装配式建筑中的石材和混凝土覆盖层（2）
国内正在力推的装配式建筑（混凝土和钢结构）目前所遇到的技术和产品瓶颈正是本文所介绍的石材或混凝土覆盖层（即外墙板）。国内正在力推的装配式建筑（混凝土和钢结构）目前所用的外墙板不外乎以下二种：■混凝土三明治墙板；■混凝土双皮墙板。这二种墙板都只适用于所谓“等同现浇”的“装配式建筑”，即需要在施工现场采用灌浆套筒来固定混凝土三明治墙板；或需要在施工现场把混凝土三明治墙板的“出筋与现场绑扎的钢筋固定到一起后，再在施工现场浇筑混凝土双皮墙板的内腔。本文所介绍的石材或混凝土覆盖层（即外墙板）则都是“干连接”，虽然无法“等同现浇”，但是却是正真的，如假包换的“装配式建筑”。三、预先浇筑混凝土幕墙在概念上，传统钢筋混凝土和预应力混凝土（图13~18）这二种预先浇筑混凝土挂板都是一样的，但是需要密切关注表面装修、模具设计、热力保温、固定到建筑物骨架，以及建筑物骨架要有足够的强度和刚度，足以支撑板的重量等事情。
图13在现场浇筑混凝土骨架上的预先浇筑混凝土幕墙的典型详图。在这个例子里的板是全层高，每块都包含固定的窗户。为了清晰的缘故，已经从板上省略了画出钢筋，热力保温材料的轮廓线，以及内部装修都没有画出来，只是用虚线显示。
图14工人安装预先浇筑混凝土幕墙板。
图15外挂预先浇筑混凝土板的芝加哥酒店。
图16这栋郊区办公室建筑物，采用了平滑的水平带和粗糙的预先浇筑混凝土表面布局。
图17制造CorewallR空心墙，专门的泡沫成型预先浇筑混凝土三明治板。采用带肋质地的辊子压出板的外侧，包括在混凝土层之间插入一层泡沫塑料保温材料。
图18把成品板从浇筑台吊起来。工厂生产的混凝土挂板可以使用很高质量的模具，以及种种表面装修，从玻璃般光滑到毛面，裸露骨料。陶瓦、薄砖，或薄石材面层都可以固定到预先浇筑混凝土板上。预先浇筑混凝土三明治板是在板的内层夹心了热力保温材料（图17和18）。作为选择，可以把保温材料附着到板的背面，或是在现场建造非结构靠墙。必须把普通混凝土或预应力混凝土板设计成抵抗风力，自重，以及地震力的冲击，并且要控制住混凝土的开裂。附件必须把所有这些力转移到建筑物骨架上，并且允许安装调整，以及骨架和挂板的相对位移。最近的开发的材料，例如碳纤维加固，或超高性能混凝土，允许制造的板比那些传统材料制造的板更薄更轻。（一） 玻璃纤维增强混凝土幕墙玻璃纤维增强混凝土（GFRC）是相当新颖的挂板材料，有几个优点超越传统的预先浇筑混凝土板。它混合了短玻璃纤维，提供足够的张力强度，而不需要钢筋。板的厚度和重量大约是传统预先浇筑混凝土板的1/4，节省了运输费用，板也容易处理，并且允许使用更轻的安装五金件。挂板的轻重量也允许建筑物的承重骨架更轻和更加便宜。可以采用模具三维成型，制造错综复杂的详图，以及广泛范围的色彩和质感（图19和20）的玻璃纤维增强混凝土（GFRC）。
图19预制的玻璃纤维增强混凝土（GFRC）墙板。（a）把混凝土和剁碎的玻璃纤维喷到模具中，并且用手动辊子压紧，形成板表面。在这张图中，只有面层的上半部在模具中。（b）把带有L形钢材杆锚栓的焊接钢材柱子骨架降低放到面层的后面，正好超出间隔器。用手在锚栓上放置玻璃纤维增强混凝土（GFRC）的垫子，把面层连接到骨架上。（c）在晚上凝固，把成品板从模具移走，并且储存，在安装之前进一步凝固。
图20预制玻璃纤维增强混凝土（GFRC）幕墙板。（a）用特殊的枪铺设一层水泥砂浆，同时采用38mm长的耐碱玻璃纤维加固。通常需要用三层来组成板面层的全层；在铺设下一层之前，每层都要用小型手压滚筒压紧。总厚度通常为13mm。（b）在玻璃纤维增强混凝土（GFRC）面层完成之后，把钢材骨架放置在它上面，并且操作者用手把湿的玻璃纤维增强混凝土（GFRC）垫子覆盖到锚杆上，把骨架与玻璃纤维增强混凝土（GFRC）面层连成一体。必须用耐碱型玻璃来制造玻璃纤维增强混凝土（GFRC）的纤维，以防止它们在混凝土里分解。可以采用玻璃纤维增强混凝土（GFRC）肋来自加硬板，但是通常的习惯是在工厂里附加一个轻规格钢材柱子制造的焊接骨架到每个玻璃纤维增强混凝土（GFRC）面层的后面。采用稍微弯曲的方式来固定，当需要稍微弯曲时，允许在面层和骨架之间有少量的相对位移。图21显示了把金属骨架玻璃纤维增强混凝土（GFRC）板固定到建筑物上典型方法。玻璃纤维增强混凝土（GFRC）面层的边缘，正如图22里显示的凸缘，通常只有大约12.7mm厚，以便把泡沫条和密封胶插入板之间。
图21典型的玻璃纤维增强混凝土（GFRC）板到钢材建筑物骨架的连接。在每个案例底部的连接都是必要时可以弯曲的螺杆，上部连接采用薄垫片来调节高度。
图22典型的玻璃纤维增强混凝土（GFRC）挂板的边缘详图（感谢预先浇筑预应力混凝土协会）四、外保温和装修系统由一层粘贴或机械紧固到靠墙上的塑料泡沫保温材料、预埋到泡沫外表面上的钢丝网，以及一层用泥刀在加固基层上涂抹的像拉毛水泥材料似的，类似拉毛水泥材料的外部装修涂层共同组成的外部保温和装修系统（EIFS，国内称之为“外墙外保温”）。在大多数案例里，外部保温和装修系统（EIFS）都是在现场的混凝土或钢材柱子靠墙和防水覆盖层上施工（图23和24，国内大多数是在轻质混凝土砌块上施工，由于轻质混凝土砌块没有握钉力，粘结砂浆的粘结力很难达到用自攻螺钉把外部保温材料连接到钢材柱子上的连接强度；另外，轻质混凝土砌块表面没有“硬壳”，缺少粘结能力，所有很难用粘结砂浆把外部保温材料粘结到轻质混凝土砌块上。所以发生“外墙外保温”整体或大面积脱落就很正常了，甚至出现“火烧连营”的巨大灾难。这是典型的“东施效颦”造成的恶果），但是系统也很容易适应预制（图25，即国内所说的“保温装饰一体板”，但是，国外很少使用小块幅面的“保温装饰一体板”，而是使用像图25这样的大块幅面“保温装饰一体板”，因此不存在“外墙外保温”整体或大面积脱落和“火烧连营”的问题）。外部保温和装修系统（EIFS）也广泛应用于轻木骨架，为小型商业和住宅建筑使用（在国外，EIFS主要用于低、多层轻钢或轻木建筑，所以很容易用自攻螺钉或钉子把外部保温材料固定到轻钢柱子或木材柱子上，所以不存在“外墙外保温”整体或大面积脱落的问题）。
图23在带有砌块墙或实心覆盖物的建筑物上安装外部保温和装修系统（EIFS）的四个步骤。（a）在泡沫板上涂抹改性聚合物硅酸盐水泥砂浆。泡沫厚度要达到希望的热力性能。（b）泡沫板压紧就位，涂抹砂浆固定泡沫板。（c）在泡沫板薄的表面涂抹改性聚合物拉毛水泥基础层，买入玻璃纤维网来进行加固。（d）在基层硬化之后，抹上任何希望的面漆。
图24一栋外部覆盖保温和装修系统（EIFS）的新银行建筑物。
图25可以车间预制外部覆盖保温和装修系统（EIFS），并以平板的形式安装。（a）把钢材柱子焊接到一起，制成板式骨架。（b）用螺钉把刚性覆盖物固定到板式骨架上，并按照图20.23，采用外部覆盖保温和装修系统（EIFS）装修。（c）用螺栓把装修好的板固定到建筑物的骨架上（这种预制EIFS大板系统不存在脱落和“火烧连营”的风险）。有二种类似类型的外部保温和装修系统（EIFS），聚合物和改性聚合物。聚合物外部保温和装修系统（EIFS）采用很低密度的模塑膨胀聚苯乙烯泡沫保温材料，把玻璃纤维加固网预埋在硅酸盐水泥或丙烯酸类聚合物构成的基层里，并且面漆由丙烯酸聚合物真石漆组成。把泡沫保温材料粘贴到靠墙上。改性聚合物外部保温和装修系统（EIFS）采用比模塑膨胀聚苯乙烯泡沫稍高密度的挤塑聚苯乙烯泡沫保温材料。用金属或塑料螺钉（塑料螺钉穿过保温材料的热桥最小）把泡沫板机械固定到靠墙上（国内是用塑料螺钉把保温材料固定到不握钉的轻质混凝土砌块上，所以“外墙外保温”整体或大面积脱落就很正常了，不掉才不正常呢）。把金属加固网预埋在相对厚的硅酸盐水泥基层，并且面层是由带有丙烯酸改性剂的硅酸盐水泥构成。改性聚合物系统比聚合物系统耐用（并且贵）。它们容易受凝固期间的收缩开裂影响，但是它们很少受撞损或刺穿影响。另外一方面，聚合物系统有着很薄的涂层，更有弹性，更不容易开裂，但是当所应用的建筑区域是行人或车辆触手可及时，就相对容易撞损或刺穿（国内EIFS，即“外墙外保温”系统很少使用有弹性、不开裂的聚合物系统）。外部保温和装修系统（EIFS）是用途非常多的外部覆盖类型，适用的建筑物类型是多种多样，有单个家庭木结构或砌块建造的住宅，也可以是大型的不燃结构建筑物。它既可用于新建建筑，也可用于现有建筑翻新和保温。保温泡沫材料层可以一直到100mm厚，并且很少或没有热桥。装修层可以采用各种各样的色彩和质感。至少从外观上来看，外部保温和装修系统（EIFS）实际上和传统的拉毛水泥是难以区分的。传统的外部保温和装修系统（EIFS）的缺点是作为屏障系统，没有任何内部排水方式，无法防止在接缝处或通过损坏的区域发生漏水而损坏靠墙材料。有许多经历了泄漏的外部保温和装修系统（EIFS）面层建筑物都发生了大面积水损坏的案例，都是因为很差劲的详图设计，错误的密封接缝，或失效的面层，特别是窗户和门周围。处理这样的问题（大量诉讼出现），外部保温和装修系统（EIFS）生产者现在推出了水管理或排水外部保温和装修系统（EIFS）。这些系统在泡沫保温材料后面铺设一层排水层，挡住泄漏进来的水，并且导到塑料泛水中，并且，在上面墙开口处滴下来，在墙的基础处流出墙外，减少了水渗透深入系统的风险，在那儿会引起更大损坏（图26）。
图26实体模型示范了一种专利权的带有内部排水的外部覆盖保温和装修系统（EIFS）的特色。从内到外，是沥青油毡空气和水障层、复合塑料纤维的排水垫层、塑料泡沫保温、加固网、基层，以及装修层。在墙底部缺口下面，连续的塑料泛水把任何积水和漏出的水都排到墙的面层外面。五、砌块和石材干挂的未来方向思维敏捷的读者都已经注意到本文显示的大多挂板系统都是屏障系统，无雨幕系统（值得注意的是除了带有排水腔和靠墙的砌块饰面系统之外）。这就意味着它们都完全依赖于良好的安装和细心的维护，确保它们不漏水。如果这些系统里有任何密封缝失效，或石材开裂，就会有少量的水跑到覆盖层的后面。在这个系统里，也有没有良好组织的第二排水系统：尽管它们大多数面层后面都有空腔，空腔都被骨架和安装附件打断，排出的水可能会飞溅进入建筑物骨架和靠墙，在哪儿会引起严重的损害。已经有许多孤立的尝试来为石材和混凝土覆盖层系统设计真正的雨幕详图，并且已经建成许多成功的项目。然而，到目前为止，还没有这些材料的标准雨幕详图出现。这应该是一个商业协会和研究人员值得下不少功夫的方向，因为可靠的，在很大程度上不依赖手工维护的防水详图，每年会节省数千万美元在维修和重建成本上。CSI/CSC砌块和混凝土覆盖层靠模部分03 40 00预先浇筑建筑混凝土面层建筑预先浇筑混凝土03 49 00玻璃纤维加固混凝土04 20 00单元式砌块04 21 00黏土单元式砌块砖饰面砌块04 25 00单元式砌块板金属支撑单元式砌块板04 40 00石材装配04 42 00外部石材覆盖层格栅系统支撑石材覆盖层幕墙石材板07 20 00热力保护07 24 00外部保温和装修系统聚合物外部保温和装修系统改性聚合物外部保温和装修系统排水外部保温和装修系统07 40 00屋顶和外挂板07 42 00墙板预制墙板装配选择的参考文献1、 砖块产业协会。砖块施工技术注释，序号：18、18A、21、21A、21B、21C、27、28B。雷斯顿，弗吉尼亚，各种数据。这些详细的小册子涵盖砖块饰面覆盖系统的各个方面。2、 在第9章的末尾列出的所有石材和混凝土砌块参考文献都涉及这一章。3、 预先浇筑预应力混凝土协会。建筑预先浇筑混凝土（第三版），芝加哥，2007。网站采用砌块和混凝土覆盖砖块产业协会：www.bia.org干挂维护系统：www.dryvit.com外部覆盖保温和装修系统（EIFS）产业成员协会：www.eima.com预先浇筑预应力混凝土协会：www.pci.org整栋建筑设计指南，墙系统：www.wbdg.org/design/env_wall.php增补的网站：www.ianosbackfill.com/20_cladding_with_masonry_and_concrete关键术语和概念masonry veneer 砌块饰面shelf angle 角钢架soft joint, horizontal expansion joint 柔性节缝水平膨胀缝vertical expansion joint 垂直膨胀缝backup wall 靠墙prefabricated reinforced brick panels 预先制造钢筋砖板grid-system-supported stone cladding 格栅系统支撑的石材干挂monolithic stone cladding panel 大块石材干挂板truss-supported stone cladding 桁架支撑石材干挂posttensioned limestone spandrel panels 后张石灰岩拱肩板precast concrete cladding panel 预先浇筑混凝土挂板precast concrete sandwich panel 预先浇筑混凝土三明治板glass-fiber-reinforced concrete (GFRC)cladding panel 玻璃纤维加固混凝土（GFRC）挂板exterior insulation and finish system(EIFS)外墙保温和装修系统（EIFS）polymer-based EIFS 聚合物基（EPS，模塑聚苯乙烯）外墙保温和装修系统（EIFS）polymer-modified EIFS 改性聚合物基（XPS，挤塑聚苯乙烯）外墙保温和装修系统（EIFS）water-managed EIFS ,water-drainage EIFS 水管理外墙保温和装修系统（EIFS），排水外墙保温和装修系统（EIFS）苹果手机ISO读者快速赞赏通道（欢迎留言）