率較突出，是理想的節(jié)能型墻體。復(fù)合墻體優(yōu)良的功能性主要體現(xiàn)在保溫、防火、隔聲這三大性能，國內(nèi)外學(xué)者也進行了大量研究。

1 保溫性能研究

建筑外墻保溫是降低能源消耗、 延長建筑物使用壽命的有效措施。 復(fù)合墻體保溫作為外墻保溫形式的一大體系, 是目前應(yīng)用最多的保溫形式。國內(nèi)外多位學(xué)者對墻體外保溫形式進行了研究，并對保溫層結(jié)構(gòu)與保溫材料予以分析。

李源[1]對復(fù)合外墻的外保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計特點進行了探討， 提出在結(jié)構(gòu)設(shè)計上保溫層應(yīng)采用導(dǎo)熱系數(shù)小于0.05 W/ (m·k)且收縮率小、吸濕率低、粘結(jié)性能好的輕質(zhì)保溫材料， 應(yīng)用較為普遍的是阻燃膨脹型聚苯乙烯板。

周麗紅等[2]通過分析比較幾種保溫材料的復(fù)合墻體性能, 在外保溫材料上給出了其他選擇：節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)低且外形簡單的低層建筑可采用膨脹聚苯板 （EPS），節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)較高且外形復(fù)雜的多層建筑可采用發(fā)泡聚氨酯（PUF）。

在1992 年頒布的 《建筑構(gòu)件穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)的測定標(biāo)定和防護熱箱法》（GB/T 13475—92）中給出了公式（1）來計算墻體總絕緣系數(shù)，陳建芳等[3]通過公式（1）證明了墻體熱絕緣系數(shù)數(shù)值模擬的可行性。

式中：A—傳熱面積，m2；Q—通過試件的熱量，W；Tni—熱室的環(huán)境溫度，°C；Tne—冷室的環(huán)境溫度，°C。

通過計算導(dǎo)熱系數(shù)分析隔熱性能也是研究復(fù)合墻體保溫效果的主要手段。 褚逸凡等[4]采用了更成熟的標(biāo)定熱箱檢測法測試復(fù)合墻體的熱工性能，用ABAQUS 熱工模擬數(shù)據(jù)進行了對比分析， 并使用公式（2）計算復(fù)合墻體的導(dǎo)熱系數(shù)：

式中：K—試件傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；Q—加熱功率，W；M1—熱箱外壁熱流系數(shù)，W/K；M2—試件框熱流系數(shù)，W/K；Δθ1—熱箱內(nèi)、 外表面平均溫度差，℃；Δθ2—試件框熱側(cè)與冷側(cè)表面平均溫度差，℃；Δθ3—填充物冷側(cè)與熱側(cè)表面平均度差，℃；S—填充板面積，m2；A—試件面積，m2；Δt—熱箱空氣平均溫度與冷箱空氣平均溫度差，℃。

張緒濤等[5]對復(fù)合外墻外保溫體系的缺陷進行了分析，得出由于有機保溫層與墻體及面層砂漿脹縮率差別明顯, 容易產(chǎn)生裂縫和脫粘，因此外保溫體系耐久性存在缺陷。

根據(jù) 《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 134—2010)，夏熱冬冷地區(qū)要求建筑外墻圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能達到50%， 則外墻傳熱系數(shù)限值應(yīng)達到1.16 W/ (m2·K)，以目前市場上的保溫材料作為外保溫層，其厚度較大，不夠經(jīng)濟。 因此，在節(jié)能復(fù)合墻體外保溫體系中，隔熱性能更好的保溫材料是未來研發(fā)的一大重點。

2 防火性能研究

建筑火災(zāi)是影響城市安全的一個重要因素，在建筑材料的選擇上應(yīng)考慮防火性能。

國外主要通過對復(fù)合墻體夾心層的保溫材料建立有限元模型和進行模擬試驗，分析復(fù)合墻體的防火性能。 Looyeh[6]基于材料的熱化學(xué)分解和芯材的瞬態(tài)導(dǎo)熱， 建立了火災(zāi)下GRP 夾芯板的傳熱數(shù)學(xué)模型， 并運用有限元方法計算了火災(zāi)GRP 板的熱反應(yīng)。 Krysl[7]對FRP 夾芯板的熱工性能進行試驗， 建立了FRP 夾芯板火災(zāi)先傳熱的數(shù)學(xué)模型并進行求解。 Davies[8]提出三種關(guān)于夾芯板火災(zāi)試驗的方法，并通過大量試驗，得到了滿足隔熱性和整體性要求的各種夾芯板的耐火時間。

張緒濤在分析節(jié)能復(fù)合墻體外保溫體系所存在的缺陷時，提出了保溫層防火安全隱患的問題:房屋內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時, 大火從窗戶洞口往外燃燒會波及窗口四周的聚苯保溫層。 盡管外保溫層在墻外,且采用了自熄性聚苯塑料板, 如果沒有嚴密的防護隔離措施,火勢很可能在外保溫層內(nèi)蔓延, 以致將整個保溫層燒掉。 因此，復(fù)合外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計在一定程度上影響了墻體的抗火性能及其使用壽命。

魏少林[9]通過火災(zāi)試驗研究了預(yù)制復(fù)合保溫墻體的抗火性能，研究表明，膨脹聚苯板（EPS）和擠塑聚苯板（XPS）保溫材料對墻體抗火性能影響比較相近， 巖棉保溫材料對墻體抗火性能有較大提高。

相比較復(fù)合墻體保溫性能的研究成果，復(fù)合墻的防火性能有更大的研究空間，應(yīng)受到更多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

3 隔聲性能研究

建筑隔墻的隔聲性能是工程中的重要指標(biāo)，其標(biāo)準(zhǔn)隨著建筑發(fā)展在不斷提高。 普通居室的隔聲要求標(biāo)準(zhǔn)為30～38 dB，商務(wù)酒店、集中住宅、體育場館等工程對隔聲的要求達到50 dB。 復(fù)合墻板作為新型節(jié)能建材之一，提高其隔聲性能也是如今的研究熱門。

代小強等[10]通過測試玻璃棉夾于兩片普通復(fù)合墻板之間的隔音效果，得到總厚度為250 mm 時墻板隔聲量達到51 dB，滿足酒店內(nèi)墻體的隔聲標(biāo)準(zhǔn)。 由此可知，需要隔音性能更好的復(fù)合墻板來減小隔墻的占地面積， 一些學(xué)者對此進行了相關(guān)研究。

陳繼浩等[11]采用計算機模擬和試驗對比的方法,對秸稈復(fù)合墻板及其雙層墻體的隔聲性能進行研究，結(jié)果表明，秸稈多層復(fù)合墻板厚度為105 mm 時隔聲達到36 dB， 滿足建筑內(nèi)隔墻的隔聲性能要求，并提出了采用雙層墻體大幅改善墻體隔聲性能的同時，需注意聲橋?qū)ζ涓袈暤囊种谱饔谩?/p>

丁杰等[12]通過對輕質(zhì)加氣混凝土(ALC)板材的研究得出，內(nèi)填巖棉可以提高雙層ALC 板復(fù)合墻體的隔聲性能， 且墻體厚度為200 mm 時隔聲單值評價達到51 dB，可滿足一些特殊建筑的隔聲需求。

伍圣超等[13]運用阻抗管法研究了定向結(jié)構(gòu)麥秸板（OSSB）及其復(fù)合墻體的基本聲學(xué)性能，研究表明：OSSB 的吸聲性能遠優(yōu)于磚、混凝土等傳統(tǒng)建筑材料, 尤其在1 800～3 500 Hz 其吸聲性能較好，而復(fù)合墻體中采用OSSB 可以減弱聲音在板間的反射，提高復(fù)合墻整體的隔音量。

不同板材制成的復(fù)合墻體很大程度上改善了建筑隔墻與外墻的隔聲效果，且比一般墻體更加輕薄，是值得推廣的節(jié)能建材。 一些隔聲性能更為突出的復(fù)合墻板組合形式仍需國內(nèi)外學(xué)者進行研究與驗證。

4 結(jié)語

如今復(fù)合墻體的研究依舊是建筑節(jié)能研究的重要領(lǐng)域。 如何在維持墻體基本力學(xué)性能的前提下，進一步提高防火保溫、隔熱隔音等性能，并探究其他突出性能，使復(fù)合墻體更多地被投入到實際應(yīng)用中，是后續(xù)研究中應(yīng)該關(guān)注的問題。