裝飾清水混凝土圓柱紙管模板在青島中德生態(tài)園的應(yīng)用

于永剛 聶建衛(wèi) 褚厚闊 于億卓 / YU Yonggang, NIE Jianwei, CHU Houkuo, YU Yizhuo

DIE ANWENDUNG VON DER ZYLINDRISCHEN PAPIERROLLENSCHALUNGR SICHTBETON IM DEUTSCH-CHINESISCHENKOPARK

APPLICATION OF DECORATIVE AS-CAST FINISH CONCRETE CYLINDER PAPER FORMWORK IN QINGDAO SINO-GERMAN ECOPARK

在黨的“十九大”報告中，有15處提到“綠色”、12處提到“生態(tài)文明”、8處提到“美麗”，堪稱最生態(tài)、最綠色、最美麗、最智慧的黨代會報告。被動房技術(shù)中心是青島中德生態(tài)園中的超低能耗綠色建筑（圖1），必須選用綠色無污染的建筑材料和混凝土施工技術(shù)。為此，作為該項目的施工單位，榮華建設(shè)集團的項目團隊先后考察了木模板、全鋼模板、玻璃鋼模板、紙管模板等模板方案，并分別對其施工工藝可操作性、裝飾效果、成本節(jié)約、環(huán)境保護等指標進行分析，最終確定紙管模板為最優(yōu)方案。

1 紙管模板產(chǎn)生的背景及應(yīng)用前景

隨著經(jīng)濟的突飛猛進，人們的住房需求日益高漲。過去10年，房地產(chǎn)投資額從25 289億元增加至102 581億元，年均名義增長率為7.3%（2016年國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)）。房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展成為經(jīng)濟發(fā)展的強力引擎，同時也給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力，固體廢棄物、揚塵、資源浪費為主要表現(xiàn)形式。早在2007年，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部就出臺了《綠色施工導(dǎo)則》，2015年，中國建筑業(yè)協(xié)會綠色施工分會頒布了《全國建筑業(yè)綠色施工示范工程實施細則》，2017年山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳印發(fā)了《山東省綠色施工科技示范工程實施辦法》。各地方政府將綠色施工示范工程納入企業(yè)考核范疇，對被評選為綠色施工示范工程的企業(yè)給予一定的加分獎勵。在上述政策的指引和扶持下，建筑工程企業(yè)紛紛加大人力、物力投入，不斷創(chuàng)新綠色施工技術(shù)。

紙管模板清水混凝土施工技術(shù)的特點是：模板由工廠定型加工并在現(xiàn)場安裝；廢棄后可回收、降解；混凝土成型后具有裝飾效果，無需抹灰；可節(jié)省大量資源；減少污染物的產(chǎn)生；具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 工程概況

被動房技術(shù)中心項目位于青島中德生態(tài)園36號線以西，總建筑面積為13 768.8m2，其中158個混凝土圓柱全部為清水混凝土圓柱，最大設(shè)計高度為9m，最大直徑為1.2m。為了保證清水混凝土的裝飾效果，使之色澤一致、花紋清晰，混凝土必須在某個時間段內(nèi)集中澆筑，并且要一次成型，傳統(tǒng)的施工工藝很難達到預(yù)期要求。如果為本項目專門定做模板，無論是在資金投入和使用頻率方面，還是在使用完畢后的維護、保養(yǎng)、存儲方面，各項成本均不經(jīng)濟。理想狀態(tài)下，模板形式的選擇應(yīng)滿足兩個要求：（1）混凝土一次成型效果好，能達到裝飾混凝土效果，紋飾清晰，上下色澤一致；（2）符合模板一次使用完畢后報廢、成本低廉、可降解、不產(chǎn)生建筑垃圾、不釋放有害氣體及化學(xué)物質(zhì)等生態(tài)環(huán)保理念。

3 模板的選擇

3.1 圓柱模板的形式

目前市場上可供選擇的圓柱模板形式有4種。

（1）木模板

按照圓柱的曲率加工成半圓形抱箍，在模板內(nèi)部沿著內(nèi)弧釘壓木質(zhì)板條，用多個直線條拼成近似圓形的弧形，模板內(nèi)壁內(nèi)襯薄鐵皮。優(yōu)點：加工靈活，便于施工和安裝。缺點：混凝土柱面圓曲光滑度不高，接縫處表面有漿體；周轉(zhuǎn)率低；消耗木材量大。

（2）全鋼模板

圓柱形鋼膜由兩個半圓形模板對拼而成；每塊模板的高度為0.9～1.5m，寬度為0.2～0.3m；面板選用3～4mm厚的冷軋鋼板，肋條采用6.8mm厚的普通鋼板。優(yōu)點：剛度好，易保證柱內(nèi)施工質(zhì)量；可反復(fù)周轉(zhuǎn)使用。缺點：成型后混凝土柱面圓曲光滑度不高，接縫比較多；重量較大，造價較高。

（3）玻璃鋼塊模板

對于直徑小于1.5m的圓柱，將模板做成兩個半圓再拼裝而成；當(dāng)圓柱直徑大于1.5m時，將模板做成3片或3片以上再拼裝而成；每塊模板的長度為2～3m。優(yōu)點：質(zhì)量輕；周轉(zhuǎn)次數(shù)多（一般一塊模板可周轉(zhuǎn)20次以上）。缺點：接縫多，不美觀；加工時需要制作模具；模板維護保養(yǎng)費用高。

（4）平板玻璃鋼模板

采用不飽和聚酯樹脂作為膠結(jié)材料，用低堿玻璃纖維布作骨架逐層粘裹而成；模板近似為均質(zhì)體，易彎曲成型，適合現(xiàn)場制作。優(yōu)點：質(zhì)量輕，抗拉強度高；韌性適中；成型效果好，且只有一條豎縫；周轉(zhuǎn)次數(shù)可達30次以上。缺點：現(xiàn)場加工需要制作胎具；柱徑和高度規(guī)格較多時，會大大增加制作成本；模板支拆需要用人力從上、中、下3個部位同時將模板扒下，費工費力。

綜合對比上述形式，可以得出如下結(jié)論：（1）前3種形式的圓柱模板，澆注成型后的柱面圓曲光滑度不好、有明顯接縫（漿體呈線狀延伸），圓柱觀感不佳，無法達到裝飾混凝土的效果；（2）采用平板玻璃鋼模板，混凝土成型質(zhì)量好，圓柱觀感也能達到清水混凝土質(zhì)量標準要求，但平板玻璃鋼模板需要現(xiàn)場專門加工制作胎膜，一次性購置費用高，完工后模板棄之可惜，保留起來則后期使用頻率低、維護保養(yǎng)繁瑣、倉儲成本高。

綜上所述，以上4種圓柱模板均不符合預(yù)期效果的要求。

圖1 被動房技術(shù)中心實景（上）與效果（下）

3.2 紙管模板

紙管模板是一種新型圓柱模板形式，是以純紙漿為原料卷制而成的圓管形模板，由紙管結(jié)構(gòu)層、飾紋防水層、外壁保護層3部分組成（圖2）。紙管結(jié)構(gòu)層采用多層高強度復(fù)合紙卷制而成，具有足夠的強度和剛度，可承受混凝土澆筑時產(chǎn)生的壓力和沖擊力；飾紋防水層采用復(fù)合耐水紙卷制而成，表面附有一層防水隔汽膜，可以有效阻止清水混凝土水分的過快流失；外壁保護層采用復(fù)合耐水紙卷制而成，保證紙管外壁有足夠的防水性能和保護能力。

紙管模板的特點有：（1）兼具剛性與柔性，便于安裝加固，效率高、工期短；（2）導(dǎo)熱系數(shù)小，可有效避免因模板內(nèi)外溫差而引起的混凝土表面裂縫；（3）工廠化生產(chǎn)，不需現(xiàn)場制作、拼裝，避免產(chǎn)生噪音，綠色環(huán)保；（4）模板材質(zhì)、紋理均勻，紙模拆除后的混凝土光潔度高、色澤均勻，無錯臺、漏漿現(xiàn)象；（5）裝飾清水混凝土圓柱表面無禪縫、花飾天然質(zhì)樸、美觀；（6）紙模板費用低、易脫模、可回收再利用；（7）內(nèi)壁不耐劃，紙模板安裝過程中應(yīng)避免尖銳、凹凸物劃傷內(nèi)壁，否則會影響清水混凝土的裝飾效果；（8）清水混凝土水平耐壓能力差，在搬運及存儲過程中嚴禁擠壓，否則會影響紙管的曲率，進而導(dǎo)致混凝土圓柱成型質(zhì)量下降；（9）紙管切割應(yīng)用防水膠帶封口，防止胎體進水影響紙管的強度和形狀。

4 施工工藝難點

4.1 鋼筋的定位

紙管模板質(zhì)地軟，易劃傷，一旦劃傷會影響混凝土圓柱的觀感質(zhì)量。如何防止混凝土在澆筑及振搗時因鋼筋擾動而劃傷模板成為一個重要課題，為此，項目技術(shù)團隊發(fā)明了一種鋼筋定位裝置：采用20mm×20mm×1.5mm的方鋼管，做成90°的∟型，方鋼管沿模板豎向長度為15cm，水平方向長度為“紙模板厚度+鋼筋保護層厚度+箍筋直徑+縱向鋼筋直徑”；在水平管端部焊接一根φ8鋼筋制成的掛鉤件，將掛鉤固定在主筋上，沿圓周每90°圓弧固定一個，共4個（圖3）。這種定位裝置可以有效地保證紙模板與鋼筋之間的距離。同時這種裝置采用工具式定型加工，使用完畢后可拆卸下來周轉(zhuǎn)使用，整個過程不產(chǎn)生固體垃圾、不消耗能源（傳統(tǒng)的定位采用焊接定位筋），可循環(huán)利用。

紙管模板重量輕，根部容易發(fā)生位移。需要專門設(shè)計一種固定裝置，最好能滿足兩個功能：一是準確牢固定位、防止模板變形；二是能夠防止?jié){體根部滲漏。經(jīng)過反復(fù)試驗論證，使用14mm厚木膠板作為材料，以1.0m直徑的柱制作定型工具。首先在1.2m×1.2m的木膠板上劃出紙模外徑尺寸線，掏空尺寸線以內(nèi)的材料作為柱模端部插口，然后將固定板沿中心分成均等的兩塊，每塊呈一個半圓缺口，兩塊拼接后則為工具式定型固定板（圖4）；每根柱子上下端各設(shè)置1個定型固定板。這種定型工具的優(yōu)點是可以就地取材，加工使用方便，可以循環(huán)利用，最大限度地避免了漿體從根部滲漏。

圖2 紙管模板結(jié)構(gòu)

4.2 模板的安裝

圓柱紙模板內(nèi)表面的花飾紙極易在套模過程中被鋼筋、定位卡劃傷，因此，需要設(shè)計一種光滑的軌道，使模板沿著軌道下至底部而不接觸鋼筋等構(gòu)件。經(jīng)對比分析，最終選定6根φ30的鍍鋅鋼管作為導(dǎo)管，沿圓周均勻分布；導(dǎo)管直徑不大于鋼筋保護層厚度；導(dǎo)管高出柱模50cm，并且向內(nèi)彎成135°（圖5、6）。每根導(dǎo)管的上下端用扎絲稍加固定，模板固定完畢后取出導(dǎo)管，一個班組一套導(dǎo)管，可循環(huán)使用。

4.3 模板的拆除

圓柱模板拆除時間通過反復(fù)試驗確定，正常施工條件下紙膜板拆除所需時間如表1所示。

拆模時，使用模板切割機沿豎向切割，切割深度較模板厚度少2mm，然后改用壁紙刀輕輕劃切，紙模板會自動脹開，最后手工剝離即可。在紙模板切除過程中，需注意切割深度，不可用力過大，以免損傷混凝土表面。

圖3 柱頂部模板定位

圖4 柱底部模板定位

圖5 柱模導(dǎo)管

圖6 模板安裝

5 效益分析

從目前的工程實踐中發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)的木模板進行施工，需要預(yù)先搭建支撐木架、拖頂、鋼管以及木方和梁柱等模板，施工工藝比較復(fù)雜，同樣的建設(shè)任務(wù)一般5～6天才能完成，而如果使用紙板體系進行建設(shè)，能夠節(jié)約1～2天時間。雖然木模板也可在其他項目中再次使用，但是隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，木材的使用量越來越多，而自然界的木材生產(chǎn)能力有限，不可長期采伐。與鋼模板相比，紙模板在經(jīng)濟上有較大優(yōu)勢，雖然鋼模板可以重復(fù)利用，但在房屋建筑工程中圓柱模板應(yīng)用頻率較低，無法做到多次周轉(zhuǎn)使用，且倉儲、保養(yǎng)費用高，鋼鐵材料還易銹蝕損壞。玻璃鋼模板同樣存在材料費、人工費高的問題，雖然其混凝土成型效果好于鋼模板、木模板，但與紙模板的無縫效果相比還有一定差距（表2）。

裝飾清水混凝土圓柱紙模板，不僅保證了裝飾清水混凝土的觀感效果，而且可以實行小流水段施工，縮短了施工工期；裝飾清水混凝土柱由于不需要飾面抹灰，能節(jié)省大量的人工、材料、機械使用及水電費用，而且大大減少了建筑垃圾的排放；廢紙屑和拆下的紙模板集中回收，可收回部分資金?？傮w而言，圓柱紙模板消除了抹灰層空鼓、裂縫、脫落傷害及維修難度大等一系列問題，而且具有節(jié)約成本、美觀和高耐久性、耐候性的特點，兼具經(jīng)濟效益和社會效益（圖7）。

6 結(jié)語

雖然在圓柱施工中運用紙模板有較大的經(jīng)濟性和合理性，但是在施工時如果未能處理好關(guān)鍵工序就會出現(xiàn)殘次品。例如：鋼筋定位不牢固，自然晃動時不能與模板保持有效距離，就會劃傷模板，混凝土成型后就會有漿體痕跡，嚴重影響裝飾效果；套膜不設(shè)滑道也會出現(xiàn)同樣的問題。工具式模板固定板在防止模板變形及漿體滲漏方面發(fā)揮著重要作用，一旦變形和漏漿就需要人工修復(fù)，否則會直接破壞裝飾清水混凝土天然紋飾的效果。

表1 圓柱模板拆除時間統(tǒng)計

表2 4種模板效益對比

圖7 裝飾清水混凝土柱的觀感效果

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范:GB50204－2015[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2015.

[2] 國家發(fā)展和改革委員會. 中華人民共和國包裝行業(yè)標準: BB/T 0032－2006[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2006.

[3] 劉玲. 清水混凝土發(fā)展及應(yīng)用前景淺析[J]. 中國建材科技, 2016(02).

[4] 顧勇新. 清水混凝土工程施工技術(shù)及工藝[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2006.