施工技术 2018年6月下 100 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 第47卷第12期 DOI: 10. 7672/sgjs2018120100 高层装配式建筑预制轻骨料混凝土夹心 保温外挂墙板研究 管文 （01） [摘要]针对预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板的基本组成开展适用于高层装配式建筑的1C40轻骨料混凝土 研制、FRP连接件与轻骨料混凝土的锚固性能以及预制混凝土夹心保温外挂板的防水性能和热工性能研究.
研 究表明：与同强度等级的C40普通混凝土相比LC40轻骨料混凝土的28d干燥收缩率增大17%但抗冻性能和抗 碳化性能均优于普通混凝土FRP连接件与LC40轻肯料混凝土的抗拉拔承载力和抗剪承载力分别降低12%和 13%并提出采用面砖反打作为防护层提高预制轻骨料混凝土夹心保温外挂板的防水性能，开发出适用于高层 装配式建筑且满足夏热冬冷地区公共建筑节能要求的预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板.
[关键词]高层建筑：装配式建筑：夹心保温墙板：轻骨料混凝土：连接件：锚固：热工性能 [中图分类号]TU756;TU55*1 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2018) 12-0100-05 Research on Precast LightweightAggregate Concrete Sandwich Insulation Facade Wall Panel ofHigh Prefabricated Buildings GUAN Wen ( Shanghai Research Institute of Building Science Shanghai 201108 China) Abstraet: For the basic positions of precast lightweight aggregate concrete sandwich facade wall panel the development of LC40 lightweight aggregate conerete the anchorage performance of FRP connector and lightweight aggregate concrete the waterproof property and the thermal insulation performance of the panel are studied. The studies show that the 28d dry shrinkage rate of LC40 lightweight aggregate concrete is increased by 17% pared with the C40 ordinary conerete but the resistance performances of LC40 lightweight aggregate concrete to freezing and thawing and carbonization are better than that of the ordinary concrete. The tensile bearing capacity and shear bearing capacity of the FRP connector and the LC40 lightweight aggregate conerete are reduced by 12% and 13% respectively. The face brick back beating as the protective layer is put forward to improve the waterproof performance of the sandwich facadle panel. Based on the above researches the precast lightweight o padopaap s! supq paouqad μq og apens paud 1pa apeoe qaues apuu aple meet the requirements of energy saving for public buildings in hot summer and cold winter zone. Key words: tall buildings* prefabricated construction; sandwich insulation wall panels lightweight aggregate concree; eclos; anchorage; thermal insulation performance 本文拟以页岩陶粒作为轻骨料通过对轻骨料筑且满足夏热冬冷地区公共建筑节能要求的预制 混凝土的研制、连接件在轻骨料混凝土中的锚固性轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板推动高层装配式 水性能和热工性能研究，开发适用于高层装配式建1预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板组成 上海市科委课题：高层建筑装配式温凝土结构检测技术研究 从装配式建筑结构的角度，目前预制轻骨料混 ：：（811） 链质量控制与智能管理技术（2016YFO0701904) 凝土夹心保温墙板宜用于装配式公共建筑框架体 [作者离介]管文高级工程师E-il:unvip.sin. 系的围护结构即一般用作外挂墙板.
基于满足夏 [收稿日期] 2018-05-05 热冬冷地区公共建筑节能对外墙热工性能的要求，
2018 No. 12 管文：高层装配式建筑预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板研究 101 本文开发的高层装配式建筑预制轻骨料混凝土夹 混凝土存在轻骨料易上浮、新拌混凝土包裹性不足 心保温外挂墙板主要由内外叶轻骨料混凝土墙板、 等问题，本文采用下列技术措施对轻骨料混凝土 XPS板夹心保温层、连接件和饰面层组成 初步配合比进行优化 2轻骨料混凝土研制 1)鉴于轻骨料混凝土骨料的包裹性不佳采用 2.1原材料 0-5mm圆球形淤泥陶砂取代0-5mm不规则形状 1)水泥PⅡI52.5安徽海螺水泥股份有限公 页岩陶砂并采用3种不同陶粒颗粒级配改善轻骨 司生产物理性能如表！
所示.
料混凝土的包裹性- 2)矿粉S95，上海宝钢新型建材发展有限公 2)鉴于轻骨料易于上浮采用河砂取代部分陶 司生产物理性能如表2所示.
砂有利于抑制轻骨料上浮改善轻骨料混凝土和 3）河砂 Ⅱ区中砂细度模数2.7. 易性-确定最佳比例河砂：陶砂=7：3（质量比）.
4）陶粒0-5mm淤泥陶砂圆球形颗粒；5- 3）鉴于聚羧酸减水剂配制的混凝土料浆内聚 10mm和10-20mm页岩陶粒碎石型颗粒-上述3 力较大容易导致轻骨料上浮，且预制墙板生产工 种陶粒均由上海群拥陶粒制品有限公司生产其物 艺所用混凝土的落度无须太大，70-90mm为宜， 理性能如表3所示.
因此采用蔡系减水剂代替聚羧酸减水剂.
5)减水剂花王Might150，蔡系液剂，由上海 4）掺加矿粉有利于改善新拌混凝土的包裹性.
花王有限公司生产， 5）比较砂率对轻骨料混凝土抗压强度的影响， 2.2试验方法 确定最佳砂率为40%.
干密度、抗压强度、导热系数、弹性模量、干燥 经过上述一系列试验比较，确定高层装配式建 收缩值、抗冻性、抗碳化性能试验按照JGJ51-2002 筑用LC40轻骨料混凝土配合比如表4所示.
轻骨料混凝土技术规程》进行.
2.4轻骨料混凝土的基本物理力学性能 2.3轻骨料混凝土配合比确定 对LC40轻骨料混凝土与同强度等级的普通混 本文综合考虑高层装配式建筑对混凝土强度 凝土基本物理力学性能进行比较如表5所示.
和保温性能要求，拟研制密度等级1600- 与同强度等级C40普通混凝土相比LC40轻骨 料混凝土干密度降低27%，导热系数降低54%弹 根据轻骨料混凝土技术规程》设计轻骨料混 性模量降低37%.
因此，当LC40轻骨料混凝土用 凝土初步配合比、在多次试配过程中，发现轻骨料 于高层装配式建筑的预制混凝土夹心保温外挂墙 表1海螺水泥PII52.5物理性能 Table 1Physical properties of Conch cement P II52. 5 组度/ 比表面积/ 标准精度用 安定性 凝结时间 抗折强度/MP 抗压强度/MP % （nm²kg-) 水量/% 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d 0.2 362 26.8 合格 2h 15min 2h 50min 7.3 10.6 34.0 59.9 表2宝钢S95矿粉物理性能 Table 2Physieal properties of Baogang S95 slag powder 密度/ 比表面积/ 活性指数/% 流动度 含水量/ 三氧化硫/% 氯离子/ 烧失量/ (g*cm~²} （m²*kg-) 7d 28d 比/% % 2.88 451 84 107 102 0. 1 0.02 0.02 0.01 表3陶粒物理性能 Table 3 Physical properties of ceramsite 陶粒型号 堆积密度/（kg*m） 含泥量/% 泥块含量/% 简压强度/MPa 1h吸水事/% 软化系数 5 ~10 0~5mm 910 5.6 840 1.6 0.5 - 10 ~20 7.4 4 1.0 880 1.3 0. 4 6.7 3 1.0 表4LC40轻骨料混凝土配合比 Table 4 Mix proportion of LC40 lightweight aggregate concrete kg*m~ 水泥 矿粉 河砂 0-5mm陶秒 5 -10mm陶粒 10 ~20mm 陶粒 茶系减水剂 水灰比 405 45 428 183 308 308 6.75 0.35
102 施工技术 第47卷 表5轻骨料混凝土与普通混凝土的基本物理力学性能 强度降低影响混凝土耐久性.
Table 5 Basic physical and mechanical properties 轻骨料混凝土技术规程》要求轻骨料混凝土 of lightweight aggregate concrete and ordinary conerete 28d碳化深度≤35mm，本文LC40轻骨料混凝土抗 检测项目 LC40轻骨料 C40普通 混凝土 混凝土 碳化性能满足规程要求而且LC40轻骨料混凝土 干密度/（kg*m-²） 1 780 2 430 的抗碳化性优于同强度等级的普通混凝土.
28d抗压强度/MPa 42.4 48.7 3连接件在轻骨料混凝土中的锚固性能 导热系数/（W-（m*K)-) 0. 70 1.51 由于连接件是通过两端部连接杆锚入内外叶 弹性模量/（10²MPa) 240 380 混凝土墙板中靠与混凝土的握裹力提供拉拔力和 板时可使墙板质量减小27%.
抗剪力来承受外叶墙板自重及荷载作用.
因此，连 2.5轻骨料混凝土耐久性能 接件锚固于混凝土墙板中的抗拉拔和抗剪性能将 2.5.1长期抗压强度 严重影响预制混凝土夹心保温外墙板的安全性.
轻骨料混凝土的长期抗压强度检测结果为： 本文以FRP连接件为例研究连接件与轻骨料混凝 28d 为 42. 4MPa 56d 为 43. 7MPa 90d 为 44. 1MPa.
土的锚固性能并将其与同强度等级的普通混凝土 其长期抗压强度基本趋于稳定.
中的锚固性能进行对比 2.5.2干燥收缩 3.3.1试件形式与尺寸 LC40轻骨料混凝土28d干燥收缩率为 1）抗拉拔试件试件由2块混凝土板和40mm 0.319mm/m，C40普通混凝土28d干燥收缩率为 XPS保温层组成-混凝土板尺寸为250mm×250mm× 0. 273mm/m. 170mm，在每块混凝土板内各配置双层钢筋网片 轻骨料混凝土技术规程》要求轻骨料混凝土 （8@150）并预埋钢拉杆及锚固筋.
每个试件安装 28d干燥收缩率≤0.36mm/m，本文LC40轻骨料混 1个FRP连接件.
上、下两根钢拉杆与连接件应对 凝土收缩率满足规程要求.
与同强度等级C40普 中，抗拉拔试件形式和尺寸如图1所示.
通混凝土相比轻骨料混凝土的28d干燥收缩率增 大17%，这主要是因为页岩陶粒的弹性模量比普 夹持端 预钢筋 通碎石低因此限制水泥石收缩变形能力也比普通 拉杆 碎石差.
连接件 2.5.3抗冻性能 连接件 淘凝土块 LC40轻骨料混凝土和C40普通混凝土的抗冻 性能对比如表6所示.
根据表6经过100次冻融 夹持响 循环后LC40轻骨料混凝土的强度损失和质量损失 [2s2s] 都小于C40普通混凝土，这说明LC40轻骨料混凝 11 土的抗冻性能优于同强度等级的普通混凝土.
图1抗拉拔试件形式和尺寸 表6轻骨料混凝土与C40普通混凝土的抗冻性能对比 Fig. 1 Type and size of the tensile specimen Table 6 Resistance parison of lightweight aggregate concrete and C40 ordinary concrete 2）抗剪试件试件由3块混凝土板与2层XPS to freezing and thawing 保温层组成.
两外侧混凝土板厚度为60mm，中间 LC40轻骨料 C40普通 混凝土板厚度为120mm.每层XPS保温板40mm 检测项目 混凝土 混凝士 厚.两外侧混凝土板沿纵横向单层配筋（d8@ 强度损失率/% 5.4 7.5 150）内侧混凝土板沿纵横向双层配筋（中8@150）.
质量损失率/% 2. 1 3.2 每个试件使用4个FRP连接件-抗剪试件形式和 2.5.4抗碳化性能 尺寸如图2所示.
LC40轻骨料混凝土28d碳化深度为4.1mm， 3.3.2试验方法 C40普通混凝土28d碳化深度为5.4mm 参照DG/TJ08-2158-2017预制混凝土夹心保 混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳渗透到 温外墙板应用技术标准》中“附录A连接件锚入混凝 混凝土内与水泥的水化产物发生化学反应生成碳 土抗拉拔和抗剪承载力试验“方法分别采用LC40 酸盐和其他物质-混凝土的碳化易导致混凝土松 轻骨料混凝土和C40普通混凝土各成型5个抗拉拔 散、开裂以及体积膨胀，毛细孔道堵塞，碱度降低， 试件和5个抗剪试件进行试验，其中判断抗剪试件
2018 No. 12 管文：高层装配式建筑预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板研究 103 00 12上板 表8FRP连接件抗剪承载力 1 Table 8 Shearing bearing capacity of FRP connector 检测项目 C40普通凝士 LC40轻骨料混凝士 连接件 单个值/LN 16.0 J6. 2 14. 9 11.9 12.8 14. 4 μ5. 4 13. 1 12. 4 12. 7 算术平均值/LN 15. 4 12.6 变异系数V/% 4.9 3.6 标准值/LN 12.8 11. 1 定支座那的空整 单个FRP连接件抗剪 承载力标准值/LN 3.2 2. 8 图2抗剪试件形式和尺寸 Fig. 2 Type and size of the shearing specimen 性能-吸水率体现材料吸水饱和能力而抗渗性体 现材料抵抗压力水渗透的能力.
是否破坏采用双重控制方法即当抗剪试件破坏时两 4.1轻骨料混凝土吸水率 侧混凝土板与中部混凝土板间相对滑移≤10mm则 按照轻骨料混凝土技术规程》进行吸水率试 试件极限荷载取破坏荷载：如试件破坏时两侧混凝土 验.
LC40轻骨料混凝土48h吸水率为5.6%，C40 板与中部混凝土板间相对滑移>10mm则试件极限 普通混凝土48h吸水率为2.4%.
由此可知，与同 荷载取滑移达到10mm前的最大荷载.
强度等级的C40普通混凝土相比LC40轻骨料混凝 3.3.3试验结果 土的吸水率增大133%.
1)抗拉拔试验FRP连接件与LC40轻骨料混 4.2轻骨料混凝土抗渗性能 凝土和C40普通混凝土的抗拉拔承载力如表7所 按照GB/T50082-2009普通混凝土长期性能 示.
试验过程中发现FRP连接件锚固于混凝土抗 和耐久性能试验方法标准》进行抗渗性能试验（逐 拉拔试件的破坏形式基本为2种：①混凝土被破坏； ②连接件从混凝土中被拔出：无论是LC40轻骨料 的抗渗等级均>P8这说明LC40轻骨料混凝土作 混凝土试件还是C40普通混凝土试件这两种破坏 为外墙材料具有较好的抗渗性.
形式都同时存在-根据表7所示试验结果与C40 4.3提高预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板防 普通混凝土相比，FRP连接件与LC40轻骨料混凝 水性能措施 土的抗拉拔承载力降低降低幅度为12%.
轻骨料混凝土的吸水率大主要是因为轻骨料 表7FRP连接件抗拉拔承载力 混凝土中的陶粒具有多孔吸水特性，正是因为陶 粒的吸水性和自身返水特性，在后期混凝土强度发 Table 7 Tensile bearing capacity of FRP connector 检测项目 C40普通混凝土 LC40轻骨料混凝土 展过程中陶粒吸入的水分被释放出来，促进水泥 18.0 18.8 18.4 14. 6 石后期水化反应的继续进行，水化产物紧密地包裹 单个值/kN 16. 2 J7. 5 16.1 16. 8 16. 9 18. 2 在陶粒周围并填充空隙增强水泥石与陶粒界面的 算术平均值/kN 17.3 17.0 密实度从而提高轻骨料混凝土的抗渗性能.
查异系数V/% 7.0 9.5 标准值/kN 13. 2 11.6 轻骨料混凝土作为轻质材料具有一定的保温 效果.
然而当其作为外墙材料时，由于轻骨料混凝 2)抗剪试验FRP连接件与LC40轻骨料混凝 土吸水后会导致其保温性能下降在寒冷天气条件 土和C40普通混凝土的抗剪承载力如表8所示.
试 下则会因冻融而造成强度和结构破坏，影响轻骨 验过程中观察到无论是普通混凝土抗剪试件还是 料混凝土的耐久性，因此，应采取措施防止雨水直 轻骨料混凝土抗剪试件，当试件破坏时，两侧混凝 接进入轻骨料混凝土内部-作为预制轻骨料混凝 土板与中部混凝土板相对滑移均≤10mm.
根据表 土夹心保温外挂墙板，可在墙板预制过程中采用面 8所示试验结果与C40普通混凝土相比FRP连接 砖反打技术将低吸水率面砖嵌入轻骨料混凝土表 件与LC40轻骨料混凝土的抗剪承载力降低降低 面，吸水率较低的面砖相当于在轻骨料混凝土外 幅度为13%. 增加1层防护层避免雨水进入轻骨料混凝土内部， 4预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板防水性能 从而提高了预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板 预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板作为围 的防水性能 护结构经常遭受雨水侵蚀要求其具有较好的防 5预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板构造设计 水性能.
表征材料防水性能通常有吸水率和抗渗 综合上述研究，同时考虑满足GB50189-2015
104 施工技术 第47卷 《公共建筑节能设计标准》对夏热冬冷地区的节能 表10预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板 要求拟开发的轻质、保温、装饰一体化的预制轻骨 外墙平均传热系数 料混凝土夹心保温外挂墙板构造为（从外到内）：饰 Table 10Average heat transfer coefficient of 面砖、轻骨料混凝土外叶墙板55mm、XPS保温板夹 the precast lightweight aggregate concrete 心保温层40mm、轻骨料混凝土内叶墙板100mm.
sandwich insulation facade wall panel 6预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板热工性能 构造层 构造层材 构造层材 墙板构造层材料 材料厚 料热阻系数/ 料热情 6.1设计要求与计算依据 度/mm((m²K} W-1) 性指标 1《公共建筑节能设计标准》要求夏热冬冷地 D 区当外墙热情性指标D>2.5时，外墙平均传热系 轻骨料港凝士（外叶墙板） 55 0. 078 6 0.76 数K_≤0.80W/(m²K).
XPS保温板（夹心保温层） 40 1.11 1 0.38 轻骨料混凝土（内叶墙板） 100 0. 142 9 1.38 2)外墙热情性指标和平均传热系数的计算方 外墙热情性指标 ) =0. 76 0. 38 1. 38 =2. 52 法按《公共建筑节能设计标准》和GB50176-2016 主墙体传热阻R/ R =0. 078 6 1. 111 1 0. 142 9 《民用建筑热工设计规范》进行.
((m²k)-W-1) 主墙体传热系数K / 0. 15 = 1. 482 6 3）预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板各构 (W-（m²K）-) 0.67 成材料的热工参数按表9取值.
考虑FRP连接件 外境平均传热系数K_/ (W(m²K) -1) 0.67 对热工性能的影响XPS保温板导热系数设计计算 值的修正系数为1.2. 2）与同强度等级的C40普通混凝土相比，FRP 表9预制轻骨料混凝土夹心保温外挂 连接件与同强度等级的LC40轻骨料混凝土的抗拉 墙板各构成材料的热工参数 拔承载力和抗剪承载力分别降低12%和13%.
Table 9 Thermal parameters of each material of 3）与同强度等级的C40普通混凝土相比LC40 the precast lightweight aggregate concrete 轻骨料混凝土的吸水率增大1.33倍其抗渗性能> sandwich insulation facade wall panel P8.
可通过面砖反打作为防护层提高预制轻骨料 蓄热系数S/ 导热系数与计算值/ 构成材料 (W({mK) -1) 混凝土夹心保温外挂墙板的防水性能.
(W-(m²K) ) A 4）构造为饰面砖、轻骨料混凝土外叶墙板 XIS保温板 0. 34 0.03 A 0. 03 ×1. 2 =0. 036 55mm、XPS保温板夹心保温层40mm、轻骨料混凝土 轻骨料混凝士 9.65 0. 70 0.70 内叶墙板100mm的预制轻骨料混凝土夹心保温外 6.2预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板热工性 挂墙板满足《公共建筑节能设计标准》对夏热冬冷 能计算 地区公共建筑节能外墙的要求.
预制轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板热工性 5）与同强度等级C40普通混凝土相比，LC40 能计算如表10所示（饰面砖忽略不计）.
由于预制 轻骨料混凝土用于高层装配式建筑的预制轻骨料 轻骨料混凝土夹心保温外挂墙板安装时一般采用 混凝土夹心保温外挂墙板时，可使墙板自重减 外包围式将圈梁和构造柱都包裹在夹心外挂墙板 小27%.
内部有利于杜绝热桥产生.
因此，预制轻骨料混 参考文献： 凝土夹心保温外挂墙板的主墙体传热系数即为外 [1]李雪娜蔡焕琴麻建锁，预制混凝土夹心保湿境板的应用思 考[J]. 门窗 2017( 6] :28-29 32. 墙平均传热系数.
根据《公共建筑节能设计标准》， [2]江焕芝郭正兴沈峰.预制夹心保温墙板钩形钢芯复合连接 夏热冬冷地区要求：当外墙热情性指标D>2.5时， 件拉拔试验研究[J].施工技术201746（2）：124-128. 外墙平均传热系数K≤0.80W/（m²K）.
由表10 [3]王轴杨树林周柏成，等.预制混凝土夹心保温墙板中FRP 可见公共建筑用预制轻骨料混凝土夹心保温外挂 连接件研究[J].吉林建筑大学学报201633（3}：1-. 墙板的热情性指标D=2.52，外墙平均传热系数计 [4]马晓刚陆海英，装配式预制夹心保温墙板的热工性能分析 [J]. 上海建材 2014( 5] :26-28. 算结果K=0.67W/（m²K）<0.80W/（m²K）满 [5]王庆华封叶汪炖鹏，等.EPS颗粒-EPS板复合保温墙板的 足夏热冬冷地区公共建筑节能对外墙的要求. 热工性能研究[J].新型建筑材料2014A1（3)：48-51. 7结语 [6]张晓勇孙晓阳陈华等、预制全装配式混凝土框架结构施 1）与同强度等级的C40普通混凝土相比，LC40 工技术[J]. 施工技术 2012 41(2) :77-80. 轻骨料混凝土的28d干燥收缩率增大17%，但抗冻 [7]李艳艳皮凤梅乔金丽.自密实混凝土夹芯保湿境板技术改 进[J]-新型建筑材料 2009 36( 7) :36-38. 性能和抗碳化性能均优于C40普通混凝土
