HPC保温一体化外墙板的设计与施工

文/ 中建三局集团有限公司

孔令宇，张植伟，杨  铮，彭  渤，刘盛开

1  工程概况

中国人民大学通州新校区西区学部楼一期项目由1号楼新闻学院楼、2号楼艺术学院楼、3号楼未来传播创新中心组成，总建筑面积54 500m2，其中地上25 135m2,地下29 365m2。3个单体建筑地下1层及地上部分相对独立，地下2，3层整体连通。工程效果如图1所示。

图1  工程效果

本项目外檐大面积使用高性能混凝土复合保温一体板(high performance concrete，以下简称HPC复合墙板)，外檐形式复杂，种类繁多。HPC复合墙板造型种类、空间角度、颜色、肌理多样，特别是在大模块构造上，最大幕墙单元模块为2 600mm×5 400mm，最小为1 200mm×900mm，艺术学院外墙板在同一模块上实现了4种不同肌理要求，外檐肌理效果要求极高。

2  高性能混凝土复合保温一体板

??定义

HPC复合墙板由内、外面板及保温岩棉芯材复合而成。内、外面板为高性能混凝土，内配不锈钢网片，厚度≥30mm，内、外面板均为装饰一体化板；芯材为保温岩棉，厚100～190mm，密度为80～120kg/m ³ ；其抗压、抗拉强度高，本工程HPC复合墙板极限抗压强度≥60MPa（不含装饰面），抗折强度≥14MPa，耐久性好，属于新一代土木工程材料。其产品特点如下。

1）高强耐久  HPC大尺寸混凝土面板可承受极高荷载，面板具有出色的耐候性，使用寿命长。

2）个性化  产品形状可自由设计成曲面异形，并至最大尺寸，其个性化形状、颜色、表面质感和穿孔为建筑师提供了无限可能性。

3）有生命力  HPC是一种天然无机材料，其天然原料能创造出一种特殊的混凝土质感表面效果。

4）防火性能  其出色的热工性能（防火等级A1，属不燃材料）可确保系统的绝对安全性和耐火性能。

5）安装便捷  工厂化生产、装配式安装、HPC夹心保温系统在建筑物理、生态和经济性具有显著优势。

6）保温性能  HPC、岩棉的传热系数低，二者均为优秀的保温材料，HPC内加岩棉作为外墙材料利用了HPC的高强度，内部填充岩棉增加保温性能又减轻构件自重。

??设计肌理

HPC复合墙板表面肌理丰富细腻，可做到表面肌理平滑如水、细腻如织，又可狂放、粗糙似乎天造使然。建筑师们也可利用这一特点表达自己的建筑品味和建筑情感。为保证HPC复合墙板效果达到建设单位认可，对样板进行反复对比甄选，最终确认如下肌理。

1）1号楼新闻学院楼HPC复合墙板构件表面颜色为深红色，采用白水泥、彩色硅砂和氧化铁色粉搅拌染色工艺；表面为砂岩效果，采用缓凝剂，水洗处理。砂岩肌理效果如图2所示。

图2  砂岩肌理

2）2号楼艺术中心HPC复合墙板构件表面整体为灰色，采用白水泥、彩色硅砂和氧化铁色粉搅拌染色工艺；表面由木纹肌理、编制画布肌理和清水光面肌理结合（见图3），采用缓凝剂，水洗处理，肌理面装饰效果采用聚氨酯模具浇筑成型。

图3  2号楼设计肌理

3）3号楼传播中心HPC复合墙板构件表面整体为深红色，采用白水泥、彩色硅砂和氧化铁色粉搅拌染色工艺，灯芯绒的竖向肌理表面为凿面，采用缓凝剂，水洗处理，肌理面装饰效果采用聚氨酯模具浇筑。灯芯绒肌理效果如图4所示。

图4  灯芯绒肌理

HPC复合墙板构件构造要求为：内、外面板采用高性能混凝土，结合保温材料、φ10圆钢、304型不锈钢套筒一体浇筑；预制时预埋连接套筒，保证有可靠连接。

3  重难点分析

1）据统计，本项目HPC复合墙板，共计2 800块，板块表面颜色丰富，肌理多样。因此，板块的质量可追溯性及肌理颜色统一是本项目的重难点。针对措施为：材料采用同一厂家同一批次供应，加工生产工人须按照加工图纸和工艺进行生产加工，须进行首检、自检和互检，检查时要确认量检具的精确度；针对不同板块进行分别编号、分类码放。

2）本项目外墙围护HPC复合墙板板块众多，尤其是局部混凝土板块尺寸较大、自重大、规格多，因此，外墙围护材料在包装、装卸及运输过程中的成品保护是工程的重难点所在。针对措施为：将对不同板块进行标识并采用相应的包装，确保材料在运输过程中不受损坏，针对不同HPC复合墙板形状及外形尺寸采用不同的运输工具，以充分确保材料在整个运输过程中不受损坏，保证整个外墙围护的施工质量，板块运输时需与车体进行可靠的绑扎和固定，特殊材料（如大板块木材等）利用支架固定，一次运输一个大板块，并进行可靠固定和保护处理，避免在运输过程中发生碰撞和损坏。

3）HPC复合墙板体积大、自重大，安装精度控制同样是本项目重难点。针对措施为：利用三维激光扫描系统对结构及外墙进行实时检测，获取三维修正BIM模型，与设计师的三维模型进行对比，修正深化设计，以保证安装精度。三维激光扫描系统如图5所示。

图5  三维激光扫描系统

4  HPC复合墙板现场施工

??施工工艺

1）HPC复合墙板的钢底座（选用15mm厚镀锌钢板制作）需焊接至主体结构钢梁的钢埋板上；施焊前，利用全站仪在镀锌钢埋件位置进行复测定位；根据确认无误的复测结果进行焊接施工。

2）转接件选用15mm厚镀锌钢板制作成L形，根据全站仪复测好位置进行调试安装。

3）HPC复合墙板正式安装前现场复核墙板安装位置、标高，根据复核结果进行下一步吊装工作。

4）HPC复合墙板采用25t汽车式起重机和曲臂登高车配合吊装HPC复合墙板。

5）对HPC复合墙板所有拼缝处进行封修处理（防水保温）及墙板整体面层平整度检查。

6）HPC复合墙板安装完成后对封修处理、构件安装误差、表面平整度等内容进行整体验收工作。

7）HPC复合墙板板缝室内、外两侧均采用耐候胶封堵，加强防水效果。

8）HPC复合墙板整体清洗并采取成品保护措施，室内构件表面贴上警示标识，并派专人现场巡查，发现污染或破坏情况，及时修复处理。

HPC复合墙板（单元式幕墙）插接缝处防水处理如下。

在横向接缝外侧设置披水胶条,仅在2单元组件连接处留1个小开口,使等压腔与室外的空气流通，以维持压力平衡，形成一个自上而下、自左到右的连续外壁体系，即“幕”。披水胶条可以沿接缝全长阻止大量雨水渗入幕墙内部,仅开口处有少量雨水渗入，然后通过U形铝合金型材(集水槽)将沿竖框空腔下落的水分层集水并及时排至室外面板表面下泄,且排水孔远离接缝,减少缝隙周围水的聚集。具体防水处理措施如图6所示。

图6 防水处理

??注意事项

1）HPC复合墙板应采用插槽或螺栓通过支承结构与主体结构连接，严禁现场焊接。

2）竖向连续分布构件宜自下而上安装，竖向不连续分布构件可同时在不同层次作业；横向连续构件的安装顺序应根据误差进行分配，宜从边角开始安装；环窗构件的安装顺序宜为窗台→窗边→窗顶。

3）构件吊挂点位置、数量应根据板块的形状和重心设置，吊点数量应≥2个，必要时可增设吊点加固措施。

4）应进行试吊装，起吊时应使各吊点均匀受力，起吊过程中保证单元板块的平稳。

5）吊装升降和平移时应确保单元板块平稳，不撞击其他物体。具体面板安装如图7所示。

图7 面板安装

6）吊装过程应采取措施保证装饰面不受磨损和挤压。

7）板块就位时，应先将其挂到主体结构的挂点上，板块未固定前，吊具不得拆除。

8）HPC复合墙板就位后经测量确定三维方向的位置和角度均在允许误差范围内，方可固定。

9）HPC复合墙板接缝允许偏差内，可将部分安装偏差在构件接缝中调整。