一種新型裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件生產(chǎn)工藝研究*

國(guó)賢發(fā)，付素娟，徐井良，吳 磊

(1.河北建研科技有限公司，河北 石家莊 050020;2.河北省建筑科學(xué)研究院，河北 石家莊 050020)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑業(yè)和其他行業(yè)一樣都在進(jìn)行工業(yè)化技術(shù)改造，預(yù)制裝配式混凝土建筑煥發(fā)新的生機(jī)。目前，國(guó)內(nèi)許多高質(zhì)量要求的建筑已選用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系，并取得良好效果［1］。裝配式混凝土建筑體系不同于傳統(tǒng)混凝土建筑體系，該建筑體系是將梁、板、柱、墻板等構(gòu)件從施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑轉(zhuǎn)換到工廠內(nèi)進(jìn)行批量生產(chǎn)，將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)裝配而成的建筑，是一種新型、節(jié)能、環(huán)保、高效的建筑模式［2］。該建筑體系很大程度提高了工程質(zhì)量、加快施工速度、減少了建筑垃圾［3］。

基于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝配式混凝土建筑體系，河北省建筑科學(xué)研究院自主研發(fā)了“整體裝配式混凝土異形構(gòu)件建筑體系”(簡(jiǎn)稱WSPC建筑體系)。WSPC建筑體系為全裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，由異形柱、異形疊合梁、整間免裝修復(fù)合保溫異形外墻板和整間內(nèi)墻板共同受力，形成框架墻板結(jié)構(gòu)。梁、柱、墻、板等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠內(nèi)預(yù)制生產(chǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單拼裝即可完成，最大限度減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)模具的使用量。

1 WSPC建筑體系介紹

“綠色民居整體裝配式混凝土結(jié)構(gòu)示范工程”位于河北省建筑科學(xué)研究院院內(nèi)，采用WSPC建筑體系建造，該工程為全裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上3層，總建筑面積372.19m2，該工程節(jié)能率達(dá)76%，主體預(yù)制率達(dá)77%，裝配率為100%。其主要用于科研辦公和技術(shù)展示，該工程立面效果如圖1所示。

圖1 工程立面

1.1 WSPC建筑體系主要預(yù)制構(gòu)件

WSPC建筑體系使民居建設(shè)更加環(huán)保、節(jié)能、工業(yè)化，體系采用異形柱、異形疊合梁形成框架結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)為預(yù)制自帶保溫整間免裝修墻板。WSPC建筑體系中預(yù)制構(gòu)件包含預(yù)制整間免裝修墻板、預(yù)制異形疊合梁、預(yù)制異形柱、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯(見(jiàn)圖2)。

1.2 預(yù)制構(gòu)件特點(diǎn)及連接方式

1)預(yù)制外墻板 整間免裝修復(fù)合保溫異形外墻板集裝飾、保溫、維護(hù)于一體，在梁、柱位置伸出翼緣，防熱橋設(shè)計(jì)，墻角無(wú)結(jié)露現(xiàn)象。在工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)整間預(yù)制生產(chǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)整間吊裝，與梁、柱采用栓焊連接方式快速連接。該墻板能夠承擔(dān)部分側(cè)向力作用，有效降低框架材料用量。

圖2 預(yù)制構(gòu)件

2)預(yù)制整間內(nèi)墻板 采用整間預(yù)制形式，墻板內(nèi)預(yù)埋鋪設(shè)線管，預(yù)留門(mén)窗洞口，提高生產(chǎn)效率。墻體內(nèi)空心或夾心，隔聲效果好，墻體表面平整度高，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)抹面工序。

3)預(yù)制異形疊合梁 預(yù)制異形疊合梁主要形式有L形、T形、十字形和I形。梁構(gòu)件有核心區(qū)和疊合區(qū)，核心區(qū)為梁與柱交匯處，核心區(qū)預(yù)留孔洞滿足層間柱甩筋要求。疊合區(qū)通過(guò)預(yù)留鍵槽增強(qiáng)與樓板后澆連接質(zhì)量。層間梁之間通過(guò)全灌漿套筒和后澆節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)連接。根據(jù)建筑形式和位置采用不同形式疊合梁。梁與墻體同厚，無(wú)外露棱角，美觀大方。

4)預(yù)制異形柱 預(yù)制異形柱主要形式有L形、十字形和I形。層間柱之間通過(guò)半灌漿套筒連接。根據(jù)建筑形式和位置采用不同形式柱。柱與墻體同厚，無(wú)棱角，布局靈活美觀。

5)其他預(yù)制構(gòu)件 疊合樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制梯梁等此類構(gòu)件較為常規(guī)，工廠內(nèi)預(yù)制能夠提高構(gòu)件質(zhì)量和施工速度。

1.3 WSPC建筑體系特點(diǎn)

WSPC建筑體系適用于地震烈度為8度及8度以下低多層民用建筑，所有構(gòu)件均在工廠內(nèi)預(yù)制，能夠保證構(gòu)件質(zhì)量，受力性能好，提高建筑安全性。WSPC建筑體系主要有以下特點(diǎn)。

1)根據(jù)預(yù)制構(gòu)件特點(diǎn)采用不同連接方式保證構(gòu)件連接質(zhì)量，連接更加穩(wěn)定，提高建筑物抗震性能。

2)預(yù)制外墻板為整間墻板，提高施工效率，減少墻體拼縫數(shù)量，且無(wú)直接連通室內(nèi)和室外的豎向通縫，建筑防水更易保障，同時(shí)預(yù)制外墻板采用外裝修、保溫、結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)，減少二次施工程序。

3)預(yù)制外墻采用夾心保溫設(shè)計(jì)和梁柱通過(guò)粘貼真空板隔斷熱橋，使建筑節(jié)能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，降低能源損耗。

4)預(yù)制內(nèi)墻為整間免裝修夾心或空心墻板，免除抹灰工序且有較好隔聲效果，減少拼縫數(shù)量，提高施工效率。

5)室內(nèi)無(wú)外露線管，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)敷設(shè)電氣管線，實(shí)現(xiàn)電氣管線與結(jié)構(gòu)集成化，使室內(nèi)更加美觀。

6)預(yù)制柱、預(yù)制異形疊合梁均與預(yù)制墻板同厚，室內(nèi)無(wú)明梁、明柱，構(gòu)件之間采用不同連接方式隱蔽連接，使室內(nèi)布局更加靈活，提高居住舒適度。

2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝

WSPC建筑體系對(duì)預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量有較高要求，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)均應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求?；谠摴こ讨蓄A(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程可概括為:①模具拼裝;②模具清理和涂刷脫模劑;③鋼筋骨架綁扎安裝;④預(yù)埋件安裝;⑤澆筑混凝土;⑥混凝土抹面;⑦拆模、堆放、養(yǎng)護(hù)。根據(jù)構(gòu)件形式、加工工藝、選材等特點(diǎn)分析，預(yù)制外墻板生產(chǎn)工藝最為復(fù)雜，本文以預(yù)制外墻板為例介紹整個(gè)預(yù)制過(guò)程。對(duì)其余構(gòu)件預(yù)制過(guò)程中不同之處做簡(jiǎn)要說(shuō)明。預(yù)制外墻板生產(chǎn)工藝如圖3所示。

圖3 預(yù)制墻板生產(chǎn)工藝

2.1 模具拼裝和涂刷脫模劑

清理模臺(tái)和模具，接觸面不應(yīng)有廢料、劃痕、銹漬等。模具拼裝前，對(duì)模具平整度、幾何尺寸、質(zhì)量等進(jìn)行復(fù)檢，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。模具拼裝時(shí)，利用卷尺測(cè)量側(cè)模長(zhǎng)度和寬度，為防止模具偏扭需進(jìn)行對(duì)角方正校正。側(cè)模之間通過(guò)螺栓固定，側(cè)模與模臺(tái)采用磁鐵盒或C形卡固定，側(cè)模與模臺(tái)組裝后必須在同一平面。模具固定完成后對(duì)拼縫縫隙、方正、牢固等進(jìn)行驗(yàn)收。

本項(xiàng)目采用環(huán)保無(wú)毒的油性脫模劑，油性脫模劑對(duì)模具及構(gòu)件均無(wú)損害且不影響構(gòu)件后期處理。脫模劑要求均勻涂刷，達(dá)到見(jiàn)光不見(jiàn)油的效果。

2.2 鋪下層鋼絲網(wǎng)片和綁扎桁架鋼筋

本項(xiàng)目采用cp3@50×50鍍鋅鋼絲網(wǎng)片滿鋪，首先按梅花狀布置保護(hù)層墊塊，放置鋼絲網(wǎng)片，調(diào)整好網(wǎng)片間距進(jìn)行綁扎，嚴(yán)格控制綁扎間距(每隔150mm綁扎1道)。門(mén)窗洞口布置6通長(zhǎng)加強(qiáng)鋼筋，與鋼絲網(wǎng)片綁扎。

預(yù)制墻板自帶保溫，聚苯保溫板在墻板中部，為增強(qiáng)兩側(cè)混凝土拉結(jié)力、提高墻板抗彎能力每間隔600mm布置1道桁架鋼筋，制作完成的桁架鋼筋應(yīng)滿足尺寸要求，嚴(yán)禁再次割斷(見(jiàn)圖4)。

圖4 下層鋼絲網(wǎng)片鋪設(shè)

2.3 預(yù)埋件安裝

1)為墻板脫模和起吊運(yùn)輸，水平吊釘為4個(gè)M20高強(qiáng)螺栓，與桁架鋼筋焊接連接，并布置46加強(qiáng)鋼筋以防止吊釘脫落或混凝土開(kāi)裂。

2)現(xiàn)場(chǎng)拼裝應(yīng)設(shè)置豎向起吊點(diǎn)，豎向吊釘根據(jù)墻板自重選擇規(guī)格，吊釘與桁架鋼筋焊接連接，同時(shí)布置1個(gè)采用10鋼筋焊接而成的寬350mm、長(zhǎng)550mm的鋼筋籠，以保證構(gòu)件安全吊裝。

3)預(yù)制墻板與梁柱連接采用干連接，通過(guò)栓焊連接固定，根據(jù)設(shè)計(jì)要求墻體周邊布置M16高強(qiáng)螺栓。

4)線盒和線管根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定位置、規(guī)格、數(shù)量，為防止混凝土進(jìn)入線盒，線盒內(nèi)部填充聚苯保溫板并在線盒外側(cè)纏膠帶，將線盒和線管與鋼絲網(wǎng)片綁扎固定。

2.4 下層混凝土澆筑

對(duì)模具、鋼筋、預(yù)埋件位置和形式進(jìn)行復(fù)檢，符合設(shè)計(jì)要求后準(zhǔn)備混凝土澆筑工作。下層混凝土澆筑對(duì)平整度及混凝土厚度要求較高，本項(xiàng)目采用C20自流平細(xì)石混凝土，自流平混凝土能夠保證模具下側(cè)或邊角部位混凝土的密實(shí)度且較易保證下層混凝土澆筑厚度為50mm。通過(guò)米尺進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量保證澆筑面平整度和厚度。

2.5 鋪設(shè)聚苯保溫板

聚苯保溫板傳熱系數(shù)、孔隙率及密度等因素應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定。為增加混凝土與聚苯保溫板之間拉結(jié)力，本項(xiàng)目選用鋸齒面聚苯保溫板。根據(jù)DB13(J)185—2015《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(節(jié)能75%)》的規(guī)定，外墻選用190mm厚聚苯保溫板，保溫板緊密相貼，桁架鋼筋處預(yù)留100mm寬空隙用以澆筑聚苯顆粒保溫砂漿。門(mén)窗洞口處每隔450mm處放置1塊50mm×80mm×120mm防腐木塊，用以固定門(mén)窗框(見(jiàn)圖5)。

圖5 聚苯保溫板鋪設(shè)

2.6 澆筑聚苯保溫砂漿

保溫板的密實(shí)程度直接決定建筑節(jié)能效率，為避免出現(xiàn)熱橋，在桁架鋼筋位置澆筑聚苯保溫砂漿。聚苯保溫砂漿由膠粉聚苯顆粒(200L)、膠粉料(25kg)和水(25kg)配制而成。澆筑聚苯保溫砂漿時(shí)應(yīng)使桁架鋼筋上弦鋼筋外露，以保證上層鋼絲網(wǎng)片與桁架鋼筋能夠順利綁扎。吊釘位置不得澆筑聚苯保溫砂漿，以保證構(gòu)件安全起吊。

2.7 鋪設(shè)上層鋼絲網(wǎng)片

上層鋼絲網(wǎng)片鋪設(shè)要求同下層鋼絲網(wǎng)片的鋪設(shè)。

2.8 澆筑上層混凝土和構(gòu)件養(yǎng)護(hù)

對(duì)聚苯保溫板的鋪設(shè)、聚苯保溫砂漿的澆筑、鋼絲網(wǎng)片的鋪設(shè)、線管預(yù)留等進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后澆筑上層混凝土。澆筑混凝土?xí)r為避免混凝土浪費(fèi)或缺少現(xiàn)象，澆筑的同時(shí)采用刮杠找初平。混凝土達(dá)到初凝狀態(tài)后進(jìn)行收面壓光，覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)防止出現(xiàn)裂縫?；炷吝_(dá)到一定強(qiáng)度后澆水養(yǎng)護(hù)(見(jiàn)圖6)。

圖6 預(yù)制構(gòu)件澆筑和養(yǎng)護(hù)

預(yù)制內(nèi)墻板、預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯，其預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程與預(yù)制外墻板在模具支護(hù)、澆筑方式、材料規(guī)格等有所不同，區(qū)別如下。

1)預(yù)制內(nèi)墻板 預(yù)制內(nèi)墻板總厚度為200mm，采用100mm厚聚苯保溫板。

2)預(yù)制異形柱 預(yù)制異形柱縱筋均應(yīng)套絲，保證鋼筋兩端平整，將半灌漿套筒安裝完畢后進(jìn)行綁扎和注漿安裝管;鋼筋固定時(shí)保證柱底半灌漿套筒安裝正確并用固定器緊密固定(見(jiàn)圖7)。

圖7 柱鋼筋固定

3)預(yù)制異形疊合梁 異形疊合梁模具拼裝較為復(fù)雜，核心區(qū)由多個(gè)模具共同組合而成，在拼裝過(guò)程中應(yīng)采用水平尺或施工線保證模具在同一水平線，同時(shí)利用卷尺控制模具間距;澆筑混凝土?xí)r，核心區(qū)預(yù)留管易發(fā)生移動(dòng)，應(yīng)對(duì)預(yù)留管下部和上部進(jìn)行固定;根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定梁端部甩筋長(zhǎng)度;疊合部位和梁端預(yù)留鍵槽并做鑿毛處理，以滿足現(xiàn)場(chǎng)二次澆筑要求。

4)預(yù)制疊合板 預(yù)制疊合板澆筑完成后及時(shí)覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)，混凝土初凝后做拉毛處理并清除灰渣。

5)預(yù)制樓梯 由于樓梯造型的特殊性，為保證澆筑質(zhì)量，樓梯采用立模進(jìn)行澆筑(見(jiàn)圖8)。

圖8 預(yù)制樓梯

3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量驗(yàn)收

裝配式混凝土建筑現(xiàn)場(chǎng)拼裝能否順利完成，其關(guān)鍵在于所生產(chǎn)的構(gòu)件質(zhì)量是否合格。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)隱蔽工程的驗(yàn)收和生產(chǎn)完成后對(duì)構(gòu)件質(zhì)量的驗(yàn)收尤為重要，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中制作允許偏差及構(gòu)件質(zhì)量應(yīng)符合GB/T51231—2016《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

3.1 隱蔽工程驗(yàn)收

預(yù)制構(gòu)件混凝土澆筑前應(yīng)對(duì)隱蔽工程進(jìn)行驗(yàn)收并填寫(xiě)驗(yàn)收記錄，預(yù)制構(gòu)件應(yīng)全數(shù)檢查，具體驗(yàn)收內(nèi)容如下。

1)進(jìn)場(chǎng)鋼筋應(yīng)有合格證和試驗(yàn)報(bào)告，鋼筋表面不得有橫向裂紋、結(jié)疤和折痕。鋼筋下料應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求制作，制作過(guò)程中應(yīng)當(dāng)定期、定量檢查。

2)預(yù)制柱和預(yù)制梁縱向套絲鋼筋必須保證鋼筋兩端平整，套絲長(zhǎng)度、絲距及角度必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，縱向鋼筋套絲應(yīng)符合規(guī)范要求。

3)鋼筋綁扎過(guò)程中，對(duì)尺寸、彎折角度不符合設(shè)計(jì)要求的鋼筋不得綁扎。

4)模具拼裝前應(yīng)對(duì)模具全數(shù)檢查，不得存有鐵銹、油污及混凝土殘?jiān)?，?duì)于存在變形超過(guò)規(guī)定要求的模具一律不得使用，拼裝完成后檢查模具拼縫及方正對(duì)角，使用過(guò)程中模具應(yīng)定期檢查并填寫(xiě)檢查記錄。

5)預(yù)埋件材料和品種應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)提供合格證，對(duì)產(chǎn)品的外觀、尺寸、強(qiáng)度等進(jìn)行檢驗(yàn)。預(yù)埋件安裝應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求定位，制作安裝后應(yīng)對(duì)所有預(yù)埋件尺寸進(jìn)行驗(yàn)收，填寫(xiě)驗(yàn)收記錄。

6)混凝土澆筑前應(yīng)對(duì)模具、鋼筋、鋼筋骨架、鋼絲網(wǎng)片、連接套筒、聚苯保溫板、預(yù)埋件、吊具、預(yù)留孔洞、預(yù)埋線管等進(jìn)行驗(yàn)收并填寫(xiě)驗(yàn)收記錄。

3.2 構(gòu)件質(zhì)量驗(yàn)收

構(gòu)件拆除模具后應(yīng)及時(shí)對(duì)構(gòu)件外觀質(zhì)量進(jìn)行全數(shù)驗(yàn)收并填寫(xiě)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，具體驗(yàn)收內(nèi)容如下。

1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)預(yù)制構(gòu)件的外觀尺寸進(jìn)行校核，包括寬度、高度、厚度和對(duì)角。

2)檢查預(yù)制構(gòu)件外觀質(zhì)量，根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求對(duì)存有質(zhì)量問(wèn)題的構(gòu)件區(qū)分為一般缺陷和嚴(yán)重缺陷，并及時(shí)商討處理方案。

3)對(duì)預(yù)制構(gòu)件預(yù)留鋼筋的數(shù)量、直徑及間距進(jìn)行檢查;對(duì)預(yù)制構(gòu)件灌漿套筒的數(shù)量、質(zhì)量進(jìn)行檢查，避免水泥漿封堵。

4)根據(jù)設(shè)計(jì)要求檢查預(yù)埋件數(shù)量、形式、位置，檢查預(yù)留孔洞位置、形式和允許偏差。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)WSPC建筑體系中預(yù)制構(gòu)件特點(diǎn)、構(gòu)件連接方式、體系特點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，介紹預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝流程和其他預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝不同之處，最后對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中的隱蔽工程和預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量的驗(yàn)收進(jìn)行介紹。該建筑體系主要應(yīng)用于低多層建筑，生產(chǎn)效率高、施工速度快、資源浪費(fèi)少、節(jié)約能源，符合國(guó)家節(jié)能、低碳、節(jié)約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。由于裝配式混凝土建筑在國(guó)內(nèi)起步較晚，相關(guān)技術(shù)體系、規(guī)程、規(guī)范尚不夠完善和成熟。通過(guò)對(duì)該建筑體系預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工藝的研究，以期為我國(guó)裝配式混凝土建筑的發(fā)展提供參考。

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