沈阳建筑大学 辽宁沈阳 110168
近年来，随着生活水平的提高，人们对建筑保温性和舒适性的要求也越来越高外墙外保温是建筑保温系统中的重要组成部分，应牢固、安全，全寿命周期内不能产生裂缝和空鼓现象，影响保温效果或产生意外事故，对人们的生命财产安全造成影响[1]。但是，由于基面附着力不够、保温体系自重过大等引起的保温板脱落事故频发，仅用胶粘剂把保温板粘在外墙上显然是不可靠的。因此锚栓作为固定连接件在外保温体系中逐渐被使用，它是保证墙体内叶、外叶协同工作的关键部件，对保温墙体性能的提高也起着非常重要的作用。
1 外保温常用锚栓介绍
锚栓按照制作材料不同可分为金属锚栓和复合纤维锚栓。
金属锚栓的特点是锚固牢靠，力学性能好，但造价高、传热系数大，易形成热桥，降低保温效果。金属锚栓根据安装方式又可分为敲击式、沉入式和回拧式敲击式锚栓是通过敲击金属锚杆与墙体产生的摩擦力进行对保温杯的锚固，传热系数较大。而沉入式锚栓是在安装时，首先将保温层上挖一个锚盘大小的坑，在坑内安装正常的锚栓，再盖以预制的保温盖，能够最大限度地避免金属锚杆所引起的热桥。回拧打式锚栓通过摩擦与机械锁定相结合的方式进行锚固，常用在多孔砖和空心砖砌体中。目前复合纤维锚栓是由尼龙材料包裹纤维增强复合筋组成的，纤维增强复合筋是由纤维和基体材料掺入适量辅助剂，经拉挤工艺和特殊的表面处理所形成的一种新型复合材料。按照纤维种类可将纤维增强复合筋划分划分为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维及玄武岩纤维等[2]。复合纤维锚栓以纤维增强复合筋代替了传统锚栓中的金属锚杆，降低了锚栓的传热系数，仅为0.3~̴0.35w/（m2·k），极大的减少了外保温系统的传热增加值。复合纤维材料锚栓抗拉承载力≥1.4kN，抗剪切承载力≥4.5kN，能够满足工程设计的要求。因此，新型锚栓的适用范围更广泛，适用于各类结构保温一体化墙板的有机类和无机类保温板与基层墙体的连接，也适用于无饰面保温防火复合夹心保温构造的墙体。
2 锚栓热工性能影响因素研究
冯慧慧[3]分析了温度荷载作用下外保温系统的温度分布，结果表明，热流密度最大值出现在锚栓处，单个锚栓对系统的传热增加值≤0.004 W/（m2·K）。理论计算结果表明，单个锚栓对系统传热增加值与锚栓每平米根数成反比，与锚栓直径成正比。每平米锚栓根数越多，对系统传热影响越小；锚栓的直径越大，对系统传热影响越大。Ru Ji[4]等计算了不同材质的锚栓在外保温系统的传热增加值，计算结果表明，对于采用不锈钢锚栓的外保温系统，其传热增加值要小于采用铝合金锚栓的外保温系统。Feih Stefanie 等[5]通过研究温度对碳纤维复合筋力学性能的影响，发现碳纤维和树脂粘结力与温度成反比，温度越高，碳纤维复合筋抗拉弹性模量越低。胡章桂[6]根据传热原理，对保温层厚为 3cm、4cm、5cm、6cm，夹芯墙板厚度为30cm，放置不同数量金属锚栓的外保温系统进行了模拟，与采用《民用建筑热工设计规范》[7]的热阻计算结果相比较，确定了热阻计算公式中的修正系数ϕ的取值为0.9。谢俊[8]模拟了含有FRP连接件的夹心保温外墙，结果表明，含有FRP连接件的传热系数与无连接件时计算结果基本无差别，热桥现象不明显；含有不锈钢连接件墙板的传热系数与无连接件的传热系数相比，结果相差了7.42%，这是由于不锈钢的导热系数较大引起的。综上所述，锚栓的热工性能优良取决于锚栓的材质、分布密度以及锚杆的直径，锚栓材质的导热系数越小、密度越大、直径越小，对整体保温系统传热增加值越小。同样材质的锚栓安装方式的不同对外保温系统的传热影响的程度不同，敲击式>沉入式复合纤维锚栓带给外保温系统的传热增加值远小于金属锚栓，有效减少通过墙体的热量损失，有利于建筑的节能。因此，建议低能耗被动建筑外保温系统采用复合纤维锚栓。
3 锚栓力学性能研究
金属锚栓的抗拉抗拔性能远大于行业标准，但热工性能较差；复合纤维锚栓的热工性能较好，但力学性能低于金属锚栓，因此国内外学者主要对复合纤维进行了力学性能的研究，包括实验研究和模拟计算研究。
张瑞[9]通过试验的方式研究了外墙外保温系统锚栓的疲劳性能。研究结果表明，锚栓的疲劳性能与锚栓的锚入深度、抗拉拔承载力有关。
当锚入深度相同时，锚栓的疲劳次数与拉拔力成反比，拉拔力越小，疲劳次数越多。当锚入深度达55mm以上且拉拔力为0.2倍的抗拉承载力标准值时，敲击式锚栓的疲劳次数均能达到上万次，属于高周疲劳。王明雪[10]通过实验研究表明，单个复合材料连接件的抗拉力均值最大为27.3k N，最小为 12.1k N；单个复合材料连接件的抗剪力均值最大为 18.8k N，最小为 15.5k N，根据静力学理论，复合材料连接件能够承受结构带来的各种作用，并具有较大的安全储备。刘艳[11]试验结果表明：玄武岩纤维复合筋与纤维陶粒混凝土试件的破坏模式以拨出破坏为主，掺入适量纤维可提高玄武岩纤维复合筋的黏结强度，提高幅值约为8.36%。综上所述，经国内外学者研究表明，纤维增强复合筋的力学性能良好，抗拉拔、抗剪切能力强，尽管复合纤维锚栓的承载能力低于金属锚栓，但也满足行业标准的规定，可以应用在多种外保温体系中，完全可以替代传统金属锚栓。
在建筑工业化的大背景下，装配式建筑在我国的应用占比逐渐增大。复合纤维材质的锚栓对整体外保温体系的传热增加值≤0.004，与无锚栓时计算结果相差不大，可称之为无热桥。而且复合纤维锚栓抗拉抗拔能力强，能够承受结构带来的各种作用，并具有较大的安全储备，完全可以替代金属锚栓，由于其较好的热工性能和力学性能，在市场上具有更大的潜力。
参考文献：
[1]李水冰.建筑外墙保温板脱落原因及处理措施[J].山西建筑，2018，44（07）：89-90.
[2]万朝阳，陈国新.预制夹芯保温墙体保温连接件研究现状[J].玻璃钢复合材料，2015（11）：81-84.
[3]冯慧慧. 外墙外保温锚栓温度场和应力场的有限元分析[D].沈阳工业大学，2010.
[4]Ru Ji，Zuotai Zhang，Yang He Jiang Liu，Shilin Qu. Simulating the effects of anchors on the thermal performance of building insulation systems[J]. Energy & Buildings，2017，140.
[5]Feih Stefanie，A.P. Mouritz. Tensile properties of carbon fibres and carbon fibre–polymer composites in fire[J]. Composites Part A，2012，43（5）.
[6]胡章桂. 夹芯墙板连接件热工性能研究[D].安徽建筑大学，2020.
[7]"民用建筑热工设计规范."GB 50176-1993.1993-03-17.
[8]谢俊. 预制夹心保温外墙板连接件布置研究[D].沈阳建筑大学，2019.
[9]张瑞. 外墙外保温系统锚栓疲劳性能试验研究[D].山东建筑大学，2020.
[10]王雪明. 预制混凝土夹芯墙连接件受力性能及墙体热工性能研究[D].哈尔滨工业大学，2015.
[11]刘艳，黄洋洋，邓芃，黄一杰，代其磊.BFRP筋与纤维陶粒混凝土黏结性能试验[J/OL].中国科技论文：1-7[2021-03-22].
作者简介：
康智强（1980），女，辽宁鞍山人，毕业于哈尔滨工业大学，建筑环境与能源应用工程专业，博士，副教授，主要从事建筑节能及可再生能源综合利用技术。
基金项目：
近零能耗建筑技术体系及关键技术开发（2017YFC0702600）。