墻體用聚苯免拆模板工程適用性研究★

熊珍珍，鄭 政，劉官印，袁 驥

(1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013； 2.中國(guó)建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京 100013； 3.中國(guó)五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，北京 100053； 4.北京電力工程有限公司，北京 100070)

1 概述

近年來(lái)，我國(guó)建筑仍以混凝土結(jié)構(gòu)為主，大多采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方式建造，不但工業(yè)化程度低、建筑垃圾多，而且施工速度慢，與國(guó)家的綠色發(fā)展、節(jié)能環(huán)保政策不符。目前，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)工程的鋼筋、模板和混凝土分項(xiàng)工程中，預(yù)拌混凝土基本實(shí)現(xiàn)了商品化，成型鋼筋技術(shù)也不斷發(fā)展，模板技術(shù)相對(duì)落后。因此，革新模板技術(shù)將大幅度提高現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)化水平。

我國(guó)在免拆模板產(chǎn)品方面做了許多有價(jià)值的研究和工程應(yīng)用。目前，針對(duì)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，免拆模板產(chǎn)品構(gòu)造形式主要有以下幾種：

1)免拆復(fù)合保溫模板[1]，將保溫芯材與水泥基面層相結(jié)合，保溫芯材主要有擠塑聚苯板(XPS)型、模塑聚苯板(EPS)型、石墨改性模塑聚苯乙烯泡沫塑料板(SEPS)型、聚氨酯板(PU)型、植物纖維型、PU玻璃棉型、礦渣棉復(fù)合板型[2]、巖棉型和玻璃棉型。

2)將有筋擴(kuò)張網(wǎng)與現(xiàn)澆泡沫混凝土組合[3]的外墻外保溫免拆模板。

3)空心免拆模板，如由鋼筋桁架連接兩側(cè)預(yù)制混凝土板的雙皮墻[4]空心模板、由鋼筋籠與預(yù)制混凝土模板組合而成的PI體系[5]墻體空心模板、由聚苯模塊積木式錯(cuò)縫插接拼裝成空腔的聚苯模塊墻體空心模板[6]、由混凝土和鋼筋預(yù)制的帶圓孔空心的EVE空心板[7]、由石膏預(yù)制帶有圓孔空心的石膏復(fù)合混凝土剪力墻空心模板[8]等，此類免拆模板的模板與鋼筋二合一或保溫與鋼筋二合一，施工速度快，結(jié)構(gòu)整體性好。

4)由工廠定型生產(chǎn)的鋼絲網(wǎng)架聚苯夾芯板[9]為基板，兩側(cè)噴涂混凝土的CL體系剪力墻模板、SW體系剪力墻模板以及一些其他類型的墻體模板，該類產(chǎn)品可縮短工期，提高工效。

聚苯免拆模板是一種源于意大利的工廠自動(dòng)化生產(chǎn)的新型免拆模板，與其他類型免拆模板不同的是，它由鋼筋梯架、對(duì)拉栓和內(nèi)外兩側(cè)EPS保溫板組成(如圖1所示)，將模板、保溫和鋼筋一體化。免拆模板在工廠自動(dòng)化生產(chǎn)，形成標(biāo)準(zhǔn)化的部品，現(xiàn)場(chǎng)安裝后無(wú)需拆除。該模板具有如下特點(diǎn)：

1)模板規(guī)格多樣化，可以根據(jù)墻體厚度和節(jié)能要求靈活選擇；2)聚苯免拆模板具有一定的剛度，在合適的對(duì)拉栓間距條件下，可安全承擔(dān)施工階段澆筑混凝土產(chǎn)生的水平荷載，節(jié)省模板和支撐；3)保溫與結(jié)構(gòu)一體化，解決了傳統(tǒng)外墻外保溫易脫落的問(wèn)題；4)施工安裝操作簡(jiǎn)便、速度快，節(jié)省勞動(dòng)力。該產(chǎn)品符合我國(guó)建筑節(jié)能和建筑工業(yè)化的要求，具有鮮明建筑工業(yè)化特點(diǎn)和顯著優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50016建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范規(guī)定：當(dāng)建筑的外墻外保溫系統(tǒng)采用燃燒性能為B1，B2級(jí)的保溫材料時(shí)，應(yīng)在保溫系統(tǒng)中每層設(shè)置燃燒性能為A級(jí)的水平防火隔離帶，而且需要用不燃材料設(shè)置厚度不小于50 mm的防火保護(hù)層。由于該產(chǎn)品的保溫板通常采用B1級(jí)的EPS板，需增設(shè)防火隔離帶和相當(dāng)厚度的防火保護(hù)層才能滿足我國(guó)防火規(guī)范的要求。為了在我國(guó)推廣應(yīng)用該免拆模板產(chǎn)品，提高現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)化水平，本文首先對(duì)墻體用聚苯免拆模板的保溫材料進(jìn)行改進(jìn)，并驗(yàn)算其承載力，使其在達(dá)到我國(guó)防火標(biāo)準(zhǔn)的前提下滿足施工要求，然后對(duì)改進(jìn)后的免拆模板部品進(jìn)行工程適用性驗(yàn)證。

2 免拆模板部品改進(jìn)及驗(yàn)算

為滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50016建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求，需要改進(jìn)免拆模板兩側(cè)的保溫板的燃燒性能，甄選燃燒性能可以達(dá)到A2級(jí)并具有一定強(qiáng)度的輕質(zhì)材料。在施工階段免拆模板需要抵抗混凝土澆筑的側(cè)壓力，由于兩側(cè)保溫板通過(guò)對(duì)拉栓和圓盤(pán)套管連接，除兩側(cè)保溫板要滿足抗彎承載力外，圓盤(pán)套管與對(duì)拉栓之間的抗拉拔承載力、圓盤(pán)套管與保溫板之間的抗沖切承載力也應(yīng)滿足工程施工要求。

2.1 保溫板篩選

經(jīng)大量調(diào)研篩查，燃燒性能可以達(dá)到A級(jí)的材料中，巖棉板質(zhì)量輕、導(dǎo)熱的系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，但吸水率高且強(qiáng)度低；玻璃棉板體積密度小、熱導(dǎo)率彽、吸音性能好，但玻璃棉是一種人造纖維，具有細(xì)小的灰塵，對(duì)人體危害大，不適用于直接使用；泡沫玻璃保溫板和發(fā)泡陶瓷保溫板容重小、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率小且耐久性好，但材料價(jià)格較高；復(fù)合水泥發(fā)泡保溫板導(dǎo)熱系數(shù)偏高、保溫性能差且容重高；加氣混凝土板較保溫材料容重大，且板材易吸水、吸濕；聚合聚苯板保溫節(jié)能效果好、強(qiáng)度比巖棉、玻璃棉板等高、吸水率低，并且成本低，價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場(chǎng)上同類A級(jí)阻燃型保溫材料。因此，初步確定選用聚合聚苯板代替EPS保溫板并檢測(cè)其材料性能。

2.2 改進(jìn)后的產(chǎn)品性能

以GB/T 5486無(wú)機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法為依據(jù)[10]，進(jìn)行聚合聚苯板的密度、強(qiáng)度、燃燒性能等材料性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。將對(duì)拉栓兩端擰緊圓盤(pán)套管并安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上下鉗口，進(jìn)行抗拉拔承載力測(cè)試，得到圓盤(pán)套管與對(duì)拉栓之間的抗拉拔承載力為3.17 kN。同樣利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，將對(duì)拉栓一端安裝于底部鉗口，另一端擰緊圓盤(pán)套管并穿過(guò)50 mm厚聚合聚苯板，聚合聚苯板采用專用連接件與試驗(yàn)機(jī)的上部鉗口相連接，進(jìn)行抗沖切承載力測(cè)試，得到圓盤(pán)套管與50 mm厚聚合聚苯板之間的抗沖切承載力為1.94 kN。

表1 聚合聚苯板材料性能試驗(yàn)結(jié)果

2.3 改進(jìn)后承載性能驗(yàn)算

假定聚苯免拆模板混凝土墻體的高度為3 m，根據(jù)JGJ 162建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范的方法[11]計(jì)算模板最大側(cè)壓力為46.52 kN/m2?？紤]免拆模板有多道對(duì)拉栓，對(duì)拉栓間距200 mm，聚合聚苯板采用50 mm厚并按多跨連續(xù)梁進(jìn)行驗(yàn)算。按最大側(cè)壓力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2。初步判定免拆模板部品滿足工程要求，需通過(guò)工程試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

表2 免拆模板部品抵抗側(cè)壓力驗(yàn)算結(jié)果

3 工程適用性試驗(yàn)研究

3.1 試件設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證聚苯免拆模板的工程適用性，設(shè)計(jì)制作一件L型墻體進(jìn)行測(cè)試。墻體由3組聚苯免拆模板拼裝而成，其中，1組尺寸為1 200 mm×370 mm×3 000 mm，其余兩組尺寸為600 mm×370 mm×3 000 mm，墻體內(nèi)側(cè)聚合聚苯板厚50 mm、高2 850 mm，外側(cè)聚合聚苯板厚100 mm、高3 000 mm)，聚苯免拆模板中空220 mm，用鋼筋梯架和對(duì)拉栓連接兩側(cè)聚合聚苯板，對(duì)拉栓間距200 mm。L形聚苯免拆模板組裝如圖2所示。

為監(jiān)測(cè)混凝土澆筑過(guò)程中聚合聚苯板的變形，在混凝土澆筑前，在墻體轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)50 mm厚聚合聚苯板上沿高度方向布置5個(gè)位移計(jì)，第一個(gè)位移計(jì)距聚苯免拆模板底部150 mm，其余從下到上間隔分別為400 mm，600 mm，600 mm，600 mm。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

安裝工藝流程為：基礎(chǔ)安裝限位導(dǎo)軌→模板與基礎(chǔ)連接→斜撐安裝→邊緣構(gòu)件鋼筋安裝→邊緣封堵模板安裝→混凝土澆筑→初凝后插入倒U型鋼筋。

3.2.1 聚苯免拆模板安裝

1)在澆筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)時(shí)預(yù)埋間距為200 mm的倒U型鋼筋，待基礎(chǔ)完成后用錨栓將冷彎薄壁U型鋼導(dǎo)軌固定于基礎(chǔ)上。

2)安裝聚苯免拆模板(見(jiàn)圖3)。先安裝L形墻體一側(cè)的聚苯免拆模板，將免拆模板內(nèi)側(cè)50 mm厚聚合聚苯板插入U(xiǎn)型鋼內(nèi)。聚苯免拆模板的鋼筋梯架與基礎(chǔ)上的倒U型鋼筋錯(cuò)位布置，間隔100 mm。聚苯免拆模板就位、調(diào)平對(duì)中后，安裝斜撐，斜撐與水平地面的夾角約為40°～60°。隨后安裝墻體轉(zhuǎn)角位置豎向鋼筋并在已安裝的免拆模板內(nèi)插入水平鋼筋并綁扎。再安裝另一側(cè)免拆模板，待免拆模板就位、調(diào)平對(duì)中后，在免拆模板空腔內(nèi)插入水平鋼筋并綁扎，最后用專用連接件進(jìn)行轉(zhuǎn)角封堵和端頭封堵，并在轉(zhuǎn)角及端頭部位等間距插入建筑錨栓，以便在混凝土澆筑后將混凝土與封堵部位的聚合聚苯板連接錨固牢靠。

3.2.2 混凝土澆筑

為避免振動(dòng)棒對(duì)模板產(chǎn)品的沖擊，澆筑時(shí)不振搗。為保證混凝土澆筑密實(shí)，采用坍落擴(kuò)展度不小于600 mm的自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑(見(jiàn)圖4)。為減小混凝土對(duì)免拆模板的沖擊力，采用溜管進(jìn)行澆筑。澆筑完成待混凝土初凝后，插入倒U型鋼筋，為上一層結(jié)構(gòu)的連接做準(zhǔn)備，U型鋼筋間距為200 mm，與鋼筋梯架間隔為100 mm(見(jiàn)圖5)。

3.3 變形測(cè)試

混凝土澆筑過(guò)程中，聚苯免拆模板未發(fā)生破損，且聚合聚苯板變形值很小，最大側(cè)移值為2.02 mm，約為墻體高度的1/1 485。

4 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)墻體用聚苯免拆模板產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)研究，由燃燒性能A2級(jí)的聚合聚苯板代替EPS保溫板，確定了墻體用聚苯免拆模板所需的聚合聚苯板性能指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度不低于0.9 N/mm2，抗折強(qiáng)度不低于0.6 N/mm2。

2)完成了聚苯免拆模板安裝、鋼筋安裝和混凝土澆筑等工藝，驗(yàn)證了墻體用聚苯免拆模板產(chǎn)品及其連接的可靠性、施工工藝的可行性和合理性。聚苯免拆模板產(chǎn)品性能指標(biāo)、產(chǎn)品構(gòu)造及工程適用性試驗(yàn)成果納入了T/CECS 378—2019聚苯免拆模板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。

3)墻體用聚苯免拆模板產(chǎn)品的模板、保溫和鋼筋一體化，不但滿足我國(guó)建筑防火規(guī)范的要求，還有效提高了我國(guó)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)化水平，具有廣闊的應(yīng)用前景。