建国初期,国内模板一片空白,各类建设中所需的模板较少,质量要求不高,多以木板、木方为模板,经简单拼合,形成所需的模板结构,成型的构件表面质量差,但基本满足当时的需求。20世纪80年代我国组合钢模板研制成功,在全国范围内迅速得到大量推广应用。随着我国各类建筑大量兴建,组合钢模板由于单块面积小,组拼板面的拼缝多,已经不能满足清水混凝土工程的要求。20世纪90年代,各地高层建筑如雨后春笋般破土而出,现浇剪力墙结构成为这个时期的主旋律,拼装式全钢大模板应运而生,以其组合面积大、结构刚度好、表面平整度高等优势得到了用户的青睐。2000年以后,竹胶合板模板和木胶合板模板研制开发成功,很快在各种建筑工程中大量应用。2005年前后,通过借鉴国外先进技术,使塑料模板在材料选用、产品性能、产品设计、工程应用等方面有了较大发展。2010年以后,一些厂家在吸收国外成功经验的基础上,研发铝合金模板体系,并逐渐在国内建筑工程中大量应用,取得较好效果。

我国模板行业经过半个多世纪的发展,已经从简单粗放走向“环保、简便、质优”的发展之路,现在模板产品及技术已经向国际先进水平看齐,在很多细节上,国内模板产品也有独到之处。当前以组合钢模板为主的格局已经打破,形成各种模板产品共存、各领风骚的形势。

模板产品基本可分为2类,按材料来分有木、竹胶合板模板,钢模板,塑料模板,铝合金模板,混凝土模板等。按施工工艺来分有组合式模板、大模板、台模、桥梁模、隧道模、爬模、滑动模板等。

组合式模板可分为模块组合和材料组合,其中模块组合模板有组合钢模板、组合塑料模板、组合铝合金模板;材料组合模板有钢(铝)框胶合板模板和钢(铝)框塑料模板。

随着混凝土施工技术的发展,现场施工机械的改进及新材料的采用促进了模板工程不断改革,从模板材料、规格形式、施工技术、加工工艺管理办法等方面都在不断提高,下面介绍几种常使用的材料模板产品。

该模板产品是以竹子为主材,经过分片编织加工成单片后,涂以相应的酚醛树脂胶,并通过高温、高压固化胶合多层薄片,表面覆膜而成的胶合板。

竹胶合板模板的特点是自重小、单人便可操作、面积大、模板拼缝少,可根据现场实际情况灵活切割,对制作异形构造模板有独到的优势。但竹胶合板模板也存在诸多不足之处,竹胶合板模板在加工制作过程中所需的化工原料对环境有一定影响。另外,在施工过程中,避免不了需要不断截切,大块变小块,最终形成不可再用的建筑垃圾。

竹胶合板模板产品经过多年发展,生产能力已超过200万m³,竹胶合板产品有竹编胶合板、竹帘竹编胶合板、竹片胶合板、覆木面胶合板、覆塑料面胶合板、覆浸胶纸面胶合板等多个品种。在技术水平方面,经过生产技术、工艺设备的创新改进,其质量水平已能与木胶合板相媲美。今后还应在黏结剂酚醛树脂的替代品上进行专题研究,找到一种成本低又环保的新型材料。研发高档次清水模板产品,提高使用寿命,提升产品附加值。另外,尽快开发自动化程度高、可替代手工加工制作的专用设备。

木胶合板模板是以松木、杨木等木材为原材料,经开片机切成薄片,干燥后,经过与竹胶合板相似的工艺加工而成。

木胶合板模板特点为板面平整光滑,易于脱模;可钉、可裁切;耐低温,热缩性好,能在昼夜温差大的地区及冬季施工;拆装方便,操作简单,施工速度快;可做成曲面模板,适应各种建筑结构造型复杂的需要。可广泛应用于建筑工程、市政及铁路建设工程中。

多年来,对推广应用木胶合板模板一直在木材资源缺乏、污染环境等问题上存在着很大的意见分歧,经过多年实行退耕还林和速生丰产林工程,杨树人工林的开发带动了中、小胶合板模板企业的发展,也激发了人工造林、护林、用林的积极性。木胶合板模板原料用量中杨木占70%,已成为我国胶合板生产用材的主要资源。

过去一些企业生产工艺和设备落后,技术力量薄弱,缺乏严格的质量监督措施,大批低质量的木模板流入施工现场。经过近10年来的市场洗礼和技术革新,已有不少木模板生产企业在加强质量管理,改进生产工艺和生产设备等方面都有了较大的进步,一些厂家已经生产出可周转使用20~30次的木胶合板模板。现在的木胶合板模板已能达到清水饰面效果的要求,并能加工成整体模板,充分适应施工需求。经过改进与塑料相结合,已经有可周转80次以上的木塑胶合板模板,并大量在民用建筑、高层建筑、水电工程、铁路建设中应用。

目前工地上使用过的废旧木胶合板模板,大部分已被回收,已看不到废旧木胶合板模板堆积如山的景象了。今后在技术上、工艺上、质量上、设备上要加大投入,研究开发木胶合板模板体系,生产出更高质量的模板产品。

组合钢模板俗称小钢模,其主要以一定模数尺寸为基础,通过不同规格模块化的组合,来满足工程的实际要求。组合钢模板有完善的模板体系和各种连接件,模板的刚度和强度高,周转次数多;重量轻,装拆灵活,适合人工操作;通用性强,可根据需要组合成大块模板,配合吊装施工,能满足剪力墙结构施工需要。但在使用中存在一些不足之处,许多钢模板厂生产设备陈旧简陋,技术和设备投入不足。还有不少厂家采用改制钢板加工,产品质量越来越差。另外,单块板面尺寸小,拼缝多,难以适应清水混凝土施工需要。目前,我国建筑模板市场中,组合钢模板体系较完整,尺寸规格齐全,连接件、支承件配套,在一些建设工程中还在使用,还有用武之地。

全钢大模板是一种墙体模板,能满足清水混凝土剪力墙结构施工要求。组合形式根据建筑模块位置尺寸可加工制作成一个整体。这种模板表面平整度高,但很难适应建筑结构变化要求,通用性差。为弥补这个不足,模板研发人员借鉴小钢模优点,研发出了具有模数化的拼装式大钢模板,组合灵活性大大提高,全钢大模板在施工中的主要优点有以下几点。

全钢大模板按模数制设计,可以组合成整面墙的尺寸。另外,全钢大模板结构灵活多变,不仅可用于一般工业与民用建筑,也可用于各种桥梁模板等。

全钢大模板面板采用铣边加工,构件加工精度高,有完备的组焊加工工艺,模板产品质量好,施工后混凝土成型尺寸准确,表面平整光滑,省去了表面二次抹灰作业。

全钢大模板的各项施工工序能合理安排,做到原材料与废料进出井井有条,充分发挥各种建筑设备及吊装机械的作用,现场干净,整齐。

全钢大模板也存在以下不足之处。

全钢大模板是适应高层及多层建筑的全现浇剪力墙结构,墙面面积大。在短肢剪力墙结构及要求墙顶同时浇筑的工程中不适用。

全钢大模板是先有产品,后有行业标准,各厂家在模板体系研发过程中,都有各自的研发和生产情况,造成模板边框形式多样,边框的连接方式多样,现在任何2家全钢大模板都很难实现互相通用。

全钢大模板的特点是面积大,自重也大,最大质量近2t,需要大吨位的起重机才能满足要求。另外,全钢大模板在水平流水和垂直施工时,均需吊车辅助运输,才能实现周转使用,施工现场易出现模板吊运与其他施工材料争用起重机的现象。

全钢大模板从研发成功应用至今也有30余年历史,北京地区曾有几十家大模板公司,用于租赁的全钢大模板总量达400万m²以上。目前,全钢大模板的应用处境不太好,企业比较困难,应大力开展科技创新,改进模板结构,借鉴国外的经验,研发轻型大钢模板。

我国塑料模板是一个新兴模板产品,塑料模板按材料和结构形式可分为夹芯塑料模板、带肋塑料模板和空腹型塑料模板3大类,如图1所示。塑料模板有着与其他模板不同的结构和特点,主要体现在以下几个方面。

1)塑料模板具有表面光滑,易清理,可反复周转使用50次以上,还可全部回收利用。施工现场整洁有序,便于绿色施工,能提高工程整体形象。

2)现场操作方便,拆卸容易,有的产品还可钉可锯,十分灵活。

3)塑料模板面板与混凝土不易黏结,无需脱模剂,模板拆卸非常方便。

塑料模板产品也存在以下一些问题。

1)材料弹性模量较低,刚度和强度较小,有待进一步改进和提高。

2)回收的废塑料模板加入到新制塑料板中,会影响新模板产品的性能。

3)塑料模板受温度影响大。夏天温度高,拼缝易造成胀模现象;冬天温度低,模板脆性变高,易造成损坏,需在产品质量稳定性方面进一步提高。

20世纪80年代,塑料模板已在许多工程中开始应用。21世纪初,涌现出大批塑料模板厂家,研发、生产了各种类型塑料模板,并在国内工程中大量应用。当前需要稳步发展趋势,加强研发投入,技术创新,在产品材料和结构性能方面进行改进。

铝合金模板是采用硬质铝合金材料加工成带肋面板、端板、主次肋,通过专用焊接设备组焊成一体。铝合金模板主要有以下特点。

1)铝合金材料强度高、承载能力大,混凝土成型后表面平整、光洁、成型质量好。

2)铝合金模板体系完整,配有阴、阳角模、转角模板、阳角调节板,各种支撑齐全,可墙顶同时施工,并具备早拆功能,可适应工程需要。

3)铝合金模板质量小,单人即可搬运、组拼和拆卸方便,可广泛应用于墙顶同时施工的工程。

4)铝合金模板的周转次数可达约150次,模板不用喷漆防锈,施工现场文明,符合绿色施工要求。

铝合金模板也存在以下不足之处。

1)铝合金模板使用后,修复、清理困难。铝材的伸长率较大,在施工中会在模板表面产生一些凹坑,这些凹坑修复难度很大。铝合金模板凹角处易积灰,很难清理,清理效率很低。

2)铝合金模板表面易与混凝土产生亲和反应,影响成型混凝土的表面质量,必须采用优质脱模剂才能满足要求。

3)铝合金模板的非标模板一般达20%~30%,这种非标模板使用次数较少。另外,施工中板面上任意开孔,背楞无标准规格,造成模板重复利用率低。

随着我国城镇化进程的不断推进,建筑市场不断变化,模板的需求量也在与日俱增,在绿色可持续发展的倡导下,铝合金模板的应用不断增加,市场前景广阔。当前铝合金模板厂家快速增加,生产线不断上马,但在铝合金模板生产、施工和管理中存在的一些问题还没有很好解决。应防止铝合金模板厂家盲目发展,努力提高模板制作质量,研究解决非标模板太多、模板表面混凝土黏结、模板重复使用次数及模板回收利用等问题。

带框模板是由竹、木胶合板或塑料平板等为面板,与钢(铝)框架组合而成的一种轻型定尺模板,如图2所示。面板在边框内用螺钉等紧固,边框起到了保护板面的作用,能够大大延长面板的周转使用时间。由于边框为金属材料,使用寿命长,可多次与面板材料组合使用,实现循环使用。

带框模板按面板的材料可分为带框竹胶合板模板、带框木胶合板模板、带框塑料板模板等;按边框材料可分为钢框模板和铝框模板;按边框型钢断面形式可分为实腹钢(铝)框模板和空腹钢(铝)框模板。带框模板体系主要有以下特点。

1)带框模板边框由高强度材料(Q345或铝6061)焊接而成,框架强度高,刚度大,可减少受力时模板整体变形。

2)面板形式多样,可用竹、木胶合板或塑料平板为面板。模板边框多为专用型材,断面形式与专用连接夹具配合使用,连接快速,夹紧可靠。

3)模板体系完整,工厂化生产,加工质量好,产品配套;周转次数多,单块质量轻,可适应人工搬运;外观整齐,运输、现场管理都十分方便。

带框模板在国外建筑施工中应用十分普遍,发展历史悠久,其体系完善、技术成熟。我国在20世纪90年代就开发带框模板,但由于钢框和面板的质量都没有过关,没有得到推广应用。近几年,我国钢框和面板的质量都有了较大提高,但与国外仍有较大差距,带框模板生产厂家少,还应大力开发和完善带框模板体系,加大技术和资金投入,提升模板的技术含量,借鉴国外先进技术,研究出较完善的模板体系。

1)不同企业的同种产品差异较大,各部件连接无法通用。

2)模板产品的技术水平和技术含量偏低,需要不断完善和提高。

3)原材料质量不稳定,材料消耗多,利用率偏低,生产能耗高。

4)许多企业产品单一,市场适应性不强,不能满足工程对不同模板类型的需求,应在多元化方面多做工作。

5)模板的生产设备不能适应产品发展,需要大力研发及更新设备。

我国经济建设的高速发展带来建筑结构的变革,高层建筑和超高层建筑的大量出现,大规模基础设施和城市交通、高速公路、铁路和地下管廓的飞速发展,这些大型工程质量要求高,施工技术复杂,对模板产品提出了更高要求,新模板产品才能满足发展需要。模板产品的发展不仅关系着提高工程质量、降低成本、缩短建设周期、增加施工效益和文明安全施工,也关系着我国建筑技术的发展与进步,在今后建议做好以下几方面的工作。

1)积极完善和提高模板行业标准工作,使标准成为行业的指导性文件,推动各类模板产品良性有序发展,同类型模板产品采用相同标准进行设计和加工制作,使同类模板产品体系能够实现标准化、通用化、模块化。

2)因地制宜,研究开发轻质高强、刚度大的新型模板材料和节能、环保的新产品。提高模板产品的技术含量,研发各种模板材料混合使用,发挥各自性能特点。提高技术水平,走出低端重复模式。

3)开发各类模板产品的专用生产加工设备,提高生产效率,降低成本,提高产品的综合经济效益。

4)成立模板专业施工队伍,提高专业施工队伍的文化素质、专业素质和模板管理水平。提高专业化施工速度,降低模板的损耗,提高综合经济效益。

5)提高各种模板产品专用设计软件的自动化程度,利用BIM技术建立各种模板产品的专用数据库,更好地提高产品设计应用速度,使软件更好用。

6)要充分学习和借鉴发达国家的先进技术,积极开展国内外各行业间的交流,使企业间、行业间有更多的交流机会,形成多元互动机制。