近年來(lái),在推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中,自上而下把預(yù)制混凝土裝配式建筑看作實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的途徑、普及綠色建筑的捷徑;卻無(wú)視當(dāng)今機(jī)械化現(xiàn)澆混凝土的先進(jìn)適用性,仍被看作是傳統(tǒng)的甚至是落后的施工方式,這種看法是不符合實(shí)際的,十分片面的。
本人是學(xué)混凝土出身,與混凝土有不解之緣,50年來(lái)親歷了混凝土預(yù)制和現(xiàn)澆的發(fā)展變化。我認(rèn)為:混凝土是一種在常溫條件下就能從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生高強(qiáng)度的獨(dú)特材料,因此就形成了預(yù)制和現(xiàn)澆兩種施工方式。
預(yù)制是先在工廠里制作成混凝土構(gòu)件,然后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配連接,形成裝配式混凝土結(jié)構(gòu);現(xiàn)澆是在施工現(xiàn)場(chǎng)將混凝土直接澆注入模成型,形成整體混凝土結(jié)構(gòu)。鋼材則不然,在常溫下就是固態(tài),不可能現(xiàn)澆,必須在工廠里加工成鋼構(gòu)件,然后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)焊接裝配。
但是,混凝土從液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)化是不可逆的,堅(jiān)固的混凝土不能像鋼材那樣在高溫下可熔化成液態(tài),預(yù)制混凝土構(gòu)件也不能像鋼構(gòu)件那樣可以通過(guò)焊接熔合成一體。就確?;炷两ㄖY(jié)構(gòu)的整體性和安全性而言,混凝土在施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑成型才能真正發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢(shì),這是其他材料無(wú)可比擬的。
而預(yù)制混凝土構(gòu)件通過(guò)技術(shù)措施連接后形成的裝配式混凝土結(jié)構(gòu),無(wú)論在理論上還是實(shí)際上,其整體性和安全性都不如現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu);預(yù)制構(gòu)件之間的連接通常采用現(xiàn)澆混凝土(或采用鋼筋套筒灌漿),也就是將伸出兩個(gè)構(gòu)件的鋼筋(俗稱:胡子筋)共同錨固在現(xiàn)澆混凝土中來(lái)實(shí)現(xiàn)的,現(xiàn)澆混凝土與預(yù)制混凝土構(gòu)件只是粘接而已,沒(méi)有也不可能連結(jié)成整體,因此,構(gòu)件連接部位是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),處理不當(dāng)就會(huì)形成安全隱患,還可能發(fā)生滲漏和結(jié)露,解決構(gòu)件的連接及防水、保溫問(wèn)題并確保其可靠性、耐久性,歷來(lái)是國(guó)內(nèi)外研究的技術(shù)關(guān)鍵,而現(xiàn)澆混凝土則不存在這些問(wèn)題,這也是近30年現(xiàn)澆混凝土取得迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的根本原因。 混凝土通過(guò)近200年的發(fā)展,特別是近50多年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外的預(yù)制和現(xiàn)澆技術(shù)都取得了巨大的進(jìn)步,都實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。但客觀地說(shuō),國(guó)內(nèi)預(yù)制混凝土技術(shù)與國(guó)外尚有差距;而全國(guó)各地鱗次櫛比、拔地而起的混凝土高層建筑則說(shuō)明:我國(guó)的現(xiàn)澆混凝土技術(shù)與國(guó)外相比毫不遜色。前幾年,為完成北京市住建委下達(dá)的調(diào)研課題,我收集和研究了混凝土發(fā)展的歷史資料。下面,我從混凝土的發(fā)展說(shuō)起,回顧北京混凝土預(yù)制和現(xiàn)澆的發(fā)展情況,后談幾點(diǎn)看法,供有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門參考。
一、混凝土的發(fā)展
混凝土是由膠結(jié)材(無(wú)機(jī)的、有機(jī)的或無(wú)機(jī)、有機(jī)復(fù)合的)、顆粒狀骨料以及必要時(shí)加入的化學(xué)外加劑和礦物摻合料等組分的混合物,加水進(jìn)行攪拌,經(jīng)硬化后形成的具有堆聚結(jié)構(gòu)的復(fù)合建筑材料。通常所說(shuō)的混凝土,是指以水泥為膠結(jié)材,以砂、石為骨料的普通混凝土。1824年,波特蘭水泥(即:普通硅酸鹽水泥)在英國(guó)問(wèn)世后,很快出現(xiàn)了水泥砂漿和混凝土。1850年,法國(guó)發(fā)明鋼筋混凝土,解決了混凝土抗拉強(qiáng)度不足的問(wèn)題,19世紀(jì)末,出現(xiàn)了鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范,自此以后,鋼筋混凝土技術(shù)不斷發(fā)展,廣泛用于各種建設(shè)工程,混凝土的用量急劇增加,已成為世界上用量多的人造建筑材料,成為中、高層建筑不可或缺的主體結(jié)構(gòu)材料。 北京采用混凝土始于清朝末年,20世紀(jì)初葉建造的東交民巷和清華學(xué)堂,是迄今所知北京早采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土的磚混結(jié)構(gòu)建筑。1909-1911年建造的清華學(xué)堂西段門廳,采用了現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓柱,那時(shí)北京還沒(méi)有生產(chǎn)水泥,水泥應(yīng)該是從“唐山洋灰公司”運(yùn)過(guò)來(lái)的,這也是北京人過(guò)去把水泥叫“洋灰”的原因。1939—1944年興建并投產(chǎn)的北京琉璃河水泥廠,是北京首家水泥廠,從此,北京可以用自己生產(chǎn)的水泥來(lái)建造磚混結(jié)構(gòu)房屋了。隨著水泥和混凝土技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,北京的建筑從低層發(fā)展到多層,又從多層發(fā)展到高層,并使混凝土從現(xiàn)澆到預(yù)制,又從預(yù)制到現(xiàn)澆,或預(yù)制、現(xiàn)澆相結(jié)合,形成安全可靠的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),滿足了經(jīng)濟(jì)社會(huì)和建設(shè)事業(yè)迅速發(fā)展的需要。 混凝土強(qiáng)度、流動(dòng)性和耐久性是衡量混凝土性能的主要指標(biāo),在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)混凝土強(qiáng)度和施工流動(dòng)性是難以解決的矛盾,混凝土現(xiàn)澆和預(yù)制技術(shù)的發(fā)展與此密切相關(guān)。1918年,美國(guó)早提出了計(jì)算混凝土強(qiáng)度的水灰比理論,經(jīng)不斷完善沿用至今。強(qiáng)度與水灰比成反比,流動(dòng)性與用水量成正比。水灰比低則強(qiáng)度高,為了提高強(qiáng)度而采用低水灰比時(shí),新拌混凝土的流動(dòng)性就會(huì)降低,影響施工操作,我們稱之為“工作性差”,在此情況下,只能通過(guò)增加用水量來(lái)提高流動(dòng)性,同時(shí)必須相應(yīng)地增加水泥用量,以保持水灰比不變,才能保證強(qiáng)度指標(biāo)。上世紀(jì)50年代,為了提高混凝土強(qiáng)度和節(jié)約水泥,便減少用水量,采用流動(dòng)性較差的干硬性或半干硬性混凝土(坍落度0-5cm),同時(shí)采用振搗成型工藝使混凝土“液化”、實(shí)施澆注入模成型,以保證其密實(shí)度,加大了現(xiàn)澆施工的難度。因此,出現(xiàn)了在施工現(xiàn)場(chǎng)和工廠里預(yù)制混凝土構(gòu)件,然后運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)吊裝就位連接,這就是“裝配式建筑”,提高了施工效率和現(xiàn)場(chǎng)文明,但也增加了相關(guān)工序和費(fèi)用。上世紀(jì)60年代,日本、德國(guó)發(fā)明了以高效能減水劑為代表的外加劑,其后又發(fā)明了混凝土運(yùn)輸和泵送設(shè)備,使混凝土技術(shù)及其現(xiàn)澆技術(shù)取得了革命性的重大發(fā)展。在混凝土混合物中摻入高效減水劑可以大幅度地降低水灰比(可降至0.25—0.3)來(lái)提高強(qiáng)度,在不需要增加水和水泥的情況下,可提高新拌混凝土的流動(dòng)性(坍落度可達(dá)20㎝以上),使混凝土的拌制、運(yùn)送、泵送、澆注和成型等工藝過(guò)程變得十分容易,混凝土的性能也得到改善。上世紀(jì)80年代,北京緊跟國(guó)際潮流,學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外混凝土成套先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了混凝土由干硬性向流動(dòng)性轉(zhuǎn)化,現(xiàn)澆混凝土的應(yīng)用取得發(fā)展,至90年代已基本形成了混凝土在商品混凝土站預(yù)拌生產(chǎn),用攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng),用泵送工藝(移動(dòng)式混凝土泵車或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置混凝土固定泵和輸送管道)使混凝土“就地上樓”、澆注入模(定型模板)成型的成套機(jī)械化施工技術(shù),施工方便快捷,混凝土結(jié)構(gòu)整體性、抗震性好,實(shí)現(xiàn)了“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、質(zhì)量可靠”,充分發(fā)揮了混凝土的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),滿足了北京高層建筑迅速發(fā)展的需要。近10多年來(lái),外加劑和摻合料已成為混凝土的重要組分,采用“雙摻法”(即:同時(shí)摻加外加劑和摻合料)可以配置出高性能混凝土,有效地提高混凝土的強(qiáng)度、工作性能和耐久性能,使混凝土發(fā)展成為性能更加優(yōu)良的綠色建材,也推動(dòng)了北京現(xiàn)澆混凝土技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),2013年北京鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所占比例高達(dá)87%,基本上都是現(xiàn)澆混凝土。
二、預(yù)制混凝土的發(fā)展
上世紀(jì)50年代初,北京的混凝土逐步由人工攪拌改為攪拌機(jī)攪拌,并在工程施工現(xiàn)場(chǎng)支模板、澆注混凝土。不久,開(kāi)始推行干硬性混凝土,給現(xiàn)澆施工增加了難度,各建筑公司便從現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制開(kāi)始,相繼建立半永久性鋼筋混凝土構(gòu)件廠,露天預(yù)制生產(chǎn)磚混結(jié)構(gòu)所需的混凝土梁板通用構(gòu)件,然后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝就位,與工程其他結(jié)構(gòu)部位相連接。1955年,在東郊百子灣動(dòng)工興建北京建筑構(gòu)件廠,生產(chǎn)工藝參照蘇聯(lián)列寧格勒構(gòu)件廠,機(jī)械化流水作業(yè),從法國(guó)引進(jìn)每小時(shí)產(chǎn)量50立方米的混凝土攪拌站。1958年正式投產(chǎn),主要產(chǎn)品為混凝土屋面板和空心樓板。1958年在西郊蘆溝橋籌建北京第二建筑構(gòu)件廠,主要產(chǎn)品是混凝土空心樓板和橋梁構(gòu)件。1958年成立北京東郊十里堡構(gòu)件廠,后發(fā)展為北京第三建筑構(gòu)件廠,1980年更名為北京住宅壁板廠,占地500畝,設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力16萬(wàn)立方米,是北京裝配式混凝土大板建筑的生產(chǎn)基地,并被譽(yù)為亞洲大的預(yù)制構(gòu)件廠或房屋工廠。 北京的預(yù)制構(gòu)件用于高層混凝土結(jié)構(gòu)是從裝配式框架結(jié)構(gòu)開(kāi)始的。1959年,8-12層北京民族飯店首次采用預(yù)制裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。1960年,14層的北京民航大樓;1974年,建國(guó)門16層外交公寓等,都采用工廠預(yù)制框架梁柱,運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)裝配,節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆連接。1974-1977年,在廠橋、東大橋、安定門、西二環(huán)路和雙井等處興建一批9-14層裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)住宅,1975-1983年,還研究建成了一批5-6層的裝配式框架輕板住宅,都采用加氣混凝土條板拼裝的內(nèi)、外墻板,梁和樓板為預(yù)制,柱子先是預(yù)制,1976年唐山地震后改為現(xiàn)澆。上世紀(jì)80年代起,由于現(xiàn)澆混凝土技術(shù)的發(fā)展和出于抗震安全的考慮,北京框架-剪力墻的高層建筑都采用現(xiàn)澆混凝土施工,以提高結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。北京沒(méi)有再建裝配式框架結(jié)構(gòu)建筑。 北京預(yù)制混凝土發(fā)展的高峰是形成裝配式混凝土大板住宅(簡(jiǎn)稱:大板住宅)建筑工業(yè)化體系。大板住宅是在工廠用混凝土預(yù)制成內(nèi)外墻板、樓板、屋面板等大型構(gòu)件,然后運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配和連接而成。這種工業(yè)化建筑體系起源于20世紀(jì)40年代,是歐洲(如:蘇聯(lián)、法國(guó)等)為解決第
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