新加坡混凝土預(yù)制技術(shù)的研究和開發(fā)

在過去的二十年間，預(yù)制混凝土建筑在新加坡的經(jīng)歷是極其成功的。認(rèn)識任何技術(shù)的進(jìn)步，都應(yīng)以其深厚的知識為底蘊(yùn)，因此，新加坡政府專門成立了一個(gè)預(yù)制技術(shù)研究和開發(fā)中心。其結(jié)果已給我們留下了印象深刻的范例，即如何以高素質(zhì)的研究和教育, 促進(jìn)有發(fā)展前途的技術(shù)。

建房發(fā)展局（HDB）是新加坡的公共住宅管理部門，是一個(gè)政府性的機(jī)構(gòu)，主管住宅業(yè)，并進(jìn)行自己的設(shè)計(jì)和施工管理。在八十年代初期，HDB 認(rèn)識到預(yù)制結(jié)構(gòu)是一種切實(shí)可行的建筑結(jié)構(gòu)。預(yù)制混凝土大大提高了公共建設(shè)的生產(chǎn)力，而且已變得日益重要。特別是近六年來，該行業(yè)已呈現(xiàn)出一種預(yù)制技術(shù)蓬勃發(fā)展的景象。據(jù) HDB 報(bào)道，預(yù)制混凝土在公共住宅建設(shè)中的市場份額已從 1996 年的 30%，增加到 2001年的 60%。

1994 年成立的 HDB 預(yù)制技術(shù)中心（PTC），在預(yù)制混凝土加工技術(shù)領(lǐng)域中，已開展了一系列的研究和開發(fā)課題。從其成立以來，中心的研究人員已從 1995 年的 10 人增加到2002 年的 30 人。在此階段，預(yù)制技術(shù)中心所屬的預(yù)制加工廠的生產(chǎn)力也取得了巨大的提高。先進(jìn)的模板技術(shù)，優(yōu)質(zhì)的材料，送輸和生產(chǎn)技術(shù)是這些預(yù)制加工廠基本的生產(chǎn)組成部分。在此期間，PTC 舉辦了大量的培訓(xùn)班和技術(shù)研討會(huì)。相關(guān)的行業(yè)學(xué)會(huì)傳授和交流研究成果、技術(shù)知識、和經(jīng)驗(yàn)，給建筑行業(yè)帶來了深遠(yuǎn)的影響。近七年來，PTC 在預(yù)制加工技術(shù)中的研究和開發(fā)，已使其成為聲譽(yù)卓著的研究機(jī)構(gòu)。而這些成績的取得，正是由于 PTC 一直努力推動(dòng)和強(qiáng)調(diào)這些技術(shù)的重要性及其深遠(yuǎn)的意義而得來。

PTC 開業(yè)三年后，由于這些技術(shù)的日益流行和推廣應(yīng)用，需進(jìn)一步擴(kuò)大其生產(chǎn)設(shè)施，以適應(yīng)更大規(guī)模的研究和開發(fā)。于是，PTC 擴(kuò)建了一個(gè)廠房，以迎接新加坡預(yù)制混凝土行業(yè)邁向新千年的征程。

擴(kuò)建廠于 2000 年九月竣工，總投資為 1500 萬新幣。該擴(kuò)建設(shè)施包括四層高的預(yù)制生產(chǎn)設(shè)施，120 人座位的大廳，兩間培訓(xùn)室和其他輔助辦公室。PTC 總占地面積 17000m2，其中使用面積為 21000m2。

推動(dòng)新技術(shù)訣竅的創(chuàng)新應(yīng)用

PTC 將自己的技術(shù)知識和專業(yè)技術(shù)移植到新工廠的建筑結(jié)構(gòu)中，并使其新工廠成為 100% 的預(yù)制建筑。所使用的預(yù)制混凝土構(gòu)件包括：結(jié)構(gòu)柱、梁、倒T型板類構(gòu)件、樓梯和建筑立面構(gòu)件。所設(shè)計(jì)的全部預(yù)制構(gòu)件均可以進(jìn)行無支撐施工。這種施工方法可以使不同專業(yè)工種，諸如機(jī)電分項(xiàng)工程的施工，在上部樓層土建施工時(shí)同步進(jìn)行，從而有助于縮短整個(gè)施工工期。假定所設(shè)計(jì)的建筑物，有 75% 以上是采用模數(shù)化的構(gòu)架和構(gòu)件，那么其可營建性分值可高達(dá) 90 分。2000年，新加坡建筑和施工管理部已采用可營建性分值，對新建筑的施工友好性進(jìn)行評估。對于理論上最高分值為 100 分而言，獲得 90 分，應(yīng)該是一個(gè)相當(dāng)高的得分了。

該新建筑的施工工期為九個(gè)月，而同類建筑采用其他施工方法的平均施工工期為 11～14 個(gè)月。該新建筑的造價(jià)為699 新幣/m2，工時(shí)為 1.2 人工·天/m2， 而其他施工方法的造價(jià)為 950～1200 新幣/m2。工時(shí)為 2.33人工· 天/m2。

物流和良好的工廠設(shè)計(jì)

采用這種新工廠設(shè)施，PTC 可生產(chǎn)高質(zhì)量的適用于工業(yè)和研究為目的的預(yù)制構(gòu)件。有若干個(gè)不同實(shí)驗(yàn)室，已被用來進(jìn)行預(yù)制結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)和優(yōu)化。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室配備了某些先進(jìn)測試設(shè)備，提供足尺結(jié)構(gòu)性能和合格性試驗(yàn)（測試）。還建立了工程材料試驗(yàn)室，對諸如混凝土立方體試塊和鋼筋進(jìn)行結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)。此外，還進(jìn)行混凝土基本原材料，諸如砂、集料和水泥的試驗(yàn)。預(yù)制生產(chǎn)試驗(yàn)室是一幢 4 層高的預(yù)制生產(chǎn)廠，它向我們展示了在可用土地奇缺的新加坡高效率使用土地的范例。采用“簡單的方法營建超過 4 層高的預(yù)制廠，解決了有限占地面積的問題。材料和構(gòu)件的運(yùn)輸采用 23臺高架式行吊和兩臺 10 噸門式吊機(jī)。高架式行吊安裝在 1～3層生產(chǎn)區(qū)，門式吊機(jī)安裝在第 4 層生產(chǎn)區(qū)。所有吊機(jī)都設(shè)置長吊索，可以把構(gòu)件吊到底屋進(jìn)行裝卸作業(yè)。這種吊機(jī)管理系統(tǒng)是首次在新加坡設(shè)計(jì)和使用的的，可防止不同層面吊運(yùn)作業(yè)時(shí)碰撞。電動(dòng)運(yùn)輸車、運(yùn)載能力達(dá) 15t，可方便地進(jìn)行構(gòu)件和生產(chǎn)材料的運(yùn)輸作業(yè)，底層是敞開式的生產(chǎn)區(qū)。

立掛間距12m，可直接進(jìn)行運(yùn)輸拖車的裝卸作業(yè)。為了節(jié)省空間，PTC 采用預(yù)拌混凝土，依賴其良好的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)，為其預(yù)制生產(chǎn)供料。機(jī)械化的混凝土送料系統(tǒng)只需要一個(gè)預(yù)拌混凝土的運(yùn)輸車卸料點(diǎn)，其他均為預(yù)制構(gòu)件裝車點(diǎn)。預(yù)拌混凝土先送進(jìn)輸送斗，然后將其提升至上層由液壓控制的 3m3的分配斗。分配斗中配有攪拌裝置，攪拌濕混凝土以防止混凝土的離析和凝結(jié)?；炷练峙涠房稍诟鞣N生產(chǎn)跨間橫向移動(dòng)，最后將預(yù)拌混凝土送至 1.5m3的澆筑斗，進(jìn)行混凝土的最終澆筑作業(yè)。

分配斗和澆筑斗均配備液壓控制的卸料閥門，進(jìn)行混凝土的卸料作業(yè)，取代了傳統(tǒng)的采用費(fèi)力的手工操作的機(jī)械杠桿式儲料斗。預(yù)制混凝土構(gòu)件均為某一施工或研究項(xiàng)目專門定制，因此，沒有庫存。在廠旁邊設(shè) 7000m2堆放場地，僅供存放等待運(yùn)至工地現(xiàn)場的構(gòu)件。

優(yōu)化生產(chǎn)的新穎澆筑技術(shù)

當(dāng)前 HDB 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門從事大量的研究和開發(fā)項(xiàng)目，生產(chǎn)新一代的預(yù)應(yīng)力板類構(gòu)件。這類構(gòu)件適用于成組立模垂直澆筑，與常用的水平澆筑相比，是一項(xiàng)新的研究成果。垂直澆筑的理念，產(chǎn)生于一種在單位生產(chǎn)面積 1m2內(nèi)更高的混凝土構(gòu)件生產(chǎn)方量（體積）。像新加坡這樣的國家，土地奇缺，工業(yè)用地相當(dāng)昂貴，節(jié)省空間的預(yù)制技術(shù)就更為重要了。

PTC 生產(chǎn)中心建成了一套 6 個(gè)模腔的生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力板類構(gòu)件的成組立模生產(chǎn)線，其長度 40m，高度 2.4m，適用于生產(chǎn)最大寬僅為 2.4m 的標(biāo)準(zhǔn)板類構(gòu)件。該套成組立模生產(chǎn)線可生產(chǎn)各種厚度和寬度的板類構(gòu)件，它每平方米生產(chǎn)面積的構(gòu)件產(chǎn)量為 1.8m2，而傳統(tǒng)的平模生產(chǎn)法，每平方米面積的構(gòu)件產(chǎn)量僅 0.5m2。在高峰生產(chǎn)時(shí)，每天一個(gè)生產(chǎn)周期。為了節(jié)省時(shí)間和成本，PTC 已將這種生產(chǎn)技術(shù)用于住宅建設(shè)項(xiàng)目。

MAP 微波快速生產(chǎn)法，一項(xiàng)革命性的預(yù)制混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)法

在一項(xiàng)與新加坡國立大學(xué)聯(lián)合后進(jìn)行的研究項(xiàng)目中，PTC 已開發(fā)成功一種新的預(yù)制混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)法。在常規(guī)的室溫養(yǎng)護(hù)下，波特蘭水泥混凝土安全起吊大約需要 1 天養(yǎng)護(hù)期。在混凝土中，使強(qiáng)度發(fā)展速度更快，就可大大促進(jìn)預(yù)制業(yè)在整個(gè)建筑業(yè)中的應(yīng)用。對于預(yù)制生產(chǎn)，在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)，總希望獲得更高的混凝土強(qiáng)度，從而縮短生產(chǎn)周期，并有效地提高模板的重復(fù)使用率。一種新的養(yǎng)護(hù)方法就是采用微波加熱。該方法的基本依椐是把內(nèi)部能量擴(kuò)散，并與電磁場中的分子，偶極子的激發(fā)相結(jié)合，從而達(dá)到快速均勻地加熱。與傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法相比，諸如蒸汽養(yǎng)護(hù)，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間較短，而且可提供更充分的早期強(qiáng)度。通過在 PTC 進(jìn)行的研究，現(xiàn)已證實(shí)采用微波養(yǎng)護(hù)的混凝土脫膜只需 4 小時(shí)，而傳統(tǒng)的常溫和蒸汽養(yǎng)護(hù)，脫膜時(shí)間分別為 20 小時(shí)和 10 小時(shí)?；诖搜芯拷Y(jié)果，PTC 已開發(fā)研制了第一個(gè)原型的工業(yè)研究微波爐。該微波爐與運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)一起運(yùn)輸預(yù)制構(gòu)件。在試驗(yàn)性的應(yīng)用中，PTC 已采用 MAP 來試驗(yàn)生產(chǎn)次結(jié)構(gòu)屋面板，這是 MPA 在全世界的第一個(gè)工業(yè)用戶。

改變傳統(tǒng)的預(yù)制結(jié)構(gòu)理念

為改善和提高預(yù)制構(gòu)件性能，PTC 已進(jìn)行了大量研究工作，其中包括把更多的專業(yè)融入預(yù)制加工過程，并把附加值產(chǎn)品提供給整個(gè)預(yù)制混凝土行業(yè)，使預(yù)制構(gòu)件盡可能完美。舉例來說，使每平方米墻體構(gòu)件平均價(jià)格達(dá)到 40～80 新元。通過把供水和供電系統(tǒng)電纜、管道完整地包含在墻體中，使混凝土墻體的價(jià)格翻倍，但又不增加生產(chǎn)面積。研究和開發(fā)為預(yù)制混凝土構(gòu)件提供了成功的美好前景。近期 HDB 和 PTC已展開的進(jìn)一步研究和開發(fā)計(jì)劃，包括在預(yù)制墻體構(gòu)件體系上涂特種涂料來降低熱傳輸；集成的建筑部件，諸如把窗兜融入預(yù)制過程；以及通過采用薄殼預(yù)制構(gòu)件，降低預(yù)制構(gòu)件重量。

HDB 已向全東南亞大陸輸出其技術(shù)知識和專業(yè)技術(shù)，并在亞洲的建筑市場，扮演著預(yù)制混凝土聯(lián)絡(luò)中心的角色。馬來西亞、菲律賓、越南、韓國、中國（特別是香港地區(qū)）等國，為未來預(yù)制技術(shù)的發(fā)展，提供了巨大的可能性。但是，這些國家現(xiàn)有的預(yù)制混凝土技術(shù)與新加坡相比還有差距。我們還更應(yīng)看到，不同國家間的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和經(jīng)驗(yàn)交流，有助于全球新技術(shù)的發(fā)展。將來，國際間的互助關(guān)系不僅是國家間的，而且還應(yīng)是大陸間的，這對于預(yù)制混凝土行業(yè)的有益之處就更大了。