一種新型裝配式混凝土結構體系構件生產工藝研究*

國賢發，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.河北省建筑科學研究院，河北 石家莊 050020)

0 引言

隨著我國經濟的發展，建筑業和其他行業一樣都在進行工業化技術改造，預制裝配式混凝土建筑煥發新的生機。目前，國內許多高質量要求的建筑已選用裝配式混凝土結構體系，并取得良好效果［1］。裝配式混凝土建筑體系不同于傳統混凝土建筑體系，該建筑體系是將梁、板、柱、墻板等構件從施工現場澆筑轉換到工廠內進行批量生產，將預制構件運輸到現場經裝配而成的建筑，是一種新型、節能、環保、高效的建筑模式［2］。該建筑體系很大程度提高了工程質量、加快施工速度、減少了建筑垃圾［3］。

基于國內現有裝配式混凝土建筑體系，河北省建筑科學研究院自主研發了“整體裝配式混凝土異形構件建筑體系”(簡稱WSPC建筑體系)。WSPC建筑體系為全裝配式混凝土框架結構體系，由異形柱、異形疊合梁、整間免裝修復合保溫異形外墻板和整間內墻板共同受力，形成框架墻板結構。梁、柱、墻、板等主要結構構件在工廠內預制生產，施工現場進行簡單拼裝即可完成，最大限度減少現場濕作業和現場模具的使用量。

1 WSPC建筑體系介紹

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

圖1 工程立面

1.1 WSPC建筑體系主要預制構件

WSPC建筑體系使民居建設更加環保、節能、工業化，體系采用異形柱、異形疊合梁形成框架結構，外圍護結構為預制自帶保溫整間免裝修墻板。WSPC建筑體系中預制構件包含預制整間免裝修墻板、預制異形疊合梁、預制異形柱、預制疊合板、預制樓梯(見圖2)。

1.2 預制構件特點及連接方式

1)預制外墻板 整間免裝修復合保溫異形外墻板集裝飾、保溫、維護于一體，在梁、柱位置伸出翼緣，防熱橋設計，墻角無結露現象。在工廠內實現整間預制生產，施工現場實現整間吊裝，與梁、柱采用栓焊連接方式快速連接。該墻板能夠承擔部分側向力作用，有效降低框架材料用量。

圖2 預制構件

2)預制整間內墻板 采用整間預制形式，墻板內預埋鋪設線管，預留門窗洞口，提高生產效率。墻體內空心或夾心，隔聲效果好，墻體表面平整度高，無需現場抹面工序。

3)預制異形疊合梁 預制異形疊合梁主要形式有L形、T形、十字形和I形。梁構件有核心區和疊合區，核心區為梁與柱交匯處，核心區預留孔洞滿足層間柱甩筋要求。疊合區通過預留鍵槽增強與樓板后澆連接質量。層間梁之間通過全灌漿套筒和后澆節點實現連接。根據建筑形式和位置采用不同形式疊合梁。梁與墻體同厚，無外露棱角，美觀大方。

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

5)其他預制構件 疊合樓板、預制樓梯、預制梯梁等此類構件較為常規，工廠內預制能夠提高構件質量和施工速度。

1.3 WSPC建筑體系特點

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，所有構件均在工廠內預制，能夠保證構件質量，受力性能好，提高建筑安全性。WSPC建筑體系主要有以下特點。

1)根據預制構件特點采用不同連接方式保證構件連接質量，連接更加穩定，提高建筑物抗震性能。

2)預制外墻板為整間墻板，提高施工效率，減少墻體拼縫數量，且無直接連通室內和室外的豎向通縫，建筑防水更易保障，同時預制外墻板采用外裝修、保溫、結構一體化技術，減少二次施工程序。

3)預制外墻采用夾心保溫設計和梁柱通過粘貼真空板隔斷熱橋，使建筑節能滿足設計和規范要求，降低能源損耗。

4)預制內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，減少拼縫數量，提高施工效率。

5)室內無外露線管，根據設計要求在預制構件內敷設電氣管線，實現電氣管線與結構集成化，使室內更加美觀。

6)預制柱、預制異形疊合梁均與預制墻板同厚，室內無明梁、明柱，構件之間采用不同連接方式隱蔽連接，使室內布局更加靈活，提高居住舒適度。

2 預制構件生產工藝

WSPC建筑體系對預制構件質量有較高要求，預制構件生產過程中每個環節均應符合相關規范要求。基于該工程中預制構件生產經驗，預制構件生產流程可概括為: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預埋件安裝;⑤澆筑混凝土;⑥混凝土抹面;⑦拆模、堆放、養護。根據構件形式、加工工藝、選材等特點分析，預制外墻板生產工藝最為復雜，本文以預制外墻板為例介紹整個預制過程。對其余構件預制過程中不同之處做簡要說明。預制外墻板生產工藝如圖3所示。

圖3 預制墻板生產工藝

2.1 模具拼裝和涂刷脫模劑

清理模臺和模具，接觸面不應有廢料、劃痕、銹漬等。模具拼裝前，對模具平整度、幾何尺寸、質量等進行復檢，應滿足設計要求。模具拼裝時，利用卷尺測量側模長度和寬度，為防止模具偏扭需進行對角方正校正。側模之間通過螺栓固定，側模與模臺采用磁鐵盒或C形卡固定，側模與模臺組裝后必須在同一平面。模具固定完成后對拼縫縫隙、方正、牢固等進行驗收。

本項目采用環保無毒的油性脫模劑，油性脫模劑對模具及構件均無損害且不影響構件后期處理。脫模劑要求均勻涂刷，達到見光不見油的效果。

2.2 鋪下層鋼絲網片和綁扎桁架鋼筋

本項目采用cp3@50×50鍍鋅鋼絲網片滿鋪，首先按梅花狀布置保護層墊塊，放置鋼絲網片，調整好網片間距進行綁扎，嚴格控制綁扎間距(每隔150mm綁扎1道)。門窗洞口布置6通長加強鋼筋，與鋼絲網片綁扎。

預制墻板自帶保溫，聚苯保溫板在墻板中部，為增強兩側混凝土拉結力、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滿足尺寸要求，嚴禁再次割斷(見圖4)。

圖4 下層鋼絲網片鋪設

2.3 預埋件安裝

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

2)現場拼裝應設置豎向起吊點，豎向吊釘根據墻板自重選擇規格，吊釘與桁架鋼筋焊接連接，同時布置1個采用10鋼筋焊接而成的寬350mm、長550mm的鋼筋籠，以保證構件安全吊裝。

3)預制墻板與梁柱連接采用干連接，通過栓焊連接固定，根據設計要求墻體周邊布置M16高強螺栓。

4)線盒和線管根據設計圖紙確定位置、規格、數量，為防止混凝土進入線盒，線盒內部填充聚苯保溫板并在線盒外側纏膠帶，將線盒和線管與鋼絲網片綁扎固定。

2.4 下層混凝土澆筑

對模具、鋼筋、預埋件位置和形式進行復檢，符合設計要求后準備混凝土澆筑工作。下層混凝土澆筑對平整度及混凝土厚度要求較高，本項目采用C20自流平細石混凝土，自流平混凝土能夠保證模具下側或邊角部位混凝土的密實度且較易保證下層混凝土澆筑厚度為50mm。通過米尺進行多點測量保證澆筑面平整度和厚度。

2.5 鋪設聚苯保溫板

聚苯保溫板傳熱系數、孔隙率及密度等因素應符合相關規范規定。為增加混凝土與聚苯保溫板之間拉結力，本項目選用鋸齒面聚苯保溫板。根據DB13(J)185—2015《居住建筑節能設計標準(節能75%)》的規定，外墻選用190mm厚聚苯保溫板，保溫板緊密相貼，桁架鋼筋處預留100mm寬空隙用以澆筑聚苯顆粒保溫砂漿。門窗洞口處每隔450mm處放置1塊50mm×80mm×120mm防腐木塊，用以固定門窗框(見圖5)。

圖5 聚苯保溫板鋪設

2.6 澆筑聚苯保溫砂漿

保溫板的密實程度直接決定建筑節能效率，為避免出現熱橋，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應使桁架鋼筋上弦鋼筋外露，以保證上層鋼絲網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，以保證構件安全起吊。

2.7 鋪設上層鋼絲網片

上層鋼絲網片鋪設要求同下層鋼絲網片的鋪設。

2.8 澆筑上層混凝土和構件養護

對聚苯保溫板的鋪設、聚苯保溫砂漿的澆筑、鋼絲網片的鋪設、線管預留等進行驗收，驗收合格后澆筑上層混凝土。澆筑混凝土時為避免混凝土浪費或缺少現象，澆筑的同時采用刮杠找初平。混凝土達到初凝狀態后進行收面壓光，覆蓋薄膜養護防止出現裂縫。混凝土達到一定強度后澆水養護(見圖6)。

圖6 預制構件澆筑和養護

預制內墻板、預制柱、預制疊合梁、預制疊合板、預制樓梯，其預制生產過程與預制外墻板在模具支護、澆筑方式、材料規格等有所不同，區別如下。

1)預制內墻板 預制內墻板總厚度為200mm，采用100mm厚聚苯保溫板。

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

圖7 柱鋼筋固定

3)預制異形疊合梁 異形疊合梁模具拼裝較為復雜，核心區由多個模具共同組合而成，在拼裝過程中應采用水平尺或施工線保證模具在同一水平線，同時利用卷尺控制模具間距;澆筑混凝土時，核心區預留管易發生移動，應對預留管下部和上部進行固定;根據設計要求確定梁端部甩筋長度;疊合部位和梁端預留鍵槽并做鑿毛處理，以滿足現場二次澆筑要求。

4)預制疊合板 預制疊合板澆筑完成后及時覆蓋薄膜養護，混凝土初凝后做拉毛處理并清除灰渣。

5)預制樓梯 由于樓梯造型的特殊性，為保證澆筑質量，樓梯采用立模進行澆筑(見圖8)。

圖8 預制樓梯

3 預制構件生產過程中質量驗收

裝配式混凝土建筑現場拼裝能否順利完成，其關鍵在于所生產的構件質量是否合格。預制構件生產過程中對隱蔽工程的驗收和生產完成后對構件質量的驗收尤為重要，預制構件生產過程中制作允許偏差及構件質量應符合GB/T51231—2016《裝配式混凝土建筑技術標準》的規定。

3.1 隱蔽工程驗收

預制構件混凝土澆筑前應對隱蔽工程進行驗收并填寫驗收記錄，預制構件應全數檢查，具體驗收內容如下。

1)進場鋼筋應有合格證和試驗報告，鋼筋表面不得有橫向裂紋、結疤和折痕。鋼筋下料應嚴格按照設計要求制作，制作過程中應當定期、定量檢查。

2)預制柱和預制梁縱向套絲鋼筋必須保證鋼筋兩端平整，套絲長度、絲距及角度必須嚴格按照設計要求，縱向鋼筋套絲應符合規范要求。

3)鋼筋綁扎過程中，對尺寸、彎折角度不符合設計要求的鋼筋不得綁扎。

4)模具拼裝前應對模具全數檢查，不得存有鐵銹、油污及混凝土殘渣，對于存在變形超過規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角，使用過程中模具應定期檢查并填寫檢查記錄。

5)預埋件材料和品種應按照設計要求進行制作，進場時應提供合格證，對產品的外觀、尺寸、強度等進行檢驗。預埋件安裝應嚴格按照設計要求定位，制作安裝后應對所有預埋件尺寸進行驗收，填寫驗收記錄。

6)混凝土澆筑前應對模具、鋼筋、鋼筋骨架、鋼絲網片、連接套筒、聚苯保溫板、預埋件、吊具、預留孔洞、預埋線管等進行驗收并填寫驗收記錄。

3.2 構件質量驗收

構件拆除模具后應及時對構件外觀質量進行全數驗收并填寫驗收報告，具體驗收內容如下。

1)根據設計要求對預制構件的外觀尺寸進行校核，包括寬度、高度、厚度和對角。

2)檢查預制構件外觀質量，根據設計和規范要求對存有質量問題的構件區分為一般缺陷和嚴重缺陷，并及時商討處理方案。

3)對預制構件預留鋼筋的數量、直徑及間距進行檢查;對預制構件灌漿套筒的數量、質量進行檢查，避免水泥漿封堵。

4)根據設計要求檢查預埋件數量、形式、位置，檢查預留孔洞位置、形式和允許偏差。

4 結語

本文對WSPC建筑體系中預制構件特點、構件連接方式、體系特點進行說明，介紹預制構件生產工藝流程和其他預制構件生產工藝不同之處，最后對預制構件生產過程中的隱蔽工程和預制構件質量的驗收進行介紹。該建筑體系主要應用于低多層建筑，生產效率高、施工速度快、資源浪費少、節約能源，符合國家節能、低碳、節約經濟的發展要求。由于裝配式混凝土建筑在國內起步較晚，相關技術體系、規程、規范尚不夠完善和成熟。通過對該建筑體系預制構件生產工藝的研究，以期為我國裝配式混凝土建筑的發展提供參考。

參考文獻:

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