论节能高效墙体——夹心复合墙体.docx

建筑技术概论论高效节能墙体夹心复合墙体共10页建筑技术概论课程论文姓 名： XX 专 业： XXXXXXXXXXXXXXXX 学 号： XXXXXXXXXX 序 号： XX 班 级： XXXX 二一三年四月十六日11论高效节能墙体夹心复合墙体（姓 名 XX 学 号 XXXXXXXXXX）摘 要：夹心复合墙(简称夹心墙)集承重、保温和装饰于一体，具有其它墙体难以达到的耐火性、耐久性的高效能节能墙体。墙体中预留的连续空腔内填充保温或隔热材料，并在墙的内叶和外叶之间用防锈的金属拉结件连接形成的墙体。我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3-5倍以上,但热舒适程度远不如人。建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接、有效的方式,是缓解能源问题的最有效措施。建筑能耗中,通过外墙的能耗约占建筑总能耗的50%以上,因而墙体保温是实现建筑节能的关键。目前,国内外应用最广的节能墙体是外保温。我国外墙外保温工程的耐久性问题十分严重,无法保证在正确使用和正常维护条件下25年的使用年限,部分工程仅可使用35年。夹心墙是唯一能达到集承重、保温(隔声)和装饰于一体、适于不同地区的耐久性节能墙体，因此本文对夹心墙体的发展和现状以及未来的存在形式进行讨论。关键词：夹心复合墙体；EPS夹心墙；保温；节能1 夹心复合墙体的发展和现状1.1 国内外夹心墙发展历程夹心墙已有悠久的历史。图1 夹心墙示意图夹心墙是西方发达国家早已普遍应用的典型节能墙体,在国外应用广泛并具有完整的设计和构造规定其起源可追溯到古希腊和古罗马建筑中的夹心墙。据资料记载,至今完整保存的唯一一座罗马帝国时期的建筑一万神殿的一个鼓膜,就是由一片夹心墙建造的，这是夹心墙最早的一个雏形。图2 罗马万神殿19世纪前期,这种墙体在英国重新出现,他们将岩棉等轻质材料夹于两片墙体之间,形成夹心的复合墙体,并被证明能有效阻止水汽渗透,具有良好的使用价值。1850年.金属连接件开始被应用于该复合墙体中,作用是连接复合墙体形成整体。19世纪后期,夹心墙首次出现在美国,但直到1937年,通过大量研究、试验和分析,这种墙体被官方和相关组织机构认可。之后这种墙体得到大量应用。北美、北欧等国家还将不同材料的墙体相结合,形成各种各样的夹心墙体1。例如,内叶墙釆用混凝土砲块,外叶墙釆用普通实心砖、空心砖或混凝土砲块;或是内、外叶均釆用混凝土砌块、实心砖、空心砖等等。如今,夹心墙体系日益成熟。欧美等国家的建筑,几乎全部釆纳了框架结构配合夹心墙体的建筑体系。国内，早在公元前200年,就有了两面为砖或石头的墙体,中间填充夯实點土的夹心墙,这就是至今还供各国研究和观光的世界上时间最早、规模最大、长度最长、厚度最厚,经历了2000多年,至今还有许多保存完好的夹心墙一万里长城2。1986年,我国颁布了民用建筑节能设计标准JGJ26-86，而后我国东北、华北、西北地区各省的主要城市,相继建成节能住宅试点工程和示范小区。严寒地区的节能住宅大多数采用夹心保温的复合外墙,选用的保温材料有塑料布密封包装的膨胀珍珠岩保温蓝板、水泥珍珠岩保温扳、加气混凝土板、聚苯乙稀泡沫塑料板、岩棉板、矿棉板、玻璃棉板等,保温板两侧的内叶墙和外叶墙多采用砖砲体或混凝土空心砲块砲体。1.2 国内外夹心墙砌体研究现状英国学者费希尔(Fisher)曾做过拉接件对夹心墙体抗压强度影响的试验,结果表明:拉接件的间距和类型对于实心砖和空心砖砲筑的夹心墙的抗压强度和弹性模量影响都很小。英国爱丁堡大学亨特教授(A. W. Hendry)3等人,为研究内、外叶均承重的夹心墙体在垂直荷载作用下的承载能力,以及荷载和弯矩在内、外叶墙体之间的分配情况,曾做过试验研究。结果初步表明:内、外叶墙均为半砖厚,并用金属拉接件拉接的夹心墙体,其强度与一砖厚实心墙体的强度基本相同。试验也指出,当加荷至破坏荷载的一半时,荷载在内、外叶之间的分配关系为60%和40%,随着荷载的增加,两片墙墙体间分担的荷载值的差别也逐渐减少。另外,西欧、北美等发达国家用高性能保温隔热砲块建造的夹心墙房屋具有优越的耐久、保温隔热、防火、隔声等性能,舒适性4。国内对夹心保温墙体的研究还处于起步阶段,系统研究工作较少,主要集中在保温层、拉接件、热桥与结露、以及静力稳定和抗震性能等方面。2 新型夹心复合墙体EPS夹心墙聚苯乙烯泡沫(EPS)是一种轻型高分子聚合物,它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂,同时加热进行软化,产生气体,形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。这种材料具有吸水性小、介电性能优良、质量轻及较高的机械强度等特点。EPS夹心保温墙体热工性能均满足严寒和寒冷地区节能规范,保温隔热效果良好,不会结露，所以EPS夹心保温墙体在严寒和寒冷地区可以推广使用。EPS在道路工程中的应用起始于1965年,挪威在路面下铺设5-lOra厚的EPS板作为隔温层,以满足严寒季节对道路防冻的要求。1972年挪威道路研究所在研究填土施工法时首次用EPS代替填土获得成功,解决了与桥台相接路堤的过渡沉降问题。1985年在奥斯陆召开的国际道路会议上公开了该项技术,从此EPS在瑞典、法国等国也得到广泛的应用,并取得了成功,较圆满解决了软基过渡沉降和差异沉降、路堤与桥台相接处的差异沉降等问题。近年来EPS在我国也引起了重视,了解和应用这一技术已成为工程界的必然趋势 5 。2.1 EPS夹心墙体详图图3 EPS夹心墙体详图2.2 EPS材料的物理和化学特性(1)密度EPS的密度由成型阶段聚苯乙稀颗粒的膨胀倍数决定,介于10-40kg/ m3之间,工程中常用密度为15 kg/ m3和30 kg/ m3之间的EPS,目前许多土木工程中用作轻质填料的EPS,其密度常为20 kg/ m3,仅为普遍填料的1/50-1/100。密度是EPS的一个重要指标,其各项力学性能与之有着密切的关系6。(2)吸水特性通过吸水性试验研究EPS材料的吸水性能。EPS膨胀性试验7在三轴仪压力室内进行,试验用EPS材料为50mm X 50mm X 120mm的棱柱体,在围压为lOkPa下浸泡水中5d达到吸水饱和,用精密天平称量试件泡水前后的重量,按式(1)计算吸水率KS。KS=m2-m1m1100% (1)试验共测定了3个EPS试件,吸水率平均值为1.21%,说明EPS材料具有一定的吸水性。但即使如此,EPS材料吸水饱和后的平均容重也仅为0. 42kN/ m3,为一般路基填料如填土容重的3%左右,因此EPS吸水对地基的沉降影响可忽略不计。EPS材料的吸水性与材料的密度、水头高度及制造工艺有关,型内发泡法生产的EPS吸水量大于挤压发泡法生产的EPS吸水量,而且型内发泡法生产的EPS内部分布的气泡是相互独立的,不与外界贯通,仅仅是表面层部分吸水。挪威国立公路研究所得出以下结论:在地下水位以下埋置9h的EPS,最大吸水率仅为体积的10%,而在发生周期性干湿变化的状态中,EPS最大吸水量仅为体积的4%8。(3)吸水膨胀性EPS膨胀性试验釆用主轴仪进行,压力室为浸水容器,试件为50mm X 50mmX 50mm的立方体。试件浸水前用游标卡尺量取试件的长、宽、高3个方向的尺寸,各测3点取算术平均值,在围压为lOkPa下浸水2d后,从压力室中取出试件,用滤纸吸去表面水分,再用游标卡尺量取试件3个方向的尺寸,每个方向各测3点取算术平均值。试验测定了4个EPS试件,结果表明4个试样吸水膨胀率平均值为1.65%,说明EPS材料的吸水膨胀性很小9。(4)摩擦特性原长沙交通学院通过大直剪仪对EPS与EPS、砂土、粘土和水泥混凝土之间进行结合面剪切试验10,试验发现:EPS与EPS之间摩擦系数为0.5; EPS与砂土之间摩擦系数为0.8; EPS与粘土之间摩擦角为45; EPS与混凝土之间摩擦系数为0.7。(5)耐久性EPS在水中和土壤中的化学性质比较稳定,不能被微生物分解,也不能释放出对微生物有利的营养物质;但有研究资料显示在特殊条件下白蚁对EPS能造成破坏。EPS的EPS结构也使水的渗入极其缓慢;此外,长时间受紫外线的照射,EPS的表面会有白色变为黄色,而且材料在某种程度上呈现脆性;在大多数溶剂中EPS性质稳定,但它可以在汽油或煤油中溶解,所以在把EPS用作轻质路堤等填料时要注意覆盖保护表面11。(6)热稳定性在75-80以下使用EPS,一般没有问题;温度接近150时,聚苯乙稀将溶化。如果附近有火源,EPS也可燃烧。但由含有阻燃剂的聚苯乙稀颗粒发泡成型的EPS燃烧后,3s内可自熄,且阻燃剂对EPS的性能没有不利的影响12。(7)热传导性EPS的封闭EPS结构决定了其具有优良的隔热性,因此EPS最初在道路工程中用于隔温层,以满足严寒季节对道路防冻的要求。但EPS的吸水量对其热传导性的影响很明显,随吸水量的增大,热传导系数也增大。有资料表明,EPS体积吸水率小于1%时,其热传导系数可增大5%;体积吸水率达到3%-5%时,热传导系数则可增大15%-25%。EPS薄板作为路面下的隔温层,设计时考虑其吸水率为10%-15%,这可导致热传导系数上升50%-75%左右。而如前所述,EPS薄板最大的体积吸水率不大于10%。由于封闭EPS结构的存在,水渗入EPS的速度非常缓慢,即使将EPS完全浸入水中,EPS也具有比土壤优越得多的隔热性。其次EPS中存在大量的微小气孔, 在工业和民用建筑业中也是一种良好吸音和装饰材料。(8)化学特性EPS的化学特性从其本质上说与聚苯乙稀树脂相同,对于一般的酸、碱、动植物油、盐类等有较好的抗化学性,而对于芳香族碳化氧、齒族碳化氢、酮类等矿油系药品具有易溶解的性质。因此,要注意防止与这些物质接触。另外,EPS具有耐久性,在自然环境下具有耐霉变、不受白蚁的影响。2.3 EPS夹心墙模型参数 在EPS夹心墙各构件材料参数如弹性模量、泊松比和材料密度等取值见表1。混凝土砲块釆用的混凝土损伤塑性模型,由于参数较多,未一一列出。表1 EPS夹心墙模型参数3 关于夹心复合墙体实验方法的一些想法从夹心墙纳入我国砌体规范一。迄今，我国开展对夹心墙的试验研究要多于国外所能 收集到的数量。其着重点主要侧重于平面内的抗震性能。但考虑到试件及加载方案存在 某种程度的失真或与其构造功能不相符合的做法，因此其试验结果有偏差或可比性很差。故应从其结构功能，制定符合实际的试验方案，以反映其受力性能。 (1)以承重叶墙组成的夹心墙，外叶墙为自承重墙，即绝大部分承受其自身的重 力荷载，而通过外叶墙的横向支承RC挑板，由内叶墙的压缩变形(差)引起的外叶墙荷载比例较小。所以在试件的竖向加载时，应对内、外叶墙有所区别，不能仅是将加载中心设置在内叶墙中心，而必须将试件压顶梁设计为变截面，其中在外叶墙处为与实际成比例的挑板。从更科学的角度，对作用于内外叶墙上的压应力1和2的比例进行测算后再设计加载方案，否则试验结果可能偏差较大，而且较高估计外叶墙作用，从安全角度是不合适的。 (2)在伪静力试验方案中，由于试件两端的构造柱采用全包的作法，使内外叶墙均成为横向约束的构件，这显然过分强化外叶墙的抗侧能力，与实际不符。实际工程是仅有内叶墙设置构造柱，仅端部如墙角处或洞口处，由厚度等于外叶墙的砌体封闭，其对外叶墙的约束很小，可忽略不计。因此此种试件与实际情况的出入偏差较大。前者(全包)破坏严重(尤指外叶墙)，承载能力高，后者则破坏较轻，承载能力低。其结果则过高估计夹心墙外叶墙的作用，同时加重外叶墙破坏形态。其试验结果的准确性和真实性值得商榷。3 结语通过复合夹心墙节能砌块建筑的研究和应用 , 我们感到此种保温、节能结构形式具有经济合理、安全适用的特点。复合夹心墙节能砌块建筑在严寒地区具有较大的推广应用价值。EPS夹心墙体是一种能达到集承重、保温(隔声)和装饰为一体、适于不同地区的耐久性节能墙体,也是一种能解决保温层与建筑物同寿命问题的保温技术。与其他复合墙体相比,其节能效果很好。总之,对一种新型结构墙体的研究需要进行大量的试验和理论分析,EPS复合夹心墙由于其独特的优点,使人们对它的研究逐渐增多,应用较广泛,因此必将有更加广阔的发展前景。参考文献1 翟希梅.砌块EPS墙体与约束配筋砌块结构的抗震性能研究D.哈尔滨：哈尔滨工业大学,2001. 01: 1-2,20-23,89-92 朱盈豹.保温材料在建筑墙体节能中的应用M.北京:中国建材工业出版社,2003, 86. 87， 169-186.3 赵阳、唐岱新、李晓安.空心砖EPS墙抗震性能J.哈尔滨建筑工程学院学报,1994. 12,27.(6): 43-494 马震宇等.保温夹心墙体抗震变形性能研究J.辽宁建材,2007,(11): 46-475 杜骋,杨军聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及应用分析J,东南大学学报(自然科学版),2001.23-256 颜志平,泡沬聚苯乙烯(EPS)力学性能的室内试验研究J.中南公路工程.2005. 21-227 Duskov M. 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