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行业新闻

  1、前言

  目前,用于建筑的保温材料主要有岩棉板、真空绝热板、挤塑板、聚苯板和石墨聚苯板。材料的性能各有优缺点。岩棉和真空绝热板的防火等级都可达到A级,但是岩棉的吸湿性很大,且材料的导热系数偏高。真空绝热板的导热系数最低,但是施工难度大,工地上真空板起鼓现象并不少见。挤塑板和石墨聚苯板的防火等级均能达到B1级,但是挤塑板的尺寸稳定性差,易发生翘曲变形。

  2、石墨聚苯乙烯特点及应用

  石墨聚苯乙烯(GEPS)是在聚苯乙烯高分子聚合物中导入近纳米级天然鳞片石墨、抗氧化剂、抗老化剂等功能材料,改性合成的石墨聚苯乙烯新型功能材料。由于石墨的特殊层状结构,使其能够均匀分布在GEPS颗粒内部,形成镜面反射热辐射,能够大幅度提高材料的绝热效果。除了具备普通EPS板的所有性能外,还具有以下特点:防火性能达到难燃B1级、绝热能力更强、导热系数≤0.032W/(m·K)。它含有近纳米级的天然鳞片石墨,可以像镜子一般反射热辐射,它的绝热能力比普通的EPS高出30%,有助于提高能效。石墨聚苯乙烯(GEPS)特点:良好的防火性能、导热系数低、尺寸稳定性强、耐候性好、具有良好的耐久性和透汽性。石墨聚苯板在超低能耗建筑项目中具有性价比优势,其构造作法如图1所示。工程实践表明,聚苯板保温产品在保温领域里应用最广泛,不论是欧洲还是国内,聚苯板保温体系都具有最大的市场份额(如图2、图3所示)。


图1石墨聚苯板在被动房中的一体化应用


图2石墨聚苯乙烯在欧洲被动房中的应用


图3石墨聚苯乙烯在中国被动房中的应用


  (1)优质石墨聚苯板产品必须满足如下要求:一是优质原料用挤出法工艺生产;二是天然鳞片石墨含量在4.5%~5%,导热系数低,绝热性能稳定,可保证导热系数≤0.032W/(m·K);三是净容重18~30kg/m³,板材呈银灰色;四是折断泡粒断面20%~30%以上,燃烧性能B1级。

  (2)石墨聚苯乙烯是由德国BASF公司首先开发的新型隔热保温材料。同普通的EPS板相比,石墨聚苯板具有更低的导热系数和更好的耐久性和耐候性的特性,深受人们喜爱。无论在欧洲还是国内,石墨聚苯乙烯常被选作为被动房外围护结构的保温材料。近年来,国内有企业潜心研发,瞄准中国被动房市场的需求,开发出石墨聚苯乙烯专有技术,其综合性能媲美世界先进水平,在国内外被动房领域大量使用(如图2、图3所示)。

  (3)国内的石墨聚苯乙烯的生产主要有两种方法,不但生产工艺大相径庭(如图4所示),而且产品质量有很大差异(见表1)。

图4悬浮法与挤出法生产GEPS工艺对比


表1悬浮法GEPS和挤出法GEPS生产工艺对比

  2.1悬浮法工艺

  国内的悬浮法可发性聚苯乙烯产业已居全球之冠,近期随着房地产市场的缩量,白色可发性聚苯乙烯已产能严重过剩。现在,国内众多EPS生产厂家利用白色聚苯乙烯生产装置,采用悬浮法生产石墨聚苯乙烯,该工艺是以苯乙烯单体为主要原料,在反应釜内,单体与石墨、引发剂、阻燃剂、分散剂等混合,通过强力搅拌,被分散成无数的小液滴。悬浮聚合生成的石墨聚苯乙烯分子量较低,内部含水量高,因此板材的强度和稳定性略差。另外,石墨对苯乙烯单体的聚合有一定的阻聚作用,石墨的添加量不能得到有效保证。目前,在中国市场上出现用炭黑来代替石墨的制品,其颜色为黑色或者浅灰色,导热系数偏高,性能不稳定。主要原因在于:悬浮聚合不稳定,反应周期长,石墨添加量少。为了达到颜色黑的效果,部分EPS厂家向反应体系加入少量石墨辅以炭黑调色,或者纯粹加入炭黑代替石墨,生产“黑色”聚苯乙烯。由于石墨/炭黑的阻聚作用,产品分子量偏低,预发后泡粒产生空心现象。这种方法生产出的聚苯乙烯制板粘结性差,板材熟化后收缩变形。其密度≥18kg/m³板材的压缩强度达不到≥0.1MPa的指标要求,石墨含量少,达不到所需的4.5%~5%的最佳加入量,无法满足被动房要求的导热系数≤0.033W/(m·K)的性能指标。

  2.2挤出法工艺

  挤出法石墨聚苯乙烯最初通过德国、奥地利进口进入国内市场。国内个别企业很早就紧跟行业发展动态,投巨资引进世界先进设备,自主开发石墨聚苯乙烯新型保温材料。其产品性能优良,能满足高端市场需求。

  挤出法工艺是选用分子量高的聚苯乙烯为主要原料,添加近纳米级的天然鳞片石墨、增韧剂、抗氧剂、阻燃剂等功能材料,通过双螺杆挤出机熔融、切粒而成。颗粒的外形为椭圆形,制品的颜色为银灰色,带有金属光泽,该工艺属于物理混合,可以有效保证石墨的添加量,分子量高,强度大,热导性能更佳、更稳定,同时,由于添加的天然石墨具有阻燃功能,更增强了石墨聚苯乙烯的阻燃性。


  3.1没有选择合格石墨聚苯乙烯

  石墨聚苯乙烯板材是由石墨聚苯乙烯颗粒预发、成型、切割而成。颗粒的性能对制品的应用性能有决定性作用。石墨聚苯乙烯在国内的使用时间相对较短。有些厂商用非石墨料,如炭黑聚苯乙烯顶替石墨聚苯乙烯。这将导致保温材料抗拉强度、尺寸稳定性、弯曲变形、导热系数等指标达不到性能指标要求。在被动房项目一定采用真正的石墨聚苯乙烯作为保温材料,以保证保温绝热效果。

  3.2聚苯乙烯板材加工厂故意造假

  为了降低造价,部分板材加工厂存在以次充好以获得市场竞争优势。以下是常见做法:

  (1)短斤少两,降低原材料的使用量。这种做法导致板材强度低、导热系数变大,保温隔热性能受损。

  (2)掺沙子增加板材重量。这种做法降低了石墨聚苯乙烯的综合物理性能,导致强度低、粘结性差、导热系数变大,严重影响工程质量和房屋使用寿命。

  (3)在水中加入表面活性剂,向板材中大量渗水。这种做法导致板材内部的水难以挥发,从而引起保温层鼓泡、脱落;同时,保温隔热效果大大降低。

  (4)使用含结晶水的盐做增重物质来提高密度。这种做法损害了保温板的物理性能,导致保温隔热性能、压缩强度、耐久性等严重受损,达不到石墨聚苯乙烯板材品质要求。

  3.3板材生产厂家出厂不合格的石墨聚苯板

  板材生产厂家出厂养护期过短的板材。熟化时间不够的板材制品性能不稳定,上墙后产生较大的后收缩,进而引起面层开裂;养护期短的聚苯板含水率达不到要求,切板后板材弯曲,板面平整度差。

  参考文献:

  [1]《被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)(居住建筑)》住房建设城乡部,2015年10月.

  [2]DB13(J)/T177-2015住房和城乡建设部备案号:J12951-2015河北省工程建设标准《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》.

  [3]DB/T29-227-2014备案号J12828-2014天津市工程建设标准《天津市泡沫塑料板薄抹灰外墙外保温系统应用技术规程》.

  [4]《阻燃聚合物纳米复合材料》,〖美〗A.B.Morgan﹠C.A.Wikie,欧育湘李建军叶南飚主译.

  [5]《可发性聚苯乙烯》候树亭主编.


  作者:天津格亚德科技新材料有限公司  郭平安


 

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当前,各地都在开展绿色建筑行动,积极推广装配式建筑,但有的地方搞“目标责任制”,追求预制化率,加大推广力度,这就可能出现问题。甚至有人提出:装配式建筑似乎已经取代了现浇混凝土,这肯定是片面的。建筑结构安全是关乎到人民群众生命财产安全的事,不可马虎。

装配式建筑——模块造梦,像塔积木一样盖房子,可以把梁、板、柱、墙等事先做好的构件想象成一块块乐高积木,在施工现场只需把他们拼合在一起。

▼ (预制梁、柱)

▼ (预制楼梯)

混凝土是一种在常温条件下就能从液态向固态转化并产生高强度的独特材料。混凝土有预制和现浇两种施工方式。

预制:是先在工厂里制作成混凝土构件,然后运送到施工现场进行装配连接,形成装配式混凝土结构;

现浇:是在施工现场将混凝土直接浇注入模成型,形成整体混凝土结构。

▼ (现浇楼梯)


一、装配式建筑技术难点

装配式剪力墙的技术难点之一就是套筒连接,由于目前装配式剪力墙仍然沿用现浇剪力墙的设计方法,纵向分布钢筋数量多,装配过程中数量较多的纵筋套筒连接对中难度大,潜在安全隐患增大。


预制构件之间的连接通常采用现浇混凝土(或采用钢筋套筒灌浆),也就是将伸出两个构件的钢筋,共同锚固在现浇混凝土中来实现的,现浇混凝土与预制混凝土构件只是粘接而已,因此,构件连接部位是装配式混凝土结构的薄弱环节,处理不当就会形成安全隐患,还可能发生渗漏。


▼ 装配式建筑现场施工难点

二、相比装配式建筑,现浇混凝土有独一无二的优点

混凝土从液态向固态的转化是不可逆的,坚固的混凝土不能像钢材那样在高温下可熔化成液态,预制混凝土构件也不能像钢构件那样可以通过焊接熔合成一体。就确保混凝土建筑结构的整体性和安全性而言,混凝土在施工现场浇筑成型才能真正发挥其独特优势,这是其他材料无可比拟的。而预制混凝土构件通过技术措施连接后形成的装配式混凝土结构,无论在理论上还是实际上,其整体性和安全性都不如现浇混凝土结构。



现浇混凝土技术的不断发展,适应了市场经济新条件下高层建筑快速发展的需要,也拉动了商品混凝土、工具式模板、泵送设备和相关产业的发展。

三、现浇混凝土大模板建筑的优势

第一,结构整体性好,因而抗震性能好,能做成大开间、大空间,满足市场对建筑多样化的需要;

第二,设备简单,一次投资少,技术容易掌握,便于普及推广,技术经济效果好;

第三,成套技术先进适用,施工速度快,工程质量好,是以机械化为核心的建筑工业化的新形式和新发展。

混凝土技术、工具式模板技术、机械化施工技术等正向着建筑工业化、现代化的方向发展,出现了以大模、滑模、隧道模等命名的现浇混凝土剪力墙高层建筑和采用定型模板现浇混凝土的框架-剪力墙高层建筑体系。高效减水剂和混凝土泵送设备的大量应用,现浇混凝土高层建筑结构整体性抗震安全性比装配式建筑好、造价比装配式大板建筑低的优势。

预制装配式建筑和现浇共同施行,促进了现浇混凝土技术的发展。

在建筑发展较长的时间内,还要采取预制和现浇相结合、干法作业和必要的湿法作业相结合、新材料和传统材料相结合、工厂生产和现场预制相结合等一系列共同发展的方针,更能发挥现浇混凝土整体性好的优势。

四、装配式建筑整体性比现浇混凝土建筑较差

装配式建筑造价高出20%左右;预制化率越高,装配连接的要求越高,造价也越高,安全隐患可能增多。造价的增加是资源消耗增加的直接反映。

五、钢结构具有装配式建筑天然优势

钢结构强度高、自重轻,适合工厂化生产,在工程现场装配焊接成型后能熔成一体,保持了结构的整体性,抗震性能好,能满足多种建筑高度、多种建筑平面的需要,能与非承重轻质墙体材料配套使用,施工安装工业化程度高,并符合环境保护和可持续发展原则。

六、预制混凝土夹芯保温外墙板

预制混凝土夹芯保温外墙板的面层开裂、板缝渗漏、保温失效多有发生;有人提出质疑:上下外墙采用套筒灌浆连接,对构件生产和施工安装的精准、灌浆材料和工艺的可靠具有很高的要求,要保证上下外墙的连接质量和整体性。

表面上看,采用预制混凝土夹芯保温承重外墙板似乎实现了结构与保温一体化,解决了保温与防火的矛盾;而实质上,最大的问题是削弱了混凝土结构外墙的整体性,增加了外墙连接处的安全隐患和相关费用,在技术和经济上都不尽合理,不应盲目推广。

七、装配式建筑的利弊

利:预制化率高,现场工作量减少

弊:增加了构件连接的工作量和可靠性要求,增加了建造成本

由于混凝土从液态向固态转化是不可逆的,因此混凝土构件与构件之间不可能连接成一体,主要靠钢筋的套筒灌浆连接和浆锚搭接,对材料、机具和专业操作人员的要求较高,万一质量出问题,就是安全隐患。因此,盲目追求预制率或装配化率,构件的连接处理就会增多,混凝土结构的整体性和安全性就会下降。

八、实现建筑现代化,需要现浇、预制相结合

首先:坚持模数协调原则,推进标准化设计,建立通用结构构件和功能性部品的标准体系;

其次:坚持技术创新,采用隔震减震、高强混凝土、高强钢筋等新技术、新材料,研究开发先进适用的构件连接技术,保证商品混凝土和预制构件质量,提高混凝土建筑的结构安全与使用功能。

最后:因地制宜、循序渐进,全面实现建筑的基础、结构、装修工程机械化施工和信息化管理。

九、装配式技术规程的潜台词

地下室现浇,加强现浇,首层现浇,重要的都用现浇!

保证结构抗震性能的关键受力部位不适合采用预制。


扭转、不规则也是现浇好


高烈度、大地震力、大倾覆力矩,都用现浇。

装配式很难完全等同于现浇

综上所述

因此,我们不能盲目推广装配式混凝土建筑。选择预制还是现浇,或是预制和现浇相结合,都应该从实际出发,根据工程条件和市场需要来确定。建筑抗震要求高,对于量大面广的高层混凝土结构建筑,还应坚持以现浇混凝土为主,确保混凝土结构的整体性和抗震安全性。


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