一种预制轻质夹芯墙板
技术领域
本发明属于房屋建筑节能材料技术领域，具体涉及一种预制轻质夹芯墙板。
背景技术
随着国家对建筑节能领域的重视，各类预制保温墙板得到了快速开发，被广泛应用于房屋、厂房等各类建筑中。无论在装配式建筑还是在现浇建筑中，轻质、保温效率高、耐久性好等，都是预制保温墙板的重要发展趋势。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，其使用寿命大多不超过20年，使得建筑材料不能充分利用，从而造成资源的浪费。
预制混凝土夹芯保温墙板由内、外叶混凝土板和中间的保温层通过连接件连接而成。相对于内保温墙板和外保温墙板，具有优越的耐久性能和防火性能。根据预制混凝土夹芯保温墙板内、外叶混凝土板相互作用的程度，墙板又分为完全组合墙体、部分组合墙体以及非组合墙体三种，由于部分组合和非组合墙板的内、外叶混凝土板各自分开工作，独立承受外部荷载作用，整体刚度小，这就必须通过增加板厚来提高预制混凝土夹芯保温墙板的强度，无法实现轻质化这一目标。而完全组合式墙板通过拉结件将内、外叶混凝土板形成整体共同抵抗荷载作用，一定程度上降低了混凝土板的厚度。但由于内、外叶混凝土板内钢筋网的存在，这就要求内、外叶混凝土板必须具有一定的保护层厚度来保护钢筋；另外，无论采用棒状、板状还是格构式FRP连接件，都要求内、外叶混凝土板具有足够的锚固厚度，这两个因素决定了内、外叶混凝土板必须具有足够的厚度，从而就无法进一步降低墙板质量。再加之采用该类连接件应力集中现象突出，易形成微裂纹，对保温墙板的耐久性也会产生不利影响。
发明内容
本发明基于目前预制混凝土夹芯保温墙板存在的墙板质量较高、耐久性差、无法实现轻质化等问题，提供一种用于房屋建筑的预制轻质夹芯墙板，通过改变预制工艺，改变连接构造，充分利用FRP和高性能混凝土各自的特点，进而优化夹芯墙板各组成部分之间的受力方式，制备出的墙板具有轻质、保温效率高、耐久性好、经济效益好、整体性强的优点，适用于大多数工程环境。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种预制轻质夹芯墙板，所述墙板包括含FRP筋的外叶混凝土加肋板、内叶混凝土加肋板、保温层、锚具；
所述含FRP筋的外叶混凝土加肋板包括平板一，所述平板一一侧板面呈矩阵形式设有竖直截面为三角形的横向板肋一，每相邻两列横向板肋一之间沿平板一的高度方向设有长方形竖向板肋一，所述竖向板肋一上设有多个FRP筋；
所述内叶混凝土加肋板包括平板二，所述平板二一侧板面呈矩阵形式设有竖直截面为三角形的横向板肋二，每相邻两列横向板肋二之间沿平板二的高度方向设有长方形竖向板肋二，所述竖向板肋二沿板厚方向开有多个通孔一；
所述保温层包括第一结构框架、保温板材、第二结构框架，所述第一结构框架包括平板三，所述平板三一侧板面呈矩阵形式设有竖直截面为三角形的横向板肋三，每相邻两列横向板肋三之间设有与长方形竖向板肋一相匹配的通槽一，平板三另一侧板面呈矩阵形式设有多个十字型实心凸起；
所述第二结构框架包括平板四，所述平板四一侧板面呈矩阵形式设有竖直截面为三角形的横向板肋四，每相邻两列横向板肋四之间设有与长方形竖向板肋二相匹配的通槽二，平板四另一侧板面上呈矩阵形式设有多个十字型空心套筒；平板三和平板四上均设有多个通孔二；
所述保温板材上设有十字形通槽，平板三和平板四所述另一侧板面相对设置，平板三和平板四的另一侧板面之间设置有保温板材，多个十字型实心凸起与多个十字型空心套筒一一对应并插嵌为一体；
所述外叶混凝土加肋板上设有的多个FRP筋穿过保温层上设有的多个通孔二以及内叶混凝土加肋板上设有的多个通孔一并与锚具配合将内叶混凝土加肋板、外叶混凝土加肋板、保温层连接为一体。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
本发明通过选择合适的材料、优化内部结构和受力模式，解决了现有夹芯墙板因使用连接件而需要足够的锚固厚度而无法降低板厚、因连接件受力面积小而产生应力集中进而产生微裂纹、因内、外叶混凝土加肋板使用钢筋网需要足够的保护层厚度而无法降低夹芯墙板的质量问题。本发明内、外叶混凝土加肋板薄(平板厚度为14mm，板肋厚度为11mm)，这极大地降低了夹芯墙板的质量和成本。其次，在FRP筋的作用下，保温层和内、外叶混凝土加肋板通过板肋接触面进行荷载传递，整体性好；也克服了传统连接件所带来的应力集中问题，减少了微裂纹的出现，耐久性好；同时，无冷、热桥效应，保温效率高。
浸渍的纤维编织网替代钢筋网，耐腐蚀能力强，无需考虑传统墙板因植入钢筋网而产生腐蚀问题，因而内、外叶混凝土加肋板保护层厚度可以很小，又因为板肋的设计和预应力的使用，可极大程度提高板的承载能力，进而减小板的厚度，降低板的质量；其次，内、外叶混凝土加肋板与保温层通过板肋之间的机械咬合传递荷载，实现了由点荷载到面荷载的转化，克服了传统夹芯墙板因连接件必须有一定的锚固厚度而无法降低板厚的缺陷，也克服了连接件因应力集中而产生微裂纹，进而降低耐久性的问题；另外，较小的板厚和板肋的存在也一定程度降低了成本，能更好的被市场接受。
本发明内、外叶混凝土加肋板的材料选取、配比和制作工艺是建立在大量试验的基础上确定的。内、外叶混凝土加肋板采用预应力模式，聚合材料采用高性能混凝土，用纤维编织网替代钢筋网，并在内、外叶混凝土加肋板内侧进行加肋处理。这四项举措极大地增强了内、外叶混凝土加肋板的承载力和耐腐蚀能力，从而较大幅度的降低了板的厚度。
附图说明
图1为预制轻质夹芯墙板横截面示意图；
图2为预制轻质夹芯墙板立体图；
图3为外叶混凝土加肋板立体图；
图4为内叶混凝土加肋板立体图；
图5为保温层立体图；
图6为第一结构框架和第二结构框架相对位置示意图；
图7为第一结构框架示意图；
图8为第二结构框架示意图；
图9为板肋尖端放大图；
图10为保温板材开槽图；
图11为FRP筋植入纤维编织网俯视图；
图12为FRP筋植入纤维编织网示意图。
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。
本发明中，由于夹芯墙板的质量主要集中在内、外叶混凝土加肋板部分，而本发明利用预应力纤维编织网增强高性能混凝土极大的降低了内、外叶混凝土加肋板的厚度，从而较大幅度的降低了夹芯墙板的质量；利用FRP制作保温层的结构框架，将保温板材固定在框架内形成整体的同时，该结构框架外侧的板肋与内、外叶混凝土加肋板的板肋形状相契合，在FRP筋和锚具的作用下，三者通过板肋之间的机械咬合传递荷载，实现了由传统连接方式的点受力到面受力的转化，克服了现有夹芯墙板由于应力集中而带来的一系列不利的影响。本发明充分利用各类材料的性质，优化传力方式，形成的夹芯墙板质量轻、无冷热桥影响、便于组装拆卸，具有优越的保温效率、结构性能、耐久性能、防火性能和经济效益，有良好的工程应用前景。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种预制轻质夹芯墙板，所述墙板包括含FRP筋1的外叶混凝土加肋板2、内叶混凝土加肋板3、保温层4、锚具5；
所述含FRP筋1的外叶混凝土加肋板2包括平板一6，所述平板一6一侧板面呈矩阵形式设有竖直截面为三角形的横向板肋一8，每相邻两列横向板肋一8之间沿平板一6的高度方向设有长方形竖向板肋一7，所述竖向板肋一7上设有多个FRP筋1；
所述内叶混凝土加肋板3包括平板二9，所述平板二9一侧板面呈矩阵形式设有竖直截面为三角形的横向板肋二11，每相邻两列横向板肋二11之间沿平板二9的高度方向设有长方形竖向板肋二10，所述竖向板肋二10沿板厚方向开有多个通孔一12；
所述保温层4包括第一结构框架、保温板材13、第二结构框架，所述第一结构框架包括平板三14，所述平板三14一侧板面呈矩阵形式设有竖直截面为三角形的横向板肋三，每相邻两列横向板肋三之间设有与长方形竖向板肋一7相匹配的通槽一，平板三14另一侧板面呈矩阵形式设有多个十字型实心凸起15；
所述第二结构框架包括平板四16，所述平板四16一侧板面呈矩阵形式设有竖直截面为三角形的横向板肋四，每相邻两列横向板肋四之间设有与长方形竖向板肋二10相匹配的通槽二，平板四16另一侧板面上呈矩阵形式设有多个十字型空心套筒17；平板三14和平板四16上均设有多个通孔二19；
所述保温板材13上设有十字形通槽18，平板三14和平板四16所述另一侧板面相对设置，平板三14和平板四16的另一侧板面之间设置有保温板材13，多个十字型实心凸起15与多个十字型空心套筒17一一对应并插嵌为一体；
所述外叶混凝土加肋板2上设有的多个FRP筋1穿过保温层4上设有的多个通孔二19以及内叶混凝土加肋板3上设有的多个通孔一12并与锚具5配合将内叶混凝土加肋板3、外叶混凝土加肋板2、保温层4连接为一体。
通过十字型实心凸起15与十字型空心套筒17穿插嵌套成整体，保证垂直于板厚方向的平面有足够大的约束力。在FRP筋1和锚具5的作用下，各板板肋紧密接触，通过板肋之间的机械咬合形成整体，三者之间通过板肋的接触面进行力的传递，同时保证了平行于板厚方向的约束，从而形成三方向空间约束，固结为一体。通孔是FRP筋1的锚固通道，将FRP筋1穿过通孔，配合锚具5，将内叶混凝土加肋板3、外叶混凝土加肋板2和保温层4结合为一体。如此设计的原理是混凝土具有较强的抗火能力，FRP筋1植入外叶混凝土加肋板2内可一定程度保护FRP筋1不受火灾的侵蚀，进而保护夹芯墙板的结构安全。该墙板具有可拆卸的特点，且不会破坏主体结构和保温层4。锚固结束后，在内叶混凝土加肋板3外侧FRP筋1和锚具5处涂刷防火漆。其原理是：为将内叶混凝土加肋板3、外叶混凝土加肋板2和保温层4紧密连接为一体，必须至少有一块墙板开孔做锚固处理，而外叶混凝土加肋板2接触外界复杂环境，受环境影响较大，将FRP筋1植入混凝土中可有效防止火灾的侵蚀，而内叶混凝土加肋板3受环境影响小，在内叶混凝土加肋板3表面刷涂防火漆相比于在外叶混凝土加肋板2表面刷涂防火漆，使用时间更长，进而降低了防火成本。采用FRP筋的原因在于FRP导热系数低、耐腐蚀性能好。导热系数低，可以有效降低夹芯墙板的冷热桥效应；耐腐蚀性能好，具有更高安全性能和使用年限。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种预制轻质夹芯墙板，所述第一结构框架和第二结构框架均采用拉挤成型工艺制成。
具体实施方式三：具体实施方式一或二所述的一种预制轻质夹芯墙板，所述第一结构框架和第二结构框架均采用FRP材质制成，FRP具有质轻、导热系数低、耐腐蚀等优点，无冷热桥效应，对于提高保温效率具有促进作用。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种预制轻质夹芯墙板，每相邻两个长方形竖向板肋二10之间的间距均为1m。将竖向板肋横截面设置为矩形，可起到控制内、外叶混凝土加肋板2和保温层4水平滑移，增强内、外叶混凝土加肋板2强度和刚度的作用。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种预制轻质夹芯墙板，所有三角形均为直角三角形，所有直角三角形贴近平板的锐角为38°，远离平板的锐角为圆弧状，可通过浇筑模板或者后期打磨来实现，目的是消除应力集中。且三角形板肋的朝向需根据夹芯墙板与主体结构之间的受力形式而定。比如内、外叶混凝土加肋板2同时锚固在主体结构上，则内、外叶混凝土加肋板2板肋最小角位于上侧，保温层4板肋与之相契合；如果只有内叶混凝土加肋板3锚固在主体结构上，则内叶混凝土加肋板3板肋最小角位于上侧，外叶混凝土加肋板2板肋最小角位于下侧，保温层4板肋与之相契合。
具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种预制轻质夹芯墙板，所述内叶混凝土加肋板3的制备过程如下：使用碳纤维，编织两层纤维编织网，采用缝纫技术，对两层纤维网进行加肋纤维网缝制，之后，安装预应力装置，施加预应力后，再进行环氧树脂浸渍处理，常温固化2小时后浇筑混凝土，养护21天，拆掉预应力装置，再养护7天拆模，即可投入使用。
具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种预制轻质夹芯墙板，所述外叶混凝土加肋板2的制备过程如下：使用碳纤维，编织两层纤维编织网，采用缝纫技术，对两层纤维网进行加肋纤维网缝制和FRP筋植入，形成加肋墙板的纤维网骨架，FRP筋植入端有多根纤维束20，分别与四周的纤维编织网缝纫编织为一体，安装预应力装置，施加预应力后再进行环氧树脂浸渍处理，常温固化2小时后浇筑混凝土，养护21天，拆掉预应力装置，再养护7天拆模，即可投入使用。内外叶混凝土加肋板采用高性能混凝土和纤维编织网的原因除了可以降低板厚外，高性能混凝土和纤维编织网都具有很强的抗腐蚀能力，可以提高耐久性，进而提升使用年限。
具体实施方式八：具体实施方式六或七所述的一种预制轻质夹芯墙板，所述两层纤维编织网在足够保护层厚度的前提下，分别位于内、外叶混凝土加肋板2的顶部和底部。其原理是：由于风荷载的不定向，对夹芯墙板可能产生推力或者吸力，夹芯墙板会产生向内或者向外弯曲的趋势，在混凝土板两侧施加预应力，便可借助纤维编织网的高抗拉强度来抵抗这种弯曲的趋势，从而提高板的承载力。
具体实施方式九：具体实施方式六或七所述的一种预制轻质夹芯墙板，所述混凝土是采用硅酸盐水泥、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得到，其中，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％～35％，纳米二氧化硅质量掺量占胶凝材料的0.5％～1.5％。这些数值范围的确定是综合考虑混凝土的强度、体积收缩和整体造价的结果。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。
