王洪镇，马亮亮，田彦智，苏明明

（1.西北民族大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730030；2.甘肃省新型建材与建筑节能重点实验室，甘肃 兰州 730030；3.甘肃海能新材料科技有限公司，甘肃 定西 730512）

0 前 言

近年来，外墙外保温系统在我国建筑节能中得到了广泛的应用，但随着建筑节能要求的不断提高，保温层越来越厚，传统的黏贴保温板薄抹灰外墙外保温系统因采用“粘、钉”结合固定方式，受温度应力、混凝土徐变和塑料钉蠕变等因素的影响，无法保持长期可靠的连接力，同时保温板外部保护层薄、防护性差，在自然环境作用下存在严重的开裂和脱落风险，其墙体保温系统无法实现与建筑物结构墙体同寿命，耐久性问题难以解决[1-2]。采用建筑节能与结构一体化技术是解决现行外墙外保温系统耐久性问题的关键，是将保温层和墙体结构在施工中通过二者的“筋、骨、肌”的连接形成一体，避免了层间结合力不足导致的脱落等问题，同时较厚的防护厚度可以提高系统耐久性。建筑节能与结构一体化对组成系统中材料的性能、结构形式和成墙做法提出更高要求，亟需研发兼具高效保温、连接可靠、耐久性、防火性、施工便捷性，可实现保温层与结构墙体“防火同等级、耐久同寿命”的产品[3]。针对此技术要求，研发了高性能纤维增强微孔混凝土永久性复合保温模板（以下简称HF 复合保温模板）建筑节能与结构一体化墙体保温系统。

1 HF 复合保温模板墙体系统构造

HF 复合保温模板是将轻集料微孔混凝土通过浇注与挤塑保温板、岩棉板等高效保温芯材无间隙复合为整体，微孔混凝土将保温芯材六面包覆连接形成的箱型结构体，既能有效限制保温层因环境剧烈变化产生的较大应变，防止体系抹面层开裂，又能形成小防火分仓，提高制品的防火性能，外部微孔混凝土采用耐碱玻璃纤维网格布和短切纤维增强，表面覆水泥玻纤布增强抗裂性，芯材表面均设有加强燕尾肋，加强与微孔混凝土的粘结力，其构造如图1所示。产品各项物理力学性能优良，具有质量轻、抗弯强度高、抗变形能力强、高效保温、防火耐水、抗冻耐久、支模施工便捷等特性。

图1 HF 复合保温模板结构构造示意

HF 复合保温模板现浇混凝土墙体保温系统是以HF 复合保温模板为免拆外模板，内侧浇筑混凝土，外侧做水泥砂浆抹面层及饰面层，通过专用的卡板勾筋连接件将HF 复合保温模板与钢筋混凝土牢靠连接在一起，而形成的保温与结构一体化墙体系统，该系统适用于8 度及以下抗震设防区的新建、改建和扩建的民用与工业建筑钢筋混凝土剪力墙结构，以及框架结构建筑梁、柱、剪力墙等现浇混凝土墙体的保温。其系统构造如图2所示。

图2 HF 复合保温模板墙体保温系统构造示意

HF 复合保温模板一体化墙体系统采用的专用卡板勾筋连接件由1.5 mm 厚镀锌钢板冲压而成，其单件拉拔力大于3.5 kN，悬挂力于1000 N。施工时辅助模板安装，上下卡接，并将模板与混凝土中的钢筋连接，实现“筋、骨、肌”的一体化连接。

2 HF 复合保温模板墙体主要性能

2.1 HF 复合保温模板主要物理力学性能测试

项目组依据JGJ 26—2018《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》和建筑节能与结构一体化技术要求，兰州海锋建材科技有限公司企业标准Q/LZHF 003—2018《HF 永久性复合保温模板》，对HF 复合保温模板的主要性能指标进行了测试。HF 复合保温模板主要的物理力学性能指标见表1。

表1 HF 复合保温模板的物理力学性能指标

其微孔混凝土基材抗压强度超过3.5 MPa，快速法测得其干缩值小于0.5 mm/m，模板复合体干燥状态当量导热系数小于0.035 W/（m·K）；依据GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》，微孔混凝土保温板属A1级不燃体。

2.2 HF 复合保温模板墙体防火性能试验研究

（1）对复合挤塑板芯材的HF 复合保温模板现浇混凝土墙体耐火极限测试

依据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》要求，在四川都江堰国家级防火建筑材料质量监督检测中心和北京建科院对70 mm 厚HF 复合保温模板（15 mm 微孔混凝土＋50 mm 挤塑聚苯板＋5 mm 厚微孔混凝土）和150 mm 厚钢筋混凝土一体化墙体进行了多次检测，其墙体耐火极限均大于3 h。其中一次实测数据为：3 h27 min 时，炉内平均温度为1149.46 ℃，试件表面平均温度为16.26 ℃，充分表明微孔混凝土具有卓越的隔热性能和防火性能，不但能隔绝明火，而且有效延滞热传导，使保温芯材不燃不融，有效提高了复合结构体的耐火性。耐火极限≥3 h，能满足建筑防火墙的设计要求。

（2）微孔混凝土复合挤塑板墙体抗高温热冲击试验研究

为了进一步验证微孔混凝土的防火性能，并与普通混凝土进行对比，在耐火极限检测的基础上对不同厚度的微孔混凝土和普通混凝土防护层进行抗高温热冲击试验。

试验采用丙烷氧气割枪的1350 ℃火焰温度下和液化气枪850 ℃火焰温度集中灼烧防护层，测试背火面温度并观察防护层变化情况。受火后试件照片如图3所示。

图3 抗高温热冲击试件受火情况

由试验现象可见：图3（a）、（b）为50 mm 厚C30 普通混凝土保护层，5 min 时在火焰灼烧中心普通混凝土矿物熔融，7 min 时灼烧面炸裂，出现贯通性裂缝，背火面温度为9 ℃；图3（c）、（d）为无水泥玻纤布20 mm 厚微孔混凝土保护层，7 min灼烧点出现熔融小坑，表面出现网状发散裂缝，裂缝由灼烧中心向四周扩散，呈不规则状，背火面温度为9 ℃；图3（e）、（f）为表面覆有水泥玻纤布的15 mm 厚微孔混凝土保护层，在7 min 后灼烧点碳化、表面无裂缝，背火面温度为9 ℃。试验表明，微孔混凝土具有卓越的隔热性能和防火性能，同时水泥玻纤布具有优良的抗裂性能，15 mm 厚微孔混凝土层防护性优于50 mm 厚C30 普通混凝土保护层。

以上试验结果充分说明，微孔混凝土基体材料具有较好的保温隔热和抗裂、耐火性能。

（3）试验结论

HF 复合保温模板属无空腔的建筑节能与结构一体化墙体系统，其保温芯材完全被微孔混凝土无机材料包覆，隔绝了空气与明火，防火性不再受芯材燃烧性能的影响，用耐火极限评价其防火性能更符合工程实际。复合墙体耐火极限符合GB 50016—2014 的规定，且微孔混凝土防护厚度大于15 mm时，可不再限定保温芯材的燃烧性能等级。复合体燃烧性能可评定为A2级。

2.3 HF 复合保温模板墙体热工性能计算分析

（1）设计计算及取值依据标准

依据JGJ 26—2018、JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》、GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》、甘肃省工程建设标准图集DBJT 25-141—2014《HF 永久性复合保温模板现浇混凝土建筑保温体系构造》、DB62/T 3176—2019《建筑节能与结构一体化墙体保温系统应用技术规程》。

（2）外墙平均传热系数计算

依据上述标准，设定体形系数不大于0.26、北向窗墙比不大于0.3，计算HF 复合保温模板墙体是否满足节能要求。

各层热阻计算：微孔混凝土导热系数0.110 W/（m·K），厚度0.02 m，热阻R1为0.182（m2·K）/W；挤塑板导热系数0.029 W/（m·K），厚度0.05 m，热阻R2为1.724（m2·K）/W；钢筋混凝土导热系数1.74W/（m·K），厚度0.30m，热阻R3为0.172（m2·K）/W；水泥砂浆导热系数0.930 W/（m·K），厚度0.02 m，热阻R4为0.022（m2·K）/W；内外表面换热阻R5为0.150（m2·K）/W。

则HF 复合保温模板墙体系统总热阻R0计算如下式：

墙体主断面传热系数计算如下式：

由计算结果可知，该墙体的传热系数符合JGJ 26—2018规定的寒冷A 区居住建筑外墙传热系数限值小于0.45 W/（m2·K）（≥4 层建筑）的要求。

为便于热工计算，也可取HF 复合保温模板当量导热系数计算。其当量导热系数可按热阻值反算：0.070/（0.020/0.1＋0.050/0.028）＝0.035 W/（m·K）。

2.4 HF 复合保温模板抗混凝土浇筑侧压力（等效均布荷载）验算

根据HF 复合保温模板截面构造尺寸（见图4）。验算参数为：模板截面尺寸300 mm×70 mm；微孔混凝土弹性模量Ec=4.2×103N/mm2；抗压强度5.0 MPa。

混凝土浇筑侧压力F＝γcH＝72 kN/m2（浇筑速度≥10 m/h或坍落度≥180 mm）。

截面惯性矩仅考虑微孔混凝土截面；

中性轴距外边22 mm；

截面刚度Ec·I＝4.2×103×4.17×106＝17.514×109N·mm2

简支梁挠度ymax＝5qL4/384EI

模板挠度控制1/400

（1）次楞间距200 mm 时，最大挠度控制ymax＝200×（1/400）＝0.5 mm，此时模板最大侧压力：q＝ymax×384EI/5L4＝0.5×384×17.514×109/（5×2004）＝420 N/mm＝420 kN/m（折均布荷载420 kN/m2）>72 kN/m2。

（2）次楞间距300 mm 时，160 N/mm＝160 kN/m（折均布荷载160 kN/m2）；次楞间距400 mm 时，52 N/mm＝52 kN/m（折均布荷载52 kN/m2）。

结论：次楞间距不应超过300 mm。

图4 HF 复合保温模板截面构造尺寸

2.5 HF 复合保温模板与混凝土层间抗拉强度验算

基本验算条件：HF 复合保温模板与基材的粘结强度0.1 MPa；单个锚栓抗拉强度为0.5～0.8 kN（计算取0.5 kN），1.5 mm厚连接件拉拔力实际测试值≥3.5 kN，悬挂力≥1000 N；复合模板面板厚15/5 mm；微孔混凝土强度为5.0 MPa。

（1）HF 复合保温模板与基材的粘结强度标准值0.1 MPa（实测值0.2 MPa），考虑实际施工时粘结面积和有效面积的折减系数0.75，单位面积粘结强度为0.075 MPa，远大于建筑物表面的风吸力，故HF 复合保温模板与基材具有足够的连接粘结力，不需要其它辅助措施。

（2）HF 复合保温模板与基材采用卡板勾筋连接件进行连接，不考虑HF 复合保温模板与基材的实际粘结作用时，在100 m 高度风荷载作用下单位面积需要的连接件数：

墙面连接件数＝1.4×1.49÷0.5＝4.17 个/m2，考虑实际施工因素取5 个。

墙角边连接件数＝1.4×2.70÷0.5＝7.56 个/m2，考虑实际施工因素取8 个。

（3）同时考虑风荷载与地震作用效应组合且无粘结力作用时。墙面连接件数＝（1.4×1.49＋1.3×0.5×0.48）/0.5＝4.8 个/m2，考虑实际施工因素取5 个。墙角边连接件数＝（1.4×2.7＋1.3×0.5×0.48）÷0.5＝8.2 个/m2，考虑实际施工因素取9 个。

关键是卡板勾筋连接件不同于塑料胀钉，通过“筋、骨、肌”连接，无长期徐变、蠕变造成的应力松弛影响，是真正意义上的一体化连接方式。

3 HF 复合保温模板墙体建筑施工工法

3.1 HF 复合保温模板安装施工工艺

剪力墙部位HF 复合保温模板安装施工时，需先完成钢筋绑扎和内模板工序。将HF 复合保温模板作为外模板使用，通过专用卡板勾筋连接件将每块HF 复合保温模板拼装为整体，组拼时卡板勾筋连接件勾在钢筋上，还可起到稳定模板的作用。在门窗洞口等边角处可增设卡板勾筋连接件的数量，方便支模。当支模1 个层高或1 次浇筑高度时，即可在模板外加设主次楞或整体式次楞架和主楞。浇筑混凝土并养护后，拆除外部主次楞架和内墙模板，重复进行上层施工。HF 复合保温模板组拼时宜采用错缝排板，以更好地分散墙面应力，防止墙面开裂。组样完成后的模板表面用找平砂浆找平，并压入耐碱玻纤网格布增强抗裂，再做饰面层。

框架梁、柱可参照剪力墙部位安装方法进行施工，HF 复合保温模板支梁柱外侧，填充部位采用断热节能复合砌块填充，且断热节能复合砌块外侧应同HF 复合保温模板外侧砌平，如图5所示。在抹灰施工前，HF 复合保温模板拼缝、阴阳角及与自保温复合砌块相接处应采用聚合物水泥砂浆粘贴玻纤网格布抹压平整。

图5 HF 复合保温模板与断热节能复合砌块配套体系节点做法

对于HF 复合保温模板墙体系统有线条造型的建筑墙体，如图6所示，可根据设计采用定制型HF 复合保温模板和专用连接件。

图6 HF 复合保温模板墙体系统造型节点做法

3.2 HF 复合保温模板墙体施工工法要点

（1）确定排板方案：剪力墙结构工程所用HF 复合保温模板由施工单位根据施工图进行排板设计，确定方案并绘制排板图，竖向配板避免裁切，水平方向按排板图尺寸现场用手锯裁切配板，非主规格板最小宽度不宜小于150 mm，逐层楼板位置处HF 复合保温模板宜高出楼面50 mm。HF 复合保温模板安装前应根据设计图纸和排板图复核尺寸，并设置安装控制线，逐层组装施工。

（2）安装模板：钢筋绑扎验收合格后，在钢筋内外两侧绑扎C20 水泥砂浆垫块间隔件；采用传统做法安装外墙内侧金属模板或竹胶合模板。根据排板方案安装外侧HF 复合保温模板，并用卡板勾筋连接件临时固定，先安装外墙阴阳角处板，再安装其他部位的模板，HF 复合保温模板的拼缝应平直，确保不漏浆。

（3）安装连接件：在HF 复合保温模板安装的同时，在板缝处设置卡板勾筋连接件，卡板勾筋连接件宜勾在钢筋上，应不少于5 个/m2，墙体边角和门窗洞口处可增设卡板勾筋连接件，不少于9 个/m2。

（4）安装对拉螺栓：根据每层墙、柱、梁高度按常规模板施工方法确定对拉螺栓间距，用手枪钻在HF 复合保温模板和内侧模板相应位置开孔，穿入对拉螺栓并作初步调整。当外墙对防水有较高要求时，对拉螺栓宜为带止水片的永久螺栓。

（5）安装模板主次楞：主次楞安装同传统做法。为提高工效，外侧宜采用木质或金属质整体式次楞架作为HF 复合保温模板的次楞，整体式次楞架平整度好，刚度大不易损坏，可重复使用，降低造价。主楞一般采用φ48.3×3.6 mm 钢架管，安装在内外次楞架外部，固定内外模板，调整模板位置和垂直度，使之达到下一工序施工要求。

（6）浇筑混凝土：浇筑混凝土高度较大时，可采用分层法。混凝土振捣时，振捣棒不得直接接触HF 复合保温模板。

（7）拆除主次楞及内模板：内模板、主次楞应按照GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》和JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》的规定时间和要求拆除。

（8）对拉螺栓孔和其他非预留孔洞等部位应进行热桥封堵处理，采用膨胀水泥、膨胀混凝土或发泡聚氨酯等先将孔洞填实，后局部抹聚合物防水砂浆作加强处理并涂刷防水涂料。

（9）HF 复合保温模板阴阳角部位以及与其他不同墙体材料的交接处，应用抗裂抹面砂浆抹压补缝找平，确保缝隙密实且无空隙，并增铺1 道200 mm 宽耐碱玻纤网格布以防止基层开裂。再用抹面砂浆找平，并在抹面砂浆面层压入耐碱玻璃纤维网格布增强防裂，使外立面平整。

（10）施工爬架安装：HF 复合保温模板与主体结构同时施工，为避免自动提拉爬架安装时对复合保温模板造成损伤，要求在爬架提拉固定脚下放置400 mm×400 mm×30 mm 胶合板，分散对拉螺栓压应力。

4 结语

（1）HF 复合保温模板墙体保温系统适用于现浇钢筋混凝土建筑框架、剪力墙结构的外墙保温工程，具有优良的防火性、高效保温性，以及与主体结构连接可靠，施工便捷的特性，以保温与结构一体化方式实现了“防火同等级、耐久同寿命”的要求。

（2）HF 复合保温模板复合结构新颖、轻质高强，采用卡板勾筋专用连接件和整体式次楞架支模方式，大幅提高了施工效率，减少墙体二次保温层工序，降低了施工程造价。

（3）通过建筑节能与结构一体化技术，替代目前采用的粘贴保温板薄抹灰外墙外保温体系做法，是解决行业痛点难题的现实可行的方法。