一种利用松散保温材料的预制夹芯墙板及其制作工艺
技术领域
本发明属于房屋建筑节能材料技术领域，具体涉及一种利用松散保温材料的预制夹芯墙板及其制作工艺。
背景技术
随着国家对节能减排的重视，各行各业都兴起了一系列的革新。在建筑节能领域，各类预制保温墙板得到了快速开发，被广泛应用于各类建筑中。无论是装配式建筑还是现浇建筑，具有轻质、保温效率高、整体性好、抗火性强的保温墙板，成为重要的发展趋势。
目前，常用的预制保温墙板分为内保温、外保温和夹芯保温墙板共三种类型。内保温墙板存在内部保温层易损、受室内装修影响大的问题；而外保温墙板面临防火和耐久性差的问题；而夹芯保温墙板相对于内保温、外保温墙板，具有优异的耐久性能和防火性能。
现有的夹芯保温墙板大多由内叶混凝土板、外叶混凝土板和保温层通过拉结件连接而成。根据内、外叶混凝土板的相互作用程度，又分为完全组合墙体、部分组合墙体以及非组合墙体三种，相对于部分组合和非组合墙体，完全组合墙体因具有优异的整体性而受到广泛的欢迎。然而，现有的夹芯保温墙板大多利用保温板材，很少直接利用松散保温材料。由于很多保温板材都是由松散保温材料经过多重加工而成，相对于直接利用松散保温材料，加工成保温板材必将增加成本、消耗更多的能源，这将对降低成本和节能减排产生不利的影响。
现有夹芯保温墙板中内、外叶混凝土板之间大多通过拉结件进行约束。由于金属拉结件具有较强的冷热桥效应，应用范围较窄，大多数工程采用FRP拉结件。然而，无论是棒状、板状还是格构式FRP拉结件，都是通过锚固于内、外叶混凝土板内而产生约束，这就要求内、外叶混凝土板具有足够的锚固厚度；其次，大多数内、外叶混凝土板通过植入钢筋网来增强混凝土板的性能，为保护钢筋网，防止锈蚀，也要求钢筋网两侧有一定的保护层厚度。这两个因素决定了采用该种连接方式，内、外叶混凝土板无法降低板厚，从而无法实质性的降低夹心墙板的质量。
另外，夹芯墙板采用FRP连接件并不能实质性的提高夹芯墙板的整体性，当内、外叶混凝土板有相对位移趋势时，FRP连接件锚固端会出现应力集中现象，进而产生微裂纹，微裂纹的存在不仅会降低耐久性，更会造成夹芯墙板的整体性下降。其次，如果遭遇火灾或者高温时，FRP连接件因耐热性能差，极易发生软化变形，进而对夹芯墙板造成损伤。
发明内容
本发明针对目前夹芯墙板存在的保温效果差、抗火能力差、整体性差等问题，提供一种利用松散保温材料的预制夹芯墙板及其制作工艺，该墙板改变了内部构造和制作工艺，优化了夹心墙板的受力方式，具有质量轻、整体性好、保温效率高、抗火能力强、耐久性和经济效益好的优点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种利用松散保温材料的预制夹芯墙板，所述夹芯墙板包括内叶混凝土板、外叶混凝土板、十字形腹板和保温层；
所述内叶混凝土板和外叶混凝土板的一侧相对表面均设有纵横相交的凹槽一，凹槽一所包围的区域包括多个阵列单元，每个所述阵列单元内包含有一个十字形平面，每个阵列单元内除十字形平面外的区域呈阵列形式设有多个盲孔；
所述十字形腹板由呈十字形相交设置的四个长方形板组成，每相邻两个长方形板的相交处具有倒角，每个长方形板的外侧面中部均设有内凹的圆弧面；
所述保温层包括松散保温材料、FRP壳、泡沫腹板和两个泡沫平板，所述两个泡沫平板的一侧板面上设置有纵横相交的肋条一，纵横相交的肋条一包围的区域还设有与十字形腹板十字形断面外围形状相同的肋条二；所述泡沫腹板的两侧板面上分别设置有与泡沫平板的肋条一和肋条二相对应的凹槽二，所述泡沫腹板和两个泡沫平板通过肋条一、肋条二与凹槽二拼接为一体；
所述泡沫腹板和两个泡沫平板之间形成容纳松散保温材料的空腔，所述保温层厚度方向预留容纳十字形腹板的孔道，所述FRP壳包覆在泡沫腹板和两个泡沫平板的外表面，且FRP壳外表面设置有与内叶混凝土板和外叶混凝土板的凹槽一相匹配的肋条和与内叶混凝土板和外叶混凝土板的盲孔相匹配的肋点。
一种上述的利用松散保温材料的预制夹芯墙板的制作工艺，所述工艺步骤如下：
步骤一：保温层的制作：利用模具制备出泡沫平板和泡沫腹板，将其中一侧泡沫平板和泡沫腹板拼接为一体，将松散保温材料填充于泡沫腹板形成的空腔中，拼接另一侧泡沫平板，采用真空成型工艺将FRP材料包覆在泡沫平板和泡沫腹板的外表面，待FRP壳固化24h后，保温层即制作完成；
步骤二：将纤维编织网铺设在保温层的两侧表面和预留容纳十字形腹板的孔道内，将泡沫腹板和两个泡沫平板内的纤维编织网通过缝纫技术连接为一体，将环氧树脂浸渍在纤维编织网上，然后将该覆盖有纤维编织网的保温层放入夹芯墙板模具中固定，浇筑高性能混凝土，养护14天，拆模即可。
本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明的保温层可实现松散保温材料的直接利用，无需二次加工形成保温板材，这对于节约能源、降低成本具有重要意义；将保温层放入夹芯墙板模具中固定，利用保温层外表面作为内、外叶混凝土板和十字形腹板的内模板，将高性能混凝土注入模具中，内、外叶混凝土板和十字形腹板整体浇筑，使得夹芯墙板具有优异的整体性。且该操作过程简单，克服了现有夹芯墙板在浇筑混凝土时需考虑FRP连接件的锚固问题；十字形腹板外形和十字形腹板内部纤维编织网的配置根据受力特征而设计，在保证强度的前提下，减少高性能混凝土的用量，提高保温层所占体积，进而提高了保温效率。另外，十字形腹板内的增强材料为纤维编织网，突破传统墙板中采用钢筋的方式，从而降低了冷热桥效应；保温层外表面设置肋条和肋点，在增强自身强度和刚度的同时，增强了与内、外叶混凝土板和十字形腹板的机械咬合，进而优化了夹芯墙板各部分之间的传力路径，也增强了整体性；另外，高性能混凝土和纤维编织网的组合、与保温层肋点和肋条之间的粘结、采用与十字形腹板整体浇筑来代替连接件的组合方式，都不同程度的降低了内、外叶混凝土板的厚度，从而较大程度的降低了夹芯板的质量和成本。其次，由于内、外叶混凝土板和十字形腹板都采用高性能混凝土，利用十字形腹板代替FRP连接件，克服了现有采用FRP连接件的夹芯墙板遇高温或火灾时软化变形的缺陷，具有更强的抗高温和抗火能力。
附图说明
图1为夹芯墙板立体图；
图2为内、外叶混凝土板示意图；
图3为十字形腹板立体图；
图4为泡沫平板肋条放大图；
图5为泡沫腹板凹槽放大图；
图6为泡沫腹板所形成的空腔示意图；
图7为保温层外表面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明可直接利用松散保温材料，无需将保温材料二次加工成保温板材，这对于节约能源、降低成本具有重要意义。此外，夹芯墙板的十字形腹板3以保温层4的外表面为模板，无需单独制作模板，可将整个保温层4放入夹芯墙板的矩形模板中，内叶混凝土板1、外叶混凝土板2和十字形腹板3可一次浇筑成型。另外，保温层4最外层FRP壳的外表面设计有肋条16和肋点17，在增强自身强度和刚度的同时，还一定程度上增强了混凝土与保温层4的粘结程度，这使得整个夹芯墙板具有优异的整体性。另外，内叶混凝土板1、外叶混凝土板2和十字形腹板3采用高性能混凝土和纤维编织网的组合，其中十字形腹板3的外形和内部纤维编织网的配置是根据十字形腹板受力特点而设计，在保证强度的前提下，减少高性能混凝土的用量，提高保温层所占体积，进而提高了保温效率。本发明操作简单、可充分利用松散保温材料，具有质轻、整体性好、抗火能力强、耐久性好、保温效率高以及经济效益好的特点，可广泛应用于房屋建筑中。
本发明的泡沫平板11和泡沫腹板10主要起缓冲作用，对于一些棱角尖锐或者易碎的松散材料具有良好的缓冲效果，可保护外侧FRP壳以及内部保温材料不受破坏。外层的FRP壳，主要起结构作用，由于泡沫平板11和泡沫腹板10刚度小、强度低，且两侧泡沫平板11和泡沫腹板10的拼接方式并不牢固，当FRP包覆于泡沫平板11和泡沫腹板10表面时，便使整个结构外壳具有一定的强度和刚度。
本发明中，为保证保温层4有足够的强度和刚度(尤其是厚度方向)，也同时为夹芯墙板的十字形腹板3提供浇筑模板，保温层4厚度方向预留与十字形腹板3形状和尺寸相同的孔道。此外，FRP壳外表面设置肋条16和肋点17，肋条16主要起到增强FRP壳强度和刚度的作用，而肋点17主要起到增强与高性能混凝土粘结的作用。通过肋条16和肋点17与高性能混凝土的粘结，缓解了对十字形腹板3的作用(包括作用力和力矩)，优化了夹芯墙板内部结构的传力方式，因为内叶混凝土板1和外叶混凝土板2与FRP壳外表面肋点的粘结，不仅能够控制保温层4与内叶混凝土板1和外叶混凝土板2的相对位移，更可以较大程度的分担夹芯墙板十字形腹板3的荷载，尤其是起控制作用的内叶混凝土板1、外叶混凝土板2因相对位移趋势而产生的剪力和扭矩。
内叶混凝土板1、外叶混凝土板2和十字形腹板3采用纤维编织网增强高性能混凝土配制而成，克服了现有夹芯墙板因采用普通混凝土以及植入钢筋而无法降低板厚的缺陷(因为钢筋需要有足够的保护层厚度保护钢筋不锈蚀)，可较大幅度的降低板的厚度。另外，浸渍的纤维编织网耐腐蚀能力强，再通过高性能混凝土聚合在一起，耐久性进一步提高。
本发明中，十字形腹板3的外形和内部纤维网的配置根据十字形腹板3的受力特点而设计，综合考虑了十字形腹板3的弯矩、剪力、轴力、扭矩等作用带来的影响。该设计在保证强度的前提下，降低混凝土用量，提高保温层所占体积，进而提高了保温效率。经过计算和试验，起控制作用的作用力为内叶混凝土板1、外叶混凝土板2因相对位移趋势而产生的剪力和扭矩。而保温层4最外层FRP壳，因表面肋条16和肋点17与高性能混凝土的粘结，大大缓解了该剪力和扭矩对十字形腹板3的作用，进而优化了夹芯墙板内部结构的受力。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种利用松散保温材料的预制夹芯墙板，如图1所示，所述夹芯墙板包括内叶混凝土板1、外叶混凝土板2、十字形腹板3和保温层4；
所述内叶混凝土板1和外叶混凝土板2的一侧相对表面均设有纵横相交的凹槽一5，凹槽一5所包围的区域包括多个阵列单元，每个所述阵列单元内包含有一个十字形平面6，每个阵列单元内除十字形平面外的区域呈阵列形式设有多个盲孔7，如图2所示；
所述十字形腹板3由呈十字形相交设置的四个长方形板8组成，每相邻两个长方形板8的相交处具有倒角，每个长方形板8的外侧面中部均设有内凹的圆弧面，如图3所示；
所述保温层4包括松散保温材料、FRP壳、泡沫腹板10和两个泡沫平板11，所述两个泡沫平板11的一侧板面上设置有纵横相交的肋条一12，纵横相交的肋条一12包围的区域还设有与十字形腹板3十字形断面外围形状相同的肋条二13，如图4所示；所述泡沫腹板10的两侧板面上分别设置有与泡沫平板11的肋条一12和肋条二13相对应的凹槽二14，如图5所示，所述泡沫腹板10和两个泡沫平板11通过肋条一12、肋条二13与凹槽二14拼接为一体；
所述泡沫腹板10和两个泡沫平板11之间形成容纳松散保温材料的空腔15，如图6所示，所述保温层4厚度方向预留容纳十字形腹板3的孔道，所述FRP壳包覆在泡沫腹板10和两个泡沫平板11的外表面，且FRP壳外表面设置有与内叶混凝土板1和外叶混凝土板2的凹槽一5相匹配的肋条16和与内叶混凝土板1和外叶混凝土板2的盲孔7相匹配的肋点17，如图7所示。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种利用松散保温材料的预制夹芯墙板，所述内叶混凝土板1、外叶混凝土板2和十字形腹板3均采用纤维编织网增强高性能混凝土，通过整体浇筑，一次成型制成，具有优异的整体性。
具体实施方式三：一种具体实施方式一或二所述的利用松散保温材料的预制夹芯墙板的制作工艺，所述工艺步骤如下：
步骤一：保温层的制作：利用模具制备出泡沫平板11和泡沫腹板10，将其中一侧泡沫平板11和泡沫腹板10拼接为一体，将松散保温材料填充于泡沫腹板10形成的空腔15中，拼接另一侧泡沫平板11，采用真空成型工艺将FRP材料包覆在泡沫平板11和泡沫腹板10的外表面，待FRP壳固化24h后，保温层4即制作完成；FRP材料由树脂和纤维组成，树脂固化完成后，FRP形成；
步骤二：将纤维编织网铺设在保温层4的两侧表面和预留容纳十字形腹板3的孔道内，将泡沫腹板10和两个泡沫平板11内的纤维编织网通过缝纫技术连接为一体，将环氧树脂浸渍在纤维编织网上，然后将该覆盖有纤维编织网的保温层放入夹芯墙板模具中固定，浇筑高性能混凝土，养护14天，拆模即可。
具体实施方式四：具体实施方式三所述的一种利用松散保温材料的预制夹芯墙板的制作工艺，步骤二中，所述高性能混凝土由硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、纳米二氧化硅、石英砂、短切碳纤维、高效减水剂混合搅拌而成，硅灰质量掺量占胶凝材料的5％～8％，粉煤灰质量掺量占胶凝材料的25％～40％，纳米二氧化硅质量掺量占胶凝材料的0.5％～1.5％。其他材料含量根据环境条件、工程重要等级的不同而进行掺量比例的调整。质量掺量指的是占胶凝材料的比重，胶凝材料指的是硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰和纳米二氧化硅。
