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装配式混凝土建筑防水技术概述

打印 0条评论来源:中国建筑防水杂志社 作者:张勇

在开始讨论之前,有必要先明晰如下几个概念。


1)绿色建筑(GreenBuilding):是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源,节能、节地、节水、节材、保护环境和减少污染,提供健康适用、高效使用、与自然和谐共生的建筑,又可称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。


2)住宅产业化(HousingIndustrialization):以科技为先导,以成品住宅为最终产品,运用现代的科学技术和工业化生产方式全面改造传统、粗放的住宅产业,使住宅建造全过程的规划设计、部品生产、施工建造、开发管理等环节形成完整、有机的产业链,逐步实现生产方式的工业化、集约化和社会化,从而符合当代经济社会发展的要求。


3)新型建筑工业化(ModernHousing Industrialization):主要指建设施工方式的变革,即采用预制装配式的方式建造房屋,包括钢结构和预制装配式混凝土结构。新型建筑工业化是住宅产业化的核心,标志着住宅产业化的水平。从“住宅产业化”到“新型建筑工业化”,其内涵更宽、更广,不仅涵盖住宅建筑结构部分,而且包含了部品部件的大规模工业生产,还融入了现代的科学技术(包括信息技术)、管理手段(包括全生命周期管理)。


4)装配式混凝土结构(PrecastConcrete Structure):由预制混凝土构件或部件通过各种可靠的连接方式装配而成的混凝土结构,包括装配整体式混凝土结构、全装配混凝土结构等。在建筑工程中,简称装配式建筑;在结构工程中,简称装配式结构。


5)住宅部品(HousingComponent):是由基本建筑材料、产品、零配件等集合而成,建筑中满足该部位特定功能要求的基本单元,作为系统集成和技术配套整体的部件,可在施工现场进行组装。


上述各定义的内在关系是:绿色建筑是建筑业未来的发展方向;住宅产业化因具有保证工程质量、节能、节材的特征成为实现绿色建筑(通过绿色建造)的一种可靠手段;新型建筑工业化的内涵是通过建筑部品的工厂流水线预制、现场组装,实现住宅产业化的目标,其技术基础是通过对现有建筑结构体系装配化过程的研究,打通上下产业链,实现“像造汽车一样在工厂流水线上造房子”的建筑工业化设想;装配式混凝土结构则是实现新型建筑工业化的一种主要结构形式;部品则是在工厂制造、现场组装的产品,是住宅产业化得以实现的物质基础,其多样化和集成化是住宅产业化的标志。


按照上述顺序理解各概念之间的关系,有助于理解国家住宅产业化宏观政策的走向和趋势,反之,则有助于产业链上的相关企业在宏观产业政策的指引下,找出各自的市场发力点。


1、预制装配式结构的现状


预制装配式住宅建筑体系主要由主体结构、室内装修和设备安装等三大系统组成。其中,主体结构体系起主导作用,它是工业化住宅的最核心内容;而装修和设备系统是受主体结构体系约束的。


在世界范围内,预制装配式结构可大体分为木结构体系、轻钢结构体系(LGS)和预制混凝土结构(PC)体系三大类。在我国,受土地、森林资源限制,木结构体系在现代建筑中采用的不多;轻钢结构体系虽然有所发展,但从标准规范和配套部品开发等方面来看,还处在不断完善之中;研究最为深入、技术成熟度最高、配套部品生产最为完善的,当属装配式混凝土结构。


装配式混凝土结构根据结构体系特点又分为装配整体式混凝土框架结构(Monolithic Precast Concrete Frame Structure)、装配整体式剪力墙结构(MonolithicPrecast Concrete Shear Wall Structure),两者又根据梁、板、柱等受力构件的特征分为装配整体式型钢混凝土框架结构、预应力叠合楼板装配整体式剪力墙结构、装配整体式夹心保温剪力墙结构、主体结构现浇外挂墙板体系等形式。研究的重点包括:受力部件的优化设计、分割,部件(特别是竖向受力钢筋)的连接,装饰、保温及(非)承重墙板体系的开发等。


装配式混凝土结构由于采用模数化设计,梁、板、柱、楼梯、阳台等部件实现在工厂内的制造和检测,运输到现场后再行组装。在墙板设计制造时,通过采用瓷砖反打等饰面技术,实现装饰、保温、承重功能的一体化;加上门窗洞口预留或门窗(框)预装等措施,有效地保证了安装精度,最大幅度地降低了门窗洞口部位的渗漏水风险。综合来看,装配式混凝土结构具有施工速度快、装配精度高、质量稳定、安全快捷、防水性良好等特点。


早期的装配式大板结构体系,构件之间多数为机械连接,构件的钢筋不直接接触,连接受力以螺栓和预埋件为主,这种连接方式整体性差,隔音、防水性能不足;而装配式混凝土结构构件之间的连接则以现浇节点为主,将预制PC构件的钢筋伸入现浇构件中进行锚固连接,有效保证了建筑物的整体性。


与当前主流的工地现浇施工方式相比,理想状态下,装配式建筑的现场垃圾量可减少83%,材料损耗减少60%,差错率可降低到0.01%,外墙渗漏率可低于0.01%,建造人员可减少89%,而建造周期缩短近70%,同时每m2可节约能耗20%、节约水耗63%。


装配式混凝土结构在国内的发展和研究已不是新鲜话题,但其推广却并不是一帆风顺,主要的原因在于技术标准滞后(表现为不同结构体系、不同用途建筑物设计、施工及质量验收的技术规范缺乏,各部品生产质量控制等标准缺失,专业的信息化软件不足)、建造成本偏高(在现行工程管理体制下,协调、运输、安装等环节费用高)、产业链脱节(表现为整体设计与局部和单体设计脱节,建筑结构与部品部件设计脱节,新材料与传统大宗建材综合应用设计脱节,前期施工与后期装修设计脱节,还有木结构、钢结构、PC结构互补性综合设计脱节,生产与施工脱节等)。解决这些难题,有必要从现行建筑行业管理体制入手,整合资源,打通设计、制造、运输、安装等产业链各个环节,最终实现住宅产业化的初衷。


2、装配式混凝土建筑的防水


从防水工程的角度来看,装配式混凝土建筑关注的重点主要在建筑物的地上部分,通常从地上二层开始,一层及以下仍采取与现浇结构完全相同的方式建造;屋面如不采用PC结构,其构造与施工与现行GB 50345—2012《屋面工程技术规范》的规定基本一致;室内由于采用PC构件加节点现浇(或灌浆连接)的工艺,防水功能比较容易得到保证。因此,如果要探讨装配式混凝土建筑中防水工程的特点,除去与地下、屋面和室内等与现浇混凝土结构完全相同的环节之外,需要重点关注及难点主要是预制外墙板接缝的密封防水。


装配式混凝土建筑的预制外墙板的种类很多,按是否承受荷载分为承重和非承重两类,前者如装饰保温承重一体化夹芯复合预制墙板(与梁、板、柱等承重构件通过现浇混凝土连接),后者如预制非承重外挂板以及预制外挂模板(先挂后浇)等。按预制墙板自身构造分为装饰保温承重一体化夹芯复合墙板、不带保温层的预制外挂墙板以及带装饰、带饰面层和保温层的预制外挂模板(PCF)等;按与主体结构的连接方式分为现浇混凝土(高强无收缩灌浆料)连接和预埋螺栓机械式连接。其中,以装饰保温承重一体化夹芯复合墙板和预制非承重外挂板两者的应用比较广泛。前者主要用在装配整体式剪力墙结构中,后者则主要用在装配整体式框架结构以及现浇混凝土框架结构中。


墙板缝分为水平缝和垂直缝,两者都是在墙板拼接过程中自然形成的。接缝迎水面(室外)的一次密封防水主要是在墙板上下两端预留形成的高低缝、企口缝等不同构造形式的接缝内嵌填密封胶,在接缝的背水面一侧(室内),可根据墙板的构造、功能不同,采取粘贴定型密封条(预制非承重外挂板)或现浇混凝土连接(装饰保温承重一体化夹芯复合墙板),形成二次密封,两道密封之间形成空腔。每隔2~3层,在水平缝和垂直缝相交的十字缝部位的竖直缝上端,设置导水管作引水处理,即便一次密封出现局部破损,漏入空腔中的水或水汽也能通过彼此连通的空腔构造和导水管排走。故以材料密封防水为主、空腔构造排水为辅,是预制外墙板接缝密封防水的基本设防原则。


至于门窗,因安装精度大幅提高,除了在门窗框与基层之间采取密封措施之外,其余构造措施还包括上沿设置滴水(鹰嘴)、窗户内外两侧窗台内高外低以利排水等。以下就两种典型的预制外墙板接缝的密封防水措施分别展开叙述。


2.1 装饰保温承重一体化夹芯复合预制墙板接缝密封防水


装饰保温承重一体化夹芯复合预制墙板主要用于装配整体式剪力墙结构中,垂直缝宜选用结构防水与材料防水结合的两道防水构造,水平缝宜选用构造防水与材料防水结合的两道防水构造(图1—2)。这里的构造防水是指在板边缘利用企口缝或高低缝(水平缝)、直缝(垂直缝)形成的排水空腔构造,材料防水则是指在接缝迎水面用密封胶的密封处理,结构防水则是指板的四边与现浇梁板柱相接部位预留干净的粗糙面,尽量消除新旧混凝土之间的施工缝可能带来的渗漏风险。


(图1 水平缝两道防水构造)


(一)


(二)

(图2 垂直缝两道防水构造)


2.2 预制非承重外挂板接缝密封防水


无论预制非承重外挂板是否带夹芯保温层,其与主体结构之间的连接方式及板间的接缝处理相同。图3给出了带夹芯保温层的非承重装饰外挂板的水平缝、垂直缝及预埋导水管的构造。不难看出,其接缝密封防水与装饰保温承重一体化夹芯复合预制墙板基本一致,不同之处在于接缝的背水面添加了一道定型密封材料进行封堵,以增加防水的可靠性。这道定型密封材料的施工通常在预制墙板出厂前粘贴完毕,原因可能与外挂墙板安装完毕后,板的背水面缺乏可供缝隙密封的操作面有关。


(图3 预制保温夹芯外挂墙板竖缝、水平缝、垂直缝防水构造)


2.3 接缝密封材料的选择


通过上面的分析,不难看出密封材料是保证装配式混凝土建筑外墙防水工程质量的物质基础之一,其性能优劣关乎工程质量及装配式混凝土建筑的推广和普及。根据PC板的应用部位特点,选用密封胶时应关注的性能包括:1)抗位移性,预制板接缝部位在应用过程中,受环境温度变化会出现热胀冷缩现象,使得接缝尺寸发生循环变化,密封胶必须具备良好的抗位移能力;2)耐候性,部分使用部位长期处于外露条件,采用的密封胶必须具有良好的耐候性;3)粘结性,PC板主要结构组成为水泥混凝土,为保证密封效果,采用的密封胶必须与水泥混凝土基材良好粘结;4)防污染性,密封胶若作为外露密封使用,为整体美观需要还应具备防污染性,即避免对接缝两侧的基层造成污染;5)蠕变性,作为PC板的密封胶应具备一定的蠕变性,这样即便粘结面长期受力也不易发生粘结破坏;6)涂装性,现代装饰为追求整体的美观度,常对表面进行喷漆处理,可涂装性也是一项重要的性能指标;7)可维修性,密封胶在使用过程中难免出现破损、局部粘结失效情况,因此需对密封胶进行及时修补,避免漏水。


部分满足以上要求的密封胶品种包括硅酮建筑密封胶(SR胶)、聚氨酯建筑密封胶(PU胶)及硅烷改性聚醚类建筑密封胶(MS胶,尚缺乏相关标准),其中以MS建筑密封胶综合性能最佳。通常,非暴露部位可使用低模量聚氨酯密封胶,而暴露使用的部位宜使用低模量MS密封胶,硅酮密封胶虽然耐候性优良,但无法涂装,加上后期修补困难,使用较少。


除了关注密封胶的性能之外,容易被忽视的还包括配套辅助材料(如背衬材料、基层处理剂的使用,同时还需加强对密封工程从业人员的技术培训。目前国内建筑防水行业已开始重视这项工作,相信在中国建筑防水协会等社会组织和机构的推动下,建筑密封工程的质量,未来将得以稳步提升。


3、展望


住宅产业化是传统建筑业转型升级,改变粗放式发展模式,向绿色建筑这一目标迈进的途径之一。装配式混凝土结构住宅体系是根据建筑工业化要求,在住宅建筑主体结构工程中大量采用尺寸精确、做工细致、符合建筑模数化和标准化的预制构配件,不仅质量稳定、能减少现场湿作业、缩短施工周期和提高工效并节省材料和保护环境,而且还可以大幅度提高住宅工程整体建造水平与质量。


从保证工程整体建造水平和质量、缩短施工周期及节约材料保护环境等目标和特征出发,虽然现阶段在相关技术标准中防水工程关注的重点被放在了接缝密封方面,但以单层防水卷材屋面、冷屋面、种植屋面、压型金属板屋面、通风瓦屋面等为代表的新型屋面技术依然契合这一目标和特征。展望未来,密封材料供应商在住宅产业化市场中可获得可观的发展,防水材料企业亦大有可为。至于地下工程,因其条件特殊(如空间有限、地质条件复杂、施工工艺及支护方式多样等),在建筑领域内短期尚难见有这方面的研究和突破。但施工性能优良、针对地下工程的系统化防水体系在住宅产业化市场中也将有不小的用武之地。住宅产业化对工程质量、环境保护及资源节约终极追求的理念,也可以成为引领地下工程防水体系技术不断进步的旗帜。


4、结论


主体结构体系是住宅产业化和新型建筑工业化的核心,主体结构体系的发展决定着整个住宅产业化的推广走向。关注住宅产业化,可首先从具体的结构体系出发。预制装配式混凝土结构,是目前住宅产业化的主流,其关注的重点在于预制外墙板接缝的密封防水处理。采用材料密封和构造防排水措施相结合的方法,可以获得良好的密封防水效果。密封材料是实现接缝密封防水的物质基础,应当予以高度重视。通过引入住宅产业化的理念,防水材料供应商可望在接缝密封及新型屋面系统推广中有所斩获。


致谢:本文在收集资料过程中,得到同济大学中欧建筑节能培训与研究中心主任张永明教授、北京万科企业有限公司工程管理部张芸总工程师以及北京榆构有限公司刘昊副总经理的大力支持,特此致谢。


(责任编辑:金曙)



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