裝配式預(yù)制內(nèi)隔墻板的性能和裂縫研究

1 引言

近年來(lái)，國(guó)家大力推進(jìn)建筑工業(yè)化，高度重視發(fā)展裝配式建筑。 2016 年2 月6 日，中共中央國(guó)務(wù)院下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，提出“力爭(zhēng)用10 年左右時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%”[1]。作為裝配式結(jié)構(gòu)體系的重要組成部分， 墻板是推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的關(guān)鍵。 但墻板連接構(gòu)造方式的選擇和墻體接縫處易出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題限制了墻板的推廣和應(yīng)用。

章衛(wèi)東[2]對(duì)市場(chǎng)上常見預(yù)制內(nèi)隔墻板進(jìn)行了性能分析，介紹了各類墻板所適用范圍；張?jiān)俾返萚3]提出了一種輕質(zhì)隔墻板的連接方式來(lái)防治施工裂縫；劉德平[4]研究了GRC 輕質(zhì)隔板在實(shí)際工程中產(chǎn)生裂縫的原因并提出了裂縫防治和修復(fù)方法；邸芃等[5]研究了ALC 節(jié)能板材產(chǎn)生裂縫的原因，介紹了控制板材質(zhì)量和裂縫的方法。 但目前對(duì)于墻板裂縫各種問(wèn)題還沒有完善的解決方案， 預(yù)防和修復(fù)墻體裂縫是裝配式建筑業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

2 預(yù)制裝配式內(nèi)隔墻板的類型與性能

預(yù)制內(nèi)隔墻板根據(jù)板材規(guī)格和安裝方法，可分為砌塊、內(nèi)隔墻條板和整體式板。 砌塊的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，但其施工方式制約了裝配式建筑的發(fā)展。 故本文主要對(duì)內(nèi)隔墻條板和整體式板兩大類進(jìn)行分析， 介紹每類中各種墻板的性能及其適用范圍。

2.1 預(yù)制裝配式內(nèi)隔墻板整體式板

我國(guó)預(yù)制整體式隔墻板按照材料組成成分主要可分為：水泥聚苯模殼格構(gòu)式混凝土墻體、輕鋼龍骨組合墻體、中空內(nèi)模內(nèi)隔墻體、夾芯復(fù)合墻板這4 類。 按照其安裝方法可分為預(yù)制成型隔墻板與現(xiàn)場(chǎng)組裝隔墻板。

整體式板多為復(fù)合式板，大多包含鋼筋混凝土材質(zhì)，板材力學(xué)性能較高，且密度、隔聲隔熱等物理性能可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)整， 均能滿足設(shè)計(jì)要求。 參考現(xiàn)有整體式板施工圖集，按照不同板材施工性能對(duì)其進(jìn)行總結(jié)，如表1 所示。

整體式板中， 輕鋼龍骨組合墻體施工方便， 現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少，是目前最適用于裝配式建筑內(nèi)隔墻的墻板類型。 預(yù)制整體式板物理力學(xué)性能優(yōu)于預(yù)制條板，但墻板整體剛度大，墻板剛度與主體剛度的協(xié)調(diào)問(wèn)題沒有解決， 所以目前預(yù)制整體式板主要用于外掛形式。

2.2 預(yù)制裝配式內(nèi)隔墻板條板

為了滿足建設(shè)工程需求、 綠色環(huán)保要求以及我國(guó)各地區(qū)氣候與資源的差異性， 我國(guó)預(yù)制裝配式內(nèi)隔墻條板出現(xiàn)了各種各樣的類型， 根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的預(yù)制內(nèi)隔墻條板圖集與規(guī)范技術(shù)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)各種類型的內(nèi)隔條板性能，按照材料強(qiáng)度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)、耐火極限、隔聲量等性能指標(biāo)將8 類預(yù)制內(nèi)隔條板對(duì)照，如表2 所示。

表2 不同類型條板物理力學(xué)性能表

從板材抗壓強(qiáng)度來(lái)看，鋼絲網(wǎng)架夾芯復(fù)合板強(qiáng)度最高，并且所有墻板強(qiáng)度均能滿足裝配式內(nèi)隔墻板要求。 從板材密度來(lái)看，最輕質(zhì)的是植物纖維復(fù)合條板，密度僅為普通混凝土的1/8，但由于其空心腔體的存在，其抗彎承載力較低，且材料防潮耐久性低，若組裝成雙層墻體，則會(huì)增加重量，浪費(fèi)建筑空間。 其次，較為輕質(zhì)的預(yù)制條板是：BLP 粉煤灰泡沫水泥隔墻板、蒸壓加氣混凝土條板、增強(qiáng)石膏隔墻條板以及硅鎂加氣水泥條板。 從板材導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)看，復(fù)合墻板導(dǎo)熱系數(shù)普遍低于單一材質(zhì)板材，但均能滿足裝配式內(nèi)墻板要求。 導(dǎo)熱系數(shù)較小的板材依次為：鋼絲網(wǎng)架夾芯復(fù)合板、蒸壓加氣混凝土條板、BLP粉煤灰泡沫水泥隔墻板。 各類板材耐火、隔聲性能差異不大，均能達(dá)到內(nèi)隔墻板性能要求。

鋼絲網(wǎng)架夾芯復(fù)合板承載力高、保溫隔熱性能好，適合用于超高建筑的外墻。BLP 粉煤灰泡沫水泥隔墻板、蒸壓加氣混凝土條板以及輕混凝土條板的綜合性能更加優(yōu)越， 適用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的內(nèi)隔墻體。

2.3 蒸壓加氣混凝土條板的連接構(gòu)造

由于蒸壓加氣混凝土條板物理力學(xué)性能優(yōu)越， 與裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅適配度較高，使用范圍較廣。 所以本文以蒸壓加氣混凝土條板為例，詳細(xì)介紹內(nèi)隔墻板的連接構(gòu)造措施。

蒸壓加氣預(yù)制墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接方式分為剛性連接與柔性連接兩種。 由于剛性連接不能很好地傳遞主體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的力和變形，容易造成墻體開裂，所以在目前工程中主要采用的是柔性連接。

蒸壓加氣混凝土與主體連接構(gòu)造主要參考國(guó)標(biāo)圖集，但圖集中僅包含相關(guān)連接構(gòu)造方法， 關(guān)于連接件相關(guān)參數(shù)的選擇亦沒有詳細(xì)規(guī)定，連接件的設(shè)計(jì)方法有待進(jìn)一步研究[6-8]。內(nèi)嵌連接構(gòu)造方式的特性可分為：平面外約束、受力性能、施工便宜性和建筑效果4 種， 不同的內(nèi)嵌連接構(gòu)造方式的特性具體如表3 所示。

表3 不同內(nèi)嵌連接構(gòu)造方式的特性

從平面外約束來(lái)看，U 形鋼卡法、雙角鋼法和鉤頭螺栓法對(duì)墻板的平面外約束能力較強(qiáng)，其次直角鋼件法、彈性L 形鐵件法、管卡法對(duì)墻板的約束能力較弱，難以抑制墻板的轉(zhuǎn)動(dòng)。但從受力性能方面來(lái)看，直角鋼件法、彈性L 形鐵件法、管卡法的連接可傳遞層間剪力，U 形鋼卡法、雙角鋼法和條形連接件法不能傳力，易產(chǎn)生抹灰裝飾層開裂。 除了鉤頭螺栓法、條形連接件法和接縫鋼筋法的施工較為煩瑣， 其他幾種方式的施工便宜性都較好。 建筑效果中雙角鋼法和鉤頭螺栓法會(huì)出現(xiàn)連接件外露，但鉤頭螺栓法可以進(jìn)行改進(jìn)，將連接件隱藏于墻板內(nèi)部。

U 形鋼卡法是當(dāng)前性能最好的內(nèi)隔墻板連接件， 雖然雙角鋼法與U 形鋼卡法基本具備相同的性能， 但只適用于墻板根部的連接。 直角鋼件法、彈性L 形鐵件法、管卡法連接具備一定的初始剛度，適用于外力較小，要求不高的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅內(nèi)隔墻板的連接。 勾頭螺栓法在內(nèi)隔墻的應(yīng)用中，可以采用改進(jìn)的隱藏連接件的方式，對(duì)板材進(jìn)行切割，將連接件隱藏到板材內(nèi)后再用修補(bǔ)劑進(jìn)行填補(bǔ)， 適用于要求較高的內(nèi)隔墻板的連接。 改進(jìn)的隱藏鉤頭螺栓法是目前最佳的內(nèi)嵌連接方式，U 形鋼卡法、彈性L 形鐵件法以及管卡法具有較高的綜合性價(jià)比。

3 預(yù)制內(nèi)隔墻板裂縫形成原因

預(yù)制內(nèi)隔墻板雖然性能很優(yōu)秀在實(shí)際使用過(guò)程中仍出現(xiàn)大量的墻板裂縫。 墻板裂縫按裂縫出現(xiàn)的部分主要有門窗洞口處的裂縫、梁底裂縫、墻板接縫處的裂縫、拐角處的裂縫等，如圖1 所示。

圖1 內(nèi)隔墻板裂縫

板縫開裂、板面龜裂等問(wèn)題其形成的原因往往是多重因素造成的結(jié)果，多與填縫材料的干燥收縮、保水性、彈性模量、黏結(jié)強(qiáng)度等和墻板自身結(jié)構(gòu)性能和外部荷載引起的變形有關(guān)[9]。輕質(zhì)墻板的濕度變形是與環(huán)境濕度保持平衡狀態(tài)的， 環(huán)境濕度的改變是導(dǎo)致輕質(zhì)墻板干縮開裂的關(guān)鍵因素[10]。

3.1 預(yù)制墻板裂縫形成的自身原因

1）材料及工藝不合格。 部分企業(yè)為了節(jié)約成本所選用的墻板的原材料或生產(chǎn)工藝未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 所生產(chǎn)的劣質(zhì)墻板在使用過(guò)程中易開裂。

2）板材含水率及干縮率。 大多數(shù)預(yù)制墻板吸水性強(qiáng)，但是在施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干燥，導(dǎo)致墻板的含水率下降及干縮率增大，這是板材出現(xiàn)裂縫的主要原因之一。

3）養(yǎng)護(hù)齡期不足。 部分生產(chǎn)企業(yè)追求生產(chǎn)效率，在板材未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的養(yǎng)護(hù)期限內(nèi)將墻板運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。

4）脫模油污染。 板材脫模質(zhì)量對(duì)板材的質(zhì)量至關(guān)重要，但市場(chǎng)上專業(yè)脫模劑價(jià)格一直居高不下， 部分企業(yè)為了減少成本用廢棄機(jī)油來(lái)進(jìn)行脫模，嚴(yán)重破壞了板材質(zhì)量，造成裂縫的開展。

3.2 預(yù)制墻板裂縫形成的外在原因

1）施工不合理。 目前，預(yù)制墻板的施工技術(shù)尚不完善，較多工人采用以前普通墻體的施工方法。 如墻體開鑿孔洞和開槽，照搬砌塊和混凝土的做法，易導(dǎo)致墻體裂縫。

2）受力不均勻。 墻體拼縫處嵌縫材料與蒸壓加氣混凝土屬于兩種不同的材料。 在受熱膨脹或者受冷收縮過(guò)程中，二者變形不一致，相互擠壓，容易導(dǎo)致墻面拼縫的開裂。

3）墻板連接方式。 當(dāng)前裝配式建筑內(nèi)隔墻為避免其剛度對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，主要采用柔性連接。 管卡法、直角鋼件法等方法施工方便、連接件不外露，被廣泛應(yīng)用于裝配式內(nèi)隔墻板的安裝。 但是這樣的連接方式會(huì)形成與墻板平行的軸，在企口未擠緊或者嵌縫材料黏結(jié)強(qiáng)度不足時(shí)， 容易導(dǎo)致墻板在受到垂直于板面的外力時(shí)能夠繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而導(dǎo)致墻板接縫的破壞。

4）水泥砂漿的收縮硬化。 墻板所用的嵌縫砂漿因?yàn)樗磻?yīng)硬化收縮，墻板縫隙處的砂漿填充不飽滿，從而導(dǎo)致墻板裂縫的出現(xiàn)。

4 預(yù)制墻板裂縫的處理措施

對(duì)于墻板裂縫的處治對(duì)策， 不少學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究并提出了一些方法[11]。 筆者通過(guò)對(duì)一些預(yù)制內(nèi)隔墻板企業(yè)實(shí)地考察與現(xiàn)有文獻(xiàn)調(diào)研，提出幾點(diǎn)處理措施。

1）在選擇預(yù)制墻板生產(chǎn)廠家時(shí)，需要提前對(duì)板材進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研， 檢查所用的生產(chǎn)工藝和原料是否符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)并不定期進(jìn)行突擊檢查。

2）板材脫模完成在進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前需滿足28 d 的養(yǎng)護(hù)齡期，板材在施工現(xiàn)場(chǎng)的停放時(shí)保持場(chǎng)地的潮濕度，安裝完成需養(yǎng)護(hù)14 d 后方可進(jìn)行嵌縫， 每2~3 d 檢測(cè)一次墻板接縫的強(qiáng)度。

3）脫模時(shí)禁止使用廢棄機(jī)油，可以采用較為便宜的水性隔離劑。

4）孔洞的開鑿不易過(guò)大。 對(duì)預(yù)制墻板進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，結(jié)合水電專業(yè)，將孔洞過(guò)大的板材在預(yù)制過(guò)程時(shí)提前預(yù)留，防止因開鑿孔洞過(guò)大導(dǎo)致墻體開裂。

5）將板材的側(cè)面做成凹凸?fàn)睿龃蟀宀慕涌p的接觸面積，并在接縫處增加玻纖網(wǎng)格布， 用1∶3 的水泥砂漿填充密實(shí)，大大增加了相鄰板材的黏結(jié)強(qiáng)度，抵抗變形。

6）普通水泥砂漿做嵌縫材料時(shí)抵抗變形能力太低，所以嵌縫砂漿最好采用聚合物砂漿，用石膏進(jìn)行粉刷，聚合物砂漿具有較好的黏結(jié)性和收縮性。 嵌縫砂漿的面層使用與墻板面層抹灰相同的材料，受溫度影響小變形協(xié)調(diào)，不易產(chǎn)生變形和裂縫。

5 結(jié)語(yǔ)