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摘要
裝配式建筑的施工方案秉持著新型綠色理念和技術(shù)為廣大人民群眾喜愛，也推動了建筑行業(yè)的進(jìn)步發(fā)展，促進(jìn)了社會的進(jìn)步。本文對裝配式材料及相關(guān)施工工藝做簡單概述。
背景介紹隨著中國建筑業(yè)的發(fā)展，為適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的社會追求，裝配式建筑應(yīng)運(yùn)而生。裝配式建筑起源于19世紀(jì)的英國[1]。20世紀(jì)20年代，德國等歐洲發(fā)達(dá)國家就積極推 進(jìn)建筑工業(yè)化，開始嘗試裝配式建筑;20世紀(jì)30年代，美國裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化逐步有了雛形;20世紀(jì)60年代，日本也開始制定住宅工業(yè)化的方針，并逐步變成現(xiàn)實[2];20世紀(jì)80年代，新加坡逐漸將裝配式的建筑理念融入了居民住宅工程。從國內(nèi)看，新中國建立初期，就曾引入蘇聯(lián)的裝配式建筑經(jīng)驗，但未得到大規(guī)模的推廣[3]。國內(nèi)裝配式雖起步較早，但早期結(jié)構(gòu)僅限于盒子式等簡單的結(jié)構(gòu)形式。直到20世紀(jì)70年代直到20世紀(jì)70年代，我國才開始重視發(fā)展[4]。
隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)裝配式施工采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維動態(tài)模擬，充分把握裝配式建筑構(gòu)件要素的之間的匹配和應(yīng)用，分析可行性。在建筑設(shè)計上，提高裝配式建筑設(shè)計效率，實現(xiàn)裝配式預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的同時，降低裝配式建筑的設(shè)計誤差。在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段，優(yōu)化整合預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程，加快模型制作過程。在施工階段，提高工廠管理效率[5-6]。只需進(jìn)行現(xiàn)場安裝，無須制作，隨施工技術(shù)的水平不必短提高，裝配式建筑在施工時已實現(xiàn)了干性作業(yè)，最大限速度的保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高施工技術(shù)水平以及建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性[7-8]。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)相比，具有良好綜合社會效益，經(jīng)濟(jì)效益[9]：(1)節(jié)約能源，對周圍環(huán)境影響少(2)縮短工期(3)節(jié)約勞動力(4)保證工程質(zhì)量(5)使用性能好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗震性能好[10]。
02
裝配式建筑的分類
裝配式建筑可分為分別為砌塊建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑及升板升層建筑[11]。
2.1 砌筑建筑
提前在預(yù)制場中制作好塊體,塊體按照大小的不同可分為小型砌塊、中型砌塊、大型砌塊,制作好砌塊后,在工地上用預(yù)制塊砌成墻體，使用該種墻體作為圍護(hù)部分的建筑稱為砌塊建筑。砌塊的原材料來源廣、品種多，可就地取材、價格便宜。一般有水泥、砂石、天然浮石、凝灰溶巖、人工陶粒、以及工業(yè)廢料(如粉煤灰、煤矸石、高爐礦渣)等。砌塊的生產(chǎn)工藝簡單易行，現(xiàn)場施工方便，因此，近年來砌塊建筑發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛[12]。
2.1.1砌塊建筑施工準(zhǔn)備
根據(jù)建筑現(xiàn)場具體條件，施工機(jī)具配備等情況，編制施工方案、技術(shù)措施和施工平面布置圖。砌塊吊裝路線的選擇，主要根據(jù)臺靈架的技術(shù)性能和建筑物的體型選定，常用的有:①合攏法。井架架設(shè)在建筑物中部，臺靈架可先從建筑物的一端開始吊裝，逐步退到井架處，再將臺靈架移到另一端進(jìn)行吊裝;最后，又逐步退到井架處收頭。②后退法。與上述類似,只是井架設(shè)在建筑物的某一端時,吊裝從另一端開始，退到設(shè)井架的端點(diǎn)位置收頭。③循環(huán)法。臺靈架回轉(zhuǎn)半徑范圍小于建筑物寬度時，吊裝通常須從井架旁開始，沿外墻依次吊裝一周，到井架處收頭。砌塊的排列按砌塊排列圖施工。該圖由設(shè)計單位提供，也可以由施工單位根據(jù)工程具體要求、施工條件與砌塊建筑規(guī)范進(jìn)行繪制。
2.1.2砌塊吊裝工藝
它根據(jù)機(jī)械設(shè)備能力而定。一般分為三類:①用輕型塔式起重機(jī)作垂直和水平運(yùn)輸，將砌塊和構(gòu)件運(yùn)到吊裝地點(diǎn),用臺靈架進(jìn)行吊裝,樓板和構(gòu)件等吊裝由塔式起重機(jī)進(jìn)行。本法工作效率較高。②用井架或門架集中垂直運(yùn)輸砌塊和構(gòu)件，再經(jīng)水平運(yùn)輸?shù)桨惭b地點(diǎn)，用臺靈架進(jìn)行吊裝。此法分垂直與水平兩階段運(yùn)輸，因此工效一般。③用臺靈架就地起吊，適用于勞動力和起吊設(shè)備不足的低層建筑。吊裝時須將砌塊、樓板、構(gòu)件等根據(jù)吊裝順序，分別按型號、次序分批堆放在要求的位置上方可進(jìn)行，因此工效較低。
2.1.2砌塊工藝優(yōu)化
2.2板材建筑與盒式建筑
在施工過程中，為防止砌塊與墻體間的開裂變形，可在墻體中設(shè)置變形縫。設(shè)置控制縫是是解決墻體開裂最有效的辦法之一。①豎向控制縫 一般間距為6-13m，配筋砌體可達(dá)到30m。②水平控制縫 為控制屋內(nèi)與墻面的溫差變形，水平控制縫可在檐口圈梁與砌塊間、保溫層與屋板間、屋面板與圈梁之間等位置。
板材建筑是由各類板材，如墻板、樓板、屋面板等組合而成的建筑稱為板材建筑，板材建筑在裝配式建筑中占主要的地位。但板材建筑存在著對建筑物的造型和布局要求嚴(yán)格，對開間有所限制的缺陷。盒式建筑是板式建筑的衍生品，是由板式建筑構(gòu)成的形似盒狀的建筑,其最大的特點(diǎn)就是預(yù)制化程度非常高，在工廠制作過程中，甚至連屋內(nèi)的家具、地毯都已經(jīng)在工廠中安裝好，在現(xiàn)場組裝成建筑后,直接可以進(jìn)行使用[13]。以下簡單介紹預(yù)制墻板制作工藝流程。
2.2.1預(yù)制墻板版制作工藝流程與要點(diǎn)
圖2-1 預(yù)制墻板工藝流程圖
(1)模板組裝與檢查：模板組裝就位時，首先要保證地膜表面平整度，以保證構(gòu)件表面平整度符合規(guī)定要求。模板與模板之間，幫板與底模之間的連接螺栓必須齊全，擰緊。模板接縫處用原子灰嵌塞抹平后再用砂紙打磨;
(2)涂刷脫模劑：為避免污染墻面磚，模板表面刷脫模劑后再用棉紗均勻擦拭兩遍，以形成均勻薄層油膜，見亮不見油;
(3)墻面磚背面處理：為保證面磚質(zhì)量和面磚鋪設(shè)后縫隙寬度一致，根據(jù)要求對面磚質(zhì)量要求對外觀、色差、尺寸偏差復(fù)測，合格方可;
(4)面磚入模鋪放：先在底模上彈出面磚縫中線，然后鋪設(shè)面磚，保證接縫設(shè)計要求。
(5)粘接層混凝土澆筑 可采用平板振動器適當(dāng)振搗
(6)保溫層的鋪設(shè) 保溫層鋪貼后，插入保溫連接件
(7)埋件固定：預(yù)埋螺栓和鐵件應(yīng)采取措施保證其不偏移，對于套筒埋件應(yīng)注意其定位。
(8)結(jié)構(gòu)層鋼筋骨架入模：嚴(yán)格控制保護(hù)層厚度，合理設(shè)置墊塊。
(9)結(jié)構(gòu)層混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)：結(jié)構(gòu)層混凝土澆筑完畢后，采取振動臺將混凝土振搗密實，混凝土收面完畢后立即采取蒸汽養(yǎng)護(hù)
(10)脫模、起吊與堆放：當(dāng)構(gòu)件強(qiáng)度滿足設(shè)計和規(guī)范要求后方可脫模起吊。將起吊出池的PC板放置地面并固定，測量其外觀尺寸檢查，墻磚表面檢查。
2.3骨架板材建筑
該種建筑是由起支承作用的骨架和空間分割作用的板材所組成，骨架的材料可為鋼筋混凝土，也可以是鋼骨架，當(dāng)為鋼骨架時,結(jié)構(gòu)自重較輕，內(nèi)部空間可以隨便劃分,適用于多層或高層建筑。以下簡單介紹骨架材料預(yù)制樓梯制作工藝流程。
2.3.1預(yù)制樓梯制作工藝流程與制作要點(diǎn)
(1)模板組裝與檢查：保證模板尺寸，標(biāo)高符合要求。埋件安裝位置準(zhǔn)確牢固，避免位移;
(2)涂刷脫模劑：涂刷脫模劑 為避免污染墻面磚，模板表面刷脫模劑后再用棉紗均勻擦拭兩遍，以形成均勻薄層油膜，見亮不見油
(3)鋼筋入模：根據(jù)圖紙要求進(jìn)行鋼筋配料加工，綁扎成型，入模應(yīng)嚴(yán)格控制位置
(4)混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)：澆筑后振搗抹平，用低熱養(yǎng)護(hù)法，40℃養(yǎng)護(hù)
(5)脫模與堆放：當(dāng)構(gòu)件強(qiáng)度滿足設(shè)計和規(guī)范要求后方可脫模起吊。將起吊出池的PC板放置地面并固定，測量其外觀尺寸檢查，
2.3.2預(yù)制陽臺板、疊合板生產(chǎn)
預(yù)制陽臺板、疊合板生產(chǎn)與預(yù)制樓梯板基本相同：模板制作，澆模，成型，養(yǎng)護(hù)，起吊，堆放。
2.4升板和升層建筑
指在底層進(jìn)行各層樓面板與屋面板的澆筑與制作,相當(dāng)于是在工地現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)制的方式，當(dāng)某層板面預(yù)制完成后，通過液壓裝置將其送到設(shè)定標(biāo)高，然后進(jìn)行固定，并進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)的制作,該種建筑型式制作難度較大，在實際工程中較少應(yīng)用少[14]，不做贅述。
2.5其他裝配式材料施工應(yīng)用
2.5.1套筒灌漿料
(1)應(yīng)用研究現(xiàn)狀
預(yù)制構(gòu)件的套筒灌漿連接技術(shù)在 20 世紀(jì) 60 年代由美國工程師首次提出并在檀香山的阿拉莫阿納酒店進(jìn)行了應(yīng)用，1983年在美國混凝土協(xié)會(ACI)的報告中作為重要的鋼筋連接技術(shù)被提及;此后，作為混凝土預(yù)制構(gòu)件的連接技術(shù)得到廣泛的推廣和應(yīng)用[15]。
Kim[16]在Einea試驗研究基礎(chǔ)上做出進(jìn)一步的研究，結(jié)果表明：套筒灌漿料材料的性能和注入漿料質(zhì)量對灌漿料套筒的連接性能具有重要影響。聶東來[17]用超聲波首波聲時法對套筒中灌漿料密實性研究，根據(jù)超聲波聲速與幅值，能判斷豎向鋼筋連接的套筒灌漿料的密實性。栗翔等[18]采用硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥不同比例混合復(fù)合，發(fā)現(xiàn)復(fù)合制備的套筒灌漿料保塑性有一定程度的下降，有較好的早期強(qiáng)度，良好的體積穩(wěn)定性，自收縮與干燥收縮明顯降低[19]。
汪秀石等[20]研究了裝配式結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)套筒灌漿料的性能，通過配合比試驗研究并進(jìn)行了流動度、強(qiáng)度和膨脹性試驗，優(yōu)選出了優(yōu)化配合比，同時基于優(yōu)化配合 比進(jìn)行了水膠比、減水劑摻量和膨脹劑摻量對高強(qiáng)套 筒灌漿料性能影響的研究;試驗結(jié)果表明：隨著水膠比(W/B)增加，流動度逐漸增大，但強(qiáng)度隨 W/B 增加呈現(xiàn)明顯降低趨勢;減水劑可有效改善流動度，而當(dāng)摻 量過多時對強(qiáng)度有一定的影響;膨脹率隨膨脹劑摻量 增加呈現(xiàn)增長趨勢，但當(dāng)摻量<8.0% 時，膨脹效果較好。當(dāng)摻量>12 % 時，對流動度和強(qiáng)度性能影響不利。
董軍軍[21]進(jìn)行了聚羧酸減水劑摻量對套筒灌漿料的流動度、豎向膨脹率以及抗壓強(qiáng)度性能的影響的研究;結(jié)果表明：套筒灌漿材料中的聚羧酸減水劑摻量增加，流動性能出現(xiàn)先增大后呈減小的趨勢;灌漿材料的3 h 豎向膨脹率先增大而后逐漸降低;減水劑摻量對24h豎向膨脹性能保持不變;減水劑摻量對套筒灌漿材料的抗壓強(qiáng)度影響很小。
灌漿材料的性能對套筒連接技術(shù)具有非常重要的作用，眾多研究人員對套筒灌漿材料的配合比、工作性能、養(yǎng)護(hù)條件、力學(xué)性能和施工工藝以及對灌漿套筒的鋼筋拉拔性能、抗震性能等進(jìn)行了的研究。研究結(jié)果表明：套筒灌漿材料應(yīng)該具有良好的流動性能、強(qiáng)度性能和體積穩(wěn)定性能。良好的流動性能有助于灌漿套筒的注漿施工，適宜的強(qiáng)度性能和體積微膨脹性能有助于提高灌漿套筒的鋼筋拉拔性能。對套筒灌漿材料塑形階段的體積膨脹性能、塑形階段后的體積微膨脹性能以及套筒灌漿材料的耐久性能對套筒連接技術(shù)性能的影響需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。
(2)灌漿料套筒施工流程
鋼筋套筒灌漿料與普通灌漿料相比，由于應(yīng)用范圍不同，其強(qiáng)度、膨脹率、流動度等技術(shù)要求也不同作[22]。為預(yù)制構(gòu)件的連接件，灌漿套筒通常在預(yù)制廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件時，就已經(jīng)埋置與內(nèi)部。在在連接件的連接接觸面(如剪力墻上下墻體接觸面)預(yù)留孔洞，包含植入套筒一段稱預(yù)制段，另一構(gòu)件將伸出鋼筋嵌入預(yù)留孔洞，通過構(gòu)件側(cè)端灌漿料套筒灌漿孔、出漿孔完成灌漿，待養(yǎng)護(hù)完成，實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的連接。以下介紹灌漿料干式套筒縣城灌注環(huán)節(jié)。
灌漿套筒施工要點(diǎn)：
(1)連接部位檢查：根據(jù)吊裝順序，在預(yù)制構(gòu)件吊裝前，檢查結(jié)構(gòu)面上的預(yù)留插筋;
(2)分倉與接縫封堵：根據(jù)現(xiàn)場施工條件，可選擇手動灌漿與電動灌漿兩種：當(dāng)單倉長度小于0.3m，隔墻寬度大于2cm時，選手動灌漿;當(dāng)單倉長度為0.3-3m時，可選電動灌漿，當(dāng)單倉長度為1m-3m時，對接縫質(zhì)量要求更高。
(3)灌漿料制備與檢測：按配比混合干料與水，靜置3分鐘，等待漿料氣泡自動排出再開始使用。施工前，應(yīng)檢查灌漿料初始流動，與現(xiàn)場保持相同條件養(yǎng)護(hù)。
(4)灌漿連接：同倉只能在一個灌漿孔中灌漿，并且不能同時選擇兩個以上的灌漿孔進(jìn)行灌漿。同時一倉不間斷進(jìn)行澆筑灌漿，中途不得停止。
(5)灌漿料節(jié)點(diǎn)施工要求：灌漿后，灌漿試塊可在強(qiáng)度達(dá)到35MPa之后進(jìn)入下一道工序。通常環(huán)境溫度高于15℃，組件應(yīng)靜置24h;環(huán)境溫度在5℃-15℃間，48h內(nèi)構(gòu)件不得擾動;環(huán)境溫度低于5℃時，應(yīng)在組件接頭處加熱，保持5℃以上，并保證48h內(nèi)組件不受擾動[23]。
干式套筒灌漿施工區(qū)別于普通灌漿施工，其施工工藝也有所變化。表1為兩種套筒的工藝區(qū)分
2.6清水混凝土墻體施工流程：
清水外圍護(hù)復(fù)合保溫雙墻因內(nèi)墻附著大量的梁柱構(gòu)件，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，為保證構(gòu)件成型尺寸準(zhǔn)確，內(nèi)外清水墻須分開澆筑，即先施工一側(cè)墻體，拆模后粘貼擠 塑保溫板，后澆筑墻體以保溫板代替內(nèi)側(cè)模板，只支設(shè)外側(cè)清水模板，利用提前預(yù)埋在已澆筑墻體上的對拉螺桿加固[24]。
二層以下直墻施工階段先施工內(nèi)墻，后施工外墻。內(nèi)墻鋼筋綁扎→內(nèi)墻模板支設(shè)→對拉螺桿、連接件預(yù)埋→內(nèi)墻混凝土澆筑→內(nèi)墻模板拆模→對拉螺桿焊接→保溫板粘貼→外墻鋼筋綁扎→外墻模板支設(shè)→外墻混凝土澆筑及外墻模板拆除。
二層以上弧形雙墻最大向外挑出1.8m，外模拆除時間需按懸挑結(jié)構(gòu)考慮，因此必須先進(jìn)行外墻澆筑，澆筑后只拆除內(nèi)側(cè)模板，后續(xù)進(jìn)行內(nèi)側(cè)墻體澆筑。外墻外側(cè)模板支設(shè)→外墻鋼筋綁扎→外墻內(nèi)側(cè)模板支→對拉螺桿、連接件預(yù)埋→外墻混凝土澆筑→外墻內(nèi)側(cè)模板拆模→對拉螺桿焊接→保溫板粘貼→內(nèi)墻鋼筋綁扎→內(nèi)墻模板支設(shè)→內(nèi)墻混凝土澆筑→內(nèi)墻模板拆除→外墻外側(cè)模板及支撐體系拆除[25]。
2.6裝配式建筑的拼裝接縫材料
裝配式建筑中拼裝接縫的處理是施工難點(diǎn)，結(jié)合工程應(yīng)用，采用可再分散乳膠粉、水泥、橡膠粉等制備的一種接縫膠泥，該膠泥滿足裝配式建筑中疊合板接縫材料對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、定伸粘結(jié)性及耐久性等指標(biāo)的要求[26]。試驗結(jié)果表明，可再分散乳膠粉的摻入 ，提高了膠泥的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和斷裂伸長率;橡膠粉的摻入提高了膠泥的斷裂伸長率，降低了成本，有利于膠泥的推廣應(yīng)用。彭佳慧等[27]可在分散乳膠粉摻量達(dá)到1.5%時，特細(xì)砂漿的粘接強(qiáng)度增加49%，抗裂強(qiáng)度增加84%，壓折比低達(dá)2.49。
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