一种复合保温墙板及制备方法
技术领域
本发明涉及装配式建筑及保温节能领域，具体为一种复合保温墙板及制备方法。
背景技术
在建筑能耗中，通过墙板造成的能耗约占建筑能耗总能耗的50％左右，目前市场上最主要的复合保温墙板是预制夹心保温外墙板，俗称的三明治外墙板。三明治外墙板生产工艺主要为：先浇筑内叶墙混凝土，然后铺设保温板，安装连接件，最后浇筑外叶墙混凝土，其中铺设保温板和安装连接件这两道工序自动化程度低，需要花费的人力成本较高。而且现在市面上主流的拉结件主要为进口高性能FRP连接件，成本极高，而且现有装配式三明治外墙结构存在自重大，中间铺设的保温板保温效果有限，同时也存在着保温板与内叶墙混凝土、外叶墙混凝土连接不牢固、脱层、开裂的风险。本发明的目的是提供一种复合保温墙板，所述的一种复合保温墙板兼具重量轻、保温隔热性能好、施工方便、安装快捷等优点，充分发挥墙板轻质、保温隔热的优点，同时该复合保温墙板各层之间结合紧密、结构受力性能好。本发明提供的一种复合保温墙板传热系数0.3～1.0W/(m2·k)，适用于不同地区、不同气候环境下多样化类型建筑的保温节能需求，同时其重量仅为普通结构保温墙板的50-60％，极大降低了墙板结构自重。
如上所述的复合保温墙板，采用了外叶板和内叶板，外叶板由水泥基大空腔墙板腔体和无机保温材料芯体复合而成，内叶板为轻骨料混凝土内叶板，其中水泥基大空腔腔体空心率≥70％，采用纤维增强水泥基复合材料，通过注浆挤压工艺制备而成。该纤维增强水泥基复合材料抗压强度≥90MPa、抗拉强度
≥6.5MPa、抗折强度≥18MPa，内部填充导热系数≤0.08W/(m·k)的无机保温材料芯体，二者复合具有良好的保温隔热效果，同时具有极高的密实性、耐火性和耐候性。复合保温墙板内层采用轻骨料混凝土内叶板，兼具结构承重和保温隔热性能。
发明内容
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种复合保温墙板，所述的一种复合保温墙板包括外叶板和内叶板，外叶板由水泥基大空腔墙板腔体和无机保温材料芯体复合而成，内叶板为轻骨料混凝土内叶板，其中水泥基大空腔腔体空心率≥70％，采用纤维增强水泥基复合材料，通过注浆挤压工艺制备而成。
进一步的，所述的纤维增强水泥基复合材料各组分及质量比为：水泥∶粉煤灰∶超细粉煤灰∶超细矿粉∶PVA纤维∶水∶聚羧酸高性能减水剂＝1∶
(0.8-1.2)∶(0.1-0.2)∶(0.05-0.15)∶(0.01-0.02)∶(0.3-0.6)∶(0.005-0.02)。
进一步的，所述的纤维增强水泥基复合材料的抗压强度≥90MPa、抗拉强度≥6.5MPa、抗折强度≥18MPa。
进一步的，所述的外叶板与内叶板之间通过钢板连接件连接。
进一步的，所述的钢板连接件为带螺栓的钢板连接件，钢板四角采用焊接方式，将钢筋与钢板T型焊接，钢筋连同钢板一起预埋于内叶板中，螺栓固定于外叶板腔体内。
进一步的，所述的无机保温材料芯体为泡沫混凝土、石膏保温砂浆、气凝胶膏中的一种。
进一步的，所述泡沫混凝土容重为150-300kg/m3、导热系数为0.04～0.07W/(m·k)；所述的石膏保温砂浆容重为250～350kg/m3、导热系数为0.04～0.07W/(m·k)；所述的气凝胶膏容重为300-500kg/m3，导热系数为0.015～0.025W/(m·k)。
进一步的，所述的内叶板为强度等级C30-C60、容重1400-1800kg/m3的轻骨料混凝土。
进一步的，所述的外叶板厚度为90～150mm，内叶板厚度为200-240mm。
进一步的，一种复合保温墙板的制备方法，包括如下步骤：
1)外叶板模具组装：所述的外叶板模具包括上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，对上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，进行组装；
2)纤维增强水泥基复合材料制备：按各组分及质量比为：水泥∶粉煤灰∶超细粉煤灰∶超细矿粉∶PVA纤维∶水∶聚羧酸高性能减水剂＝1∶(0.8-1.2)∶(0.1-0.2)∶(0.05-0.15)∶(0.01-0.02)∶(0.3-0.6)∶(0.005-0.02)，备料，并搅拌均匀；
3)水泥基大空腔墙板腔体制备：采用注浆挤压工艺，向外叶板模具中注入纤维增强水泥基复合材料，硬化后抽芯、脱模，即得水泥基大空腔墙板腔体；
4)外叶板制备：向水泥基大空腔墙板腔体中填充无机保温材料芯体，即得外叶板；
5)复合保温墙板的模具组装：以制得的外叶板作为底模，将钢板连接件固定于外叶板上，安装边模，并绑扎钢筋笼；
6)在复合保温墙板的模具中浇筑轻骨料混凝土；
7)硬化后拆除边模，即得复合保温墙板。
进一步的，所述的钢板连接件为带螺栓的钢筋连接件，通过螺栓与外叶板连接，钢板四角采用焊接方式，将钢筋与钢板T型焊接，并通过钢筋与钢筋网片绑扎，形成钢筋笼。
附图说明
图1为为本发明复合保温墙板的立体结构示意图；
图中，1为外叶板；1-1为无机保温材料芯体；1-2为水泥基大空腔墙板腔体；2为内叶板。
图2为本发明轻质保温复合外叶板与轻骨料混凝土内叶板之间连接示意图；
图中包括正视图、侧视图、剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种复合保温墙板，包括外叶板和内叶板：厚度100mm轻质保温复合外叶板，厚度200mm轻骨料混凝土内叶板。所述的轻质保温复合外叶板由水泥基大空腔墙板腔体和泡沫混凝土芯体复合而成，其中泡沫混凝土芯体体积占比75％。
所述的水泥基大空腔墙板腔体采用注浆挤压工艺制备，内部泡沫混凝土采用自流平方式填充，容重为150kg/m3，导热系数0.04W/(m·k)。
所述的内叶板采用C30轻质陶粒混凝土制备而成，容重1450kg/m3。
本实施例复合保温墙板的制备方法及步骤如下：
1)外叶板模具组装：包括对上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，进行组装；
2)纤维增强水泥基复合材料制备：按各组分及质量比为：水泥∶粉煤灰∶超细粉煤灰∶超细矿粉∶PVA纤维∶水∶聚羧酸高性能减水剂＝1∶0.8∶0.2∶0.15∶0.02∶0.3∶0.02，备料，并搅拌均匀；
3)水泥基大空腔墙板腔体制备：采用注浆挤压工艺，向外叶板模具中注入纤维增强水泥基复合材料，硬化后抽芯、脱模，即得水泥基大空腔墙板腔体；
4)外叶板制备：向水泥基大空腔墙板腔体中填充无机保温材料芯体，即得外叶板；
5)复合保温墙板的模具组装：以制得的外叶板作为底模，将钢板连接件固定于外叶板上，安装边模，并绑扎钢筋笼；
6)在复合保温墙板的模具中浇筑轻骨料混凝土；
7)硬化后拆除边模，即得复合保温墙板。
以上实施例1制备复合保温墙板总传热系数为0.55W/(m2.k)，面密度为365kg/m2，其中内叶板强度35MPa，符合结构承重要求。
对比例1：
预制夹心保温外墙板：包括内叶板、保温板和外叶板，所述的内叶板和外叶板均为C30普硅水泥混凝土，单方容重2380kg/m3，所述的保温板为聚苯板，所述的内叶板、保温板和外叶板通过进口高性能FRP连接件。
所述的预制夹心保温外墙板制备工艺为：
1)预制夹心保温外墙板模具组装；
2)绑扎钢筋笼；
3)制备C30普硅水泥混凝土；
4)浇筑C30普硅水泥混凝土6cm，即为内叶板；
5)铺设聚苯板；
6)在聚苯板上浇筑C30普硅水泥混凝土20cm后，即为外叶板
以上对比例1制备预制夹心保温外墙板总传热系数为1.05W/(m2.k)，面密度为640kg/m2，其中外叶板强度34MPa，符合结构承重要求，但由于采用三层组合结构，内叶板和外叶板容易发生分裂的现象。
由对比例1和实施例1可以看出：本发明复合保温墙板在墙板的总传热系数和面密度方面，相对于预制夹心保温外墙板的性能具有明显的优势，自重降低43％，总传热系数仅为预制夹心保温外墙板总传热系数的52％，且实施例1复合保温墙板粘结良好，不存在分裂、脱层现象，对比例1由于内叶板和外叶板被保温板分开，容易产生层间分裂现象，对比例1由于进口高性能FRP连接件价格高，显著提高了预制夹心保温外墙板，使得其综合价格高于复合保温墙板的价格。
实施例2：
一种复合保温墙板，包括外叶板和内叶板：外叶板为厚度90mm的轻质保温复合外叶板，内叶板为厚度200mm的轻骨料混凝土内叶板。所述的轻质保温复合外叶板由水泥基大空腔墙板腔体和石膏保温砂浆芯体复合而成，其中泡沫混凝土芯体体积占比75％。
所述的水泥基大空腔墙板腔体采用注浆挤压工艺制备，内部泡沫混凝土采用填充方式，其容重为200kg/m3，导热系数0.05W/(m·k)。
所述的轻骨料混凝土内叶板采用C30轻质陶粒混凝土制备而成，容重1800kg/m3，抗压强度62MPa。
本实施例复合保温墙板的制备方法及步骤如下：
1)外叶板模具组装：包括对上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，进行组装；
2)纤维增强水泥基复合材料制备：按各组分及质量比为：水泥∶粉煤灰∶超细粉煤灰∶超细矿粉∶PVA纤维∶水∶聚羧酸高性能减水剂＝1∶1.2∶0.1∶0.05∶0.01∶0.6∶0.005，备料，并搅拌均匀；
3)水泥基大空腔墙板腔体制备：采用注浆挤压工艺，向外叶板模具中注入纤维增强水泥基复合材料，硬化后抽芯、脱模，即得水泥基大空腔墙板腔体；
4)外叶板制备：向水泥基大空腔墙板腔体中填充泡沫混凝土，即得外叶板；
5)复合保温墙板的模具组装：以制得的外叶板作为底模，将钢板连接件固定于外叶板上，安装边模，并绑扎钢筋笼；
6)在复合保温墙板的模具中浇筑轻骨料混凝土；
7)硬化后拆除边模，即得复合保温墙板。
以上实施例2制备复合保温墙板总传热系数为0.51W/(m2.k)，面密度为382kg/m2，其中内叶板强度62MPa，符合结构承重要求。
对比例2：
预制保温外墙板：包括内叶板和外叶板，所述的外叶板均为C30普硅水泥混凝土，单方容重2380kg/m3，所述的内叶板为泡沫混凝土，容重800kg/m3，导热系数0.18W/(m·k)。
所述的预制保温外墙板制备工艺为：
1)预制保温外墙板模具组装；
2)绑扎钢筋笼；
3)制备C30普硅水泥混凝土；
4)浇筑C30普硅水泥混凝土20cm，即为外叶板；
5)在外叶板上，浇筑泡沫混凝土20cm，即为内叶板；
以上对比例2制备预制保温外墙板总传热系数为0.95W/(m2.k)，面密度为650kg/m2，复合墙板厚度40cm，其中外叶板强度36MPa，符合结构承重要求。
由对比例2和实施例2可以看出：本发明复合保温墙板在墙板的总传热系数和面密度方面，相对于预制保温外墙板的性能具有明显的优势，自重降低44.3％，总传热系数仅为预制夹心保温外墙板总传热系数的53.7％。而且实施例2复合保温墙板厚度仅为29cm，对比例2预制保温外墙板厚度达到40cm，且对比例2泡沫混凝土直接作为内叶板，裸露在空气中，耐久性较差，10年后容易发生渗水、脱落现象，而实施例2泡沫混凝土填充在外叶板的大空腔墙板腔体中，被大空腔墙板腔体保护，可达百年耐久。
对比例3：
预制保温外墙板：包括内叶板和外叶板，所述的外叶板均为C30轻质陶粒混凝土，单方容重1400kg/m3，导热系数为0.87W/(m·K)，所述的内叶板为泡沫混凝土，容重800kg/m3，导热系数0.18W/(m·K)。
所述的预制保温外墙板制备工艺为：
1)预制保温外墙板模具组装；
2)绑扎钢筋笼；
3)制备轻质陶粒混凝土，容重1800kg/m3，抗压强度62MPa。
4)浇筑轻质陶粒混凝土20cm，即为外叶板；
5)在外叶板上，浇筑泡沫混凝土9cm，即为内叶板；
以上对比例3制备预制保温外墙板总传热系数为0.82W/(m2.k)，面密度为360kg/m2，复合墙板厚度29cm，其中内叶板强度62MPa，符合结构承重要求。
由对比例3和实施例2可以看出：虽然对比例3和实施例2墙板面密度均在360kg/m2左右，但是对比例3制备的预制保温外墙板总传热系数为0.82W/(m2.k)，而实施例2复合保温墙板总传热系数为0.51W/(m2.k)，显著高于实施例2墙板的导热系数。且对比例3泡沫混凝土直接作为内叶板，裸露在空气中，耐久性较差，10年后容易发生渗水、脱落现象，而实施例2泡沫混凝土填充在外叶板的大空腔墙板腔体中，被大空腔墙板腔体保护，可达百年耐久。
实施例3：
一种复合保温墙板，包括外叶板和内叶板：外叶板为厚度90mm轻质保温复合外叶板，内叶板为厚度210mm轻骨料混凝土内叶板。所述的轻质保温复合外叶板由水泥基大空腔墙板腔体和气凝胶膏芯体复合而成，其中气凝胶膏芯体体积占比70％。
所述的水泥基大空腔墙板腔体采用注浆挤压工艺制备，气凝胶膏芯体容重为450kg/m3，导热系数0.018W/(m·k)。
所述的轻骨料混凝土内叶板采用C40轻质陶粒混凝土制备而成，容重1600kg/m3。
本实施例复合保温墙板的制备方法及步骤如下：
1)外叶板模具组装：包括对上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，进行组装；
2)纤维增强水泥基复合材料制备：按各组分及质量比为：水泥∶粉煤灰∶超细粉煤灰∶超细矿粉∶PVA纤维∶水∶聚羧酸高性能减水剂＝1∶1∶0.15∶0.10∶0.01∶0.2∶0.015，备料，并搅拌均匀；
3)水泥基大空腔墙板腔体制备：采用注浆挤压工艺，向外叶板模具中注入纤维增强水泥基复合材料，硬化后抽芯、脱模，即得水泥基大空腔墙板腔体；
4)外叶板制备：向水泥基大空腔墙板腔体中填充无机保温材料芯体，即得外叶板；
5)复合保温墙板的模具组装：以制得的外叶板作为底模，将钢板连接件固定于外叶板上，安装边模，并绑扎钢筋笼；
6)在复合保温墙板的模具中浇筑轻骨料混凝土；
7)硬化后拆除边模，即得复合保温墙板。
以上实施例3制备复合保温墙板总传热系数为0.32W/(m2.k)，面密度为371kg/m2，其中内叶板强度45MPa，符合结构承重要求。
对比例4：
一种轻质墙板由厚度100mm轻质保温复合板制备而成，所述的轻质保温复合板由水泥基大空腔墙板腔体和气凝胶膏芯体复合而成，其中气凝胶膏芯体体积占比70％。
所述的水泥基大空腔墙板腔体采用注浆挤压工艺制备，气凝胶膏芯体容重为450kg/m3，导热系数0.018W/(m·k)。
本对比例墙板的制备方法及步骤如下：
1)墙板模具组装：包括对上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，进行组装；
2)纤维增强水泥基复合材料制备：按各组分及质量比为：水泥∶粉煤灰∶超细粉煤灰∶超细矿粉∶PVA纤维∶水∶聚羧酸高性能减水剂＝1∶1∶0.15∶0.10∶0.01∶0.2∶0.015，备料，并搅拌均匀；
3)水泥基大空腔墙板腔体制备：采用注浆挤压工艺，向墙板模具中注入纤维增强水泥基复合材料，硬化后抽芯、脱模，即得水泥基大空腔墙板腔体；
4)墙板制备：向水泥基大空腔墙板腔体中填充无机保温材料芯体，即得墙板；
以上对比例4制备墙板总传热系数为0.46W/(m2.k)，面密度为93kg/m2，但由于没有承重结构层，只能作为内墙板或者隔墙板，不具备结构承重功能。
对比例4和实施例3对比可以看出：对比例4和实施例3墙板的总传热系数差不多，面密度对比例3更要小得多，但是该墙板只能作为内墙板或者隔墙板，不能作为复合保温外墙板，且不具备结构承重功能。
对比例5：
一种轻质墙板，有厚度为200mm轻骨料混凝土浇筑而成。所述的轻骨料混凝土内叶板采用C40轻质陶粒混凝土制备而成，容重1600kg/m3。
本对比例轻质墙板的制备方法及步骤如下：
1)轻质墙板模具组装：包括对上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，进行组装；
2)绑扎钢筋笼并安放钢筋笼；
6)在模具中浇筑轻骨料混凝土；
7)硬化后拆除边模，即得轻质墙板。
以上对比例5制备轻质墙板总传热系数为0.90W/(m2.k)，面密度为360kg/m2。
由实施例3和对比例5对比可以看出：对比例5和实施例3墙板的面密度差不多，但是由于对比例5没有实施例4中的外叶板部分，没有大空腔水泥腔体包涵保温层结构，该对比例5墙板总传热系数远高于实施例3墙板，不具备良好的保温隔热功能。
实施例4：
一种复合保温墙板，包括外叶板和内叶板：外叶板为厚度90mm轻质保温复合外叶板，内叶板为厚度210mm轻骨料混凝土内叶板。所述的轻质保温复合外叶板由水泥基大空腔墙板腔体和石膏保温砂浆芯体复合而成，其中石膏保温砂浆芯体体积占比70％。
所述的水泥基大空腔墙板腔体采用注浆挤压工艺制备，石膏保温砂浆芯体容重为300kg/m3，导热系数0.06W/(m·k)。
所述的轻骨料混凝土内叶板采用C40轻质陶粒混凝土制备而成，容重1600kg/m3。
本实施例复合保温墙板的制备方法及步骤如下：
1)外叶板模具组装：包括对上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，进行组装；
2)纤维增强水泥基复合材料制备：按各组分及质量比为：水泥∶粉煤灰∶超细粉煤灰∶超细矿粉∶PVA纤维∶水∶聚羧酸高性能减水剂＝1∶0.9∶0.12∶0.10∶0.01∶0.2∶0.015，备料，并搅拌均匀；
3)水泥基大空腔墙板腔体制备：采用注浆挤压工艺，向外叶板模具中注入纤维增强水泥基复合材料，硬化后抽芯、脱模，即得水泥基大空腔墙板腔体；
4)外叶板制备：向水泥基大空腔墙板腔体中填充无机保温材料芯体，即得外叶板；
5)复合保温墙板的模具组装：以制得的外叶板作为底模，将钢板连接件固定于外叶板上，安装边模，并绑扎钢筋笼；
6)在复合保温墙板的模具中浇筑轻骨料混凝土；
7)硬化后拆除边模，即得复合保温墙板。
以上实施例4制备复合保温墙板总传热系数为0.41W/(m2.k)，面密度为367kg/m2，其中内叶板强度45MPa，符合结构承重要求。
对比例6：
一种复合保温墙板，包括外叶板和内叶板：外叶板为厚度90mm轻质保温复合外叶板，内叶板为厚度210mm轻骨料混凝土内叶板。所述的轻质保温复合外叶板由水泥基大空腔墙板腔体和石膏保温砂浆芯体复合而成，其中石膏保温砂浆芯体体积占比70％。
所述的水泥基大空腔墙板腔体采用注浆挤压工艺制备，石膏保温砂浆芯体容重为300kg/m3，导热系数0.06W/(m·k)。
所述的轻骨料混凝土内叶板采用C40轻质陶粒混凝土制备而成，容重1600kg/m3。
本对比例复合保温墙板的制备方法及步骤如下：
1)外叶板模具组装：包括对上底模、下底模、左边模、右边模、前侧模、后侧模、芯模，进行组装；
2)纤维增强水泥基复合材料制备：按各组分及质量比为：水泥∶粉煤灰∶超细粉煤灰∶超细矿粉∶PVA纤维∶水∶聚羧酸高性能减水剂＝1∶0.2∶0.12∶0.10∶0.01∶0.2∶0.015，备料，并搅拌均匀；
3)水泥基大空腔墙板腔体制备：采用注浆挤压工艺，向外叶板模具中注入纤维增强水泥基复合材料，硬化后抽芯、脱模，即得水泥基大空腔墙板腔体；
4)外叶板制备：向水泥基大空腔墙板腔体中填充石膏保温砂浆芯体，即得外叶板；
5)复合保温墙板的模具组装：以制得的外叶板作为底模，将钢板连接件固定于外叶板上，安装边模，并绑扎钢筋笼；
6)在复合保温墙板的模具中浇筑轻骨料混凝土；
7)硬化后拆除边模，即得复合保温墙板。
以上对比例6制备复合保温墙板总传热系数为0.81W/(m2.k)，面密度为367kg/m2，其中内叶板强度45MPa，符合结构承重要求，但是由于纤维增强水泥基复合材料粉煤灰掺量过少，导致注浆过程形成的水泥基大空腔墙板腔体存在严重的缺陷和孔洞，因此存在石膏保温砂浆芯体填充过程中漏出外叶板的情况，墙板的成型外观效果差，保温性能显著下降。
由实施例4和对比例6对比可以看出：对比例6中纤维增强水泥基复合材料粉煤灰掺量过少，导致注浆过程形成的水泥基大空腔墙板腔体存在严重的缺陷和孔洞，进而导致墙板的成型外观效果差，保温性能显著下降，对比例6制备的复合保温墙板总传热系数为0.81W/(m2.k)，而实施例4制备的复合保温墙板总传热系数为0.41W/(m2.k)，该对比例6墙板总传热系数远高于实施例4墙板，不具备良好的保温隔热功能。
对比对照组以及实施例中复合保温墙板检测项目及结果可知，本申请一种复合保温墙板包括外叶板和内叶板，外叶板为轻质保温复合外叶板，由水泥基大空腔墙板腔体和无机保温材料芯体复合而成，厚度为90～150mm，其中水泥基大空腔腔体空心率≥70％，采用纤维增强水泥基复合材料，通过注浆挤压工艺制备而成；内叶板为轻骨料混凝土内叶板，厚度200-240mm，本发明还公开了一种复合保温墙板的制备方法。所制备的复合保温墙板总传热系数0.3-1.0W/(m2·k)，可适用于不同地区、不同气候环境下多样化类型建筑的保温节能需求，同时其重量仅为普通结构保温墙板的50-60％，极大降低了墙板结构自重。
采用本方案中的各种组分，各类组分之间协同增效，且外叶板和内叶板协同作用，使得墙板的力学性能、保温性能极其突出，相比现有技术，具有显著的进步。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
