裝配式建筑預(yù)制混凝土構(gòu)件關(guān)鍵技術(shù)研究

摘? 要：對(duì)于裝配式建筑來說，在設(shè)計(jì)無誤的情況下，構(gòu)件質(zhì)量的最相關(guān)因素與環(huán)節(jié)就是構(gòu)件的預(yù)制。對(duì)于不同地區(qū)而言，由于其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等要素的差異，各地需要針對(duì)自身實(shí)際情況形成適合本地區(qū)的裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)的規(guī)程。本文針對(duì)將對(duì)預(yù)制混凝土構(gòu)件主要關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究分析，從工廠化生產(chǎn)的條件、構(gòu)件生產(chǎn)流程入手，對(duì)主要關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的研究，相關(guān)研究可以為裝配式建筑的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供有益的經(jīng)驗(yàn)借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：裝配;設(shè)計(jì);構(gòu)件;技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU37? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1裝配式建筑構(gòu)件的工廠化條件

建筑裝配領(lǐng)域的量化生產(chǎn)是建筑裝配的必要條件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)建筑裝配的必要流程為工廠進(jìn)行統(tǒng)一的大規(guī)模構(gòu)件生產(chǎn)，隨后通過獨(dú)立運(yùn)輸或集中運(yùn)輸將生產(chǎn)構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配施工。為達(dá)到建筑構(gòu)建裝配化的預(yù)期，預(yù)制工廠方面需要進(jìn)行詳細(xì)嚴(yán)密的前期準(zhǔn)備工作，這一過程包括對(duì)于構(gòu)件圖紙的精量化設(shè)計(jì)與構(gòu)件建模、構(gòu)件的高精度批量生產(chǎn)、構(gòu)件的成本核算等，其中最為關(guān)鍵也是工廠預(yù)制對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)澆筑的優(yōu)勢(shì)部分，就是對(duì)于構(gòu)件的建模與高精度生產(chǎn)，工廠預(yù)制優(yōu)勢(shì)綜合考慮有如下幾點(diǎn)：（1）預(yù)制工廠的設(shè)計(jì)具有很高的精度。（2）預(yù)制工廠的生產(chǎn)均有很好質(zhì)量與很高的效率。（3）預(yù)制工廠的先進(jìn)設(shè)備流水線生產(chǎn)可以最高程度的避免惡劣環(huán)境的影響。（4）工廠可以生產(chǎn)一些現(xiàn)場(chǎng)澆筑無法生產(chǎn)的構(gòu)件，例如需要活性粉末混凝土。（5）工廠施工可以通過先進(jìn)工藝最大程度地保護(hù)施工人員的安全與健康。

但與此同時(shí)，現(xiàn)階段預(yù)制構(gòu)件也有其無法克服的缺點(diǎn)：（1）工廠預(yù)制到交付使用之間存在一段運(yùn)輸時(shí)期，延緩施工效率。（2）預(yù)制的生產(chǎn)方式難以及時(shí)滿足客戶靈活多變的要求。（3）構(gòu)件的多樣性功能難以得到保護(hù)。（4）當(dāng)預(yù)制構(gòu)件不符合施工現(xiàn)場(chǎng)的要求時(shí)，無法及時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。對(duì)于上述問題，即是構(gòu)件預(yù)制現(xiàn)階段的問題所在，也是構(gòu)件預(yù)制未來的發(fā)展方向。

構(gòu)建質(zhì)量與構(gòu)件的生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)工藝高度相關(guān)，此外還受加工場(chǎng)地的環(huán)境因素影響。首先，加工場(chǎng)地需要寬闊堅(jiān)實(shí)，地面不能有大量起伏，其次，由于工藝需求場(chǎng)地需要較好的排水渠道，從而保證構(gòu)件不受環(huán)境影響產(chǎn)生形變。此外，實(shí)現(xiàn)高精度要求加工設(shè)備與加工環(huán)境的表面保持平整，以保證構(gòu)件加工時(shí)受力均勻，環(huán)境的濕度與整潔度也是保障構(gòu)建質(zhì)量的重要因素，這是由于上述兩點(diǎn)因素也會(huì)影響構(gòu)件加工的受力情況，從而影響加工質(zhì)量，因此預(yù)制工廠在進(jìn)行加工作業(yè)前，需要對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行潤(rùn)濕處理降低粉塵，并鏟平凹凸部分，保持基底平整潔凈[1]。

2生產(chǎn)工藝流程

在完成了場(chǎng)地改造與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)等一系列前期準(zhǔn)備工作后，即可開始進(jìn)行對(duì)于建筑構(gòu)件的預(yù)制工程。對(duì)于裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)工藝而言，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)的發(fā)展與融合，逐步形成了一套完整的現(xiàn)代化預(yù)制生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于構(gòu)件的從生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)、加工到運(yùn)輸?shù)牧魉€生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，生產(chǎn)工藝的流程主要分為原材料加工與半成品精加工兩個(gè)主要部分，在原材料加工部分，主要的工藝流程包括磨具清洗、然后進(jìn)行對(duì)于數(shù)控設(shè)備的預(yù)先操作，即數(shù)控劃線與安放邊膜，隨后進(jìn)行對(duì)于原材料的預(yù)置，包括鋼板的安放與鋼筋的安放，隨后將半成品通過擺渡車等方式運(yùn)輸至精加工設(shè)備，進(jìn)行布料、振搗、剖平、預(yù)養(yǎng)護(hù)、抹光、拉毛等一系列處理，最終在養(yǎng)護(hù)室完成構(gòu)件出廠前的全部操作，最后脫模實(shí)現(xiàn)構(gòu)件產(chǎn)出。

3 生產(chǎn)工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 模具的技術(shù)要求

對(duì)于構(gòu)件質(zhì)量與構(gòu)件精度而言，影響程度最大的因素就是設(shè)備的操作精度與操作穩(wěn)定性，隨著數(shù)控領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，利用數(shù)控劃線機(jī)進(jìn)行劃線以取代人工測(cè)量與人工劃線，是行業(yè)發(fā)展的主要方向，我國對(duì)于建筑領(lǐng)域數(shù)控劃線的引導(dǎo)與布控可以追溯到上世紀(jì)八十年代，然后限制數(shù)控劃線普及的問題一直得不到有效解決，即生產(chǎn)設(shè)備由于傳送導(dǎo)致的模具偏差，這一問題的解決將實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)業(yè)化住宅又一大推動(dòng)力。

解決數(shù)控劃線問題后，接下來的流程涉及模具的設(shè)計(jì)安裝。模具的精度與抗形變能力是保證建筑構(gòu)件精度的關(guān)鍵，此外對(duì)于大型模具的組裝精度與完成度也將直接影響澆筑構(gòu)件的精度。對(duì)于裝配式混凝土建筑構(gòu)件的生產(chǎn)而言，其模具包括底模、內(nèi)、外側(cè)模、端模、窗口處的窗模以及調(diào)節(jié)和定位裝置等。模具的加工精度也與其加工工藝與加工環(huán)境有著直接聯(lián)系，在模具設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、開料、拼裝的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，要求最大誤差不得超過2mm，為保證模具精度，需要對(duì)其進(jìn)行反復(fù)測(cè)量。

保證模具尺寸精準(zhǔn)外，還要考慮混凝土建筑構(gòu)件澆筑工藝對(duì)于構(gòu)件精度的影響，不同的澆筑工藝有著不同的適用范圍，判斷澆筑工藝是否合理的主要判斷標(biāo)準(zhǔn)在于澆筑過程中是否會(huì)出現(xiàn)非同向內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致構(gòu)建出現(xiàn)細(xì)紋或裂縫，嚴(yán)重影響構(gòu)件質(zhì)量。

3.2 預(yù)埋件的設(shè)置及鋼筋安放

完成前期準(zhǔn)備工作后，需要進(jìn)行原材料的處理，包括預(yù)埋件的設(shè)置以及鋼筋的安放。預(yù)埋件的作用是為了使裝配式構(gòu)件的各部分能夠精準(zhǔn)地連接成型，同時(shí)預(yù)埋件的結(jié)構(gòu)能夠有效地減少后續(xù)加工對(duì)于原主體結(jié)構(gòu)的影響，預(yù)埋件是預(yù)置一系列設(shè)備的統(tǒng)稱，不同的預(yù)埋件具有不同的功能，同時(shí)也被放置不同的位置，即預(yù)埋件的位置與數(shù)量將直接影響構(gòu)件生產(chǎn)過程中的效率與建筑構(gòu)件的質(zhì)量

預(yù)埋件的放置需要考慮以下幾個(gè)方面：（1）一般工程的預(yù)埋件需要數(shù)量較多，因此要注意到預(yù)埋件之間的間距以及預(yù)埋件與振搗棒的距離，以保證預(yù)埋件的功能正常發(fā)揮。（2）預(yù)埋件的功能發(fā)揮與預(yù)埋件的放置位置有直接關(guān)系，因此需要根據(jù)預(yù)先設(shè)定的位置精確安裝，并進(jìn)行有效固定以防止預(yù)埋件發(fā)生移動(dòng)。（3）施工過程中的溫度變化會(huì)導(dǎo)致不同膨脹系數(shù)的物質(zhì)發(fā)生不同程度的形變，由于一般預(yù)埋件的膨脹系數(shù)遠(yuǎn)小于混凝土線的膨脹系數(shù)，因此預(yù)埋件的放置與需要考慮在承載負(fù)荷較大處進(jìn)行加固處理。根據(jù)上述分析，預(yù)制過程主要需要考慮定位、固定以及加固三方面，定位時(shí)應(yīng)考慮與模板的接觸面積，當(dāng)接觸面積較大時(shí)可以在表面放置螺栓或定位架進(jìn)行定位。

對(duì)于裝配式建筑用混凝土生產(chǎn)中的鋼筋安放而言，需要考慮鋼筋結(jié)構(gòu)、鋼筋材質(zhì)與組裝方式，預(yù)制裝配式混凝土?xí)r需要用到鋼筋骨架、鋼筋網(wǎng)片，鋼筋材料的剛性較大，因此主要注意對(duì)于鋼筋骨架制成的精度，精度主要涉及尺寸精度與放置精度，鋼筋的精準(zhǔn)放置與預(yù)埋件的精準(zhǔn)放置才能夠保證構(gòu)件的高精度生產(chǎn)。

3.3 混凝土的制備與澆筑

在建成并固定鋼筋支架后，需要進(jìn)行混凝土的制備與澆筑。運(yùn)輸過程會(huì)對(duì)于混凝土質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，即運(yùn)輸過程中會(huì)產(chǎn)生一定的耗損，因此需要在預(yù)制工廠直接將制備的混凝土進(jìn)行構(gòu)件的澆筑。在這一環(huán)節(jié)，影響裝配式構(gòu)件質(zhì)量的因素主要有：（1）成品的商品混凝土與預(yù)制工廠預(yù)制的混凝土在質(zhì)量上具有較大區(qū)別，優(yōu)先自行制備。（2）在制備過程中，預(yù)制工廠放置攪拌站應(yīng)采用單階式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)骨料與水泥的同時(shí)提升。（3）澆筑前與制成后都需要進(jìn)行嚴(yán)格的尺寸測(cè)量，并保證模板的質(zhì)量與精度，并注意模板材質(zhì)的型變系數(shù)。（4）澆筑時(shí)采用合適的攪拌振搗方式，具體方法按規(guī)范選取。（5）采用高精度傳感器檢測(cè)各部分的受力情況，以保證構(gòu)件生產(chǎn)中各結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，當(dāng)出現(xiàn)受力過大、位置偏移等問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。

3.4 構(gòu)件的脫模和養(yǎng)護(hù)

澆筑后的混凝土需要進(jìn)行脫模與養(yǎng)護(hù)處理，脫模與養(yǎng)護(hù)都將直接影響構(gòu)件的剛性與韌性，而這兩點(diǎn)直接影響構(gòu)件的抗形變能力，錯(cuò)誤的操作工藝還有可能導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)較大的裂縫與蜂窩麻面的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響構(gòu)件質(zhì)量與建筑安全性[2]。

為避免上述問題，需要做到：（1）將構(gòu)件與模具同時(shí)置入50.5℃的蒸汽環(huán)境內(nèi)養(yǎng)護(hù)兩個(gè)小時(shí)以上，使構(gòu)件適應(yīng)養(yǎng)護(hù)環(huán)境。（2）根據(jù)水泥占比調(diào)整蒸汽養(yǎng)護(hù)的時(shí)間。（3）養(yǎng)護(hù)時(shí)間精準(zhǔn)化控制，實(shí)現(xiàn)提高效率與節(jié)約能源。（4）養(yǎng)護(hù)與脫模工序應(yīng)當(dāng)銜接進(jìn)行，避免過長(zhǎng)間隔時(shí)間產(chǎn)生的負(fù)面影響。（5）進(jìn)行脫模起吊時(shí)，其強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)符合規(guī)范、設(shè)計(jì)要求。

4 駐廠監(jiān)理與產(chǎn)品檢驗(yàn)

4.1監(jiān)理

在PC結(jié)構(gòu)的安全性檢測(cè)中，預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件的檢測(cè)方式應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)性的性能測(cè)試，即構(gòu)件組裝完成后的整體測(cè)試，同時(shí)構(gòu)建的生產(chǎn)過程工藝規(guī)范度與構(gòu)件成品的測(cè)試具有相同重要的地位，進(jìn)行規(guī)范性的流程生產(chǎn)能夠有效地提高生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)穩(wěn)定性，能夠有效地減少廢品率[3]。根據(jù)事故結(jié)構(gòu)分析，大部分的工程事故與構(gòu)件質(zhì)量有著很大的關(guān)聯(lián)，從源頭入手提高構(gòu)建質(zhì)量是最有效的手段，采用駐廠監(jiān)理的形式是十分有意義的。

駐廠監(jiān)理的重要性還體現(xiàn)在對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)加工的監(jiān)督，對(duì)于該方面應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：（1）預(yù)制工廠需要配備專門的監(jiān)理隊(duì)伍與特定的監(jiān)理部門工作流程，以保障監(jiān)理流程的平穩(wěn)有效運(yùn)用。（2）加大對(duì)于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與審核過程的精細(xì)程度，保證施工階段圖紙的可靠性。（3）構(gòu)件的質(zhì)量除了設(shè)計(jì)的可靠性與設(shè)計(jì)工藝外，還與構(gòu)件的原材料有著十分密切的關(guān)系，必須提高對(duì)于原材料質(zhì)量的審核。（4）監(jiān)理工作需貫徹工程施工的全過程，并留有記錄進(jìn)行交底。（5）在驗(yàn)收工作階段需要充分收集工程各階段的施工情況，加強(qiáng)驗(yàn)收工作。（6）提高對(duì)于構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)工作。

裝配式建筑構(gòu)件工廠的監(jiān)理與驗(yàn)收具有十分重要的意義，是預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量保證的源頭環(huán)節(jié)，保證監(jiān)理工作取得收益的方法是落實(shí)監(jiān)理工作，這就要求監(jiān)理工作的規(guī)范化與程序化。

4.2產(chǎn)品檢驗(yàn)

在產(chǎn)品檢驗(yàn)階段，主要檢驗(yàn)的是設(shè)計(jì)圖的完成程度與構(gòu)件質(zhì)量，保證構(gòu)件質(zhì)量，必須嚴(yán)格把控產(chǎn)品檢驗(yàn)的環(huán)節(jié)。

對(duì)于產(chǎn)品檢驗(yàn)，需要注意以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)構(gòu)件外觀進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)的主要內(nèi)容是構(gòu)件表面是否存在露筋、裂縫、細(xì)紋、蜂窩麻面等。（2）對(duì)構(gòu)建尺寸進(jìn)行檢測(cè)，主要是將構(gòu)件的尺寸與圖紙相比較，合格標(biāo)準(zhǔn)即實(shí)際構(gòu)件的尺寸誤差符合規(guī)定誤差范圍，通常裝配式建筑預(yù)制混凝土構(gòu)件的尺寸需要進(jìn)行極其精確地測(cè)量，這就需要利用激光測(cè)距儀等精密儀器進(jìn)行尺寸測(cè)量以保證構(gòu)件符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。（3）對(duì)構(gòu)件中鋼筋配置的檢測(cè)，主要針對(duì)鋼筋的受力情況進(jìn)行科學(xué)分析，此外還需要觀察鋼筋受力時(shí)的形變現(xiàn)象，分析鋼筋有無損壞的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于成品也需要進(jìn)行無損檢測(cè)，滿足規(guī)范給定的要求范圍。（4）對(duì)于構(gòu)件耐久度的測(cè)試分析，主要是通過測(cè)量固件保護(hù)層的厚度進(jìn)行檢測(cè)，保護(hù)層的厚度與均勻程度直接影響著構(gòu)件整體的耐久度與實(shí)用度，測(cè)量時(shí)可采用鋼筋探測(cè)儀進(jìn)行探測(cè)。（5）對(duì)于預(yù)埋件及其焊接的檢測(cè)，主要是加測(cè)預(yù)埋件的分布是否合乎計(jì)劃、預(yù)埋件的焊接質(zhì)量是否達(dá)到要求，預(yù)埋件的焊接還有可能受到澆筑以及之后安裝過程造成的影響，因此需要反復(fù)檢查。（6）對(duì)構(gòu)件進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)性能測(cè)試，主要是模擬構(gòu)件的各種工作環(huán)境以測(cè)試構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能是否合乎要求，此測(cè)試還具有優(yōu)化構(gòu)件生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)水平的作用。

檢驗(yàn)環(huán)節(jié)是構(gòu)件生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，這一過程具有承上啟下的重要意義，即對(duì)本工程的檢驗(yàn)與反思，以及對(duì)下一期工程的積累與改進(jìn)。對(duì)于預(yù)制裝配式混凝土的生產(chǎn)而言，需要進(jìn)行全周期各個(gè)方面的技術(shù)探討，以保證構(gòu)件質(zhì)量取得更進(jìn)的突破。

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收稿日期：2021-08-02

作者簡(jiǎn)介：孟醒（1982—），男，遼寧沈陽人，本科，工程師，研究方向：工程技術(shù)。