裝配式超長雙曲GRC欄板裝飾線條生產及安裝關鍵技術研究

柳樹成

摘 要：越來越多的現代建筑設計師追求獨特的美學效果，使用了諸多三維曲面元素，利用塑形優異的玻璃纖維增強混凝土（Glass fiber Reinforced Concrete，以下簡稱GRC）結合雙曲成型技術來實現多維度裝飾外墻造型就是其中一種常見建筑形式。GRC制造工藝獨特，質感細膩，能夠保證產品達到良好的密實性、抗壓強度和優異的抗裂度。超長雙曲GRC幕墻裝飾線條單元生產技術和安裝質量控制很大程度上決定了整個外墻裝飾系統的觀感。因此對于超長雙曲面GRC欄板裝飾線條生產及安裝關鍵技術研究具有重要的現實意義。

關鍵詞：超長雙曲面;GRC/GRG裝飾欄板;BIM參數化設計;裝配式

中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2022）08-0031-03

0 引言

隨著玻璃纖維增強混凝土（Glass fiber Reinforced Concrete，以下簡稱GRC）材料技術研究的大幅進步和生產工藝和產品質量水平的提高，通過BIM參數化設計軟件的支持，多維雙曲技術日臻成熟，實現了設計師希望呈現的建筑表現形式[1]。

GRC預制構件是以耐堿玻璃纖維、硫鋁酸鹽低堿度水泥和適宜集料構成基材的水泥制品，構件與水泥親和性較強，具有良好的可修復性和耐污染性。因此在運輸及施工吊裝、安裝過程出現的少量破損后期可利用有色水泥進行修補，保證良好的裝飾效果的同時，確保現場構件的利用率達到100%。

1 工藝原理

將采用BIM技術-Rhinoceros5.0參數化建模分解的構件單元尺寸進行1∶1放樣，制作雙曲承托胎架，固定鋼架連接件，按設計厚度噴射玻璃纖維混凝土成型并脫模養護。待構件強度達到設計要求后即可裝運至現場安裝。通過對結構后置埋件、轉接件、背負鋼架的粗調和微調使得每塊GRC單元構件安裝位置準確、弧線過渡平順，接縫美觀。配合表面修復美化處理技術實現整條裝飾面完美銜接并呈現流暢造型。

2 工藝流程

Rhinoceros參數化建模→施工圖設計→模板設計→支設胎架→背負鋼架定位→噴射玻璃纖維水泥→脫模養護→編碼入庫→工廠預拼→合格裝貨→成品運輸→放線定位→化學錨栓安裝→固定預埋鋼錨板→焊接鋼架→安裝插板件→選配起吊GRC板單元→GRC板落位安裝→點焊臨時固定→GRC板調校→連接件滿焊→尺寸校核→膠縫處理→板面修復→涂裝彈性漆→養護→分部工程驗收。

3 技術要點

3.1 原料要求

采用強度等級52.5硅酸鹽水泥，具有凝結硬化快、早起強度高、干縮性小等優點。摻入采用新會石英砂、新會硅砂，其SiO₂（二氧化硅）含量高達99.99%，熔點最高可達2 100℃，莫氏硬度7，密度2.2 g/c㎡。此種超高純度、超強性能的硅砂的應用，使GRC產品能在惡劣的室外環境中使用，變形幾率降到最低。耐堿玻璃纖維中關鍵是ZrO₂（二氧化鋯）的含量達到16%以上，能夠更好應對南沙復雜多變的室外環境。纖維最高摻量可達到水泥砂漿質量的5%，纖維長度可在一定范圍內選擇，最大長度可達到52 mm，玻璃纖維以二維亂向隨機分布于水泥砂漿之中，纖維的有效利用率較高，玻璃纖維沿厚度層均勻分布。

3.2 參數化設計

由于SketchUp注重的是前期設計方案的體現，要把建筑方案從電腦模型變為實物，需要將SketchUp模型導入Rhinoceros進行工業化產品設計[2]。按照分縫位置，對線條各分塊進行編號。由于建筑設計是雙曲變截面造型，任何一塊GRC板尺寸都是不相同的，所以板塊編碼極大方便施工人員快速識別產品所在位置，例如4FGRC-A001即表示4樓GRC產品A端頭001號產品。

對每塊GRC飄帶產品安裝定點定位，采用十字架法在現場確定樓層飄帶的尺寸與形狀，采集所有的數據進行匯總，作出設計方案，進行產品排版。根據建筑物結構實測尺寸對每塊GRC單元進行背負鋼架系統和面板的工業化設計。

3.3 GRC欄板制作

3.3.1 模板制作

根據工業化設計模型導出的生產圖，使用CNC（數控雕刻機）控制弧形、斷面形狀[3]。雙曲構件模具表面要求光滑整潔、高強耐腐，材料不具吸水性。胎架材料板接縫應嚴密，避免漿體流失形成質量瑕疵。胎架應具有足夠的強度、剛度、穩定性（如圖1所示）。

3.3.2 噴射成形

砂漿擠壓泵輸送的水泥經過壓縮空氣的高速霧化，與二維亂向隨機分布的玻璃纖維混合，同時噴射到模板上形成纖維水泥層，經過不同方向多遍噴射混合料達到設計厚度。相鄰兩層盡量沿著相互垂直的方向噴射，每層大約噴射3～6 mm厚度，噴射過程中保持出口氣壓≥0.7 MPa并隨時檢測料層厚度，保證厚度的均勻一致[4]。耐堿玻璃纖維混凝土初凝之前，應對每一噴射層進行輥壓密實，直到達到厚度要求。良好的輥壓工藝可排除引入的空氣，使砂漿與纖維均勻接觸，達到均勻密實效果。

3.3.3 脫模養護

根據季節不同、氣溫不同，脫模時間也有所差異，一般4 h左右即可脫模。脫模后制品必須認真養護，特別是夏天，必須在72 h之內保證濕潤。養護放置沿重力線方向垂直放置。容易被重力牽引的地方用卡板或角鐵固定。用塑料薄膜覆蓋成型后的GRC板防止水分蒸發，到一定時間脫模。成型后的GRC板采用濕法養護以普通硅酸鹽水泥為基體的GRC板標準養護28 d、復合快硬水泥與低堿度水泥養護5 d、快硬水泥養護3 d。

3.3.4 焊接背負鋼架

GRC外墻裝飾板必須通過鋼架系統傳遞到結構主體上。在工廠里制作并安裝背負鋼架能保證鋼架的安裝質量并避免現場制作鋼架的麻煩，加快施工進度。為適應和包容南方潮濕、高溫的復雜氣候條件，GRC板材與背負鋼架的連接系統采用柔性連接，以便于有足夠的自由度使其應力得到良好釋放[5]。

3.4 現場安裝

首先對結構邊梁進行立面控制網測量，根據GRC飄帶造型的體量大小和高低要求，標定每支化學螺栓和不銹鋼板的定位，打孔安裝Ф14 mm×140 mm的化學螺栓用以固定100 mm×100 mm×8 mm的不銹鋼板后置埋件。作為單元板塊承重結構，不銹鋼板與錨栓的錨固質量應符合規范要求。主骨架采用不銹鋼材60 mm×80 mm×4 mm不銹鋼方管（豎向主龍骨），12#不銹鋼槽鋼與埋件焊接，豎向主龍骨與12號槽鋼焊接（如圖2所示）。每個埋件間距控制在1 000 mm左右，使產品可靠牢固附著在結構上。

GRC板塊單元最長達到8m，應放置在專用的材料架上，用木托盤在不影響運輸安全的情況下單件打包，采用疊架式材料架運輸。材料進場后即采用起重設備卸貨到指定堆場。

安裝時通過汽車起重機，把相應位置GRC板塊吊到預定位置附近，安裝工人借助腳手架和樓面結構將單元板塊扶正落位。GRC板落位后使用專用連接螺栓初步固定;轉接件的長圓定位孔及墊片用于GRC板水平、垂直及左右調節，便于最后固定。對單元板件進行安裝姿態微調，保證頂面水平、相連板件單元過渡平順、豎向接縫寬度上下一致相互平行、表面無明顯錯位。上述工作調整后立即將背負鋼架滿焊固定，至此產品安裝完畢。

3.5 拼接口填充和表面美化

拼接口位置填充專用嵌縫材料，表面施打耐候密封膠，這樣的處理構造具有很好的變形跟蹤性，既容許單元之間存在一定的自由度，使得板塊之間的集中應力得以釋放，提高了變形能力，又保證了整體功能與外觀，從根本上可避免開裂現象的發生。

GRC產品處于室外環境，且受晝夜溫差、濕度影響較大，為保持表面持久潔凈，使用專用耐污彈性漆分層涂裝構件表面。按照修補→打磨→修補氣孔→刮膩子→底漆→底漆→面漆→面漆的程序對表面進行美化處理。

4 質量標準

超長雙曲GRC欄板安裝施工應嚴格執行《建筑工程施工質量驗收統一標準》（GB50300-2013）、《建筑裝飾裝修工程質量驗收標準》（GB50210-2018）等有關規定。隱蔽工程執行驗收制度并填寫隱蔽工程檢驗記錄，經簽字確認后隱蔽。建立施工過程每道工序進行自檢、互檢、交接檢。做到上不清下不接，誰施工誰負責。重視放線質量，把結構施工誤差大部分消化在弧形線位中，嚴格按控制線段、弧段平整度和曲度， 確保直線，曲線順滑。安裝GRC裝飾線條樣板段，經建設單位、設計人員看樣定板再展開施工。對已安裝驗收的成品采取硬質圍擋、保護膜等實行保護，避免產生破損和污跡。安裝工藝的質量技術控制要求如表1所示。

5 結語

本研究主要關鍵技術如下：雙曲構件單元生產制作的關鍵技術與控制要點;安裝工程的質量控制要點;GRC欄板在安裝定位過程中的誤差控制與缺陷修復技術。該技術實用性強，適用范圍廣，安裝質量控制優良，能較好實現建筑設計美學要求裝飾性和美學特性。

造型簡約、大氣美觀的廣州南沙嶺南花園度假酒店項目即應用了該技術，其GRC雙曲板面積將近9 859.39 ㎡。大面積、超長尺寸預制雙曲面GRC裝飾構件在全線弧形結構上安裝，生產和安裝都無國內現成規范可遵循。耐堿玻璃纖維噴射多遍輥壓、綜合安裝、表面美化等工藝技術，應用效果顯著，工藝合理可行，操作性強，實現超長雙曲GRC板塊單元觀感優良，制作細致，表面平整光滑，各裝配單元之間弧線過渡平順，陰陽角順直，飾面層粘接牢固，無起皮掉粉現象，流暢富有張力，視覺沖擊感極佳。適合在現澆結構外墻GRC裝飾板工程中推廣和應用，對異形雙曲鋁單板幕墻安裝同樣適用。

參考文獻

[1] 周岳峰，林谷.雙曲鋼結構外裝大型GRC及GRG組合幕墻施工技術研究[J].廣州建筑，2020，48（4）：16-20.

[2] 張瑜，余杰，黃平，等.基于BIM5D的超長結構雙曲面鋁板幕墻施工工法[J].重慶建筑，2018，17（12）：40-42.

[3] 趙全斌，李金光，耿直，等.孝感文化中心異形GRC幕墻建造技術BIM應用[J].山東建筑大學學報，2019，34（2）：78-83.

[4] 李軼群.深圳平安金融中心幕墻防排水設計研究[J].中國建筑防水，2016（5）：17-20.

[5] 王建國.異形建筑幕墻施工質量控制措施研究[J].建筑， 2014（12）：92-93.