不同类型、不同材料的建筑预制构件,它的生产工艺是不同的。本节主要以应用较为广泛的钢筋混凝土预制构件为例,介绍建筑构件的生产过程。钢筋混凝土预制构件的制作过程包括:模板的制作与安装,钢筋的制作与安装,混凝土的制备、运输,构件的浇筑振捣和养护,脱模与堆放等。
①能够实现成批工业化生产,节约材料,降低施工成本。
②有成熟的施工工艺,有利于保证构件质量,特别是进行标准定型构件的生产,预制构件厂(场)施工条件稳定,施工程序规范,比现浇构件更易于保证质量。
③可以提前为工程施工做准备,施工时将达到强度的预制构件进行安装,可以加快工程进度,降低工人劳动强度。
根据生产过程中组织构件成型和养护的不同特点,预制构件制作工艺可分为台座法、机组流水法和传送带流水法 3 种。目前预制外墙、预制楼梯、预制阳台等仍以台座法生产为主,部分标准化生产的预制内隔墙条板已经实现了机组流水法或传送带法。
(1)台座法
台座是表面光滑平整的混凝土地坪、胎模或混凝土槽,也可以是钢结构。构件的成型、养护、脱模等生产过程都在台座上进行。
(2)机组流水法
机组流水法是在车间内,根据生产工艺的要求将整个车间划分为几个工段,每个工段皆配备相应的工人和机具设备,构件的成型、养护、脱模等生产过程分别在有关的工段循序完成。
(3)传送带流水法
传送带流水法是指模板在一条呈封闭环形的传送带上移动,各个生产过程都是在沿传送带循序分布的各个工作区中进行。
常用的振捣方法有振动法、挤压法、离心法等,以振动法为主。
(1)振动法
用台座法制作构件,使用插入式振动器和表面振动器振捣。插入式振动器振捣时宜呈梅花状插入,间距不宜超过 300 mm。若预制构件要求清水混凝土表面,则插入式振动棒不能紧贴模具表面,否则将留下棒痕。表面振动器振捣的方法分为静态振捣法和动态振捣法。前者用附着式振动器固定在模具上振捣,后者是在压板上加设振动器振捣,适宜不超过 200 mm的平板混凝土构件。
(2)挤压法
挤压法常用于连续生产空心板,尤其是预制轻质内隔墙时常用。
(3)离心法
离心法是将装有混凝土的模板放在离心机上,使模板以一定转速绕自身的纵轴旋转,模板内的混凝土由于离心力作用而远离纵轴,均匀分布于模板内壁,并将混凝土中的部分水分挤出,使混凝土密实。离心法常用于大口径混凝土预制排水管生产中。
原材料主要包括水泥、石膏、细集料、粗集料等。只有优质的原材料,才能制作出符合技术要求的优质混凝土构件。
(1)水泥
配制混凝土用水泥通常采用硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥五大品种。通常普通硅酸盐水泥的混凝土拌和料比矿渣水泥和火山灰水泥的工作性好。矿渣水泥拌和料流动性大,但粘聚性差,易泌水离析;火山灰水泥流动性小,但粘聚性最好。用矿渣或火山灰水泥预制混凝土小型构件,易造成外表初始水分不均匀,拆模后颜色不匀,掺入的矿渣或火山灰在混凝土表面易形成不均匀花带、黑纹,影响构件外观质量。因此,预制混凝土构件时,尽量选用普通硅酸盐水泥。
选用水泥的强度等级应与要求配制的构件的混凝土强度适应。水泥强度等级选择过高,则混凝土中水泥用量过低,影响混凝土的和易性和耐久性,造成构件粗糙、无光泽;如水泥强度等级过低,则混凝土中水泥用量过大,非但不经济,而且会降低混凝土构件的技术品质,使混凝土收缩率增大,构件裂纹严重。
(2)集料
细集料应采用级配良好的、质地坚硬、颗粒洁净、粒径小于 5 mm、含泥量小于 3%的沙。进场后的沙应进行检查验收,不合格的沙严禁入场。检查频率为 1 次/100 m 3 。粗集料要求石质坚硬、抗滑、耐磨、清洁和级配符合规范的要求。石质强度要不小于 3 级,针片状质量百分数≤15%,硫化物及硫酸盐质量百分数<1%,泥土的质量百分数<2%。碎石最大粒径不得超过结构最小边尺寸的1/4。进场后应进行检查验收,检查频率为 1 次/200 m 3 。
(3)施工工艺对混凝土预制构件的影响及控制
①振捣
用插入式振捣时,移动间距不应超过振捣棒作用半径的 15 倍,与侧模应保持最少 5 cm距离;采用平板振动器时,移位间距应以使振动器平板能覆盖已振实部分 10 cm左右为宜;采用振动台时,要根据振动台的振幅和频率,通过试验确定最佳振动时间。要掌握正确的振捣时间,振捣至该部位的混凝土密实为止。密实的标志是:混凝土停止下沉,不再冒出气泡,表面呈现平坦、泛浆。
②拆模
预制构件待混凝土达到一定的强度、保持棱角不被破坏时,方可进行拆模。拆模时要小心,避免外力过大损坏构件。拆模后构件若有少许不光滑,边角不齐,可及时进行适当修整。
③养护
拆模后要按规定进行养护,使其达到设计强度。避免因养护不到位造成浇筑后的混凝土表面出现干缩、裂纹,影响预制件外观。当气温低于 5 ℃时,应采取覆盖保温措施,不得向混凝土表面洒水。
预制构件的养护方法有自然养护、蒸汽养护、热拌混凝土热模养护、太阳能养护、远红外线养护等。目前以自然养护和蒸汽养护为主。
(1)自然养护
自然养护成本低,简单易行,但养护时间长,模板周转率低,占用场地大。我国南方地区的台座法生产多用自然养护。
(2)蒸汽养护
蒸汽养护是将构件放置在有饱和蒸汽或蒸汽与空气混合物的养护室(或窑)内,在较高温度和湿度的环境中进行养护,以加速混凝土的硬化,使之在较短的时间内达到规定的强度标准值。蒸汽养护效果与蒸汽养护制度有关,它包括养护前静置时间、升温和降温速度、养护温度、恒温养护时间、相对湿度等。蒸汽养护的过程可分为静停、升温、恒温、降温等四个阶段,蒸汽养护时,混凝土表面最高温度不宜高于 65 ℃,升温幅度不宜高于 20 ℃/ h,否则混凝土表面易产生细微裂纹。
蒸汽养护可缩短养护时间,模板周转率相应提高,占用场地大大减少。
混凝土预制构件的生产从一定程度上可以说是建筑的工厂化,虽然说相比以前技术方法有了一定进步,但并不是质量也随之提高了,这还有赖于构件生产过程中的管理。
根据装配式建筑要求及土地现状进行厂区规划及投资费用估算,提供预制混凝土构件产品生产的全部工艺内容,并根据产能需求及生产工艺特点提供生产系统规划。提供装配式建筑工厂的全套工艺技术服务(包含厂区规划、生产线工艺规划、厂内物流系统、厂外物流系统、垂直起吊系统、安全防护系统、生产工艺系统、人员配置、给排水系统、蒸汽养护系统等)。
根据装配式建筑的需求及土地现状进行厂区规划及投资费用估算:
①根据产能、物流、产品类型、运输半径等需求对甲方选择地块提供合理化建议。
②根据甲方提供的地块进行整体规划。
③现有厂房进行改造规划,配合现有厂房进行厂区规划布局。
④主体生产车间进行规划,包括面积及跨度等。
⑤厂区构件堆场进行规划,包括面积配套设备及设施等。
⑥辅助功能设施的布局进行规划,包括:锅炉房、泵房、箱式变电站等。
⑦办公楼、宿舍楼、食堂等建筑进行初步规划。
⑧厂区物流道路、行人通道及其他车辆通道等进行规划。
⑨提供厂区规划的平面图及效果图。
⑩提供工厂建设周期计划方案。
⑪建厂投资分析及估算,含土建投资和设备投资等。
提供预制混凝土构件产品生产的全部工艺内容:
①提供PC构件生产的整套生产工艺流程图设计说明。
②外墙板生产工艺(包括正、反打工艺)。
③内墙板生产工艺。
④叠合楼板生产工艺。
⑤空调板、女儿墙生产工艺。
⑥楼梯、阳台、PCF板等异型构件生产工艺。
⑦其他PC构件的生产工艺。
⑧构件养护工艺设计。
根据产能需求及生产工艺特点提供生产系统规划:
①依据产品种类及生产工艺,规划PC构件生产线布局方式,包括混合式生产线、外墙板生产线、内墙板生产线、叠合板生产线、固定模台生产线。
②混凝土拌和及运输方式的布局规划。
③钢筋加工系统布局规划及周转方式的确定。
④工厂及厂区内垂直起吊系统的规划。
⑤生产过程物料周转方式的规划。
⑥生产车间内的辅助功能区域布局与规划。
⑦生产车间内安全通道及人行通道等规划。
⑧构件存储及运输方式规划。
根据生产工艺特点规划生产线布局及相关配置,按照生产线布局配置的特点确定相关的辅助设备及设施,辅助进行其他设备的采购招标,根据产能规划及投资规模提供构件成本分析、建厂投资测算等数据分析。
(1)生产线布局规划
根据生产工艺特点规划生产线布局及相关配置:
①混合式生产线布局及配置规划。
②外墙板生产线布局及配置规划。
③内墙板生产线布局及配置规划。
④叠合板生产线布局及配置规划。
⑤异型构件生产线布局配置规划。
(2)辅助设备选型规划
根据生产线布局配置的特点确定相关的辅助设备及设施:
①起重设备的选型及配置规划。
②搅拌站设备选型及配置规划。
③钢筋加工设备选型及配置规划。
④锅炉、空压机设备,选型及配置规划。
⑤供电、供水设施的规划。
⑥机修设施的选型规划。
⑦实验室设施的选型规划。
⑧工装系统的配置规划。
⑨安全防护系统的配置规划。
(3)生产系统技术要求
根据自动化生产线的布局、配置,深入规划各单机设备的功能及控制要求:
①提供生产车间的基本规划布局方案。
②提供生产系统给排水点的位置及相关技术要求。
③提供生产系统污水沉淀池的规划方案及污水排放等规划。
④提供生产系统电力供应规划的相关数据及相关的点位方案。
⑤提供生产系统蒸汽供应及用汽点的规划方案。
⑥提供生产系统运输道路的规划方案。
⑦其他工厂设计过程的技术支持。
(4)经济测算
根据产能规划及投资规模提供构件成本分析、建厂投资测算等数据分析:
①提供预制构件产品成本分析。
②盈亏平衡分析。
③利润测算。
装配式建筑的构件生产线的建立,要根据装配式建筑的类型和标准来确定建筑预制构件的生产,在构件标准模数的确定下进行论证,从而建立科学的、可行的装配式建筑的构件生产线。
装配式建筑的构件生产线如图 3.9、图 3.10 所示。
图 3.9 装配式建筑生产流程图
图 3.10 装配式建筑生产