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裝配式建筑與高強度石膏墻體新材料

作者: 本站 來源: 百度 時間:2018年04月22日

2016年9月30日,國務院辦公廳發布了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》,《意見》出臺后立即得到了全國各地的積極響應和推進,目前全國已經有三十多個省、市出臺了推動裝配式建筑發展的專門文件,制定了一系列的配套措施和要求。

總覽世界各國的裝配式建筑和墻體材料,有許多不同的種類和型式,但目前都存在不盡人意的地方。例如:水泥、礦渣基材的墻板,材質重、保溫差、成型時間長,生產水泥能耗高、污染重;高分子材質的墻板,易燃燒、易老化、易揮發、有氣味,制約其在裝配式建筑中的使用;各類金屬墻板、木制墻板,也存在易腐蝕、腐朽,耐火性差,能耗高的局限性。

唯有高強度石膏墻板質量輕、成型快,白色、中性、無氣味,節能、環保、保溫性能好,用途廣泛,便于機械化快速安裝,是全世界公認的綠色建材,極具發展前景,將逐步成為未來墻體的主導材料。

墻體基礎材料

石膏是裝配式建筑和墻板生產的基礎材料,但是目前,我國生產的石膏粉體材料,95%以上為β型建筑石膏粉,產品性能較差,適用領域有限,市場上主要用于紙面石膏板的生產,或作為一種輔助性的建筑材料,根本無法與水泥相比,將來不會有大的發展。

裝配式建筑主要使用各種類型的高強度石膏,其中包括:α型半水高強度石膏、Ⅱ型無水石膏、以及復合型高強度功能材料等,社會需求量將越來越大。

1.α型半水高強度石膏

高強度石膏是一大類綜合性能全面優于水泥的革命性新材料,它的抗壓性能比水泥高,并且同等標號的石膏,抗折強度比水泥高一倍以上。另外,石膏顏色白、重量輕、出材率高,能耗低、保溫性能好,使用特別方便,是工業發達國家普遍采用的環保、健康型、綠色新材料。

過去,我國雖有高強度石膏生產,但都是單一的半水α型高強度石膏,并且因其生產技術落后,成本高、周期長、產能小、產量少,無法滿足裝配式墻板應用的需要。

近年來,我國的α型半水高強度石膏生產技術,有了長足的發展,相繼推出的干法α型高強度石膏生產技術,單線生產能力已經可以達到100~500Kt/a;液相法α型超高強度石膏生產技術,單線生產能力也可以達到50~300Kt/a,國內外未見先例,這為高強度石膏墻板的生產和廣泛應用,創造了良好的保證條件,也為高強度石膏在墻體領域的廣泛應用奠定了基礎。

2.Ⅱ型無水石膏

Ⅱ型無水石膏的種類既包括天然石膏,也有人們煅燒加工的Ⅱ型無水石膏,它可以轉化為高強度石膏,這一點,在我國幾乎不為人所知,有價值的研究成果也很少。

采用專門的加工技術和配方,Ⅱ型無水石膏可以轉化為具有優越性能的新材料。它具有凝結時間長,軟化系數高,操作性、耐水性好、抗壓、抗折強度高的顯著特性,在許多領域的使用性能,遠遠優于半水α型高強度石膏,是一類潛力很大的新材料。

Ⅱ型無水石膏,特別適宜于加工制作砌筑砂漿、抹灰砂漿、自流平地板砂漿等預混干拌砂漿材料,軟化系數通常可以達到0.8以上,再施以必要的技術提高,即可接近水泥的性能。

施以快速轉化技術,Ⅱ型無水石膏也可以制作各類高強度石膏墻板、裝飾板、功能板、代木板等等。

3.復合型功能材料

Ⅱ型無水石膏與α型半水高強度石膏、甚至β型半水石膏采用不同的比例混合,再摻加不同比例的礦物材料、功能材料、化工材料,即可制成各類復合型高強度功能材料。

復合型高強度功能材料,可以廣泛用于各類墻板生產,也可以用作各類墻面、地面、天花板的涂覆、飾面材料。

嵌裝式墻體

嵌裝式墻體是采用嵌裝式高強度石膏墻板和砌筑石膏等,經過拼接、鑲嵌、粘合、抹(或貼)面等作業,干燥、固定后建成的墻體。

1.墻板型式與用途

嵌裝式高強度石膏墻板,采用400#以上的高強度石膏粉為主要原料,混合一定量的無害化工業廢渣、或稻殼、鋸末、竹屑、棉桿等農業廢料,采用科學配方,機械化連續成型的高強度石膏大板。產品寬度為1200mm,厚度在80~200mm間自由設定,長度一般為:2400~3600mm,可以根據樓盤的設計圖紙,區別各型不同的圍護結構和門窗型式,由計算機控制切割為標準墻板、異形墻板、窗臺板、過梁板等不同尺寸的制品。

嵌裝式墻板根據需要可以制作為不同型式的實心墻板、空心墻板、加氣墻板、加藥或保健墻板等不同制品,在工廠也可施以各種貼面和裝飾。干燥后分別包裝、標識,按商業要求運送到施工現場,再吊裝到各個樓層,拆分后,由施工機械按照設計編號依次嵌裝、粘合、固定墻體。

嵌裝式高強度石膏墻板,特別適宜于現代化高層樓盤的建設,適宜于機械化、標準化的安裝工序。施工速度快、效率高,質量均一性好。

2.基本生產工藝技術

嵌裝式墻板全自動機械化生產線,由中國礦業大學潞城石膏實驗基地配合江蘇第一工業設計院創新設計,國內外未見先例。

嵌裝式高強度石膏墻板生產線,采用高精度、固定式專業設備和連續澆注成型方法,根據建筑工程的實際需要,通過計算機設定,可以連續不間斷地出板并切割為任意寬度和長度的石膏大板、石膏條板、石膏過梁板、石膏保溫板或石膏砌塊,也可以根據用戶要求,加網、加筋、貼面、壓槽,生產高性能、多用途的石膏功能墻體板材。

嵌裝式高強度石膏墻板,制品橫斷面為長方形,厚度大于80mm的墻板,可以內置圓角方形孔;厚度小于80mm的墻板,一般為實心墻板,可以是石膏陶粒板、礦渣板、發泡板,也可以是分層澆注,中間為輕質的發泡保溫夾層。

3.墻板的性能與特點

(1)原料來源廣。嵌裝式高強度石膏墻板,可以使用天然石膏、脫硫石膏、磷石膏等各種石膏原料生產的高強度石膏粉為原料。

(2)自由調整切割尺寸。不但可以任意調整石膏板的厚度、寬度,長度和寬度都可以自由切割,可以滿足墻體工程對板材尺寸多樣化的要求;另外,板材縱、橫兩個方向的壓槽,也可以使現場裁切變得容易。

(3)力學性能好。通過布網、加筋等增強、增韌措施,不但可以滿足大跨度墻體對石膏板的強度要求,也可以提高墻體的穩定性、耐久性。

(4)熱能利用率高、熱能、電能消耗低。

(5)生產線計算機自動化控制,產品內在質量和外觀品質都好。

(6)可操作性強,施工速度快、施工質量好、經濟效益高。

隔斷式墻體

隔斷式墻體,是采用高強度石膏壓型板、連接件和粘結石膏等,經過拼接、鑲嵌、粘合、飾(或貼)面等作業組裝成的墻體,隔斷式墻體一般兼有書櫥、壁柜、衣箱、儲物間、花架、古董架等功能。

高強度石膏壓型板,無臭、無味,清潔、環保,具有強度高、不變形、無蟲蛀、無霉變,防火、阻燃,力學性能好等優良特性,是上好的隔斷式墻體材料。

1.高強度石膏壓型板

高強度石膏壓型板,它是以高強度石膏為主要膠凝材料,按照優選配方,分別添加多種功能材料、纖維增強材料、以及摻合料等,通過自動化的大型工業生產線,高質量、連續化生產的多用途無紙面石膏板材。

依據功能材料和摻合料的不同,石膏壓型板有纖維板、鋸末板、稻殼板、竹絲板、礦渣板等不同類型。

2.用途與使用方法

石膏壓型板,與紙面石膏板相比,節省了兩層成本較高、防火性能較差的護面紙,是制板行業的一種新產品,它性能良好、外觀漂亮,綜合性能十分優越,具有很高的抗沖擊力和力學性能,內部粘結牢固,具有突出的防潮、防水、防火、絕緣特性,綠色、環保、無毒害、不燃燒,還具有隔音、保溫、防火、防靜電、絕緣、防腐等特別優異的性能。

石膏壓型板不但可以制作隔斷式墻體,也是現代化建筑干粉刷貼面墻、保溫地面、吊頂天花板、壁掛消音板的優選材料;也可以用于防火隔斷、防火門,制作室內的家具、壁掛、工作臺等等,石膏壓型板保溫、隔音、平整度好,墻體工程質量高。

3.生產工藝技術

石膏壓型板的生產技術,是我國在消化吸收國外先進技術合理成分的基礎上,結合國內的先進生產技術和配方,創新發展的一項新技術。

石膏壓型板的主要生產原料主要為高強度石膏,它可以全部使用天然礦石生產,也可以全部或部分的利用工業副產石膏。

石膏壓型板的生產過程是:首先將石膏原料轉化為高強度石膏,再按照設計配方添加功能材料、摻合料、水和化學添加劑等,均勻混合后,配送到鋪裝機,順序完成壓型、養護、干燥、切邊、打磨、拋光、雕花、敷面等工序后,經檢驗合格,即成為產品。

根據板材的不同厚度,堆高800~1000mm成垛、包裝后,由叉車運輸到產品倉庫碼垛、編號、待銷。

4.產品質量要求

復合墻體

龍骨復合墻體是采用中間固定金屬或木龍骨,前后兩面固定石膏板建造的復合墻體。目前使用的石膏板主要為紙面石膏板,無紙面石膏板使用的還很少,但目前中高檔墻體建筑對無紙面石膏板的渴求十分迫切,隨著社會的進步和建設標準的提高,高強度無紙面石膏復合墻體的市場將越來越大。

1.紙面石膏板

眾所周知,紙面石膏板的生產原料都是β型建筑石膏粉,產品力學性能較低,制成的紙面石膏板已經大量用于龍骨復合墻板,一般的做法是,先在墻體中間安裝木龍骨或金屬龍骨,再將紙面石膏板固定于龍骨兩側,然后嵌縫,刮膩子,上涂料,做成墻體。

目前,由紙面石膏板和龍骨裝配的復合墻板,一般只用于要求不高的簡易隔斷墻,其主要原因是:

(1)紙面石膏板的力學性能較差,容易破碎穿洞,房間的安全性差;

(2)中間龍骨+二層紙面石膏板的復合墻體,隔聲性能達不到38db,不能滿足房間隔聲的要求;

(3)墻面的平整度等外觀質量較差;

(4)火災時,紙面石膏板護面紙會糊化冒煙,算不上防火材料;

(5)遇有潮濕環境,存在紙面脫落的隱患;

(6)相當多的紙面石膏板都是采用未經凈化處理的工業副產石膏為原料生產的制品,客觀上存在污染危害。

2.高強度無紙面石膏墻板

近年來,使用厚度20~25mm的高強度無紙面石膏板與龍骨復合建造的墻體備受青睞。這是因為,高強度無紙面石膏板與龍骨復合的墻體具有美觀的外形和更高的使用價值,造價不超過20%,卻完全避免了紙面石膏板與龍骨復合墻板的那些弊端,成為中高檔墻體的首選。

將來的高強度無紙面石膏板,會有許多不同的型式,目前,創新設計的主要有以下幾個類型:

(1)澆注式墻板

澆注式高強度石膏墻板,是采用400#以上的高強度石膏,復合摻加部分礦物材料、纖維材料、或經過處理的工農業廢渣、廢料,以及少量改性、增益材料,均勻制漿后澆注成型的墻體板材。

板材厚度一般為20~25mm,標準板型尺寸為1200×900mm;1500×900mm;表面有光潔型、花紋型之分,可以滿足不同的飾面要求。

澆注式高強度石膏墻板,特別適宜于建造高檔復合墻體,也可以作為地板、裝飾板使用,添加特別材料,也可以用作防水板、防火板、防磁、絕緣板……

采用不同的澆注型式,可以建設年生產能力為50~500 Km2/a的加工生產線。

(2)切割型墻板

切割型高強度石膏墻板,它可以采用400#以上的α型高強度石膏,也可以采用特制的Ⅱ型無水石膏,復合摻加部分礦物級配、色配粒料,纖維材料,以及少量防水、保健、色素、加香材料,均勻制漿后,先澆注成型為巨型的塊體材料,待硬化定型后,再按設定厚度切割成為要求的墻體板材,根據需要也可以進行后期的研磨、拋光或雕花。

板材厚度一般為15~50mm,可以按照設定厚度,自由切割;板型尺寸一般為長度600~3600mm;寬度80~1200mm。表面有磨光、不磨光之分,滿足不同的飾面要求。

切割型高強度石膏墻板,一般類似于彩色水磨石,它可以制作的色彩斑斕,特別適用于建筑物的窗臺板、過梁下免飾墊板,門洞、窗洞的裝飾板、套板,以及電梯井、電纜井的飾面板,當然,也可以用于墻板、地板、天花板。

采用不同的澆注型式,可以建設年生產能力為10~100 Km2/a的加工生產線。

(3)連續成型墻板

連續成型高強度無紙面石膏板,有單層、多層之分,單層加網的石膏板,生產工藝比較簡單,但石膏板容易撓曲形變,影響使用效果;多層加筋夾層的高強度石膏板工藝比較復雜,但石膏板質量輕、不易變形,使用效果好。

板材厚度一般為10~50mm,可以按照設定厚度自由調整;板型寬度900~1200mm;長度2400~3600mm,按設定切割。板材表面有光潔、壓花之分。

連續成型高強度石膏板,單層的主要用于建筑物的墻板、裝飾板;家筋夾層的高檔板還可以用作隔斷板、家具板、防火門、通風管道等。

采用不同的生產線設備,年生產能力可以達到5~30 Mm2/a。

現澆墻體

現澆墻體一般都需要現場安裝、或移動模箱,掛網、拉鋼索,或安裝打印機器,因此現澆墻體也屬于裝配式墻體的一個類型。

現澆墻體一般是指使用各類復合型高強度石膏功能材料為主要原料,在施工現場加水配制漿料、泵送到工作面,通過模箱澆注、掛網噴涂、機械打印、面層整飾等現場作業,直接成型建筑墻體的施工技術。

現澆墻體具有機械化、自動化、連續化程度高,施工速度快,墻體結構性好,不易變形、開裂,可靠性、耐久性好,建造成本低、投資效益好等許多優點,一定會成為未來墻體建筑的主要形式。

1.模箱式

模箱式現澆墻體,根據模箱的不同類型,有以下幾種不同型式:

(1)可拆卸拼裝模板:它是采用平整、堅實、不粘結模板封閉成箱,再將二側可靠固定,注入石膏料漿、快速成型石膏墻體,然后拆除模具,再涂飾、整理墻面的施工方法。

這種施工方法的優點是同一模具可用于不同的墻體施工,模具占用量少,投資費用較少;缺點是模具安裝、拆卸、清理的工作量大,墻面的后整理工作量也比較大,人工成本高。

(2)永久模板:它采用10~15mm高強度無紙面石膏板作為永久模板,毛面向內、飾面向外,使用粘結石膏勾縫,封閉成箱,再將墻板二側可靠支撐、固定,注入石膏料漿后成型石膏墻體,墻體與石膏模具板硬化為一體,無需拆除模板,模板即為永久墻面。

永久模板的優點是不需要拆卸、清理模板,墻面的后整理工作量也大大減少,人工成本低;缺點是需要增加石膏模板的投資費用。

(3)移動式模板:顧名思義,移動式模板是根據墻體結構尺寸專業設計的整體式模箱,下部帶有萬向輥輪可以移動或定位。

移動式模板有單面、雙面之分,雙面模板實際就是移動式模箱,模箱可以根據需要調整高低、寬窄和厚薄,模箱可以預留門洞、窗洞,安置纜線、水管、電位盒等,模板采用剛性、不粘結材料制造,模箱四周與墻面、柱面貼合,防止澆注時跑漿、漏漿。

移動式模板優點是不需要人工反復的安裝、拆卸、清理模具,人工成本低,勞動強度小。缺點是模具投資較高。

2.噴涂式

噴涂式現澆墻體,也有以下幾種不同型式:

(1)掛網噴涂。它是先在待施工墻洞懸掛并固定金屬、或高分子壁網材料,噴涂界面材料后,再噴涂抹灰石膏砂漿,二面抹平后筑成墻體。

根據不同的保溫、隔聲需要,可以采取一層網、二面噴涂,或二層網、單面噴涂的不同形式。

(2)鋼懸索噴涂。對于抗震要求高、或空間較大的墻面,可以先在待施工墻洞張緊鋼懸索,再鋪設壁網材料,然后噴涂成墻。

(3)夾心噴涂。它是先在待施工墻洞布置并固定泡沫板等輕質板材,也可以使用空心紙管、塑料管,涂覆界面材料后,再噴涂抹灰石膏砂漿,前后二面抹平后即成夾心(或空心)現澆墻體。

3.打印式

打印式現澆墻體,是近年興起的施工新技術。它就像燕子壘窩,蜜蜂筑巢,也類似于現在的高架橋施工,施以漿體材料,不斷的注入、不斷的凝結,在連續不斷的漸變過程中,長大成墻。

眾所周知,高強度石膏,特別是α型半水高強度石膏,具有凝結很快的自然特性,并且石膏本身硬度低,對設備、尤其是打印頭的磨損很低,特別適宜于打印式注漿施工現澆墻體。

打印現澆墻體比較簡單,若用于整個建筑的3D打印,就要復雜一些,它需要配合多種材料、多種配方,采用不同的打印、輸送方式,需要一定規模的設備,才能較好的完成,但距實現之日已經不遠。

展望

近年來,國家出臺了一系列政策,大力推進裝配式建筑發展。石膏墻體材料可謂用于裝配式建筑中新型墻材的最佳選擇,這是前行的工業發達國家,傳遞給我們的寶貴經驗。我們應當吸收其經驗教訓,促進石膏墻體新材和裝配式建筑向前發展。

裝配式建筑與石膏墻體材料,涉及建筑、建材、機械、電器、化工環保等許多個領域,是一個宏大的系統工程,需要多個行業專業人士的協作配合和不斷創新,才能真正實現國家的進步和產業的健康發展。

裝配式建筑的積極推進,對建筑材料提出了新要求,推動了墻體材料的變革。其中,石膏墻體新材料優勢顯著,已在多國裝配式建筑上得到應用,近年來,在我國也得到了相當的關注與發展。本文作者長期從事現代化建筑和高強度石膏墻體新材料的研究,文章簡要介紹了各類生產原料的類型、作用和要求,系統地闡述了裝配式建筑和高強度石膏新型墻體材料的不同種類、作用、及其生產技術,其中:大型嵌裝墻板、壓型隔斷墻板、澆注式墻板、切割型墻板、以及連續成型墻板等,具有世界領先水平和很高的技術含量,各類澆注式墻體也會有廣泛的應用,裝配式建筑和高強度石膏墻體材料具有廣闊的市場前景和較高的投資效益,值得行業內有關的企業或個人關注,也供業內人士參考、批評。

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