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摘 要: 装配式建筑是基于产业化结构、工业化手段由传统建筑升级而来。主要介绍、分析了装配式建筑的部品部件体系及 PC 材料与高性能材料，并以外围护部品部件为例，研究高性能材料在与 PC 流水线生产工艺结合的应用工艺。
装配式建筑是基于工业化建造体系，通过在项目前期策划，围绕产业化系统进行设计规划统筹，结合绿色环保、高性能的材料，将设计建筑物拆分为标准化部品部件，在工厂批量生产、系统集成后运输至现场再组装。
国外早在二十世纪 40 年代就开始预制装配建筑的探索，从传统建造到 SAR、SI 体系理论，再到工业化。国内的装配式建筑发展于二十世纪 50 年代，之后受限于技术和成本，现浇占据主流; 住宅部品发展于二十世纪 80 年代，彼时国内一些企业参照国外经验形成部品雏形; 随后国家推进，提出了住宅部品及体系相关概念和基本框架，也编制了相关标准。随着国内目前劳动力逐渐短缺、建筑成本上升、环保政策趋严等，就体现出了装配式建筑的优点，促成了装配式建筑发展纲领文件出台，装配式建筑体系初步建立。2020 年，我国装配式建筑新开工面积 6. 3 亿 m2，占新建建筑面积的比例约为20. 5%，完成了《“十三五”装配式建筑行动方案》的目标，新开工装配式混凝土结构建筑 4. 3 亿 m2，相比往年总体呈现增长趋势。而对于装配建筑核心的建筑部品部件，国内一直在进行研究，从装配式部品部件的系统分类研究、标准体系构建研究、生产体系研究到装配式装修内装体系的研究等等。
1 装配式建筑部品部件体系
目前，预制混凝土结构是国内装配式建筑的主要形式，由于其结合工业化制造、产业化布局后成本相对较低，适用范围广，符合可持续的理念，在装配式建筑的选型中占据主导地位。结构体系主要有装配式剪力墙、框架以及框架剪力墙三大类。
装配式建筑部品部件可分为结构系统、外围护系统、内装系统、设备与管线系统 4 个系统。如图 1 所示，结构系统包含主体结构部件和其他受力结构部件; 外围护系统护则包含了屋面部品、外墙部品、外门窗部品、外装饰部品等; 内装系统包括室内装饰部品件、隔断部品件、门窗部品件等; 设备和管线系统包括给排水系统、供暖通风空调系统、电气照明系统、消防系统等。
目前的装配式建筑的部品部件大多还是以混凝土材料、以传统 PC 构件为主。预制混凝土构件( PC构件) 是装配式建筑的核心，与传统现浇混凝土相比，在工厂中生产的混凝士预制构件质量好、生产成本低、施工效率高、较少污染物排放。但钢筋混凝土材料还是有不少局限性: 单位质量性能差，不易吊运; 局部强度低，易破坏; 构件类型多，模数化、标准化后依然冗杂; 连接节点复杂、节点强度不够; 成本高，节能性能不足，需要额外功能面层( 如保温层、装饰面层) 满足要求等等。而以 UHPC、GRC 等为主的高性能材料则可以解决这些问题。GRC、UHPC 主要有轻质高强、防火、防水、绿色环保等优点，GRC 的质感好、造型表现强，UHPC 的韧性高、耐久高，作为装配式装饰部品部件能够提供更为丰富细腻的造型，实现多样的建筑表达效果，并克服传统PC 构件的缺陷。
2 装饰性外围护部品部件组成及高性能材料
建筑立面呈现的效果由细部、色彩、质感与肌理决定。传统建筑外立面的做法，一种是分部式，外围护主体加上在主体上施工做外装饰面，如瓷砖、薄抹灰、涂层等材料; 二是系统集成式，外挂在结构主体的外围护系统实现，如外挂石材、装饰挂板、幕墙等等( 图 2) 。对于装配式建筑来说，将外围护主体与建筑外立面的细部、色彩、质感、纹理等要素合并为现场批量组装的围护装饰一体化单元，简化构造节点，比现浇建造效率高，质量好，过程可控。细部构造根据复杂程度在生产时可以单独成部品，也可以与主体一体化生产。
同时在材料的选择上，可以通过高性能材料工艺与 PC 生产线工艺相结合，以克服传统 PC 构件用作一些部品部件的劣势。如在外围护系统中，用作外围护部品部件的预制混凝土外挂墙板不同于主体受力结构，仅考虑自身荷载及风荷载等局部外荷载影响。同样的条件下，GRC 或 UHPC 材料依靠自身材料优势以及与混凝土相近的材料性质比预制混凝土外挂墙板厚度要小，自重降低 50%左右，板幅也可以做到更大。
GRC 是一种纤维水泥复合材料，主要材料构成为耐碱玻璃纤维与水泥砂浆基体，韧性好，强度高。国内以耐碱玻璃纤维与低碱水泥相复合的技术路线为主，主要用作轻质板件，轻质墙板，建筑、景观、室内装饰制品等等。与其他装饰材料的性能对比见表 1。
UHPC 指抗压性能很高的混凝土材料，属于纤维混凝土水泥基复合材料的范畴。最大堆积密度配制原理，使其拥有超高的力学性能、工作性能及耐久性。与普通混凝土材料性能对比见表 2。细密的材料组成使其内外极少存在孔隙及微裂缝，使得表面具有很高的光洁度，因此也具有独特的装饰性。
3 高性能装饰性外围护部品部件生产工艺
3. 1 常规 PC 生产线工艺
常规 PC 构件，如预制墙板、外墙挂板、预制柱、叠合墙板、预制楼梯、空调板、阳台板等，生产主要工艺流程见图 3。其中根据设计，通过在定位支模步骤后铺设定制外模板可直接赋予墙板肌理; 构件养护采用密闭养护室加温养护。如双面叠合墙板生产要完成两面墙叶，则需要增加翻转工序，完成一侧墙叶的养护后进行翻转，对另外一侧墙叶完成生产。生产线上模台侧模采用磁性模具，对一些特殊形状的墙板，可用齿模或泡沫条代替作为一次性模具。对于异形 PC 构件，则需要根据设计定制模具结合模台进行生产。
3. 2高性能材料生产工艺
GRC 材质与石材类似，还可以对基层表面后处理，实现不同效果。GRC 成型工艺有喷射、铺网抹浆、混合以及预混工艺，其中前三种适合制作平面、薄壁、细长的部件制品; 预混工艺则用来制作如柱头、柱基、支托等具有粗、短的形状特点和壁较厚的部件制品。
UHPC 材料强度高，成型构件厚度薄，连接节点强度大，安全可靠，同时材料本身寿命较长，具有较强保色、自洁性能，没有变色、起皮、粉化、脱落等质量问题。因此多用作外挂墙板、保温装饰一体化板、复杂装饰性表皮面板以及其他轻型部品部件。板高可以做到 6 m 而厚度不超过 100 mm，另外不需要额外做饰面层。
GRC 和 UHPC 均可通过模具实现复杂曲面和表面肌理，转角收边整体成型，整体性较好，拆分单元尺寸大，色彩可以根据设计调配，无需防水后处理，可以与建筑同寿命。
以 UHPC 外挂板为例，普通生产工艺如下:
1) 定制模具。根据设计形状轮廓选材，制作模具。主要根据构件外露效果面、浇模脱模情况、预埋件位置考虑模具开合位置，位置宜为效果面与粗糙面的分割处，并预留浇料口( 图 4) 。
2) 模具固定预埋件。将连接螺栓、钢筋等预埋件固定至模具相应位置，然后喷涂好脱模剂( 图 4)。
3) UHPC 浆体拌制。通 过 将 UHPC 母料( 水泥、砂、硅灰等) 、水、外加剂、钢纤维等原料按照比例加入搅拌机进行搅拌( 图 5) 。
4) 下模部分分层浇筑。底模往往是外立面方向的模具，涉及到外立面效果的保证。这部分需要根据模具形状，先浇边角部分; 沿着边角边铺浆体边用腻子或者辊筒压实、夯实，同时用橡皮锤对附近模具敲击，以去除混在料中的空气，保证浇筑构件外面的效果( 图 6) 。
5) 封盖固定顶模。底模部分铺满后，将顶模盖上底模，并进行固定，确保模具之间相对位置不变( 图 7) 。
6) 上模部分浇筑。通过预留的浇料口将模具内剩余空间填满，同时进行振捣( 图 8) 。
7) 静置养护，脱模堆放。脱模时，先将设计组装好的钢骨框架与背部的预埋螺栓进行连接，然后直接吊出，完成脱模。
通过将 上 述 工 艺 与 PC 生产流水线相结合，GRC、UHPC 生产主要工艺流程见图 9。定位支模时铺设底模宜为木、塑料、硅胶材质; GRC 成型工艺之前，可以选择喷涂外饰面层，水泥砂浆层可以使成型后的面板表面光滑、均匀; 浇筑或喷涂 GRC 预混料或 UHPC 料宜采用分层方式，首层浇筑后，应通过辊筒滚压、夯实或使用腻子将料压实，以去除混在混合料中的空气，尤其注意边缘处、弯曲处、转角处;GRC 放置固定背附钢架后，应在材料骨架连接处铺粘结垫。
4 结束语
随着装配式建筑相关技术的研究与工程实践的增长，装配式部品部件的生产会越来越庞大，高性能材料部品部件组成的建筑，与传统现浇混凝土建筑相比，在建材生产与建筑施工阶段的碳排放方面有明显的优势，能够让建筑实现节能减排环保。在国家的大力支持下，采用高性能材料的装配式建筑，能够提升建筑整体效能，实现高效建造、施工，助力实现“2030 碳达峰 2060 碳中和”的发展战略目标。
（责任编辑：何雯丽）
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