摘 要: 裝配式建筑是基于產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)、工業(yè)化手段由傳統(tǒng)建筑升級而來。主要介紹、分析了裝配式建筑的部品部件體系及 PC 材料與高性能材料，并以外圍護部品部件為例，研究高性能材料在與 PC 流水線生產(chǎn)工藝結(jié)合的應(yīng)用工藝。

裝配式建筑是基于工業(yè)化建造體系，通過在項目前期策劃，圍繞產(chǎn)業(yè)化系統(tǒng)進行設(shè)計規(guī)劃統(tǒng)籌，結(jié)合綠色環(huán)保、高性能的材料，將設(shè)計建筑物拆分為標準化部品部件，在工廠批量生產(chǎn)、系統(tǒng)集成后運輸至現(xiàn)場再組裝。

國外早在二十世紀 40 年代就開始預(yù)制裝配建筑的探索，從傳統(tǒng)建造到 SAR、SI 體系理論，再到工業(yè)化。國內(nèi)的裝配式建筑發(fā)展于二十世紀 50 年代，之后受限于技術(shù)和成本，現(xiàn)澆占據(jù)主流; 住宅部品發(fā)展于二十世紀 80 年代，彼時國內(nèi)一些企業(yè)參照國外經(jīng)驗形成部品雛形; 隨后國家推進，提出了住宅部品及體系相關(guān)概念和基本框架，也編制了相關(guān)標準。隨著國內(nèi)目前勞動力逐漸短缺、建筑成本上升、環(huán)保政策趨嚴等，就體現(xiàn)出了裝配式建筑的優(yōu)點，促成了裝配式建筑發(fā)展綱領(lǐng)文件出臺，裝配式建筑體系初步建立。

2020 年，我國裝配式建筑新開工面積 6.3億㎡，占新建建筑面積的比例約為20.5%，完成了《“十三五”裝配式建筑行動方案》的目標，新開工裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑 4.3億㎡，相比往年總體呈現(xiàn)增長趨勢。而對于裝配建筑核心的建筑部品部件，國內(nèi)一直在進行研究，從裝配式部品部件的系統(tǒng)分類研究、標準體系構(gòu)建研究、生產(chǎn)體系研究到裝配式裝修內(nèi)裝體系的研究等等。

1 裝配式建筑部品部件體系

目前，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是國內(nèi)裝配式建筑的主要形式，由于其結(jié)合工業(yè)化制造、產(chǎn)業(yè)化布局后成本相對較低，適用范圍廣，符合可持續(xù)的理念，在裝配式建筑的選型中占據(jù)主導(dǎo)地位。結(jié)構(gòu)體系主要有裝配式剪力墻、框架以及框架剪力墻三大類。

裝配式建筑部品部件可分為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng) 4 個系統(tǒng)。如圖 1 所示，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包含主體結(jié)構(gòu)部件和其他受力結(jié)構(gòu)部件; 外圍護系統(tǒng)護則包含了屋面部品、外墻部品、外門窗部品、外裝飾部品等; 內(nèi)裝系統(tǒng)包括室內(nèi)裝飾部品件、隔斷部品件、門窗部品件等; 設(shè)備和管線系統(tǒng)包括給排水系統(tǒng)、供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、電氣照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。

目前的裝配式建筑的部品部件大多還是以混凝土材料、以傳統(tǒng) PC 構(gòu)件為主。預(yù)制混凝土構(gòu)件( PC構(gòu)件) 是裝配式建筑的核心，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土相比，在工廠中生產(chǎn)的混凝士預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低、施工效率高、較少污染物排放。但鋼筋混凝土材料還是有不少局限性: 單位質(zhì)量性能差，不易吊運; 局部強度低，易破壞; 構(gòu)件類型多，模數(shù)化、標準化后依然冗雜; 連接節(jié)點復(fù)雜、節(jié)點強度不夠; 成本高，節(jié)能性能不足，需要額外功能面層( 如保溫層、裝飾面層) 滿足要求等等。而以 UHPC、GRC 等為主的高性能材料則可以解決這些問題。

GRC、UHPC 主要有輕質(zhì)高強、防火、防水、綠色環(huán)保等優(yōu)點，GRC 的質(zhì)感好、造型表現(xiàn)強，UHPC 的韌性高、耐久高，作為裝配式裝飾部品部件能夠提供更為豐富細膩的造型，實現(xiàn)多樣的建筑表達效果，并克服傳統(tǒng)PC 構(gòu)件的缺陷。

2 裝飾性外圍護部品部件組成及高性能材料

建筑立面呈現(xiàn)的效果由細部、色彩、質(zhì)感與肌理決定。傳統(tǒng)建筑外立面的做法，一種是分部式，外圍護主體加上在主體上施工做外裝飾面，如瓷磚、薄抹灰、涂層等材料; 二是系統(tǒng)集成式，外掛在結(jié)構(gòu)主體的外圍護系統(tǒng)實現(xiàn)，如外掛石材、裝飾掛板、幕墻等等( 圖 2) 。對于裝配式建筑來說，將外圍護主體與建筑外立面的細部、色彩、質(zhì)感、紋理等要素合并為現(xiàn)場批量組裝的圍護裝飾一體化單元，簡化構(gòu)造節(jié)點，比現(xiàn)澆建造效率高，質(zhì)量好，過程可控。細部構(gòu)造根據(jù)復(fù)雜程度在生產(chǎn)時可以單獨成部品，也可以與主體一體化生產(chǎn)。

同時在材料的選擇上，可以通過高性能材料工藝與 PC 生產(chǎn)線工藝相結(jié)合，以克服傳統(tǒng) PC 構(gòu)件用作一些部品部件的劣勢。如在外圍護系統(tǒng)中，用作外圍護部品部件的預(yù)制混凝土外掛墻板不同于主體受力結(jié)構(gòu)，僅考慮自身荷載及風(fēng)荷載等局部外荷載影響。同樣的條件下，GRC 或 UHPC 材料依靠自身材料優(yōu)勢以及與混凝土相近的材料性質(zhì)比預(yù)制混凝土外掛墻板厚度要小，自重降低 50%左右，板幅也可以做到更大。

GRC 是一種纖維水泥復(fù)合材料，主要材料構(gòu)成為耐堿玻璃纖維與水泥砂漿基體，韌性好，強度高。國內(nèi)以耐堿玻璃纖維與低堿水泥相復(fù)合的技術(shù)路線為主，主要用作輕質(zhì)板件，輕質(zhì)墻板，建筑、景觀、室內(nèi)裝飾制品等等。與其他裝飾材料的性能對比見表 1。

UHPC 指抗壓性能很高的混凝土材料，屬于纖維混凝土水泥基復(fù)合材料的范疇。最大堆積密度配制原理，使其擁有超高的力學(xué)性能、工作性能及耐久性。與普通混凝土材料性能對比見表 2。細密的材料組成使其內(nèi)外極少存在孔隙及微裂縫，使得表面具有很高的光潔度，因此也具有獨特的裝飾性。

3 高性能裝飾性外圍護部品部件生產(chǎn)工藝

3. 1 常規(guī) PC 生產(chǎn)線工藝

常規(guī) PC 構(gòu)件，如預(yù)制墻板、外墻掛板、預(yù)制柱、疊合墻板、預(yù)制樓梯、空調(diào)板、陽臺板等，生產(chǎn)主要工藝流程見圖 3。其中根據(jù)設(shè)計，通過在定位支模步驟后鋪設(shè)定制外模板可直接賦予墻板肌理; 構(gòu)件養(yǎng)護采用密閉養(yǎng)護室加溫養(yǎng)護。如雙面疊合墻板生產(chǎn)要完成兩面墻葉，則需要增加翻轉(zhuǎn)工序，完成一側(cè)墻葉的養(yǎng)護后進行翻轉(zhuǎn)，對另外一側(cè)墻葉完成生產(chǎn)。生產(chǎn)線上模臺側(cè)模采用磁性模具，對一些特殊形狀的墻板，可用齒模或泡沫條代替作為一次性模具。對于異形 PC 構(gòu)件，則需要根據(jù)設(shè)計定制模具結(jié)合模臺進行生產(chǎn)。

3. 2高性能材料生產(chǎn)工藝

GRC 材質(zhì)與石材類似，還可以對基層表面后處理，實現(xiàn)不同效果。GRC 成型工藝有噴射、鋪網(wǎng)抹漿、混合以及預(yù)混工藝，其中前三種適合制作平面、薄壁、細長的部件制品; 預(yù)混工藝則用來制作如柱頭、柱基、支托等具有粗、短的形狀特點和壁較厚的部件制品。

UHPC 材料強度高，成型構(gòu)件厚度薄，連接節(jié)點強度大，安全可靠，同時材料本身壽命較長，具有較強保色、自潔性能，沒有變色、起皮、粉化、脫落等質(zhì)量問題。因此多用作外掛墻板、保溫裝飾一體化板、復(fù)雜裝飾性表皮面板以及其他輕型部品部件。板高可以做到 6 m 而厚度不超過 100 mm，另外不需要額外做飾面層。

GRC 和 UHPC 均可通過模具實現(xiàn)復(fù)雜曲面和表面肌理，轉(zhuǎn)角收邊整體成型，整體性較好，拆分單元尺寸大，色彩可以根據(jù)設(shè)計調(diào)配，無需防水后處理，可以與建筑同壽命。

以 UHPC 外掛板為例，普通生產(chǎn)工藝如下:

1) 定制模具。根據(jù)設(shè)計形狀輪廓選材，制作模具。主要根據(jù)構(gòu)件外露效果面、澆模脫模情況、預(yù)埋件位置考慮模具開合位置，位置宜為效果面與粗糙面的分割處，并預(yù)留澆料口( 圖 4) 。

2) 模具固定預(yù)埋件。將連接螺栓、鋼筋等預(yù)埋件固定至模具相應(yīng)位置，然后噴涂好脫模劑( 圖 4)。

3) UHPC 漿體拌制。通 過 將 UHPC 母料( 水泥、砂、硅灰等) 、水、外加劑、鋼纖維等原料按照比例加入攪拌機進行攪拌( 圖 5) 。

4) 下模部分分層澆筑。底模往往是外立面方向的模具，涉及到外立面效果的保證。這部分需要根據(jù)模具形狀，先澆邊角部分; 沿著邊角邊鋪漿體邊用膩子或者輥筒壓實、夯實，同時用橡皮錘對附近模具敲擊，以去除混在料中的空氣，保證澆筑構(gòu)件外面的效果( 圖 6) 。

5) 封蓋固定頂模。底模部分鋪滿后，將頂模蓋上底模，并進行固定，確保模具之間相對位置不變( 圖 7) 。

6) 上模部分澆筑。通過預(yù)留的澆料口將模具內(nèi)剩余空間填滿，同時進行振搗( 圖 8) 。

7) 靜置養(yǎng)護，脫模堆放。脫模時，先將設(shè)計組裝好的鋼骨框架與背部的預(yù)埋螺栓進行連接，然后直接吊出，完成脫模。

通過將上述工藝與PC生產(chǎn)流水線相結(jié)合，GRC、UHPC 生產(chǎn)主要工藝流程見圖 9。定位支模時鋪設(shè)底模宜為木、塑料、硅膠材質(zhì); GRC 成型工藝之前，可以選擇噴涂外飾面層，水泥砂漿層可以使成型后的面板表面光滑、均勻; 澆筑或噴涂 GRC 預(yù)混料或 UHPC 料宜采用分層方式，首層澆筑后，應(yīng)通過輥筒滾壓、夯實或使用膩子將料壓實，以去除混在混合料中的空氣，尤其注意邊緣處、彎曲處、轉(zhuǎn)角處;GRC 放置固定背附鋼架后，應(yīng)在材料骨架連接處鋪粘結(jié)墊。

4 結(jié)束語

隨著裝配式建筑相關(guān)技術(shù)的研究與工程實踐的增長，裝配式部品部件的生產(chǎn)會越來越龐大，高性能材料部品部件組成的建筑，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑相比，在建材生產(chǎn)與建筑施工階段的碳排放方面有明顯的優(yōu)勢，能夠讓建筑實現(xiàn)節(jié)能減排環(huán)保。在國家的大力支持下，采用高性能材料的裝配式建筑，能夠提升建筑整體效能，實現(xiàn)高效建造、施工，助力實現(xiàn)“2030碳達峰2060碳中和”的發(fā)展戰(zhàn)略目標。

（責(zé)任編輯：何雯麗）

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