CN109441002A - 一种无热桥硅酸盐陶粒墙体板材结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无热桥硅酸盐陶粒墙体板材结构及其制备方法，聚苯乙烯泡沫层设置在两陶粒混凝土层之间，其中，陶粒混凝土层中设置拉结钢筋，弯折钢筋设置在拉结钢筋之间，弯折钢筋采用直部和弯折部依次交替分布的连续“M”形钢筋结构，其弯折部设置在陶粒混凝土层中，直部设置在聚苯乙烯泡沫层中。环氧树脂处理后的弯折钢筋实现了整体墙板的无热桥结构，大大提高了墙体的保温性，同时环氧树脂处理后的钢筋相比于传统钢筋具有抗腐蚀的优点，增加了墙板的使用寿命；陶粒混凝土的使用使得墙板有足够高的抗压强度，较低的容重，解决了一般混凝土板无法用于外墙和承重墙的难题；由于内模为聚苯乙烯板，提高了板材的保温效果。

Description

一种无热桥硅酸盐陶粒墙体板材结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无热桥陶粒墙体结构及其制备方法，涉及建筑建材领域。

背景技术

在绿色环保节能理念的提倡下，随着我国建筑行业的飞速发展，节能环保逐渐成为了建筑行业中的一项重要指标。我国在工程项目研究中新型墙体材料不断涌现，其中建筑墙体的保温节能技术成为了新型墙体材料普遍具有的功能。因为保温节能技术功能的广泛使用，使得我国建筑技术逐渐向绿色节能型转变，推动了城市现代化建设的高速发展。

建筑热桥增加了墙体的局部传热，降低了墙体的平均传热热阻。热桥影响外墙平均传热系数的关键因素是热桥影响区域面积和热桥部位的传热系数，当外墙的传热系数较小时，热桥对外墙传热系数的影响更加明显。热桥的存在增加了建筑的能源消耗。在传统建筑中，热桥能耗占建筑总能耗的5％-7％，而在节能建筑中，通过热桥的能耗则可达到20％以上。

目前我国装配式结构墙板材主要是通过保温层互相错配来增大热传导距离从而提高保温性能，或者设置热桥阻断带降低板材的热桥效应，其两种方法实质仍还有热桥。

发明内容

本发明的目的是提出了一种无热桥的高强保温硅酸盐陶粒墙体板材结构。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种无热桥硅酸盐陶粒墙体板材结构，聚苯乙烯泡沫层设置在两陶粒混凝土层之间，其中，陶粒混凝土层中设置拉结钢筋，弯折钢筋设置在拉结钢筋之间，弯折钢筋采用直部和弯折部依次交替连续分布的“M”形钢筋结构，其弯折部设置在陶粒混凝土层中，直部设置在聚苯乙烯泡沫层中。

进一步的，所述弯折钢筋的弯折部的夹角为90°。

进一步的，所述弯折钢筋的直部与聚苯乙烯泡沫层和陶粒混凝土层的接触面的夹角为45°。

进一步的，所述弯折钢筋相邻弯折部的水平距离D5和垂直距离D4均为90～170mm。

进一步的，所述弯折钢筋的直径为φ6～φ10，其型号为HPB300；拉结钢筋3直径为φ4，其型号为HPB300。

进一步的，陶粒混凝土层的厚度D1为40～70mm；聚苯乙烯泡沫层的厚度D2为30～60mm。

进一步的，拉结钢筋设置在与陶粒混凝土层厚度方向垂直的方向，拉结钢筋呈矩形网格状排布，其中，拉结钢筋的网格尺寸控制在300*200mm。

进一步的，设置在陶粒混凝土层中的弯折部的高度h为30mm-60mm。

进一步的，在拉结钢筋之间设置n个弯折钢筋，其中n不少于3，其间距为70-200mm。

进一步的，每立方米陶粒混凝土层中各组分的质量比例为水泥:砂:蒸压硅酸盐陶粒:水:减水剂(350-450):(560-700):(690-770):(120-160):(3.5-4.5)。

无热桥硅酸盐陶粒墙体板材结构的制备方法，包括如下步骤：

S1,将呈矩形网格状固定的拉结钢筋，放置在模具的下层定位槽中；

S2,将聚苯乙烯泡沫板按照尺寸切割成大小一样的若干块，并在其切割面按照弯折钢筋的形状预留好钢筋槽，将采用环氧树脂封装的弯折钢筋置于钢筋槽内，再拼接成整体；

S3,以蒸压硅酸盐陶粒为骨料，以水泥、砂、水、混凝土高效减水剂(聚羧酸减水剂)配置陶粒混凝土基体，陶粒混凝土基体容重按每立方米1800-2000公斤计算，每立方米陶粒混凝土基体中各组分的质量比例为水泥:砂:蒸压硅酸盐陶粒:水:减水剂(350-450):(560-700):(690-770):(120-160):(3.5-4.5)，将所述的陶粒混凝土基体浇筑在S1所述模具中，边振动边捣固，震动密实2分钟；

S4,立即将S2拼接后的聚苯乙烯泡沫板置于S3的浇筑后的陶粒混凝土基体上，再震动密实，直至聚苯乙烯泡沫板与陶粒混凝土基体表面接触；

S5,再将呈矩形网格状固定的拉结钢筋，放置在模具的上层定位槽中，再浇筑S3所述的陶粒混凝土基体，边振动边捣固，震动密实2分钟；

S6,待其凝固，自然养护2天后脱模，堆放自然养护28天。

本发明与传统的混凝土板相比，(1)环氧树脂处理后的弯折钢筋(或FRP筋)实现了整体墙板的无热桥结构，大大提高了墙体的保温性，同时环氧树脂处理后的钢筋相比于传统钢筋具有抗腐蚀的优点，增加了墙板的使用寿命。(2)陶粒混凝土的使用使得墙板有足够高的抗压强度，较低的容重，解决了一般混凝土板无法用于外墙和承重墙的难题。(3)由于内模为聚苯乙烯板，提高了板材的保温效果。

附图说明

图1为复合板材整体及含装饰层墙体示意图。

图2为陶粒混凝土层及拉结钢筋网结构示意图。

图3为聚苯乙烯保温层及弯折钢筋结构示意图。

图4为无热桥陶粒混凝土复合板材示意图。

图5为弯折钢筋加工形状尺寸。

图6为无热桥板受力分析计算图示。

图7为热桥陶粒混凝土复合板材截面示意图。

图8为热桥陶粒混凝土复合板材设计尺寸。

其中，1-陶粒混凝土层，2-聚苯乙烯泡沫层，3-拉结钢筋，4-弯折钢筋

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述。

结合图1～5和图7，本发明所述的无热桥硅酸盐陶粒墙体板材结构，由依次连接的陶粒混凝土层1、聚苯乙烯泡沫层2和陶粒混凝土层1组成，其中，陶粒混凝土层1中设置拉结钢筋3，弯折钢筋4设置在拉结钢筋3之间，弯折钢筋4采用直部和弯折部依次交替连续分布的“M”形钢筋结构，其弯折部设置在陶粒混凝土层1中，直部设置在聚苯乙烯泡沫层2中。

结合图6和8，以高强度壳层硅酸盐陶粒作为轻骨料，以硅酸盐陶粒混凝土为基体材料，以聚苯乙烯发泡板为绝热材料，以热轧光圆钢筋(Hot-rolled Plain Steel Bar，简称HPB)弯曲成“M”形钢筋，弯折钢筋4经过环氧树脂防腐处理后作为陶粒混凝土复合板上下层之间的连接增强筋，弯折钢筋4的形状见图5，是由一根完整连续的钢筋经过多次弯折而成，形成直部和弯折部依次交替连续分布的“M”形弯折形状，加工尺寸要求见表1，其中弯折钢筋4相邻弯折部的水平距离D5和垂直距离D4根据不同墙板尺寸设计，由于弯折钢筋4的弯折部的角度固定(为90°)，D4和D5尺寸相同。

结合图6，墙板上的剪力均匀分散在弯折钢筋上，其墙板受剪承载力设计值计算公式为:

C——折减系数，是考虑到环境等实际工程应用中对于理论强度的折损值；

f_y——钢筋抗拉强度设计；

A_s——配置在同一截面内各根钢筋的全部截面面积，A_s＝nA_s1，n为弯折钢筋根数，A_s1是单根钢筋的截面面积；

S——弯折钢筋之间的间距；

α——弯折钢筋伸入混凝土层的角度，取135°；

h——弯折钢筋在混凝土层中锚固深度mm。

钢筋和混凝土共同作用才能使墙板达到承受一定应力的使用要求，共同作用主要是由于钢筋和混凝土之间的粘结作用。混凝土硬化紧紧握住钢筋产生的摩擦力，以及钢筋凹凸不平的表面与混凝土产生的咬合力是粘结作用力的主要来源。钢筋表面积和混凝土的接触越大，两者的粘结作用越强，因此必须要保证弯折钢筋的弯折部埋入陶粒混凝土层的深度，即有足够的锚固深度(h)。并且钢筋和混凝土的线膨胀系数相近，避免了膨胀程度不同产生的裂纹破坏结构的一致性。为了防止钢筋锈蚀钢筋和混凝土表面要留有一定保护层以隔绝钢筋和大气，不同墙板使用环境，保护层厚度设计也有所不同，高湿度、高盐环境混凝土相应的要求更大的保护层厚度。

本发明采用环氧树脂涂覆弯折钢筋表面实现防腐功能。由于环氧树脂具有很高的化学稳定性和耐腐蚀性，并且膜层具有不渗透性，所以能有效阻止水、氧气、氯盐等腐蚀介质与钢筋的接触，从而能大大提高弯折钢筋混凝土构件的耐久性。而且环氧树脂与钢筋的粘结性好，短半径180°的弯曲仍不出现裂纹，使得涂覆后的钢筋在一定变形下仍能满足耐腐蚀性要求。深入混凝土内的弯折钢筋长度与弯折钢筋直径d有关，根据11G101-1《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》，伸入混凝土长度取6.25d，考虑到涂覆环氧树脂，深入混凝土长度不小于原长度的1.25倍，本发明伸入混凝土长度取不小于7.81d。

结合图6，弯折钢筋4在陶粒混凝土层1中锚固深度h(即弯折部的高度)，弯折钢筋4的直部与聚苯乙烯泡沫层2和陶粒混凝土层1的接触面的夹角为45°，弯折钢筋4直部长度和锚固深度h分别构成等腰直角三角形的斜边和直角边，根据三角关系可得锚固深度h满足下述公式：

h＝7.81dsin45° (2)

本发明使用的弯折钢筋直径为根据上述计算公式，其锚固深度h分别取35mm、45mm、56mm。

环氧树脂涂覆的钢筋也可以采用FRP筋(全称Fiber Reinforced Plastics,纤维增强塑料。是由多股连续纤维通过基地材料进行胶合后，经特质的模具挤压并拉拔而成的。具有质量轻、抗拉强度高、耐腐蚀性强、材料结合力强等优点)弯折后进行替代，连接硅酸盐陶粒混凝土与聚苯乙烯发泡板，形成具有结构与建筑节能一体化的无热桥新型建筑外墙墙板。

本发明核心是采用了内部设置弯折钢筋增强的复合夹芯结构，通过弯折钢筋弯部对上下混凝土层锚固，增加上下二层混凝土之间的抗剪、抗弯能力。墙板整体的抗剪抗弯能力由内部弯折钢筋设置数量、直径及间距决定，可通过改变弯折钢筋设置数量、直径及间距来适应不同强度设计要求，如墙板抗剪抗弯要求高，可减小弯折钢筋设置间距同时增加弯折钢筋数量与直径。

下面列举四个墙板具体实例，各实例具体设计尺寸见表1，图8和图5。

S1,按照墙板尺寸大小绑扎拉结钢筋网，网孔大小设置为300*200mm，将呈矩形网格状固定的拉结钢筋3，放置在模具的下层定位槽中(尺寸见表1)；

S2,将聚苯乙烯泡沫板按照尺寸切割成大小一样的若干块，并在其切割面按照弯折钢筋的形状

预留好钢筋槽，将采用环氧树脂封装的弯折钢筋置于钢筋槽内，再拼接成整体；

S3,以蒸压硅酸盐陶粒为骨料，以水泥、砂、水、混凝土高效减水剂(聚羧酸减水剂)配置陶粒混凝土基体，陶粒混凝土基体容重按每立方米1800-2000公斤计算，每立方米陶粒混凝土基体中各组分的质量比例为水泥:砂:蒸压硅酸盐陶粒:水:减水剂(350-450):(560-700):(690-770):(120-160):(3.5-4.5)，将所述的陶粒混凝土基体浇筑在S1所述模具中，边振动边捣固，震动密实2分钟；

S4,立即将S2拼接后的聚苯乙烯泡沫板置于S3的浇筑后的陶粒混凝土基体上，再震动密实，直至聚苯乙烯泡沫板与陶粒混凝土基体表面接触；

S5,再将与S1中相同的另一拉结钢筋网放置在模具的上层定位槽中，再浇筑S3所述的陶粒混凝土基体，边振动边捣固，震动密实2分钟；

S6,待其凝固，自然养护2天后脱模，堆放自然养护28天。

表1本发明复合板各规格设计尺寸

墙板平均导热系数可通过以下公式计算

λ——墙板平均导热系数(W/mK)；

λ1，λ2，λ3，——各层板的导热系数；

δ——墙板总厚度(m)；

δ1，δ2，δ3——各层墙板厚度(m)。

陶粒墙板导热系数取0.99W/mK，聚苯乙烯板导热系数取0.025W/mK，可求得上述四个实例墙板平均导热系数为0.0859，0.0714，0.0714，0.0787W/mK。

Claims (10)

1.一种无热桥硅酸盐陶粒墙体板材结构，其特征在于，聚苯乙烯泡沫层设置在两陶粒混凝土层之间，其中，陶粒混凝土层中设置拉结钢筋，弯折钢筋设置在拉结钢筋之间，弯折钢筋采用直部和弯折部依次交替分布的连续“M”形钢筋结构，其弯折部设置在陶粒混凝土层中，直部设置在聚苯乙烯泡沫层中。

2.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述弯折钢筋的弯折部的夹角为90°。

3.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述弯折钢筋的直部与聚苯乙烯泡沫层和陶粒混凝土层的接触面的夹角为45°。

4.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述弯折钢筋相邻弯折部的水平距离D5和垂直距离D4均为90~170mm。

5.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，所述弯折钢筋的直径为φ6~φ10，其型号为HPB300；拉结钢筋3直径为φ4，其型号为HPB300。

6. 如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，陶粒混凝土层的厚度D1为40~70mm; 聚苯乙烯泡沫层的厚度D2为30~60mm。

7.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，拉结钢筋设置在与陶粒混凝土层厚度垂直的方向，拉结钢筋呈矩形网格状排布，其中，拉结钢筋的网格尺寸控制在300*200mm。

8.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，设置在陶粒混凝土层中的弯折部的高度h为30mm-60mm。

9.如权利要求1所述的板材结构，其特征在于，在拉结钢筋之间设置n个平行设置的弯折钢筋，其中n不少于3，其间距为70-200mm。

10.一种如权利要求1-9任一所述的无热桥硅酸盐陶粒墙体板材结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1,将呈矩形网格状固定的拉结钢筋，放置在模具的下层定位槽中；

S2,将聚苯乙烯泡沫板按照尺寸切割成大小一样的若干块，并在其切割面按照弯折钢筋的形状预留好钢筋槽，将采用环氧树脂封装的弯折钢筋置于钢筋槽内，再拼接成整体；

S3,配置陶粒混凝土基体，陶粒混凝土基体容重按每立方米1800-2000公斤计算，每立方米陶粒混凝土基体中各组分的质量比例为水泥:砂: 蒸压硅酸盐陶粒:水:减水剂（350-450）:（560-700）:（690-770）:（120-160）:（3.5-4.5），将所述的陶粒混凝土基体浇筑在S1所述模具中，边振动边捣固，震动密实2分钟；

S4,立即将S2拼接后的聚苯乙烯泡沫板置于S3的浇筑后的陶粒混凝土基体上，再震动密实，直至聚苯乙烯泡沫板与陶粒混凝土基体表面接触；

S5,再将呈矩形网格状固定的拉结钢筋，放置在模具的上层定位槽中，再浇筑S3所述的陶粒混凝土基体，边振动边捣固，震动密实2分钟；

S6,待其凝固，自然养护2天后脱模，堆放自然养护28天。