裝配式預制內隔墻板的性能和裂縫研究

1 引言

近年來，國家大力推進建筑工業化，高度重視發展裝配式建筑。 2016 年2 月6 日，中共中央國務院下發了《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，提出“力爭用10 年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%”[1]。作為裝配式結構體系的重要組成部分， 墻板是推進裝配式建筑發展的關鍵。 但墻板連接構造方式的選擇和墻體接縫處易出現裂縫等問題限制了墻板的推廣和應用。

章衛東[2]對市場上常見預制內隔墻板進行了性能分析，介紹了各類墻板所適用范圍；張再路等[3]提出了一種輕質隔墻板的連接方式來防治施工裂縫；劉德平[4]研究了GRC 輕質隔板在實際工程中產生裂縫的原因并提出了裂縫防治和修復方法；邸芃等[5]研究了ALC 節能板材產生裂縫的原因，介紹了控制板材質量和裂縫的方法。 但目前對于墻板裂縫各種問題還沒有完善的解決方案， 預防和修復墻體裂縫是裝配式建筑業亟待解決的問題。

2 預制裝配式內隔墻板的類型與性能

預制內隔墻板根據板材規格和安裝方法，可分為砌塊、內隔墻條板和整體式板。 砌塊的應用已經比較廣泛，但其施工方式制約了裝配式建筑的發展。 故本文主要對內隔墻條板和整體式板兩大類進行分析， 介紹每類中各種墻板的性能及其適用范圍。

2.1 預制裝配式內隔墻板整體式板

我國預制整體式隔墻板按照材料組成成分主要可分為：水泥聚苯模殼格構式混凝土墻體、輕鋼龍骨組合墻體、中空內模內隔墻體、夾芯復合墻板這4 類。 按照其安裝方法可分為預制成型隔墻板與現場組裝隔墻板。

整體式板多為復合式板，大多包含鋼筋混凝土材質，板材力學性能較高，且密度、隔聲隔熱等物理性能可以根據設計要求進行調整， 均能滿足設計要求。 參考現有整體式板施工圖集，按照不同板材施工性能對其進行總結，如表1 所示。

整體式板中， 輕鋼龍骨組合墻體施工方便， 現場濕作業少，是目前最適用于裝配式建筑內隔墻的墻板類型。 預制整體式板物理力學性能優于預制條板，但墻板整體剛度大，墻板剛度與主體剛度的協調問題沒有解決， 所以目前預制整體式板主要用于外掛形式。

2.2 預制裝配式內隔墻板條板

為了滿足建設工程需求、 綠色環保要求以及我國各地區氣候與資源的差異性， 我國預制裝配式內隔墻條板出現了各種各樣的類型， 根據我國現有的預制內隔墻條板圖集與規范技術指標，統計各種類型的內隔條板性能，按照材料強度、密度、導熱系數、耐火極限、隔聲量等性能指標將8 類預制內隔條板對照，如表2 所示。

表2 不同類型條板物理力學性能表

從板材抗壓強度來看，鋼絲網架夾芯復合板強度最高，并且所有墻板強度均能滿足裝配式內隔墻板要求。 從板材密度來看，最輕質的是植物纖維復合條板，密度僅為普通混凝土的1/8，但由于其空心腔體的存在，其抗彎承載力較低，且材料防潮耐久性低，若組裝成雙層墻體，則會增加重量，浪費建筑空間。 其次，較為輕質的預制條板是：BLP 粉煤灰泡沫水泥隔墻板、蒸壓加氣混凝土條板、增強石膏隔墻條板以及硅鎂加氣水泥條板。 從板材導熱系數來看，復合墻板導熱系數普遍低于單一材質板材，但均能滿足裝配式內墻板要求。 導熱系數較小的板材依次為：鋼絲網架夾芯復合板、蒸壓加氣混凝土條板、BLP粉煤灰泡沫水泥隔墻板。 各類板材耐火、隔聲性能差異不大，均能達到內隔墻板性能要求。

鋼絲網架夾芯復合板承載力高、保溫隔熱性能好，適合用于超高建筑的外墻。BLP 粉煤灰泡沫水泥隔墻板、蒸壓加氣混凝土條板以及輕混凝土條板的綜合性能更加優越， 適用于裝配式鋼結構住宅的內隔墻體。

2.3 蒸壓加氣混凝土條板的連接構造

由于蒸壓加氣混凝土條板物理力學性能優越， 與裝配式鋼結構住宅適配度較高，使用范圍較廣。 所以本文以蒸壓加氣混凝土條板為例，詳細介紹內隔墻板的連接構造措施。

蒸壓加氣預制墻板與主體結構的連接方式分為剛性連接與柔性連接兩種。 由于剛性連接不能很好地傳遞主體結構帶來的力和變形，容易造成墻體開裂，所以在目前工程中主要采用的是柔性連接。

蒸壓加氣混凝土與主體連接構造主要參考國標圖集，但圖集中僅包含相關連接構造方法， 關于連接件相關參數的選擇亦沒有詳細規定，連接件的設計方法有待進一步研究[6-8]。內嵌連接構造方式的特性可分為：平面外約束、受力性能、施工便宜性和建筑效果4 種， 不同的內嵌連接構造方式的特性具體如表3 所示。

表3 不同內嵌連接構造方式的特性

從平面外約束來看，U 形鋼卡法、雙角鋼法和鉤頭螺栓法對墻板的平面外約束能力較強，其次直角鋼件法、彈性L 形鐵件法、管卡法對墻板的約束能力較弱，難以抑制墻板的轉動。但從受力性能方面來看，直角鋼件法、彈性L 形鐵件法、管卡法的連接可傳遞層間剪力，U 形鋼卡法、雙角鋼法和條形連接件法不能傳力，易產生抹灰裝飾層開裂。 除了鉤頭螺栓法、條形連接件法和接縫鋼筋法的施工較為煩瑣， 其他幾種方式的施工便宜性都較好。 建筑效果中雙角鋼法和鉤頭螺栓法會出現連接件外露，但鉤頭螺栓法可以進行改進，將連接件隱藏于墻板內部。

U 形鋼卡法是當前性能最好的內隔墻板連接件， 雖然雙角鋼法與U 形鋼卡法基本具備相同的性能， 但只適用于墻板根部的連接。 直角鋼件法、彈性L 形鐵件法、管卡法連接具備一定的初始剛度，適用于外力較小，要求不高的裝配式鋼結構住宅內隔墻板的連接。 勾頭螺栓法在內隔墻的應用中，可以采用改進的隱藏連接件的方式，對板材進行切割，將連接件隱藏到板材內后再用修補劑進行填補， 適用于要求較高的內隔墻板的連接。 改進的隱藏鉤頭螺栓法是目前最佳的內嵌連接方式，U 形鋼卡法、彈性L 形鐵件法以及管卡法具有較高的綜合性價比。

3 預制內隔墻板裂縫形成原因

預制內隔墻板雖然性能很優秀在實際使用過程中仍出現大量的墻板裂縫。 墻板裂縫按裂縫出現的部分主要有門窗洞口處的裂縫、梁底裂縫、墻板接縫處的裂縫、拐角處的裂縫等，如圖1 所示。

圖1 內隔墻板裂縫

板縫開裂、板面龜裂等問題其形成的原因往往是多重因素造成的結果，多與填縫材料的干燥收縮、保水性、彈性模量、黏結強度等和墻板自身結構性能和外部荷載引起的變形有關[9]。輕質墻板的濕度變形是與環境濕度保持平衡狀態的， 環境濕度的改變是導致輕質墻板干縮開裂的關鍵因素[10]。

3.1 預制墻板裂縫形成的自身原因

1）材料及工藝不合格。 部分企業為了節約成本所選用的墻板的原材料或生產工藝未達到國家標準， 所生產的劣質墻板在使用過程中易開裂。

2）板材含水率及干縮率。 大多數預制墻板吸水性強，但是在施工現場環境干燥，導致墻板的含水率下降及干縮率增大，這是板材出現裂縫的主要原因之一。

3）養護齡期不足。 部分生產企業追求生產效率，在板材未達到標準規定的養護期限內將墻板運送到施工現場。

4）脫模油污染。 板材脫模質量對板材的質量至關重要，但市場上專業脫模劑價格一直居高不下， 部分企業為了減少成本用廢棄機油來進行脫模，嚴重破壞了板材質量，造成裂縫的開展。

3.2 預制墻板裂縫形成的外在原因

1）施工不合理。 目前，預制墻板的施工技術尚不完善，較多工人采用以前普通墻體的施工方法。 如墻體開鑿孔洞和開槽，照搬砌塊和混凝土的做法，易導致墻體裂縫。

2）受力不均勻。 墻體拼縫處嵌縫材料與蒸壓加氣混凝土屬于兩種不同的材料。 在受熱膨脹或者受冷收縮過程中，二者變形不一致，相互擠壓，容易導致墻面拼縫的開裂。

3）墻板連接方式。 當前裝配式建筑內隔墻為避免其剛度對結構產生影響，主要采用柔性連接。 管卡法、直角鋼件法等方法施工方便、連接件不外露，被廣泛應用于裝配式內隔墻板的安裝。 但是這樣的連接方式會形成與墻板平行的軸，在企口未擠緊或者嵌縫材料黏結強度不足時， 容易導致墻板在受到垂直于板面的外力時能夠繞軸轉動， 從而導致墻板接縫的破壞。

4）水泥砂漿的收縮硬化。 墻板所用的嵌縫砂漿因為水化反應硬化收縮，墻板縫隙處的砂漿填充不飽滿，從而導致墻板裂縫的出現。

4 預制墻板裂縫的處理措施

對于墻板裂縫的處治對策， 不少學者對此進行了研究并提出了一些方法[11]。 筆者通過對一些預制內隔墻板企業實地考察與現有文獻調研，提出幾點處理措施。

1）在選擇預制墻板生產廠家時，需要提前對板材進行市場調研， 檢查所用的生產工藝和原料是否符合國家的相關規定及標準并不定期進行突擊檢查。

2）板材脫模完成在進入施工現場前需滿足28 d 的養護齡期，板材在施工現場的停放時保持場地的潮濕度，安裝完成需養護14 d 后方可進行嵌縫， 每2~3 d 檢測一次墻板接縫的強度。

3）脫模時禁止使用廢棄機油，可以采用較為便宜的水性隔離劑。

4）孔洞的開鑿不易過大。 對預制墻板進行深化設計，結合水電專業，將孔洞過大的板材在預制過程時提前預留，防止因開鑿孔洞過大導致墻體開裂。

5）將板材的側面做成凹凸狀，增大板材接縫的接觸面積，并在接縫處增加玻纖網格布， 用1∶3 的水泥砂漿填充密實，大大增加了相鄰板材的黏結強度，抵抗變形。

6）普通水泥砂漿做嵌縫材料時抵抗變形能力太低，所以嵌縫砂漿最好采用聚合物砂漿，用石膏進行粉刷，聚合物砂漿具有較好的黏結性和收縮性。 嵌縫砂漿的面層使用與墻板面層抹灰相同的材料，受溫度影響小變形協調，不易產生變形和裂縫。

5 結語