开拓加气混凝土板材在工业化住宅中的应用
水泥 预制建筑网 2016-02-02
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一、加气混凝土在我国的发展
我国的加气混凝土是新型墙体材料中发展最早、产能最大的品种，经过近50年的历程，已形成材料生产、装备制造、配套材料供应和设计科研一套完整的工业体系。据不完全统计，全国的加气混凝土产量已接近7千万立方米，居世界首位。
加气混凝土是由水泥、石灰（含钙材料）、粉煤灰/磨细砂（含硅材料）、铝粉（发气材料）和少量外加剂及水，经定量搅拌混合、发气膨胀为没有强度的坯体，经切割和蒸压养护而硬化成型的一种轻质材料。
在墙材革新的历程中，加气混凝土砌块成了代替小块粘土砖的主力军。全国98%的加气混凝土是块状的，用于砌筑内外墙体。它的体积密度由500~800kg/m³，相当于普通砂石混凝土的1/3~1/5，粘土实心砖的1/2.5~1/3.5。当然其抗压强度不可能高，只有2.5~10MPa，可以用作非承重的填充墙，也可以经特殊结构处理用于承重墙，甚至配以防锈处理过的钢筋用于承重墙。
二、加气混凝土的特点
加气混凝土有诸多特点：
1、原料易得
主要原材料为石灰和砂/粉煤灰，前两者国内不缺，在没有天然砂的地方完全可用机制砂代替；后者是工业废料，本是变废为宝的对象。与普通混凝土相比，生产加气混凝土，可以减少3/4的天然资源，
2、制造能耗低
密度为600kg/m³的加气混凝土制品，在生产过程中的相关制造能耗仅为相同体积烧结砖的45%。
3、使用节能
加气混凝土用于外墙，热阻及隔热性能均高于其他不同材料组合的复合墙体。墙体的重量和厚度却比其他墙体低。
表1是目前国内常用的几种外墙墙体的热工性能和物理指标。
不同材料及构造组成的复合墙体的热工特性 表1
|
|
材料组合 |
厚度 （cm） |
热 阻 m2c/w |
隔 热 w/m2·c |
重量 （kg/m2) |
|
A |
抹面层 |
2 |
0.022 |
|
|
|
砖 |
12 |
0.133 |
|
|
|
|
聚苯乙烯 |
6 |
0.112 |
|
|
|
|
砖 |
6 |
0.140 |
|
|
|
|
抹面层 |
2 |
0.022 |
|
|
|
|
复合墙体 |
28 |
1.429+0.224 |
0.605 |
391 |
|
|
B |
抹面层 |
1 |
0.011 |
|
|
|
加气混凝土 |
25 |
1.786 |
|
|
|
|
抹面层 |
1 |
0.011 |
|
|
|
|
复合墙体 |
27 |
1.808+0.224 |
0.492 |
189 |
|
|
C |
抹面层 |
1 |
0.011 |
|
|
|
加气混凝土 |
20 |
1.471 |
|
|
|
|
抹面层 |
1 |
0.011 |
|
|
|
|
复合墙体 |
22 |
1.493+0.224 |
0.582 |
164 |
|
|
D |
抹面层 |
2 |
0.022 |
|
|
|
聚苯乙烯 |
4 |
0.741 |
|
|
|
|
混凝土 |
20 |
0.105 |
|
|
|
|
抹面层 |
2 |
0.022 |
|
|
|
|
复合墙体 |
28 |
0.905+0.224 |
0.870 |
566 |
4、运输节能
加气混凝土成品密度小，一定载重量的汽车可以运输更大体积的产品，减少了运输次数，节约燃油，也缓和了城市的交通堵塞。
三、加气混凝土应由砌块转为板材
但是，国内加气混凝土产品绝大比例是砌块，用手工搬上搬下，到了现场又用人工砌筑，既不能保证墙体质量，也提高了人工成本。而在国外，加气混凝土砌块与板材之比几乎达到6：4，高层建筑则常用加气混凝土板材，不仅用于内外墙体，连楼板和屋面板也用配筋的加气混凝土板。笔者曾与深圳市建筑设计研究院合作，分析过不同户型的住宅建筑，除了钢筋混凝土框架体系之外，内外墙板和楼板的总量，约占结构部件体积的46%~59%。换言之，如果学习国外的经验，把内外墙板和楼板都改为加气混凝土板材，整个建筑物的结构自重将降低1/4左右，节约的资源将是极大的数字，还要考虑因使用加气混凝土内外墙板和楼板后对钢筋混凝土承重结构的节约。
不同用途加气混凝土板材的规格及性能如下表。
不同用途加气混凝土板材的规格及性能 表2
|
部件名称 |
长度mm |
宽度mm |
厚度mm |
荷载kg/m2 |
每件重kg |
|
外墙板 |
990~5990 以300递增 |
600 |
100~250 以25递增 |
85 |
36~540 |
|
内墙板 |
990~3490 以300递增 |
600 |
100~200 以25递增 |
85 |
30~210 |
|
楼板 |
990~5990 以300递增 |
600 |
100~250 以25递增 |
300~400 |
36~540 |
|
屋面板 |
990~5990 以300递增 |
600 |
100~250 以25递增 |
100~250 |
36~540 |
由此可见，加气混凝土板材的标准化程度是非常高的，其规格尺寸是目前加气砌块厂完全可以生产的。而单件部件加上吊具的重量都在1t以内，和目前普遍推崇的普通混凝土整间外墙板和楼板动辄5t，乃至不得不使用10t吊车来安装的现状有很大的区别。
不同规格的加气混凝土条板是用大块坯体切割而成的，根本不存在钢筋混凝土构件模具的制造、折旧和报废问题，这又是对节能减排的贡献。严格讲起来，只有把内外墙板和楼板转为使用标准化构件，而不是为特定项目“量身定做”的混凝土构件，才真正做到了标准化、定型化和工业化，而这正是加气混凝土板材的最大优势。[Page]
为生产加气混凝土板材，砌块厂已有的搅拌系统、模型、切割机完全可以使用，只需增加相应的钢筋处理环节就可以了。而加气混凝土板材内的配筋，由于成品的重量小，切割后的脱模吸附力几乎为0，所以在板材内的配筋完全是结构需要，绝不会发生钢筋混凝土外墙板那种配筋成本接近或超过混凝土成本的现象。
四、加气板材的吊运和安装
以上Fig.3是板材的吊运，Fig.10是板材的安装。由于加气板材经过高压养护，其体积稳定性绝对好过普通混凝土，所以只要保护得当，板材的收缩变形较小，接缝只要灌以专用砂浆，就可以保证不开裂、不漏水。
下图是外墙板和钢筋混凝土柱和屋面梁的连接，看来并不复杂。
从上图可见，加气混凝土外墙是由标准化的条板拼成的，并非普通混凝土外墙板那样在工厂内整间制造，因而配筋和模具费用极高。据笔者对武汉某项目混凝土外墙板的分析，每立米产品不计利润和税金为3000元，而混凝土成本仅占12%，钢筋和埋件则高达30%，模具+养护费用占15%。而加气混凝土砌块每立米产品包括模具和养护费用，不计利润和税金不超过200元，制造外墙条板仅需加入配筋费用30～50元，所以估计加气混凝土条板的出厂价可以在500元/m³以内，仅为钢筋混凝土墙板的1/6，由此大大降低工业化住宅的成本。
五、加气板材的表面处理
有人怀疑，加气外墙板的外饰面如何做？当然像混凝土整间墙那样铺饰面砖符合当前使用习惯，但是笔者参与编写的深圳市《非承重砌块墙体设计规范》SJG 13-2004早就规定“高层建筑的外墙不宜贴面砖”。香港公屋外墙板仍有贴面砖的习惯，国内有的高层设计也照样学样，其实是学习了错误的榜样，徒然提高了造价，也增加了面砖从高处落下的风险。尤其是保障性住房，外墙贴面砖是毫无意义的。外墙贴面砖是高耗能材料，形成的垃圾是永远不能分解的。在许多发达国家和地区从环保角度出发，尽量避免使用贴面砖。
加气混凝土另一个特点，就是易加工性。外墙板可以在工厂内设专门车间，加工出要求的效果，特殊情况下甚至“雕刻”出花纹，然后做表面处理，其费用比贴面砖低得多。此外，深圳市某公司有一项技术，将硅胶模在浇注混凝土前贴附在钢模内表面，然后在脱模后将硅胶模剥离，板材表面就可以非常漂亮的造型，凸显工业化建筑的特色外表。
至于内墙板和楼板则用通常的方法处理就行了。 [Page]
六、加气板材的接缝处理
下图是不同用途的板材的接缝形状。
第一行是外墙板的接缝方式。竖向板材最高6m（可两层楼一板），用专门的砂浆灌入（见上图右Fig.12），横向板则上公槽下母槽，用铺灰器均匀铺上砂浆，甚至用12mm的胶薄膜覆盖，上层条板压上后被压成10mm，防水效果非常好。
第二行是楼板的接缝方式。可以是上表面留缝灌浆，也可以预留公母槽。
第三行是内隔墙的连接。可以是干连接， 也可以是公母槽连接。在国外，刮腻子或抹灰后油漆，人工费用很高，不如直接贴墙纸。所以多孔加气混凝土的表面处理并不是问题。
对比右下角加气混凝土砌块的连接，板材的灰缝处理是多么简单呀。
七、钢结构和加气板材携手进军工业化住宅
当前国内的工业化住宅常以钢筋混凝土梁柱为承重结构，人们误认为，钢结构仅适用于大跨度厂房、桥梁、高层或超高层民用建筑。近年来，我国钢产量的快速增加，钢铁产能过剩的问题已凸显，而加大推广钢结构是解决钢铁产能过剩的有效途径。
钢结构确实比钢混结构造价高，这是因为我国混凝土的价格偏低，原因是砂石材料无序开采，售价低。这个现象将会逐渐改变。随着环保和高性能混凝土应用要求的提升，可以预见混凝土的价格会不断上涨，钢结构和钢混结构的差价会逐渐缩小，
建筑物上部结构直接造价因建筑层数不同，钢结构与混凝土结构相差10～15％左右；上部结构仅占工程造价的40%左右，因此采用钢结构和混凝土结构的差异只占工程建价4～6％左右。
然而，钢结构房屋自重比混凝土结构减轻约1/3，基础的造价减少约1/4。基础占工程建造价的12～16%左右，采用钢结构基础造价可节省总投资约3～4％，所以一般的住宅钢结构与混凝土结构结构主体的造价持平或稍高1～2%。钢结构建筑工期为现浇混凝土结构的1/3或更低，对降低开发资金效益明显，在高层住宅中，甚至钢结构可以和钢混结构造价持平。
加气混凝土板材用于钢结构是绝配。本来钢结构和钢混结构的区别主要在于承重体系，其他墙体、楼板、门窗和设备安装等工程量和造价是相同的。现在非承重部件重量减轻，大大降低了建筑物自重，承重结构可以减少用钢量，所有部件全在工厂内制造，保证了产品质量，降低了废料，是对环保绿色的贡献。
八、结论
当前国家大力推行住宅工业化，各地正试行各种建筑体系，但很少考虑国情，只追求大尺寸、全预制，以致花费大量投资建设预制构件厂。在标准化设计尚未成熟之前，各种构件的成本常常高出传统施工方法20%以上。固然，住宅工业化有提高质量、节材环保诸多好处，但这种社会效益不能要求发展商牺牲自身的经济效益来换取，即使在香港，政府可以在公屋建设中强制推行预制方法，但私人项目中还是难以被认可。尤其是外墙板，在国内被人认为是工业化住宅预制部件的首选，推行的结果立马把住宅成本大大提高。
本文推荐的工业化住宅承重部件使用钢结构，非承重部件使用加气混凝土配筋板材，既可以免除钢筋混凝土预制构件厂的投资，也部分解决了当前钢铁产能和加气厂产能过剩的问题，同时让加气混凝土节能减排的优点充分发挥，而板材的应用也将大大降低建筑成本，减少工地用工。
本文撰写时，参考和引用了中国建筑材料工业协会科技教育委员会委员陶有生的《加气混凝土板材及其应用》和《进一步发挥加气混凝土制品在建筑节能中的作用》中的图片和数据，以及他人的一些资料，在此表示谢意。
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