裝配式超低能耗建筑預(yù)制夾心保溫墻板熱橋控制措施研究*

吳自敏，楚洪亮，尹述偉，李曉晨，朱清宇，李叢笑

(1.廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528000； 2.中建科技有限公司，北京 100070；3.中建工程研究院有限公司，北京 101300)

1 裝配式超低能耗建筑

超低能耗建筑指可適應(yīng)氣候特征和場(chǎng)地環(huán)境，利用被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)在最大程度上降低供暖、空調(diào)、照明需求，通過主動(dòng)式技術(shù)措施在最大程度上提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率，充分利用可再生能源，以最少能源消耗、提供舒適室內(nèi)環(huán)境的建筑[1]。裝配式建筑是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑[2]，是目前我國積極推廣應(yīng)用的新型建筑形式。裝配式建筑將部分現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)轉(zhuǎn)移至工廠，工廠化生產(chǎn)高質(zhì)量預(yù)制構(gòu)件，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配，降低對(duì)施工人員操作水平的依賴程度，有利于提高工程質(zhì)量和生產(chǎn)效率。利用裝配式技術(shù)優(yōu)勢(shì)，高質(zhì)量建造超低能耗建筑是建筑節(jié)能領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，即推廣應(yīng)用裝配式超低能耗建筑。

2 熱橋問題

熱橋是圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱流強(qiáng)度顯著增大的部位[3]，不僅增加能耗，還會(huì)引起結(jié)構(gòu)內(nèi)表面結(jié)露、發(fā)霉和長毛等，影響人居環(huán)境[4]。無明顯熱橋是超低能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)特征之一，自2012 年我國建成首棟超低能耗建筑以來，逐漸形成了以外保溫系統(tǒng)為主的圍護(hù)結(jié)構(gòu)高性能保溫技術(shù)體系，涵蓋了保溫材料選用、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、精細(xì)化施工技術(shù)與管理方法等[5-9]。

預(yù)制夾心保溫墻板是由兩側(cè)葉板、中間保溫板和連接部分拉結(jié)而成的復(fù)合墻體[10]，具有保溫、與結(jié)構(gòu)同壽命、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)小、后期維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，可作為裝配式超低能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)需采用精細(xì)化施工技術(shù)，施工工藝復(fù)雜，對(duì)施工人員操作水平的要求較高，而實(shí)際工程中施工人員流動(dòng)性較大，操作水平參差不齊，導(dǎo)致工程質(zhì)量問題頻出，制約了裝配式超低能耗建筑的發(fā)展。目前，對(duì)預(yù)制夾心保溫墻板的研究已取得一定成果[11-22]，已對(duì)墻板熱工性能、內(nèi)部冷凝特性等進(jìn)行了分析。

北京、成都、長沙、上海、杭州和南通等地已開展工程試點(diǎn)，將預(yù)制夾心保溫墻板作為非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)，用于裝配式超低能耗建筑中。筆者對(duì)試點(diǎn)工程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)墻板接口連接部位熱橋得到了有效處理，但墻板自身存在熱橋問題，具體表現(xiàn)為：①保溫板間隙存在夾渣，即高導(dǎo)熱系數(shù)混凝土貫穿保溫板，形成線狀熱橋，如圖1a 所示；②中間保溫板錯(cuò)位，錯(cuò)位部分保溫板有效厚度減小，形成線狀熱橋，如圖1b所示；③保溫板間隙>2mm，板縫中空氣對(duì)流增強(qiáng)，形成線狀熱橋；④高導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)埋件貫穿保溫板，形成點(diǎn)狀熱橋，如圖1c所示；⑤與模具接觸的保溫板表面結(jié)皮，墻板和外窗安裝完成后，高導(dǎo)熱系數(shù)混凝土填充在墻板間隙或墻板與外窗間隙中，形成線狀熱橋，如圖1d所示；⑥中間保溫板與預(yù)埋木磚(固定外窗用)間隙>2mm，傳熱方向保溫板有效厚度減小，形成面狀熱橋，如圖1e所示；⑦預(yù)埋件安裝破壞保溫材料，被破壞部位保溫板有效厚度減小，形成面狀熱橋，如圖1f所示。

圖1 預(yù)制夾心保溫墻板熱橋問題

3 熱橋成因分析

預(yù)制夾心保溫墻板生產(chǎn)流程為：外葉板生產(chǎn)與安裝→中間保溫板生產(chǎn)與安裝→內(nèi)葉板生產(chǎn)與安裝，根據(jù)各生產(chǎn)階段特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)工藝和熱橋問題，分析得到以下熱橋成因。

1)預(yù)制構(gòu)件中預(yù)埋件較多，提高了貫穿或破壞保溫板的風(fēng)險(xiǎn) 考慮構(gòu)件脫模、翻轉(zhuǎn)、吊裝、運(yùn)輸、施工現(xiàn)場(chǎng)固定、調(diào)整等要求，在構(gòu)件生產(chǎn)過程中預(yù)埋多種不同功能性質(zhì)的預(yù)埋件。預(yù)埋件材質(zhì)以金屬為主，導(dǎo)熱系數(shù)大，貫穿或破壞保溫板后形成熱橋。

2)混凝土進(jìn)入構(gòu)件間隙形成夾渣 內(nèi)葉板混凝土在澆筑過程中，受自身重力作用進(jìn)入保溫板間隙或保溫板與模具間隙，混凝土硬化后形成夾渣或結(jié)皮，進(jìn)而形成熱橋。夾渣形成后無法去除，結(jié)皮與保溫板黏結(jié)強(qiáng)度高，去除結(jié)皮易損傷保溫板。

3)中間保溫板易受擾動(dòng)，增大了保溫板間隙或保溫板與模具間隙 外葉板混凝土未終凝時(shí)，中間保溫板通過其與拉結(jié)件和混凝土的黏結(jié)作用臨時(shí)固定在外葉板上，固定效果有限。內(nèi)葉板鋼筋綁扎、預(yù)埋件安裝和固定、混凝土澆筑等對(duì)保溫板產(chǎn)生擾動(dòng)，保溫板受擾動(dòng)后間隙增大，使混凝土更易進(jìn)入，進(jìn)而形成熱橋。

4)保溫板裁切精度控制不滿足要求，與預(yù)埋件間隙>2mm 受預(yù)埋件布置和模具形狀尺寸的限制，保溫板在安裝過程中需進(jìn)行部分裁切，裁切精度不滿足要求時(shí)，將導(dǎo)致保溫板安裝完成后與模具或預(yù)埋件形成間隙，進(jìn)而形成熱橋。

5)未對(duì)操作界面進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)過程中施工人員踩踏保溫板 外葉板混凝土未終凝時(shí)，在外力作用下易發(fā)生塑性變形。在中間保溫板安裝和內(nèi)葉板生產(chǎn)過程中，施工人員易踩踏保溫板，從而導(dǎo)致保溫板翹曲或下陷錯(cuò)位，形成熱橋。

6)混凝土振搗使保溫板產(chǎn)生擾動(dòng) 內(nèi)葉板混凝土振搗對(duì)中間保溫板產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致保溫板間隙增大，振搗加速了混凝土進(jìn)入間隙。

4 熱橋控制措施

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

1)對(duì)貫穿保溫板的預(yù)埋件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整，避免保溫板受損。

2)在預(yù)埋件大樣詳圖中提供詳細(xì)尺寸數(shù)據(jù)，對(duì)破壞中間保溫板的預(yù)埋件進(jìn)行尺寸優(yōu)化。

4.2 生產(chǎn)管理優(yōu)化

1)進(jìn)行中間保溫板鋪貼時(shí)，控制板間隙<2mm，利用保溫板碎屑或聚氨酯發(fā)泡填充>2mm的間隙。

2)中間保溫板鋪貼完成后，采用膠帶連接間隙兩側(cè)保溫板，避免混凝土進(jìn)入間隙形成夾渣。

3)采用膠帶粘貼與模具接觸的保溫板表面，使保溫板與混凝土形成隔離層，利于去除脫模后的結(jié)皮。

4)在保溫板上部空間進(jìn)行各道工序作業(yè)時(shí)，設(shè)置輔助設(shè)施，避免施工人員在作業(yè)過程中因踩踏保溫板引起保溫板邊緣翹曲或下陷，進(jìn)而避免保溫板形成錯(cuò)位。

5)混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，保證模具、預(yù)埋件和連接件不發(fā)生變形或移位。

6)提高保溫板裁切精度，保證保溫板間隙及保溫板與模具間隙滿足要求。

5 結(jié)語

圍護(hù)結(jié)構(gòu)精細(xì)化施工是裝配式超低能耗建筑熱橋控制重要措施，針對(duì)試點(diǎn)工程調(diào)研結(jié)果，總結(jié)裝配式超低能耗建筑存在的熱橋問題。通過對(duì)熱橋成因的分析，基于預(yù)制夾心保溫墻板構(gòu)件設(shè)計(jì)優(yōu)化和生產(chǎn)管理優(yōu)化，提出熱橋控制措施，為類似工程熱橋控制提供借鑒。