一种新型装配式混凝土结构体系构件生产工艺研究*

国贤发，付素娟，徐井良，吴 磊

(1.河北建研科技有限公司，河北 石家庄 050020;2.河北省建筑科学研究院，河北 石家庄 050020)

0 引言

随着我国经济的发展，建筑业和其他行业一样都在进行工业化技术改造，预制装配式混凝土建筑焕发新的生机。目前，国内许多高质量要求的建筑已选用装配式混凝土结构体系，并取得良好效果［1］。装配式混凝土建筑体系不同于传统混凝土建筑体系，该建筑体系是将梁、板、柱、墙板等构件从施工现场浇筑转换到工厂内进行批量生产，将预制构件运输到现场经装配而成的建筑，是一种新型、节能、环保、高效的建筑模式［2］。该建筑体系很大程度提高了工程质量、加快施工速度、减少了建筑垃圾［3］。

基于国内现有装配式混凝土建筑体系，河北省建筑科学研究院自主研发了“整体装配式混凝土异形构件建筑体系”(简称WSPC建筑体系)。WSPC建筑体系为全装配式混凝土框架结构体系，由异形柱、异形叠合梁、整间免装修复合保温异形外墙板和整间内墙板共同受力，形成框架墙板结构。梁、柱、墙、板等主要结构构件在工厂内预制生产，施工现场进行简单拼装即可完成，最大限度减少现场湿作业和现场模具的使用量。

1 WSPC建筑体系介绍

“绿色民居整体装配式混凝土结构示范工程”位于河北省建筑科学研究院院内，采用WSPC建筑体系建造，该工程为全装配式混凝土框架结构，地上3层，总建筑面积372.19m2，该工程节能率达76%，主体预制率达77%，装配率为100%。其主要用于科研办公和技术展示，该工程立面效果如图1所示。

图1 工程立面

1.1 WSPC建筑体系主要预制构件

WSPC建筑体系使民居建设更加环保、节能、工业化，体系采用异形柱、异形叠合梁形成框架结构，外围护结构为预制自带保温整间免装修墙板。WSPC建筑体系中预制构件包含预制整间免装修墙板、预制异形叠合梁、预制异形柱、预制叠合板、预制楼梯(见图2)。

1.2 预制构件特点及连接方式

1)预制外墙板 整间免装修复合保温异形外墙板集装饰、保温、维护于一体，在梁、柱位置伸出翼缘，防热桥设计，墙角无结露现象。在工厂内实现整间预制生产，施工现场实现整间吊装，与梁、柱采用栓焊连接方式快速连接。该墙板能够承担部分侧向力作用，有效降低框架材料用量。

图2 预制构件

2)预制整间内墙板 采用整间预制形式，墙板内预埋铺设线管，预留门窗洞口，提高生产效率。墙体内空心或夹心，隔声效果好，墙体表面平整度高，无需现场抹面工序。

3)预制异形叠合梁 预制异形叠合梁主要形式有L形、T形、十字形和I形。梁构件有核心区和叠合区，核心区为梁与柱交汇处，核心区预留孔洞满足层间柱甩筋要求。叠合区通过预留键槽增强与楼板后浇连接质量。层间梁之间通过全灌浆套筒和后浇节点实现连接。根据建筑形式和位置采用不同形式叠合梁。梁与墙体同厚，无外露棱角，美观大方。

4)预制异形柱 预制异形柱主要形式有L形、十字形和I形。层间柱之间通过半灌浆套筒连接。根据建筑形式和位置采用不同形式柱。柱与墙体同厚，无棱角，布局灵活美观。

5)其他预制构件 叠合楼板、预制楼梯、预制梯梁等此类构件较为常规，工厂内预制能够提高构件质量和施工速度。

1.3 WSPC建筑体系特点

WSPC建筑体系适用于地震烈度为8度及8度以下低多层民用建筑，所有构件均在工厂内预制，能够保证构件质量，受力性能好，提高建筑安全性。WSPC建筑体系主要有以下特点。

1)根据预制构件特点采用不同连接方式保证构件连接质量，连接更加稳定，提高建筑物抗震性能。

2)预制外墙板为整间墙板，提高施工效率，减少墙体拼缝数量，且无直接连通室内和室外的竖向通缝，建筑防水更易保障，同时预制外墙板采用外装修、保温、结构一体化技术，减少二次施工程序。

3)预制外墙采用夹心保温设计和梁柱通过粘贴真空板隔断热桥，使建筑节能满足设计和规范要求，降低能源损耗。

4)预制内墙为整间免装修夹心或空心墙板，免除抹灰工序且有较好隔声效果，减少拼缝数量，提高施工效率。

5)室内无外露线管，根据设计要求在预制构件内敷设电气管线，实现电气管线与结构集成化，使室内更加美观。

6)预制柱、预制异形叠合梁均与预制墙板同厚，室内无明梁、明柱，构件之间采用不同连接方式隐蔽连接，使室内布局更加灵活，提高居住舒适度。

2 预制构件生产工艺

WSPC建筑体系对预制构件质量有较高要求，预制构件生产过程中每个环节均应符合相关规范要求。基于该工程中预制构件生产经验，预制构件生产流程可概括为:①模具拼装;②模具清理和涂刷脱模剂;③钢筋骨架绑扎安装;④预埋件安装;⑤浇筑混凝土;⑥混凝土抹面;⑦拆模、堆放、养护。根据构件形式、加工工艺、选材等特点分析，预制外墙板生产工艺最为复杂，本文以预制外墙板为例介绍整个预制过程。对其余构件预制过程中不同之处做简要说明。预制外墙板生产工艺如图3所示。

图3 预制墙板生产工艺

2.1 模具拼装和涂刷脱模剂

清理模台和模具，接触面不应有废料、划痕、锈渍等。模具拼装前，对模具平整度、几何尺寸、质量等进行复检，应满足设计要求。模具拼装时，利用卷尺测量侧模长度和宽度，为防止模具偏扭需进行对角方正校正。侧模之间通过螺栓固定，侧模与模台采用磁铁盒或C形卡固定，侧模与模台组装后必须在同一平面。模具固定完成后对拼缝缝隙、方正、牢固等进行验收。

本项目采用环保无毒的油性脱模剂，油性脱模剂对模具及构件均无损害且不影响构件后期处理。脱模剂要求均匀涂刷，达到见光不见油的效果。

2.2 铺下层钢丝网片和绑扎桁架钢筋

本项目采用cp3@50×50镀锌钢丝网片满铺，首先按梅花状布置保护层垫块，放置钢丝网片，调整好网片间距进行绑扎，严格控制绑扎间距(每隔150mm绑扎1道)。门窗洞口布置6通长加强钢筋，与钢丝网片绑扎。

预制墙板自带保温，聚苯保温板在墙板中部，为增强两侧混凝土拉结力、提高墙板抗弯能力每间隔600mm布置1道桁架钢筋，制作完成的桁架钢筋应满足尺寸要求，严禁再次割断(见图4)。

图4 下层钢丝网片铺设

2.3 预埋件安装

1)为墙板脱模和起吊运输，水平吊钉为4个M20高强螺栓，与桁架钢筋焊接连接，并布置46加强钢筋以防止吊钉脱落或混凝土开裂。

2)现场拼装应设置竖向起吊点，竖向吊钉根据墙板自重选择规格，吊钉与桁架钢筋焊接连接，同时布置1个采用10钢筋焊接而成的宽350mm、长550mm的钢筋笼，以保证构件安全吊装。

3)预制墙板与梁柱连接采用干连接，通过栓焊连接固定，根据设计要求墙体周边布置M16高强螺栓。

4)线盒和线管根据设计图纸确定位置、规格、数量，为防止混凝土进入线盒，线盒内部填充聚苯保温板并在线盒外侧缠胶带，将线盒和线管与钢丝网片绑扎固定。

2.4 下层混凝土浇筑

对模具、钢筋、预埋件位置和形式进行复检，符合设计要求后准备混凝土浇筑工作。下层混凝土浇筑对平整度及混凝土厚度要求较高，本项目采用C20自流平细石混凝土，自流平混凝土能够保证模具下侧或边角部位混凝土的密实度且较易保证下层混凝土浇筑厚度为50mm。通过米尺进行多点测量保证浇筑面平整度和厚度。

2.5 铺设聚苯保温板

聚苯保温板传热系数、孔隙率及密度等因素应符合相关规范规定。为增加混凝土与聚苯保温板之间拉结力，本项目选用锯齿面聚苯保温板。根据DB13(J)185—2015《居住建筑节能设计标准(节能75%)》的规定，外墙选用190mm厚聚苯保温板，保温板紧密相贴，桁架钢筋处预留100mm宽空隙用以浇筑聚苯颗粒保温砂浆。门窗洞口处每隔450mm处放置1块50mm×80mm×120mm防腐木块，用以固定门窗框(见图5)。

图5 聚苯保温板铺设

2.6 浇筑聚苯保温砂浆

保温板的密实程度直接决定建筑节能效率，为避免出现热桥，在桁架钢筋位置浇筑聚苯保温砂浆。聚苯保温砂浆由胶粉聚苯颗粒(200L)、胶粉料(25kg)和水(25kg)配制而成。浇筑聚苯保温砂浆时应使桁架钢筋上弦钢筋外露，以保证上层钢丝网片与桁架钢筋能够顺利绑扎。吊钉位置不得浇筑聚苯保温砂浆，以保证构件安全起吊。

2.7 铺设上层钢丝网片

上层钢丝网片铺设要求同下层钢丝网片的铺设。

2.8 浇筑上层混凝土和构件养护

对聚苯保温板的铺设、聚苯保温砂浆的浇筑、钢丝网片的铺设、线管预留等进行验收，验收合格后浇筑上层混凝土。浇筑混凝土时为避免混凝土浪费或缺少现象，浇筑的同时采用刮杠找初平。混凝土达到初凝状态后进行收面压光，覆盖薄膜养护防止出现裂缝。混凝土达到一定强度后浇水养护(见图6)。

图6 预制构件浇筑和养护

预制内墙板、预制柱、预制叠合梁、预制叠合板、预制楼梯，其预制生产过程与预制外墙板在模具支护、浇筑方式、材料规格等有所不同，区别如下。

1)预制内墙板 预制内墙板总厚度为200mm，采用100mm厚聚苯保温板。

2)预制异形柱 预制异形柱纵筋均应套丝，保证钢筋两端平整，将半灌浆套筒安装完毕后进行绑扎和注浆安装管;钢筋固定时保证柱底半灌浆套筒安装正确并用固定器紧密固定(见图7)。

图7 柱钢筋固定

3)预制异形叠合梁 异形叠合梁模具拼装较为复杂，核心区由多个模具共同组合而成，在拼装过程中应采用水平尺或施工线保证模具在同一水平线，同时利用卷尺控制模具间距;浇筑混凝土时，核心区预留管易发生移动，应对预留管下部和上部进行固定;根据设计要求确定梁端部甩筋长度;叠合部位和梁端预留键槽并做凿毛处理，以满足现场二次浇筑要求。

4)预制叠合板 预制叠合板浇筑完成后及时覆盖薄膜养护，混凝土初凝后做拉毛处理并清除灰渣。

5)预制楼梯 由于楼梯造型的特殊性，为保证浇筑质量，楼梯采用立模进行浇筑(见图8)。

图8 预制楼梯

3 预制构件生产过程中质量验收

装配式混凝土建筑现场拼装能否顺利完成，其关键在于所生产的构件质量是否合格。预制构件生产过程中对隐蔽工程的验收和生产完成后对构件质量的验收尤为重要，预制构件生产过程中制作允许偏差及构件质量应符合GB/T51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》的规定。

3.1 隐蔽工程验收

预制构件混凝土浇筑前应对隐蔽工程进行验收并填写验收记录，预制构件应全数检查，具体验收内容如下。

1)进场钢筋应有合格证和试验报告，钢筋表面不得有横向裂纹、结疤和折痕。钢筋下料应严格按照设计要求制作，制作过程中应当定期、定量检查。

2)预制柱和预制梁纵向套丝钢筋必须保证钢筋两端平整，套丝长度、丝距及角度必须严格按照设计要求，纵向钢筋套丝应符合规范要求。

3)钢筋绑扎过程中，对尺寸、弯折角度不符合设计要求的钢筋不得绑扎。

4)模具拼装前应对模具全数检查，不得存有铁锈、油污及混凝土残渣，对于存在变形超过规定要求的模具一律不得使用，拼装完成后检查模具拼缝及方正对角，使用过程中模具应定期检查并填写检查记录。

5)预埋件材料和品种应按照设计要求进行制作，进场时应提供合格证，对产品的外观、尺寸、强度等进行检验。预埋件安装应严格按照设计要求定位，制作安装后应对所有预埋件尺寸进行验收，填写验收记录。

6)混凝土浇筑前应对模具、钢筋、钢筋骨架、钢丝网片、连接套筒、聚苯保温板、预埋件、吊具、预留孔洞、预埋线管等进行验收并填写验收记录。

3.2 构件质量验收

构件拆除模具后应及时对构件外观质量进行全数验收并填写验收报告，具体验收内容如下。

1)根据设计要求对预制构件的外观尺寸进行校核，包括宽度、高度、厚度和对角。

2)检查预制构件外观质量，根据设计和规范要求对存有质量问题的构件区分为一般缺陷和严重缺陷，并及时商讨处理方案。

3)对预制构件预留钢筋的数量、直径及间距进行检查;对预制构件灌浆套筒的数量、质量进行检查，避免水泥浆封堵。

4)根据设计要求检查预埋件数量、形式、位置，检查预留孔洞位置、形式和允许偏差。

4 结语

本文对WSPC建筑体系中预制构件特点、构件连接方式、体系特点进行说明，介绍预制构件生产工艺流程和其他预制构件生产工艺不同之处，最后对预制构件生产过程中的隐蔽工程和预制构件质量的验收进行介绍。该建筑体系主要应用于低多层建筑，生产效率高、施工速度快、资源浪费少、节约能源，符合国家节能、低碳、节约经济的发展要求。由于装配式混凝土建筑在国内起步较晚，相关技术体系、规程、规范尚不够完善和成熟。通过对该建筑体系预制构件生产工艺的研究，以期为我国装配式混凝土建筑的发展提供参考。

参考文献:

［1］王晓锋，蒋勤俭，赵勇.装配式混凝土结构施工验收的主要规范规定解析［J］.施工技术，2014，43(22):1-4，25.

［2］王东锋，尹硕，李浩.预制装配式混凝土结构厂房施工关键技术［J］.城市住宅，2015(4):100-105.

［3］陈子康，周云，张季超，等.装配式混凝土框架结构的研究与应用［J］.工程抗震与加固改造，2012，34(4):1-11.

［4］绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料:GB/T10801.2—2002［S］.北京:中国标准出版社，2002.

［5］混凝土结构工程施工质量验收规范:GB50204—2015［S］.北京:中国建筑工业出版社，2015.

［6］河北北方绿野居住环境发展有限公司.居住建筑节能设计标准(节能75%):DB13(J)185—2015［S］.2015.

［7］装配式混凝土建筑技术标准:GB/T51231—2016［S］.北京:中国建筑工业出版社，2016.