大型预制混凝土复合外墙板技术研究与工程应用.pdf

第 4 3卷第 1 2期 2 0 1 2年 1 2月 Vo 1 4 3 No 1 2 De c 2 0 1 2 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 1 1 1 7 大型预制混凝土复合外墙板技术研究与工程应用 蒋勤俭 ，一 ，祁成财2 ，吕丽萍 ，常双九2 ，田 东2 ( 1 北京榆构有限公司 ， 1 0 0 0 7 0， 北京 ；2 北京预 制建 筑工程研 究院 有限公 司， 1 0 0 0 7 0 ， 北京 ) 摘 要 ： 某葡萄酒庄园的建筑外墙设计要求采用大型预制混凝 土复合墙板 ， 标准板宽2 m、 高9 m， 墙板 采用带 装饰线条的彩 色混凝土饰面 ， 外墙主 断面传热 系数K = 0 3 5 W ( m z K ) ， 墙板下部支撑在地梁上 ， 上部与钢结构主 体框架连接传递水平荷载。 通过开展针对性试验研究 ， 解决了大型墙板 的结构设计 、 彩色混凝土装饰、 保温性能 、 构件制作及施 工安装等技术难题 ， 保证了外墙 工程质量 ， 技术经济效果 良好。 关键词 ： 预制混凝土墙板 ； 大型复合墙板 ； 彩色混凝土 ； 安装 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 2 ) 1 2 1 l l 7 0 4 RES EARCH AND A1 P LI CATI oN OF HUGE COM BI NED PRECAS TCONCRETE WALL P ANE L I N P R0J ECT J I A N G Qi n - j i a n 。 ，Q I C h e n g - c a i ，L U L i - p i n g ，C H A N G S h u a n g - j i u ，T I A N D o n g ( 1 B e ij i n g Y u g o u C o ，L t d ，1 0 0 0 7 0 ， B e i j i n g ， C h i n a ；2 B e ij i n g P r e c a s t P r e s t r e s s e d C o n c r e t e I n s t i t u t e C o ， L t d ，1 0 0 0 7 0， B e ij i n g ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h e r e i s a g r a p e w i n e g a r d e n ， w h i c h s i t t e d t o n o r t h o f B e r i n g t h e w a l l w a g d e s i g n e d t o a c c e p t p r e c a s t c o n c r e t e p a n e l ，t h e s i z e o f wi d t h i s 2 m，9 m f o r h i g h ，t h e wall p an e l s ho u l d b e v e r y g o o d i n c o l o r an d t h e r m a l i n s u l a t i o n = 0 3 5 W m 2 K ) T h r o u g h t h e e f f o r t s o f s h o p d e s i g n e r s a n d e n g i n e e r s ， al l t h e d i ffic u l t i e s a b o u t s h o p d e s i g n ，c o l o rf u l c o n c r e t e ，p r o d u c t i o n a n d i n s t a l l a t i o n w e r e c o n q u e r e d T h e r e s u l t w a s s a t i s f a c t o ry b o t h i n t e c h n o l o g y a n d i n e c o n o mi c s Ke y wo r ds ：p r e c a s t c o n c r e t e wa l l p a n e l ；h u g e c o mb i n e d wa l l p a n e l ； c o l o u r f u l c o n c r e t e；i n s t all a t i o n 河北怀来某葡萄酒厂系单层钢结构工业建筑 ， 建 筑面积1 4 6 2 7 m ， 檐高1 1 1 5 0 m， 屋脊高1 5 8 1 7 m。外墙 采用 大型预 制混凝 土复合保温 板 ， 预 制外墙面 积为 9 5 0 0m ， 其 中彩色混凝土外墙4 4 8 0 m 2 ， 大型预 制混凝 土标准板 的尺寸为2 m x 9 m。 作为葡萄酒庄园的主体 ， 该建筑兼有酿酒 、 储酒 、 品酒 、 起居等功能 ， 对墙面 的设计要求较高 ， 外墙表面 要求采用彩色混凝土装饰效果 ， 部分板面带装饰线条 ， 设计要求混凝土墙体传热系数K= 0 3 5 W ( m K) 。 保温 性能要求较高。 1 深化设计 1 1建筑设 计 ( 1 )综合建筑的平立面参数 ， 充分考虑生产 、 运输 及安装的最大板块实施可行性和经济性要求 ，确定外 墙 立面分割的基本模数 ， 宽度方向为2m， 高度方向为 9 m， 高度超过9 m分为上下两块板。 ( 2 )外立面采用线条分割图案配咖啡色 、土黄色 和酒红色等三种彩色装饰混凝土饰面效果 ，背面和内 墙装饰采用在普通混凝土表面做涂料罩面处理 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 6 2 8 作者简介 ：蒋勤俭 ( 1 9 6 7 一 ) ， 男， 江苏 宿迁 人 ， 总工程师 ， 院长 ， 教授级 高 级工程师 e m a i l ： j q j b i p e i n e t ( 3 )采用内外两道材料密封防水做法。内侧无法 后打胶 的特殊部位用遇水膨胀防水 胶条代替密封 胶 ( 图 1 ) 。 I l ! Q l ( a) ( b ) 图1 预制板接缝构造示意 ( a )墙板水平缝构造 ； ( b )墙板垂直缝构造 ( 4 )为满足节能要求，设计采用标准厚度为1 2 0 m m的阻燃型挤塑聚苯 乙烯板( X P S ) 。为控制保温材料 制作时受压缩变形，选取压缩强度为1 5 0 2 5 0 k P a 的自 熄型X P S 板。保温板两面为钢筋混凝土板 ， 双层混凝土 板间用桁架钢筋连接形成“ 三明治” 墙板构造 。 经热工 计算及试验验证 ，复合墙体主断面传热系数K值可达 0 3 3 W ( m K) ， 节能保温满足设计要求。 ( 5 )混凝土墙板为三明治结构形式 ，尽管中间采 1 l l 8 建筑技术 第 4 3卷第 1 2期 用的挤塑聚苯板( X P S ) 为可燃材料 ， 但其 内外两层保 护板的混凝土最小厚度均为不小于6 0 m m，在接缝处 防水材料空腔中填充一定厚度的岩棉或玻璃棉作防火 封堵材料。 采用不燃材料填塞板缝处的薄弱环节 ， 可满 足外墙的耐火极限设计要求。 1 2结构设 计 结合本工程 的结构形式及抗震设防要求等 ，墙板 采用大型预制钢筋混凝土复合板 ，墙板与钢结构连接 按外墙挂板国家标准图规定 ，采用柔性可滑移节点连 接构造。 1 2 1墙 板设 计 由于墙板中间为1 2 0 m m厚保温材料 。 基本没有抵 抗应力的能力 ， 为满足墙板受力要求， 设计时两层混凝 土板间采用桁架钢筋连接方案 ，可实现内外层混凝土 共同工作 ， 提高复合板的承载力和刚度及变形性能。 经 计算确定墙板的设计参数如下：内外层混凝土层厚度 分别为9 0 mm H 6 0 mm，板中配( 牛 ) 1 0 1 5 0 钢筋网片 ， 混 凝土强度等级为C 4 5 ； 考虑到局部传力要求， 墙板内层 混凝土板在连接件位置均采取局部加厚的加强措施 。 1 2 2连接设 计 由于墙板 自重大 ， 若竖向荷载传递到钢结构上， 会 造成钢结构成本大幅增加。 经设计优化和论证 ， 本工程 墙板 的竖向荷载直接作用在混凝土地梁上 。墙板与地 梁间设2 0 m m高度调整缝 。每块墙板均采用2 块2 0 m m 厚氯丁橡胶垫块支座 ，墙板上下各有两个螺栓与钢结 构连接来承受水平荷载 。为满足温差变形及地震作用 可能产生的变形要求 ，在墙板螺栓与钢结构连接处设 置聚四氟乙烯滑移垫片 ( 图2 ) 。 保 图2 预 制板与地梁 、 钢梁连接构造 ( a )墙板 上端连接构造 ； ( b )墙板下端连接构造 1 2 3 吊装 设计 本工程 墙板 外形尺寸及 重量均 比普通墙板大得 多， 生产及安装时须进行施工验算 ， 合理设置吊环位置 和数量及吊装机具， 满足墙板脱模起吊、 安装时直立起 吊及空中翻转等工况的承载要求。结合墙板生产安装 工艺特点 ， 确定在每块板背面上、 中、 下部共设置8 个 吊 环 ， 并采用扁担式水平分配梁的专用吊具吊装方案 ( 图 3 ) 。 够 ( a ) ( b ) ( d1 图3 预 制板起 吊示意 ( a ) ( C )墙板 脱模起 吊； ( b ) ( d )墙板直立起吊 1 一 吊绳 ； 2 一 钢扁担 ； 3 一 吊环 ； 4 一 预 制板 ； 5 一 吊具 ； 6 一 定滑轮 2 试 验研 究 根据业主和建筑师的要求 ， 本工程需用咖啡色 、 土 黄色 、 酒红色等三种彩色混凝土作为外墙装饰 ， 咖啡色 及土黄色用于大型墙板面层， 强度等级为C 4 5 ； 酒红色 用于配套小型挂板表面装饰 ， 强度等级为C 3 0 。 2 1 原 材料 选择 通过对几种颜料性能的初步试验 。参考颜料使用 技术要求 ，采用普通水泥外加彩色颜料的配置方案可 满足彩色混凝土配制要求 ， 并有效降低成本 。 选用拜耳 乐合成氧化铁颜料 ， 该材料属无机染料 ， 与混凝土具有 良好的相容性。最终确定采用北京金隅P 04 2 5 水泥 、 北京本地永定河河床产碎卵石和中砂、 U NF _ 5 A S 准型 2 0 1 2年 1 2 月 蒋勤俭 ， 等 ： 大型预制混凝土复合外墙板技术研究与工程应用 1 1 l 9 聚羧酸高效减水剂。选定型号为4 1 2 0 ， 4 6 1 0 ， 4 3 3 0 3 ， 4 9 2 0 等颜料 ， 根据试配确定彩色混凝土样品。 2 2 彩色混凝土配合 比 本工程彩色混凝土按普通混凝土配合比设计规程 的要求进行，根据设计要求的混凝土强度确定配合比 后 ， 再按所需颜料外掺比例计算外掺颜料的重量 。 通过 多次试验调整 ，确定样板颜色和效果得到业主和设计 师认可 ， 最终确定彩色混凝土的配合比见表1 。 3 构件 生产技术 3 1 生产 工艺 本工程预 制混凝土墙板涉及不同类别混凝土与保 温材料复合技术 ， 结合墙板尺寸大 ， 平整度要求高的特 点 ， 采用平模反打工艺成型。工艺流程为 ： 模具组装 外层板钢筋网和桁架钢筋安装 面层 彩色混凝土浇 筑 彩色混凝土成型一铺装保温材料_ + 内层板钢筋和 预埋件入模 普通混凝土成型 ( 振捣棒 ) 及收光_ + 构件 养护 构件脱模、 修整_ + 表面处理一存放 。 3 2实施要点 3 2 1 模 具 组装 考虑便于改制的要求， 模具采用在通用钢底模上用 螺栓固定安装侧模的方式从大到小进行改制组装 ， 不 但可满足构件质量要求，且能较好满足钢模重复使用 1 0 0 次以上的节约成本要求。 3 2 2 钢 筋 与预埋 件 的制备 和 安装 本工程钢筋网片 、镀锌钢筋桁架及预埋件均由专 业厂家制作运至工厂组装入模。模具上方用吊杠固定 钢筋骨架控制混凝土保护层 ， 不但可保证质量 ， 还可避 免使用垫块造成 的混凝土表面缺陷。 3 2 - 3 面层彩 色混 凝 土浇 筑 墙板 的面层彩色混凝土厚6 0 mm，为保证密实性 和均匀性要求 ， 采用大型振动台均匀振捣 。 3 2 4 保温材料制备和安装 预先安排人员采用专用设备按图纸要求加工编号 后 ， 现场铺装方便快捷。 3 2 5 内层 混 凝 土 浇 筑 成 型 墙板 内层混凝土浇筑成型前应将内层钢筋网 、 吊 环及预埋件等固定 ， 均匀布料后用振捣棒振捣密实 ， 重 点控制预埋件及吊环部位的振捣质量。混凝土表面先 用木抹抹平 ， 待初凝后再用铁抹压光收面。 3 2 6构件养护 为节约工期和提高模板周转效率，用苫布覆盖并 采用蒸汽加热养护 。按升温速度为l 5 h 、 最高温度不 超过6 0 、出模时构件温度与大气气温差不超过2 0 的养护制度控制。 3 2 7构 件脱 模 由于构件尺寸较大其混凝土强度须达到设计强 度 的8 0 以上方可脱模起 吊， 采用8 点均匀受力的吊具 脱模。脱模后应在坚实平整的地面6 点支撑码放 ， 及时 检查外观质量缺陷并作必要的修整处理 。 3 2 8 表 面 处理 彩色混凝土原浆表面易出现水印 、返碱等颜色不 均匀现象 ， 出池后应采用细砂纸打磨混凝土表面 ， 晾干 后及时涂刷专用防水保护剂。保护剂的主要作用是阻 止水、灰尘或其他外界物质渗透到混凝土孔隙中污染 构件表面 ， 还可阻止混凝土内部的可溶性盐 c a ( o H ) 、 C a S O 等 随水分蒸发析 出到混凝土表面。 4 墙板 生产质 量控制措施 考虑到墙板生产时间为6 个 月， 且经历冬期 ， 彩色 混凝土是墙板生产过程中质量控制的重点。为此采取 如下质量控制措施。 4 1 彩色混凝土配制质量控制要点 ( 1 )严格控制混凝土原材料质量 ， 采用专门厂家 材料 ， 单独堆放 ， 并对骨料加覆盖 ， 以防污染。 ( 2 )彩色混凝土颜料的计量严格按规定用天平称 量控制误差 ， 颜料计量、 混合、 投放顺序由专人负责 ， 严 格把关 。 ( 3 )彩色混凝土采用专用搅拌机生产 ， 所有接触 混凝土的机具均应清洗干净 ， 避免混色 ， 严格控制搅拌 表1 彩色混凝土配合比 混凝土颜 色 土黄色 强度等级 C 4 5 水灰比 O _3 8 砂率 4 2 材料 种类 水泥 水 砂 石 减水剂 拜耳乐4 9 2 0 拜耳乐4 1 2 0 用量 ( k g m3 ) 4 6 1 1 7 5 7 5 3 1 O 4 1 6 1 1 5 2 4 O 1 混凝土颜 色 咖啡色 强度等级 C 4 5 水灰比 O - 3 8 砂率 4 2 材料种 类 水泥 水 砂 石 减水剂 拜耳乐4 6 1 0 拜耳乐4 3 3 0 3 用量 ( k g , 3 、 4 6 1 1 7 5 7 5 3 1 O 4 1 6 1 3 8 3 4 6 1 混凝土颜色 酒红色 强度等级 C 3 O 水灰比 O 5 2 砂率 4 3 材料种类 水泥 水 砂 石 减水剂 拜耳乐4 1 2 0 用量 ( k g m 3 ) 3 4 6 1 8 0 8 0 6 1 O 6 8 2 5 8 6 5 1 1 2 0 建筑技术 第 4 3卷第 l 2期 时间在 1 8 0 + 1 0 s 。 ( 4 )严格控 制彩色混凝土的和易性 ， 出机坍落度 控制在8 0 + 2 0 m m范围内， 每盘料应在 1 5 m i n 内浇完。 4 2 彩色混凝土成型质量控制要点 ( 1 )采用钢模具成 型彩色混凝土， 确保尺寸准确 ， 装饰面平整 ， 棱角分明。 ( 2 )采用自制蜡质脱模剂 ， 在保证脱模效果的同 时可避免脱模剂污染装饰面 ； 模具应清理干净 ， 避免污 染物混入混凝土。 ( 3 )浇筑时应均匀布料并采用振动台振捣成型 ， 以 确保混凝土密实均匀。 4 3 彩色混凝土成 品质量控制要点 ( 1 )混凝土按养护制度进行蒸汽养护 ， 应采取措 施避免蒸汽冷凝水进入模板与混凝土表面缝隙而造成 彩色混凝土颜色不均匀。 ( 2 )构件脱模采用专用吊具 ， 保证墙板背面吊环 均匀受力； 墙板用尼龙吊带侧立翻身后用专用架存放。 ( 3 )彩色混凝土表面缺陷或磕碰部位应采用相同 配合比料浆由专业工人修补。 ( 4 )彩色混凝土板出池后应及时进行表面打磨处 理 ， 晾干后均匀涂刷保护剂防止污染。 ( 5 )运输时采用前后两组钢支架 固定墙板 ， 保持 墙板呈侧立状态并固定牢固，板与钢支架及固定钢丝 绳间用无色透明胶垫隔离保护 。 5 墙板安装技术要点 由于工期和安装条件限制 ，本工程在混凝土基础 上同步安装钢结构主体和外围护彩色混凝土保温板 。 具有施工配合要求高 ， 交叉作业多的特点 ， 因此安装前 须认真研究制订墙板安装方案 ，并选择典型单元进行 墙板试安装以完善施工方案 。 ( 1 )设备选型和合理配置是墙板安装的关键 ， 结 合工期要求选用2 台5 0 t 汽车起重机负责吊装 ；为提高 设备效 率，另配1 台2 5 t 汽车起 重机和1 辆1 5 t 卡车在现 场倒运墙板 ， 配合主起重机“ 喂料” ； 为保证安全 ， 采用9 m高的电动液压起升车作为安装操作平 台。 ( 2 ) 墙板起吊就位时用吊带将板从侧立放成水平 ， 方 木6 点支垫。用带定滑轮机构的吊具平起后翻身 ， 翻身 时用2 根等长钢丝绳绕过滑轮同时连接4 个倒链。倒链 与吊环相连 ，通过定滑轮调节钢丝绳长度使板逐渐达 到基本直立状态。 ( 3 )吊车将墙板吊装就位后 ， 用2 个倒链对墙板的 上下、 左右偏差进行微调 。同时利用缆风绳牵制板片， 对前后位置进行微调 ，到位后将墙板与钢结构用镀锌 连接件临时固定并摘钩 。连接件紧固和焊接 由后续专 门班组完成 。 由于施工时现场风力较大 ， 几乎每天都有 超过5 级的阵风 ， 最大风力达1 0 级以上 ， 严重影响墙板 的吊装进度和工作效率， 为此除加强风力检测、 规定风 力超过吊装要求时严禁吊装作业外，还制定了墙板吊 装作业安全施工专项措施 确保大型机械吊装施工和 人身安全。为直观地指导墙板吊装顺序及安装进度情 况，避免由于钢结构和墙板安装工序交叉导致的冲突 影响工期 ，本工程首次尝试采用计算机三维模拟动画 辅助管理手段 ， 取得良好效果。 6 墙板颜 色质 量控 制措 施 彩色混凝土墙板安装后 ，为达到设计要求的装饰 效果 ， 表面处理非常关键 。 由于墙板表面会有轻微色差 和外观质量缺陷 ， 须进行彩色混凝土表面找色处理 ， 否 则不但色差难以消除 ，表面装饰效果和耐久性也难以 保证。 选取有代表性的单元墙面进行样板试涂装 ，经业 主和设计方确认后 ， 再大面积进行找色和涂装保护。 经 试验研究确定表2 为本工程的彩色混凝土表面处理实 施方案。 本工程预制外墙工程从2 0 1 0 年1 月试生产到7 月安 装完成 ， 后续修补涂装在2 0 1 0 年1 0 月底全部完成 ， 前后 持续近 1 年时间， 墙板的彩色混凝土外观装饰效果和预 制外墙总体质量均得到业主和设计方的认可。 参考文献 1 1 o 8 s j 1 l O 一 2 0 8 S G3 3 3 ， 预 制混凝 土外墙挂板 I S 表2彩色混凝土表面处理方案 步骤 施工内容 技术要点 施工时间 施 工地点 1 表面清理 通过砂纸打 磨去除表面污垢 、 浆皮、 毛 刺等 构件 出池后 预 制构件厂 2 防水保护 通过无机材料渗透 反应封闭表面毛细孔 ， 防止返碱析 出到表面及杂质渗透到内部 构件 出池后8 h 预 制构件厂 3 缺陷修补 将缺棱掉角 、 凹坑等影响结构或观感的部位用 色料和专用修补剂修补到位 安装完成后 工地现场 4 颜色调整 根据 具体情况 ， 使用调整布、 T R U E MA T C H 基 底色差调整剂 、 色浆 ， 人工进行颜色调整 全部修补完成后 工地现场 5 面层保护 通过涂 lj L a s u r 水性透 明面漆 。 保护混凝土和彩色颜料 全部调色完成后 工地现场