装配式建筑具有节能减排、绿色环保, 构件质量和抗震性能良好等优点, 同时具有建造效率高、施工速度快、建筑品质好等产业优势^[1,2,3]。2017年, 国务院发布了《关于促进建筑业持续健康发展的意见》 (国办发[2017]19号) , 提出推广智能和装配式建筑, 推动建造方式创新^[4]。装配式建筑已成为我国建筑业发展的趋势, 是实现建筑产业现代化的重要途径。

作为装配式混凝土建筑的主要构件, 预制外墙的性能及其连接质量在很大程度上决定了装配式混凝土剪力墙结构建筑的性能和品质;尤其是其保温和防水性能, 直接决定整个建筑的节能和防水性能。工厂化生产一定程度上解决了传统现浇外墙存在的蜂窝、麻面、裂缝等通病^[5]。结合“装配式环筋扣合混凝土剪力墙结构体系^[6,7,8]”, 研发了环筋扣合“四页三防”预制外墙结构, 实现了结构、保温、防水和装饰一体化, 有效提高施工效率;同时设置了3道防水措施, 解决了外墙防水技术难题。本文从结构构造、材料组成、主要特点、生产工艺、安装连接等方面对“四页三防”预制外墙进行了详细介绍, 以期为装配式建筑的发展提供支撑。

环筋扣合“四页三防”预制外墙的结构构造如图1所示。墙板四周为由墙体内部整体双向钢筋外延形成的环形钢筋。墙板由内到外共包含4层构造, 分别为环形钢筋混凝土结构层、保温层、钢丝网片增强混凝土保护层以及饰面砖或石材装饰层。

当环筋扣合“四页三防”预制外墙用作承重外墙时, 结构层混凝土强度等级一般为C30~C50, 按设计要求配置;当其作为围护外墙时, 结构层混凝土强度等级一般为C30。保温材料选用50~80mm的挤塑聚苯乙烯板, 板材厚度视地域气候温度决定, 一般东北等寒冷地区选用80mm厚的板材, 南方地区选用50mm厚的板材。挤塑聚苯乙烯板宜采用不带表皮的毛面板或带表皮的开槽板, 性能指标应符合GB/T 30595—2014《挤塑聚苯板 (XPS) 薄抹灰外墙外保温系统材料》的有关规定。环筋扣合“四页三防”预制外墙的结构层、保温层、保护层和装饰层由不锈钢连接件连接形成整体, 不锈钢连接件的性能指标如表1所示。

环筋扣合“四页三防”预制外墙的连接构造如图2所示。相邻墙板环形钢筋扣合后穿入水平或竖直栓筋形成芯梁或芯柱的钢筋骨架, 浇筑连接处混凝土形成整体结构;芯梁或芯柱区浇筑的混凝土为强度比结构混凝土强度高一个等级的微膨胀防水混凝土。同时在连接节点处由内到外共设置3道防水措施, 分别为:微膨胀防水混凝土、保护层“凹槽”内嵌放止水条和板间拼装缝注射耐候密封胶。

环筋扣合“四页三防”预制外墙采用反打工艺。反打工艺有利于预埋件的定位和预制构件的整体养护, 操作工序相对简单, 构件生产一次成型。

模板由侧模和底模组成, 侧模采用组拼式钢模板, 针对“装配式环筋扣合锚接混凝土剪力键结构体系”, 侧模板的边缘设置条形孔, 将外露的环形钢筋插入条形孔中, 条形孔的宽度比剪力墙的设计钢筋直径分别大2mm, 对侧的侧模板的孔距一致。在确保剪力墙钢筋可以插入条形孔的同时, 控制钢筋间距, 保证外露钢筋在浇筑过程中不偏移 (见图3) 。

底模为生产线上的整体钢制模台, 混凝土浇筑前, 与其接触的地方均需进行板面清理, 并涂刷脱模剂。

当装饰层为饰面砖或石材面层时, 饰面砖、石材的铺贴均采用“反打”工艺, 即通过事先精确定制好的模具, 将已按照模具精确切割的饰面砖或石材反铺上去, 误差可控制在1mm以内, 铺好后在背面涂刷专用胶合剂, 准备进行保护层混凝土浇筑。

装饰层铺装完毕后, 进行保护层混凝土的浇筑工艺。保护层混凝土厚度为50mm, 在侧模内部四周保护层中心厚度位置, 精确固定截面为半圆形, 直径为30mm的钢棒, 以实现保护层凹槽的精确成形。

为保证保护层混凝土结构整体强度, 以直径4mm钢筋焊接成100mm×100mm的网片用作保护层的增强材料。增强钢筋网片铺装完毕后, 按设计间距将不锈钢连接件绑扎固定在钢筋网片上, 随后进行保护层混凝土浇筑。

保护层振捣完成后立即安装保温板, 保证在初凝前安装完成。注意以下两点要求: (1) 混凝土浇筑前, 应根据构件尺寸提前进行保温板切割, 保证切口平整, 板材表面清洁干净, 以保证与混凝土的黏结效果; (2) 保温板安装前, 在连接件位置参照连接件截面尺寸提前打孔, 保证保温板铺装时连接件均能穿过保温板预留孔。

结构层环筋扣合体系钢筋骨架在模板外提前生产, 然后整体安装至模板内, 并将保护层混凝土上穿过保温层的连接件与环扣钢筋骨架绑扎牢固;在环扣钢筋骨架生产过程中, 及时完成水电管线、支撑埋件、吊具埋件等预埋工作, 且须严格控制各种预埋件标高及位置的准确性。对此, 采用了一种用于预制构件预埋件精确定位的横梁装置, 实现了线盒与支撑埋件的精确定位, 如图4所示。预埋工作完成并通过隐蔽验收后方可进行混凝土浇筑。

结构层表层收光后, 用干净塑料薄膜覆盖, 之后运送到蒸汽养护车间进行蒸汽养护, 构件蒸汽养护采用了一种高效节能的蒸汽养护系统及其控制体系, 该系统将太阳能蒸汽设备与蒸汽锅炉集成使用, 大大降低了能耗, 绿色环保。

蒸汽养护过程中要避免升降温速率不均导致混凝土表面产生裂缝, 进而影响构件质量。

构件蒸汽养护结束后, 运到清洗台进行拆模, 拆模后在环筋扣合“四页三防”预制外墙保护层的预制“凹槽”内嵌入止水条, 完成外墙板的预制, 通过专用吊装设备至墙板存放架, 准备运输至施工现场。

安装工艺流程:放线定位→墙体安装→临时支撑固定→浇筑连接处混凝土→拼接缝打胶。

装配式建筑成品构件安装对放线定位的精度要求较高, 对测量员的要求也更为严格, 条件允许时可采用放线机器人进行放线定位, 此设备放线精度高、速度快, 整体误差可控制在2mm之内, 比人工放线节省50%的时间^[9]。

安全就位前应检查构件是否水平, 各吊点的受力情况是否均匀, 构件编号是否与图纸编号一致等;并进行试吊。

安装就位时应注意以下事项: (1) 构件降落至设计标高时, 上下楼层外墙板的结构层水平环形钢筋相互重合; (2) 上下楼层外墙板外表面平齐; (3) 上楼层外墙板保护层凹槽内嵌装的止水条正好落入下层外墙板保护层的凹槽内; (4) 上下楼层外墙板装饰层间拼装缝宽度为20mm。

外墙板安装就位后, 利用提前预制在外墙板和叠合楼板上的临时固定预埋件通过斜支撑螺杆, 对墙板进行临时固定。固定后方可松开吊钩, 用水平尺和靠尺检查墙体的水平度和垂直度, 利用可调支撑螺杆微调进行校正, 直到达到施工规范要求的误差范围。

外墙板校正固定后, 在墙板间重合的环形钢筋内四角位置穿入水平 (或竖向) 钢筋, 并绑扎固定形成暗梁 (暗柱) 区钢筋骨架, 支设模板浇筑连接处混凝土。

1) 连接处模板支设采用配套设计的梁柱铝合金模板体系。

2) 连接处后浇混凝土采用比原设计等级高一个等级的防水微膨胀混凝土。

连接处防水微膨胀混凝土养护到期后, 混凝土体积变化趋于稳定, 可进行外墙板间20mm拼装缝的打胶作业, 一方面可起到一定的防水效果, 更为重要的是可作为装饰线条。

环筋扣合“四页三防”预制外墙集结构、保温、防水及装饰于一体, 结构及连接科学合理, 生产安装便捷可靠, 适于工厂大规模生产, 结合装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙体系, 已经成功应用在中建观湖国际13号, 14号楼工程中, 并受到了来自政府、行业、专家及社会的高度认可, 结合现在国家大力发展装配式建筑的政策东风, 环筋扣合“四页三防”预制外墙以其安装简便、防水效果好以及一体化优势, 推广应用前景广阔。