居住建筑用裝配式地面體系的研究

何金太，趙煒璇

（北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100041）

近年來(lái)，隨著建筑產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)和行業(yè)協(xié)會(huì)的積極行動(dòng)，我國(guó)裝配式建筑得以蓬勃發(fā)展，極大地促進(jìn)了建筑業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型和技術(shù)進(jìn)步。作為裝配式建筑的重要組成部分，裝配式裝修采用干式工法，將工業(yè)化的部品部件在現(xiàn)場(chǎng)裝配完成，大幅減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，提高施工效率和裝修質(zhì)量，已在公租房、長(zhǎng)租公寓、快捷酒店、醫(yī)院、辦公室等得到規(guī)模化應(yīng)用[1-3]。

裝配式裝修由裝配式隔墻、墻面、頂面、地面、門(mén)窗、廚房、衛(wèi)生間等體系組成，目前針對(duì)隔墻、墻面、廚房、衛(wèi)生間體系研究較多[4-6]，部品較為豐富；而對(duì)地面體系研究較少，可選擇的部品不多。本文針對(duì)居住建筑室內(nèi)裝修的環(huán)保需求和干式地暖、面材多樣化需求，開(kāi)發(fā)一種瓷磚飾面層、帶地暖功能的裝配式地面體系，為創(chuàng)建綠色、高品質(zhì)的室內(nèi)裝修提供技術(shù)支持。

1 裝配式地面體系

裝配式地面體系采用架空樓地面，包括架空地板模塊、干式地暖模塊和瓷磚飾面層，具體構(gòu)造見(jiàn)圖1。通過(guò)四角支撐將基層板架空于樓板結(jié)構(gòu)層形成架空地板模塊，在基層板上側(cè)放置干式地暖板，安裝地暖水系統(tǒng)及瓷磚飾面層。該體系的優(yōu)點(diǎn)：干法施工與地板輻射采暖相結(jié)合，基層不需要進(jìn)行找平，對(duì)環(huán)境溫度無(wú)特殊要求，施工效率高；架空空腔形成的空氣層，可走水電管線，符合管線分離的要求，也能夠有效阻止熱量下傳；濕作業(yè)少，避免現(xiàn)場(chǎng)污染等問(wèn)題，部分材料可循環(huán)使用。

圖1 裝配式地面體系構(gòu)造

1.1 架空地板模塊

架空地板模塊由可調(diào)節(jié)支撐和無(wú)機(jī)礦物基層板組成，無(wú)機(jī)礦物板采用四角鍍鋅底座支承，不帶橫梁系統(tǒng)，每塊地板四角有1/4圓弧，4塊地板組合后形成1個(gè)圓，由一個(gè)定制注塑螺母壓角固定件固定。該地板模塊具有A級(jí)防火、環(huán)保健康、承載力強(qiáng)、安裝便利等優(yōu)點(diǎn)。

1.1.1 可調(diào)節(jié)支撐

可調(diào)節(jié)支撐為金屬支架，包括底座、螺母、上托和固定件，底座和上托選擇壁厚不小于3 mm鍍鋅鋼，以確保架空地板的平整度，各部件的具體尺寸見(jiàn)圖2，可調(diào)節(jié)高度范圍30~80 mm。技術(shù)性能應(yīng)符合GB/T 36340—2018《防靜電活動(dòng)地板通用規(guī)范》中支撐系統(tǒng)規(guī)定的相關(guān)要求，具體為：（1）外觀無(wú)明顯疵點(diǎn)，連接牢固，金屬件表面防腐層無(wú)脫落；（2）軸向中心荷載＞11 800 N，荷載11 800 N保持1 min，撤除后無(wú)損壞，可調(diào)節(jié)部位功能正常。安裝使用時(shí)分3步：第1步旋轉(zhuǎn)螺母，確定可調(diào)節(jié)支撐的高度；第2步旋轉(zhuǎn)安裝上托；第3步旋轉(zhuǎn)安裝固定件。

圖2 可調(diào)節(jié)支撐尺寸

1.1.2 無(wú)機(jī)礦物板

無(wú)機(jī)礦物板以硅酸鹽水泥、礦物纖維、石英砂等為原料，鋼筋網(wǎng)片作內(nèi)襯經(jīng)過(guò)高壓一次成型得到的混凝土地板，規(guī)格尺寸為500 mm×500 mm×26 mm，技術(shù)性能符合GB/T 36340—2018中Q型（承重類(lèi)型為輕型）地板的要求，主要指標(biāo)有集中荷載、均布荷載、極限集中荷載等。根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》要求，居住建筑室內(nèi)地面的設(shè)計(jì)均布荷載為2~4 kN/m2，因此地面架空系統(tǒng)的承載能力選擇Q型即可（Q型地板的均布荷載為12 500 N/m2）。集中荷載表示作用在地板某一個(gè)點(diǎn)上的荷載，測(cè)試時(shí)將一定的荷載連續(xù)均勻加載到地板的某點(diǎn)上，判斷撓度和殘余變形是否小于規(guī)定值。均布載荷指持續(xù)作用在地板板塊單位表面積上、且各點(diǎn)受力均等的荷載，測(cè)定時(shí)連續(xù)均勻加載至均布荷載試驗(yàn)值后保壓1 min，記錄板面的撓度值。極限集中荷載指作用在地板板塊某點(diǎn)上的荷載，并增加該荷載直到地板破壞時(shí)的最大荷載。

選擇厚度分別為20、26、30 mm的無(wú)機(jī)礦物板進(jìn)行集中荷載、均布荷載、極限集中荷載等性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1，厚度26 mm和30 mm的無(wú)機(jī)礦物板材可以達(dá)到輕型板材的荷載要求，綜合考慮板塊的重量和荷載性能，選擇厚度為26 mm的無(wú)機(jī)礦物板材。

表1 不同厚度無(wú)機(jī)礦物板的性能

1.1.3 架空地板模塊性能

由可調(diào)節(jié)金屬支撐和尺寸500 mm×500 mm×26 mm無(wú)機(jī)礦物板組成架空模塊，架空層高50 mm，按GB/T 50152—2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》將加載塊采用分級(jí)加載放置于無(wú)機(jī)礦物板上（見(jiàn)圖3），每級(jí)加載完成后持續(xù)10 min，記錄架空地板模塊的變化。集中荷載從40 kg開(kāi)始，每級(jí)增加40 kg，集中荷載達(dá)到3136 N，架空地板模塊未見(jiàn)破壞；均布荷載從120 kg開(kāi)始，每級(jí)增加120 kg，受力面積為0.25 m2，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)均布荷載達(dá)到47 040 N/m2，架空地面模塊未見(jiàn)破壞，滿(mǎn)足居住建筑室內(nèi)地面的荷載要求。

圖3 架空地面模塊荷載實(shí)驗(yàn)

1.2 干式地暖模塊

干式地暖模塊由干式地暖板、加熱管等組成，采用高強(qiáng)度擠塑聚苯板（XPS）為干式地暖板，加熱管敷設(shè)在地暖板的溝槽中，上面無(wú)填充層均勻地面壓力，可以直接鋪貼地磚，相對(duì)于傳統(tǒng)濕式地暖需要50 mm細(xì)石混凝土回填層，避免大量濕作業(yè)，減少了建筑垃圾，降低了樓地面層的重量。該模塊具有輕質(zhì)高強(qiáng)、施工便利、節(jié)省層高、升溫快等優(yōu)點(diǎn)[7]。

1.2.1 干式地暖板

干式地暖板由表面帶預(yù)制溝槽的高強(qiáng)度擠塑聚苯板及壓花鋁板均熱層組成，表面平整，壓花鋁板粘貼齊整無(wú)翹邊，凹槽部位粘貼無(wú)裂縫，板邊無(wú)殘膠，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2，常用尺寸規(guī)格為600 mm×1200 mm×30 mm，預(yù)制溝槽截面為類(lèi)U型，溝槽間距為150 mm或200 mm，溝槽有直槽和彎槽兩種，水管轉(zhuǎn)彎處選用定型彎槽地暖板。高強(qiáng)度擠塑聚苯板保溫材料的作用在于減少了本層建筑的熱量向下傳遞，從而提高了本層建筑室內(nèi)溫度的可靠性；壓花鋁板均熱層可誘導(dǎo)向上散熱且均勻充分，與傳統(tǒng)濕式地暖管間距大、散熱不均勻有明顯的區(qū)別。

表2 干式地暖板的主要技術(shù)性能

選擇不同表觀密度的擠塑聚苯板進(jìn)行壓縮強(qiáng)度和點(diǎn)荷載性能測(cè)試（見(jiàn)圖4），點(diǎn)荷載是擠塑聚苯板的關(guān)鍵指標(biāo)，點(diǎn)荷載是以恒定的速度在試樣表面的小面積范圍內(nèi)施加的壓縮荷載，判定制品是否有足夠的強(qiáng)度承受在安裝和使用過(guò)程中因人為活動(dòng)而產(chǎn)生的荷載，結(jié)果見(jiàn)表3。

圖4 XPS地暖板的點(diǎn)荷載實(shí)驗(yàn)

表3 不同表觀密度XPS地暖板的壓縮強(qiáng)度和點(diǎn)荷載

從表3可以看出，隨著表觀密度的增加，壓縮強(qiáng)度和點(diǎn)荷載也隨之增加，從架空地面模塊的荷載要求和瓷磚飾面層（脆性材料）方面考慮，選擇表觀密度45~55 kg/m3的高強(qiáng)度擠塑聚苯板。

1.2.2 干式地暖模塊的散熱量

以金屬支架+無(wú)機(jī)礦物板為架空地面模塊，厚度30 mm高強(qiáng)度擠塑聚苯板為地暖板，0.2 mm為鋁箔散熱層，PE-RT管徑16 mm為加熱水管，加熱管間距150 mm，上面鋪設(shè)10 mm瓷磚飾面層，粘結(jié)層8 mm，按GB/T 29045—2012《預(yù)制輕薄型熱水輻射供暖板》附錄B測(cè)試散熱性能，散熱量為Qt=30.6339ΔT1.0410，當(dāng)ΔT=37 K時(shí)，Qt=1528.5 W，向下散熱量為總散熱量的18%，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不超過(guò)總散熱量的25%的要求。

1.3 瓷磚飾面層

地暖模塊面層為壓花鋁板，需要涂刷界面劑和瓷磚粘結(jié)劑進(jìn)行瓷磚飾面層的鋪貼，瓷磚膠粘劑性能指標(biāo)應(yīng)符合JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》的規(guī)定。界面劑的性能指標(biāo)應(yīng)符合與擠塑聚苯板的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度≥0.20 MPa，與均熱層的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度≥0.10 MPa。

在地暖板分別做界面劑+瓷磚膠粘劑和不加界面劑瓷磚膠粘劑鋪貼瓷磚，進(jìn)行拉伸粘結(jié)強(qiáng)度性能檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4，界面劑+瓷磚膠粘劑的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度明顯高于不做界面處理的測(cè)試結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)選擇雙組份瓷磚粘結(jié)劑（乳液+水泥砂漿）鋪貼瓷磚有助于提高拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，聚合物乳液是高分子有機(jī)物結(jié)構(gòu)，存在許多有機(jī)官能團(tuán)，其分散在砂漿內(nèi)水泥漿體與骨料的界面處，可以與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，提高了界面結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而改善水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高水泥砂漿的力學(xué)性能[8]。

表4 地暖板上使用和不使用界面劑粘結(jié)陶瓷磚的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度 MPa

2 裝配式地面體系施工工序

施工前：（1）工序交接：施工材料進(jìn)入工地之前，應(yīng)與施工單位做好工序交接工作，以確保地面工程的安裝順利進(jìn)行；（2）清潔樓面：進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，將地面的垃圾及灰塵等雜物清理干凈；（3）技術(shù)準(zhǔn)備：針對(duì)本工程的特點(diǎn)，應(yīng)對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)。

2.1 架空地板模塊施工工序

地面彈線→安裝地板支架→用激光水平儀校準(zhǔn)地板支架→鋪設(shè)架空地板→切割收邊地板。

2.2 干式地暖模塊施工工序

配置膠粘劑→鋪設(shè)干式地暖板→安裝分集水器→安裝加熱管→管道試壓→安裝溫控面板。

2.3 瓷磚面層鋪貼工序

排轉(zhuǎn)、分格、彈線→粘貼瓷磚→填縫→清掃表面。

3 結(jié)論

本文提出的裝配式地面體系采用架空地面結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵部品及材料選擇承載力強(qiáng)的無(wú)機(jī)礦物板、高強(qiáng)度擠塑聚苯乙烯地暖板和雙組份瓷磚粘結(jié)劑，滿(mǎn)足居住建筑的室內(nèi)地面采暖、瓷磚面層需求，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，施工效率高，滿(mǎn)足居住建筑對(duì)地面荷載、環(huán)保和安裝便捷的要求，符合當(dāng)前住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和建筑全裝修的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)推動(dòng)裝配式居住建筑的發(fā)展具有重要意義。