浅谈石膏材料在装配式建筑中的应用及成功案例分析


2016-10-28 点击次数:
Chaper 1 装配式建筑将成为主流
        2016年2月21日中共中央国务院《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出,力争用10年左右时间,使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。
住房城乡建设部有关人士透露,根据《建筑产业现代化发展纲要》的要求,到2020年,装配式建筑占新建建筑的比例20%以上,直辖市、计划单列市及省会城市30%以上,保障性安居工程采取装配式建造的比例达到40%以上。新开工全装修成品住宅面积比率30%以上。直辖市、计划单列市及省会城市保障性住房的全装修成品房面积比率达到50%以上。
       到2020年,基本形成适应建筑产业现代化的市场机制和发展环境、建筑产业现代化技术体系基本成熟,形成一批达到国际先进水平的关键核心技术和成套技术,建设一批国家级、省级示范城市、产业基地、技术研发中心,培育一批龙头企业。到2025年,建筑品质全面提升,节能减排、绿色发展成效明显,创新能力大幅提升,形成一批具有较强综合实力的企业和产业体系。
据不完全统计,目前全国已有30多个省市出台了装配式建筑专门的指导意见和相关配套措施,不少地方更是对装配式建筑的发展提出了明确要求。越来越多的市场主体开始加入到装配式建筑的建设大军中。在各方共同推动下,2015年全国新开工的装配式建筑面积达到3500万平方米—4500万平方米,近3年新建预制构件厂数量达到100个左右。
       伴随着该项政策的推行,不难看出,住宅产业化正大范围推向市场,“像搭积木一样造房子”的新型绿色节能建造方式正逐步取代传统的混凝土现浇建筑模式,是整个建筑业一次深刻的技术革新。
       我国房屋建筑材料中45-75%是墙体材料,作为建筑行业中重要的组成部分墙材行业,这一变化就显得极为明显,墙材的自身属性必须适应装配式建筑的需要。墙体材料发展趋势是由小块向大块,大块向板材发展。板材装配采用干作业,相对砖和砌块来讲,施工效率可以成倍提高。随着现代建筑的发展,对墙体材料功能的要求和装配工艺的要求越来越高,只有向板材方面发展,由湿作业向干作业的方向发展,才能满足现代建筑的需要。
2014年5月中国建筑材料联合会制定了《中国建筑材料工业新兴产业发展纲要》,确定了建材新兴产业七大领域,其中包括新型多功能节能环保墙体产业,提出以“重点发展轻质高强、多功能复合一体化、安全耐久、节能环保、低碳绿色、施工便利的新型多功能墙体材料。坚持技术含量高、产品新型、质量好、节能环保、低碳绿色和舒适的原则;坚持产品性能优异、功能多元且复合功能强的原则;坚持制品化、部品部件产业化与组合组装的发展原则;坚持美观、适用、安全、无污染的发展原则。”
Chapter 2 石膏作为装配式建筑主要材料的可行性
         水泥作为我国应用最为广泛的胶凝材料,各类型水泥制成的墙板从上世纪90年代末开始一拨拨地进入市场,如:大家熟悉的玻璃纤维增强水泥多孔轻质隔墙条板(GRC板),具有节能环保的灰渣混凝土建筑隔墙板,具有节能保温的硅酸钙复合夹心墙板等,在1999年全国墙板生产总量已达到2.41亿平方米,占全国墙材的1.41%。
但由于板材接缝技术及收缩开裂问题未能得到很好的解决,加之低劣产品充斥市场,对墙板行业造成了恶劣影响,使得建筑开发应用及设计部门对建筑隔墙板产品产生了较差的印象。
2006年和2007年生产与应用萎缩到不足2800万平方米,企业已不足300家,全国隔墙板生产总值不足20亿元,生产厂家主要集中在北京、上海、河南、陕西等地。在我国对建筑轻质隔墙条板产品进行的几次监督抽查结果中可以看出,产品普遍存在的问题:干燥收缩值普遍偏大、面密度控制不好、力学性能如抗冲击性,抗折破坏荷载性,抗压强度,吊挂力检测结果等普遍偏低等问题。
       由于现有的水泥制成的建筑隔墙板面临大板易开裂、容重大等问题,所以选择一种新型的墙体材料也成为建筑行业的一大难题。
       石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料,属单斜晶系,解理度很高,容易裂开成薄片。将石膏加热至100~200°C,失去部分结晶水,可得到半水石膏。具有 α和 β两种形态,都呈菱形结晶,但物理性能不同。
α型半水石膏结晶良好、坚实; β型半水石膏是片状并有裂纹的晶体,结晶很细,比表面积比 α型半水石膏大很多。
生产石膏制品时,α型半水石膏比β型需水量少,制品有较高的密实度和强度。通常用蒸压釜在饱和蒸汽介质中蒸炼而成的是 α型半水石膏,也称高强石膏;用炒锅或回转窑敞开装置煅炼而成的是β型半水石膏,亦即建筑石膏。
工业副产品化学石膏具有天然石膏同样的性能,不需要过多的加工。半水石膏与水拌和的浆体重新形成二水石膏、在干燥过程中迅速凝结硬化而获得强度,但遇水则软化。
       作为一种传统的胶凝材料,石膏自古以来就很受到人们的青睐,在艺术品界如雕塑、模型等方面,拥有无可撼动的地位。以石膏为主要原料制成的各种石膏制品,具有轻质、防火、保温、隔音、体积稳定、无虫害、微膨胀性的特点,同时具有一定的调温、调湿,循环利用等特性,被世界建筑业公认的生态材料、环保材料。
世界不同国家对石膏的消费结构不同,发达国家石膏深加工产品的消费占较大比重,其石膏消费结构为:墙材制品占45%,水泥生产占45%,其它各领域占10%。 发展中国家多偏重于矿石的初级应用,依赖于水泥工业,石膏制品的比重随经济发展有逐步增大的趋势。
        中国的消费结构大致为:84%用作水泥生产的缓凝剂,6.5%用于陶瓷模具,4.0%用于石膏制品、墙体材料,5.5%用于化工及其它行业;随着中国水泥产量的不断增大,对石膏的需求相应增大,同时随着中国经济的高速增长,石膏产业尤其是石膏制品将存在着一个极大的发展空间,各种石膏产制品及石膏墙体会得到高速的发展,石膏的需求量必将猛增,随着传统的陶瓷及其它特种行业的发展,优质石膏资源不断减少,石膏资源的开发利用将被愈加重视。
       根据德国OneStone咨询公司的资料,全球天然石膏开采量约45%被加工成熟石膏。世界熟石膏年产量大约6650万吨,其中60%即4000万吨来自于天然石膏,40%即2650万吨来自于合成石膏及回收重复利用的废石膏。据估计世界合成石膏年产量大约16000万吨,其中,大约3500万吨来自于发电站脱硫系统生产的脱硫石膏,约11000万吨是磷肥生产的副产品磷石膏,约1500万吨是钛石膏及其它化学石膏。石膏工业所利用的合成石膏有90%来源于化学石膏。
        对于石膏工业来说,大约有80%的熟石膏被用来生产建筑墙板。约20%用来生产石膏抹灰料或其它石膏产品。利用建筑石膏生产的建筑制品主要有纸面石膏板,纤维石膏板,装饰石膏板,石膏空心条板及石膏砌块等一系列的石膏墙体材料,使石膏在建材上的应用更加多元化。也快速的占领了建筑内隔墙及室内装饰材料的大片市场。
而如今随着装配式建筑的推行,对建材不仅是产品力学物理指标的要求,更有环保、节能、零污染的需求。石膏建材具有生产能耗低、凝结硬化快,快硬早强的特点,还具有回收循环利用特性,是百分百的绿色建材,从理论上来讲,是一种非常理想的装配式建筑中应用的原材料。
       但是石膏同样具有它不可忽视的问题,如强度低,不密实,遇水易溶蚀等不足,使得石膏一直在建筑上得不到真正大规模的应用,如果我们能够解决这些问题,是否就可以真正跟上住宅产业化的东风,让石膏成为今后的主流建材呢?
Chapter 3 案例分析及导向
       其实,在国内的很多高校科研院所及企业都一直在做攻克石膏强度低、不密实、遇水易溶蚀的研究,希望把石膏的优点能够得到更充分的利用。从而使石膏应用到具有广阔市场前景的建材中。
       都说它山之石可以攻玉,接下来就简单谈谈我公司在石膏隔墙板应用上的一些经验。
       通过我公司的技术团队对工业副产石膏应用攻关,研发出对工业副产石膏进行改性的独特配方技术。我们不仅解决了石膏强度低,不密实,遇水易溶蚀等问题,还攻克了工业副产石膏的杂质多,可控范围小,凝结时间不稳定等难题,并且对全国多地的工业副产石膏进行试验,都能达到产品标准要求。
       通过机械化的生产流程,对石膏板的各种指标、产品配比做到了较为严格的质量把关和控制。从产品配方以及生产工艺上双重把关,使石膏条板在各项物理力学指标上真正做到了水泥条板的强度。我公司已获得3个国家发明专利,22个国家实用新型专利。
        成都上筑建材有限公司以工业副产石膏为基材,掺入自制的改性激活剂,制备的改性石膏轻质隔墙板,是集轻质、高强、防火、隔音、保温节能、安装快捷等多功能一体化的新型墙体材料。
该产品多项性能指标远高于国家标准,做到了石膏的轻质、水泥的强度。可广泛应用于各类建筑物的墙体材料领域。随着建筑行业的转型,绿色建筑的快速推广,多功能一体化的装配式墙板将有广阔的市场前景。改性石膏轻质隔墙板产品的研制成功,解决了磷石膏应用的世界级难题,同时利用石膏材性的特点,解决了墙板行业存在的板缝易开裂、吊挂力差、防火性不好等问题。真正成为装配式建筑中不可或缺的新型墙体材料。
我公司为适应市场的隔声、保温、防火等不同需求,将生产的墙板分为空心墙板与复合墙板(实心板)两大类,厚度有100mm,120mm,150mm。
       改性石膏隔墙板的产品物理性能指标如下
                                                     \\
 
在防止墙板缝开裂的问题上,我们主要从四个方面进行了优化:
       1、利用石膏遇水硬化时体积微膨胀的特性。石灰和水泥等胶凝材料硬化时往往产生收缩,而建筑石膏却略有膨胀(膨胀率为0.05%~0.15%),这能使石膏制品表面光滑饱满,棱角清晰,干燥时不开裂。
       2、在产品的外观结构上做了优化,增加了两侧面的榫头榫槽的衔接深度,深度达1cm;榫头与榫槽形状为梯形,增大了榫头榫槽的接触面;在墙板的两侧都设有宽3cm、深3 mm的接缝槽,保证了粘结料与墙板结合达到一定的厚度。
      3、施工现场采用工厂配制好的袋装石膏专用粘结料,安装工人只需按比例加水搅和成浆状,在墙板的四边进行满刮就行,减少工人在现场自行配制粘结浆料,确保了粘结料的质量。
      4、公司建立了工程质量管理体系制,把工程质量与施工班组收益、管理人员效益挂钩。对墙板安装工人进行墙板安装施工前培训,规范各班组人员的施工手法并严格要求进行。与各施工班组签定质量协议,明确奖惩条文。管理人员按施工现场管理流程,每日不定时到现场检查各班组墙板安装质量情况,发现问题及时整改,从施工管理上保证了墙板安装的质量。
        由于墙板是一种新型的安装式施工大板,成熟的施工班组不多,同时原水泥条板在墙板安装施工中易出现的问题,我公司在施工实践中不断摸索和优化,最终形成了一套独特的施工管理流程。下面我简单加以赘述:
      SZ隔墙施工现场质量管理流程
      1、施工方案、人员的确定
      2、施工管理内容
     (1)开工前施工班组质量及安全培训
     (2)施工管理
       施工放线检查方法:首先对安装建施图仔细阅读消化,对每条安装轴线目测检查,对特殊区域或有疑问的部分用测量工具复查,确定每条轴线所用的隔墙板材的型号。
       安装施工检查方法:A:钢卡固定 目测钢卡固定位置和数量必须符合施工方案规定,检查钢卡是否松动,测量钢卡的间距,墙板与顶板灰缝必须小于3厘米;B:墙体的平整度 用2米靠尺横向靠墙体,误差值小于3毫米;C:墙体的垂直度 检测误差值小于3毫米;D:阴阳角 用直角尺检测;E:按建施图检查有无漏安装墙体;检查接缝处灰浆饱满、密实度。F:有竖向接板的墙体,检测相邻接板缝错缝30厘米以上;G:安装后的墙体表面光整无粘接料的粘附,接缝平整、光滑。重点监督隔墙安装时的碰头灰,地面的座浆。
       出现质量问题,能修补达标的应尽快要求安装班组处理,不能修补的应立刻汇报主管领导,书面通知责令安装组返工,书面通知需由返工班组签字认可,返工费及增加的材料费用由返工安装班组承担,要记录归档。
   (3)施工工期管理
   (4)竣工交工管理
   (5)工程施工管理档案及相应文件的归档。
  通过重重的质量把控,我公司从接手第一个项目到现在,从未出现过任何质量问题或返工等情况。
        在解决了墙板缝开裂的通病问题,我们又挖掘了石膏轻质、防火的特性,改性石膏隔墙板容重为780kg/m3仅为水泥条板的2/3,为现有墙板种类中全无机材料组成,且匀质性材料中是最轻的。
不仅是理论,在实际案例中,我们的成绩更为显著:
       成都龙潭工业园区的国莎实业公司:修建结构形式完全一样的两栋大楼,建筑物为地下2层,地上21层,占地3000平方米,建筑面积6万平方米,一栋采用空心砖进行内墙设计,一栋采用改性石膏隔墙板进行内墙设计。施工完成后,采用改性石膏隔墙板的大楼,因容重轻使建筑物钢筋混凝土减量瘦身,甲方直接节约了240万元。
       广元剑阁廊桥酒店:位于剑阁新县城下寺修城坝清江河景观廊桥,是亚洲第二大廊桥酒店,由广元市兴和建设公司承建。为了减轻桥身荷载同时满足防火要求4小时,施工单位找到了我公司并提出隔墙板要求,墙体厚度120mm,耐火极限>4小时,空气声隔声量(dB)>47;传热系数<1.5W/(m2/k),容重<800kg/m2.。项目施工装饰后完成的效果非常好,成为了当地有名的一道江景格调酒店。
        甲方负责人高兴的说用改性石膏隔墙板不仅减轻了荷载,缩短了工期,还节约了防火板材料及施工费用40万元。
        我公司生产的sz改性石膏复合隔墙板,不仅在混凝土框架结构建筑中起到了良好的效果。并且在各大对施工验收要求十分严苛的军工项目中,特别是钢结构厂房上的表现十分优秀。

        如:四川红华实业有限公司LS-D工程:由中国核工业华兴建设有限公司承建,施工内容为混凝土框架结构办公楼的内外隔墙;钢结构厂房超高内隔墙。隔墙板性能指标要求:墙体厚度120mm,耐火极限>5小时,传热系数<1.5W/(m2/k),容重<780kg/m2,干燥收缩值<0.4,一字墙安装高度18米。在改性石膏复合隔墙板的性能指标完全设计要求的同时,经甲方、设计方、施工单位多次到我公司生产基地及工地施工现场考察,确定为我公司来实施隔墙板的安装。我公司经过近3 个月的紧张施工,保质保量的完成了任务,受到了军界领导的一致好评。
改性石膏隔墙板在工程项目上的优秀体现,引来施工单位争相做施工课题研究,如:中国建筑第八工程局成都新建金牛区人民医院项目QC小组,结合改性石膏隔墙板的特点研究出的QC成果:《提高改性石膏轻质隔墙板施工质量》《改性石膏轻质隔墙的裂缝控制》分别荣获“全国优秀QC成果二等奖”及“四川省优秀QC成果二等奖”。为该项目争创鲁班奖创造了条件。
        改性石膏隔墙板经过几年的市场应用,受到了建筑巨擘“中国核建”、“中国建筑”、“中国五冶”的一致好评。
我公司已开始和装配式建筑的PC件生产商中国建筑科技公司成都分公司开展石膏外墙板的研发。公司已拥有把工业副产石膏材料强度做到25MPa,在不做防水处理的情况下软化系数已达0.7,石膏基本不溶蚀技术。
公司将继续发挥技术优势,对工业副石膏应用新型技术进行研究,把新产品研发放在企业发展的首位,下一步准备开发装配式建筑中的石膏自流平技术,海绵城市建设中必有的透水砖,皇冠娱乐网址,皇冠娱乐网,皇冠娱乐:铁路建设中的隔音屏等具有广泛市场前景的产品。
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