高层住宅现浇混凝土外墙外保温体系研究.doc

高层住宅现浇混凝土外墙外保温体系研究摘要高层住宅采用将钢丝网架聚苯板放置于外墙外模板内侧，在墙体混凝土浇注时一次成型的外保温体系。介绍该体系采用的保温板、墙体热工性能、保温板与混凝土墙的粘结力及防止抹灰裂缝及技术经济分析等方面的研究成果。关键词高层建筑居住建筑现浇混凝土建筑节能外墙外保温试验研究 Research on External Insulation System of Exterior Reinforced Cast-in-place Concrete Walls in High-rise Residential BuildingsGu TongzengAbstractSteel mesh polystyrene boards are placed in the inner side of the exterior formworks and the external insulation system is formed at one stroke during wall concreting of the high-rise buildings.This system adopted the result of research on the thermal properties of insulation boards and walls,the cohesion force of insulation boards and concrete walls,the prevention of cracks in plaster and relevant technical economic analyses.KeywordsHigh-rise building;Residential buildings;Cast-in-place concrete;Building energy saving;External insulation of exterior walls;Experimental research1研究的主要任务和实现目标高层住宅现浇混凝土外墙外保温体系研究课题，是由北京市科学技术委员会和北京建筑节能与墙体材料革新办公室下达的科研任务。为实现北京市节能墙改办制订的“九五”规划和2010年节能远景目标纲要。从19972000年在住宅建筑中实现第2步发展战略目标达到节能50%的标准。而围护结构的保温节能形式是主要的内容之一。主要解决现浇混凝土高层建筑外墙的保温节能问题，在构造上采用较为合理的外保温形式。具体方法是在材料上选用钢丝网架聚苯板(又名舒乐舍板)，因为它突出的优点是质轻、吸水性小、耐候性好，是外保温较优选的材料。在构造和施工方法上是将钢丝网架聚苯板放置于将要浇注墙体的外模内侧，当墙体混凝土浇灌完毕后，外保温板和墙体一次成活，这一工艺可节约大量的人力、时间以及安装机械费和零配件。实现目标为：在体型系数0.3，外窗传热系数为4.0W/(m2.K)的条件下，外墙平均传热系数达到1.16W/(m2.K)的标准。即达到或超过北京地区实施细则的标准；保证混凝土墙体的密实，符合质量要求；在浇筑混凝土侧压力的作用下，聚苯板定位准确，压缩率控制在最小范围内，并不影响墙体保温性能；保温板与墙体结合良好，连接牢固，安全可靠；施工安全、方便、快捷，大幅度提高工效、节约工时；综合造价接近或低于内保温，比原外挂形式节约工时和造价1/31/4。2实施步骤和技术路线2.1小型工程试验为探索该体系实施的可行性，建造了一幢长宽高为5.4m3.6m2.7m的试验性建筑，其目的为：探讨保温板的合理形式；研究保温板与墙体结合可靠的构造方式；摸索保证混凝土墙体质量的施工措施和检验方法；初步测定保温板的压缩量，以确定保温板的最佳密度与厚度。2.2扩大工程试点在小型工程试点的基础上，为进一步发掘在实际施工中存在的问题，使该体系具有真正的可操作性。试点工程的对象是北京节能示范小区周庄小区的两幢24层高层住宅15、16号楼，总建筑面积4万m+2。工程实践证明该体系具有以下优点：加快施工进度，与其平面形式相同的14号楼(现浇混凝土墙完成后，后贴保温板块)比较，提前工期达5个月；由于保温板放于外模内侧，形同保温模板，略加措施可以进行冬施；比后挂保温板形式大大减轻劳动强度，做到文明安全施工；提高了混凝土墙体的质量，原因是外侧保温板对混凝土起到良好的养护作用；有良好的经济效益，仅提前工期一项就可为工程节约投资60万元。除此以外，试点工程还有邯郸水泥厂24层高层住宅总建筑面积为3.8万m2，北京肿瘤医院18层高层住宅及办公楼总建筑面积为5万m2，均取得了良好的效果。2.3制订文件在进行工程试验和试点工程的同时我们还编制了“高层住宅现浇混凝土外墙外保温体系施工工艺”、“外保温板企业标准”、“高层住宅现浇混凝土外墙外保温体系主要构造节点图集”等3个文件，从产品质量、施工工艺、建筑设计全面规范了建筑工程质量，为设计、施工、监理、质检部门提供了具体而又便于操作的章法。2.4科研工作2.4.1保温板外形设计和研究其设计原则首先是要达到政府制订的节能标准，同时在实际使用中又要满足冬季保温、夏季隔热要求，正确确定板材的密度和厚度十分重要。由于保温板是与现浇混凝土墙体一次浇注成活，因此，在设计时要考虑混凝土侧压力可能会使钢丝网架压入苯板，而影响抹灰质量，还要考虑苯板中斜插钢丝锈蚀的可能性，因此，将板型设计成齿槽形，在工艺上确保横向钢丝位于凹槽部位，为防止斜插丝的锈蚀而采用镀锌钢丝，同时也考虑到钢丝网架在堆放和施工过程中容易引起锈蚀，在出厂前均作了界面处理(见图1)。图1保温板外形2.4.2墙体保温节能根据北京地区节能实施细则要求，对墙体的节能指标是当体型系数0.3，门窗传热系数在4.0W/(m2.K)的条件下，外墙传热系数应为1.16W/(m2.K)；当体型系数0.3，门窗传热系数在4.0W/(m2.K)的条件下，外墙平均传热系数应为0.82W/(m2.K)。周庄15、16号楼试点工程采用密度为20kg/m3、平均厚度65mm的齿槽形单面钢丝网架保温板，该工程混凝土墙厚200mm，体型系数为2.7(0.3)，经计算墙体平均传热系数达到0.63W/(m2.K)，充分满足实施细则要求。因此，今后在同类建筑中，保温板厚度平均40mm就能满足节能要求。2.4.3混凝土墙体质量为保证混凝土墙体质量，施工工艺中要求分层浇灌，分层振捣。质检部门按常规方法检验，在近8万m2的工程试点实践证明，只要按施工工艺施工，均能符合质量标准，不必采用价格较高的免振捣混凝土。2.4.4保温板的压缩率由于混凝土在浇灌过程中引起的侧压力，有可能引起对保温板的压缩而影响墙体的保温效果。因此，对保温板密度的选择十分重要。经实际工程现场检测，保温板最大压缩值为3.5mm，平均压缩值仅为1mm。根据计算，满足外墙平均传热系数要求。采用外保温形式，保温板厚度40mm就能达到指标，现3个试点工程中外墙保温板厚度分别为65mm和45mm，因平均压缩为1mm对墙体传热系数的影响极小。2.4.5外墙外保温热工性能选用表作为一种外墙外保温体系的研究成果，这种做法应满足各种不同体型的建筑及围护结构的需要。因此，我们在现有的研究基础上，给出了2种混凝土外墙厚度和3种保温材料厚度的热工性能选用表(见表1)供设计人员选用。表1外保温材料厚度选用外墙厚度(mm)聚苯板平均厚度(mm)外墙平均传热系数(W/m2.K)180450.85180550.73180650.64200450.84200550.72200650.63注：保温板外保护层厚度25mm；保温材料导热系数修正值取a=1.2;聚苯板密度为1820kg/m3。2.4.6保温板与混凝土墙的结合力保温板与混凝土墙结合力的好坏，直接影响到周围居民的安全和建筑保温的可靠性。实际在设计中两者的结合有3道保险：保温板与混凝土本身的粘结力；斜插钢丝与混凝土的锚固力；每隔600mm600mm插入1根L形6钢筋。经测试，保温板与混凝土的粘结力为0.067MPa；每根斜插钢丝的抗拔力为1248N(200根/m2)，则斜插钢丝的抗拔力为250kN/m2；每根L形6钢筋的抗拔力为3950N，以2.7根/m2计，则L形6钢筋的抗拔力为10665N/m2。3项合计约为328kN/m2。因此有足够的安全储备。2.4.7防止抹灰裂缝的措施(1)保温板的拼缝处是引起抹灰层开裂的原因之一，应采取如下措施：接缝越小越好；安装板后，在板之间每隔500600mm处骑板缝设1根U形镀锌铁丝；在接缝处附加200mm宽钢丝网一道(钢丝网可以在安装保温板时附加，也可以在浇筑混凝土墙后抹灰前附加)。或将接缝处的钢丝网架用火烧丝绑扎，间距150mm左右(见图2)。图2保温板竖向拼缝处理(2)为保护钢丝网在抹灰前不被锈蚀和底灰与聚苯板结合良好，保温板在出厂前就做好表面的界面处理。在抹底灰前，要清理保温板表面，如由于浇筑混凝土时个别地方漏装，有空鼓部分要剔除干净，暴露出基面。底灰强度不宜过高，采用混合砂浆，每次抹灰厚度以不大于10mm为宜，抹至盖住钢丝网架，总厚度小于20mm。抹灰层要加强养护，宜采用水性养护剂养护。面灰抹13抗裂水泥砂浆，厚度约10mm。如外部刷普通涂料，则要在表面抹抗裂砂浆加玻纤网格布，厚度约3mm。一般在13抗裂水泥砂浆外涂刷弹性涂料。(3)两个楼层之间保温板要分缝，竖缝视具体部位而定。一般为15m+2左右，但对塔形建筑可适当放宽。3综合经济分析和社会效益3.1室内净增面积和增值由于采用了外保温形式，室内平均每户净增面积约1.3m2(室内保温厚度以60mm计)。周庄两幢高层共480户，合净增面积624m2，以单方造价1500元计算，可节约投资93.60万元。以商品房5000元/m2售价，净增312万元。3.2工期大大缩短周庄二期工程中高层共有3幢，即14、15、16号楼。14号楼约比15、16号楼早开工两个月，冬季停止施工。而15、16号楼在晚开工两个月情况下，冬季又能继续施工，主体外墙约比14号楼至少提前5个月，每幢以人工费3000元/工日计，每月以20工日计，5个月以100工日计。则两幢建筑节约总投资60万元。上述两项的节约和增值都是由于采用外保温和主体结构一次成活技术的效益，约合120元/m2。如以墙面计算，约为60元/m2左右。综合比较，本技术在造价上比内保温低。位于北京亚运村附近的西藏大厦工程采用外挂保温板，与本课题试点工程比较，因两者做法基本一样，前者是后挂，试点工程是一次成活，故可以省掉许多费用，如分层承托件、钢胀管、机械费以及人工费等约40元/m2，可节约墙面造价1/31/4。且据民用建筑节能设计手册(扬善勤著)，达到同等节能要求，内外保温形式所用材料，几乎相差1倍。这一技术除有明显的经济效益外，其最大的特点是比后挂方式(其中包括内保温方式)大大的降低劳动强度，同时对工人施工的安全性得到了有效的保证，尤其在高空作业中比后挂形式在安全措施方面的投入要少得多。4小结由于课题组的努力，建设、施工及设计单位配合，基本完成领导下达的各项考核指标：节能满足实施细则新规定墙体平均传热系数指标。本项目通过计算达到0.63W/(m2.K)。并提出高层住宅现浇混凝土不同厚度外保温板的选用表。总结出一套能确保墙体质量的施工工艺和节点构造做法。经实践证明，保温板设计有创意，生产工艺合理，质量可靠，在工程实践中完全能满足使用要求，并制订出保证板材质量的企业标准。经试验研究，保温板与混凝土墙体结合良好，方法简单，有较高的安全度。与原后挂保温板做法比较工期大大缩短，工效大幅度提高，造价可降低1/3左右，与内保温比做法合理，保温效果好，工效显著提高，综合