隨著各地建筑節(jié)能標準的不斷提高，內保溫、單一材料墻體自保溫和外抹漿料保溫等技術，在許多地區(qū)的應用已受到很大制約，與此同時，墻體外保溫和夾芯保溫技術在全國范圍的推廣取得明顯成效。

  傳統(tǒng)預制外墻的保溫效果差，這主要是因為混凝土材料的導熱系數大、高效保溫材料的復合效率低、墻板周邊及洞口的混凝土肋及金屬連接件等熱橋部位影響非常明顯，這部分造成墻體保溫效率下降可達50%～80%。因此，必須考慮提高預制混凝土外墻的復合保溫效率，盡量減少或避免預制外墻的熱橋影響。隨著建筑節(jié)能準的提高，傳統(tǒng)采用混凝土肋復合保溫的預制混凝土外墻做法已無法滿足節(jié)能設計的要求，必須探索研究新型預制外墻保溫技術來滿足新時期建筑節(jié)能的要求。

  1、預制混凝土外墻內保溫技術與工程應用

  針對外墻內保溫梁、柱、樓板及洞口等部位容易產生熱橋，進而影響系統(tǒng)保溫性能等問題，預制混凝土外墻內保溫技術采用外掛墻板的方式加以解決，如圖1所示。由于外掛板與主體結構外側設計要求保持30mm～50mm的間隙，在梁、柱等部位可采用噴涂或填塞防火保溫材料的方法來保證內保溫的連續(xù)性，從而有效解決內保溫的熱橋問題。外掛板可采用反打工藝制作，以此保證外墻裝飾的耐久性。因此，預制混凝土外墻內保溫構造是一種非常合理的墻體節(jié)能保溫形式，可廣泛應用于混凝土框架結構或鋼結構的建筑外圍護結構中。

  日本的預制混凝土外墻大多采用內保溫做法。預制混凝土外墻的內保溫技術在我國應用較早，主要應用于大型公共建筑中，如北京京城大廈、光大大廈、中日青年交流中心等。

  2、預制混凝土外墻外保溫技術與工程應用

  預制混凝土外墻外保溫技術主要是針對傳統(tǒng)外墻外保溫技術存在的使用壽命短、裝飾效果單一等問題而研究開發(fā)的，主要適用于混凝土剪力墻結構或框架填充墻結構。該技術采用干掛裝飾混凝土飾面板作為外墻外保溫的面層，可有效克服外保溫面層裝飾性單一、耐久性和防火性差等缺點。具體做法是：采用預制帶飾面的鋼筋混凝土板作為裝飾外掛板，在剪力墻或砌體墻外側粘貼高效保溫材料，再外掛預制混凝土裝飾板。這種外掛板加保溫的構造除連接件部位局部存在輕微熱橋外， 其他部位均可連續(xù)設置保溫層，能夠較好地滿足外墻的保溫隔熱要求。根據外墻裝飾要求可選擇密封防水構造和明縫防水構造兩種做法，見圖2。在進行節(jié)能設計時，可不用考慮外裝飾板的保溫效應。該做法的缺點是：施工環(huán)節(jié)較多、施工效率較低，墻體造價較高；優(yōu)點是：對于混凝土剪力墻結構具有較好的構造適應性。

  預制混凝土裝飾板可采用反打技術實現面磚飾面、石材飾面、清水混凝土飾面及裝飾混凝土飾面等多種飾面效果，在滿足裝飾多樣化的同時，可從根本上解決外保溫面層的耐久性問題，實現保溫節(jié)能與主體結構使用壽命的協調統(tǒng)一。

  該技術在歐美等發(fā)達國家應用較普遍，也是我國未來大型公共建筑高性能外墻設計的理想選擇。目前國內采用預制混凝土外墻外保溫技術的工程主要有北京奧運會射擊館、大連軟件園IBM辦公樓、北京燕莎中心等。

  3、預制混凝土外墻夾芯保溫技術與工程應用

  我國從上世紀七八十年代就開始研制復合保溫夾芯外墻板，由于當時建筑節(jié)能要求較低，普遍采用帶混凝土肋和金屬連接件做法，預制外墻的綜合節(jié)能保溫的技術經濟性優(yōu)勢未能充分體現， 加之當時設計、制作及施工質量等條件的限制，預制混凝土裝配式建筑很快盛極而衰。究其根源，在于復合外墻的性能和應用技術缺乏持續(xù)研究和發(fā)展。

  預制混凝土外墻采用夾芯保溫技術是其最大的優(yōu)勢所在。在外墻板制作過程中，可以將保溫材料放在中間形成復合夾芯保溫三明治板。該技術不但可以提高外墻的施工速度，還可以集外墻的維護、保溫及裝飾效果等多種性能于一體，已成為世界各國致力研究的重點。如果將外墻板的結構性能充分發(fā)揮，做成承重混凝土板，其效率和技術經濟性會更好。

  在過去帶肋保溫復合板的基礎上，根據節(jié)能保溫要求及外墻設計、施工、材料技術的不斷進步，預制混凝土夾芯保溫外墻技術的研發(fā)重點是：探索研究開發(fā)新一代斷橋夾芯保溫板，即將保溫材料復合在里外兩層鋼筋混凝土板中，制成帶外飾面的混凝土復合保溫外墻板。其關鍵是要研究連接里外兩層鋼筋混凝土板的連接構造及其對保溫性能的影響。

  3.1 改進方案之一：采用金屬連接件技術的夾芯保溫

  借鑒歐美地區(qū)預制夾芯保溫板的斷橋構造方式，采用金屬連接件連接內外層混凝土板，完全取消板及窗洞口周邊的混凝土肋，通過適當加大保溫材料厚度來滿足外墻的保溫要求。對兩種60mm厚聚苯乙烯泡沫板夾芯混凝土復合墻板的保溫性能進行測試，結果表明：由于鋼連接件存在熱橋，部分熱量通過鋼連接件傳遞，造成夾芯板的保溫性能顯著降低。分析得知，連接鋼筋可以使保溫性能降低10%～20%。由于鋼的導熱系數是保溫材料的1500倍左右，在計算夾芯板的熱阻值R時，應充分考慮連接件所造成的熱損失。

  為了提高夾芯板的保溫性能，我國北方嚴寒或寒冷地區(qū)的預制外墻必須采用取消板和窗周邊的混凝土肋的設計方案，并應盡量減少貫通保溫材料的抗剪鋼筋面積或增加保溫材料的厚度。經計算和試驗分析得知，北京地區(qū)可采用在50mm厚外層混凝土板和90mm厚內層混凝土板之間復合80mm厚發(fā)泡聚苯乙烯保溫夾芯的墻板來實現65%的節(jié)能要求。

  3.2 改進方案之二：采用非金屬連接件技術的夾芯保溫

  試驗表明，連接件改用非金屬材料會明顯降低連接件的熱橋效應。目前，北京榆構有限公司正在與澳大利亞Composite Systems Pty Ltd 公司合作開發(fā)采用非金屬材料制成的剪力釘來連接兩層混凝土板的新型外墻技術———Thermomass 建筑絕熱系統(tǒng)。 這是一種新型預制混凝土墻體保溫系統(tǒng)，由復合增強纖維連接件和擠塑板保溫材料構成，連接件兩端為鴿尾狀錨固端，中間為聚苯乙烯模套，使用時將兩端插入混凝土中錨固。國家建筑工程質量監(jiān)督檢驗中心提供的檢測報告表明：該系統(tǒng)的物理力學性能達到并超過了纖維增強復合連接器在混凝土中錨固的相關標準。非金屬連接件的構造和施工見圖3、圖4。

  非金屬材料的導熱系數非常小，可大幅降低兩層混凝土板之間連接的熱傳導， 兩層板之間的保溫材料厚度減少到50mm（XPS） 就可以達到北京地區(qū)65%的節(jié)能要求。經檢測，該系統(tǒng)的熱阻值R 可達到1.7㎡·K/W，傳熱系數K 可達到0.54W/（㎡·K）。

  采用Thermomass 建筑絕熱系統(tǒng)可以消除采用金屬連接件80%以上的熱損失， 表明該系統(tǒng)具有優(yōu)異的保溫性能，有效解決了金屬連接件的熱橋問題，并且具有較好的耐火、耐高溫性能。該技術是我國未來復合保溫墻板的發(fā)展方向。

  目前，Thermomass 建筑絕熱系統(tǒng)已在天津東麗湖工業(yè)化住宅工程中應用。該工程為三棟11 層工業(yè)化住宅，建筑總高為33.25m，采用框架結構外掛板體系建造，總面積為1.8萬㎡。外墻采用清水混凝土復合保溫板， 標準墻板的尺寸為2875mm （高）×3250mm（寬）。復合板總厚度為210mm，內層為110mm 厚的鋼筋混凝土板，保溫層采用50mm 厚的擠塑聚苯板，外飾面層為50mm 厚的鋼筋混凝土板。內層混凝土板通過使用Thermomass MS 系列玻璃纖維復合材料連接器承擔飾面層的荷載。該外墻板的構造見圖5。

  3.3 改進方案之三：采用預制混凝土外模板技術的夾芯保溫

  采用預制混凝土外層面板作為外模板，在預制板內側放置保溫材料，通過拉結螺栓與內模板連接，現場澆注混凝土剪力墻形成裝配整體式保溫板，見圖6。該技術適宜在抗震要求較高地區(qū)的高層建筑中應用。目前，日本、香港等國家和地區(qū)應用較廣，在我國的應用可追溯到1995年建成的北京國際俱樂部擴建工程。

  3.4 改進方案之四：采用預制混凝土夾芯保溫承重外墻板

  采用預制混凝土夾芯保溫承重外墻板，如圖7所示。墻板內側以混凝土板作為承重結構層，厚度可根據結構設計要求來確定，一般為160mm～200mm；保溫層及連接件可采用Thermomass 建筑絕熱系統(tǒng)；外層以混凝土板作為裝飾面層，通過連接件連接在結構層上。該方案可以最大限度地實現預制混凝土外墻的承重、圍護、保溫、裝飾等性能的系統(tǒng)集成。在外墻板四周，可根據要求合理設置連接構造節(jié)點來實現預制外墻的整體性和抗震要求。該體系在北歐及日本的集合住宅中得到了廣泛應用，取得了良好的技術經濟效益。該體系研究已列入我國工業(yè)化住宅體系研究開發(fā)項目， 并已建成北京萬科工業(yè)化實驗樓項目。

  4、結語

  本文述及的預制混凝土節(jié)能外墻新技術，主要是以普通混凝土為主，如果能夠進一步開發(fā)輕骨料混凝土預制外墻產品， 其技術經濟性優(yōu)勢將會更加明顯。這是因為混凝土的導熱系數取決于容重，采用輕骨料混凝土制作墻板，容重小，導熱系數也隨之減小，熱阻值會增大。將相同厚度混凝土的容重從2400kg/m3 降到1800kg/m3，其熱阻值可增加10%左右。因此，預制混凝土外墻板宜采用輕骨料混凝土制作，減輕重量的同時還可以有效提高保溫性能。

  目前，外墻保溫技術是節(jié)能工作的重點，建筑節(jié)能必須以發(fā)展新型節(jié)能體系為前提。隨著我國建筑工業(yè)化技術的發(fā)展，預制混凝土外墻保溫技術的優(yōu)越性日益凸顯，應進一步加強新型預制混凝土節(jié)能體系的研究開發(fā)和工程應用， 真正地實現建筑工業(yè)化高效、節(jié)能、環(huán)保的目標。