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一位中国老建筑总工对混凝土预制和现浇的思考



近年来,在推进住宅产业化的过程中,自上而下把预制混凝土装配式建筑看作实现建筑工业化的途径、普及绿色建筑的捷径;却无视当今机械化现浇混凝土的先进适用性,仍被看作是传统的甚至是落后的施工方式,这种看法是不符合实际的,十分片面的。


本人是学混凝土出身,与混凝土有不解之缘,50年来亲历了混凝土预制和现浇的发展变化。我认为:混凝土是一种在常温条件下就能从液态向固态转化并产生高强度的独特材料,因此就形成了预制和现浇两种施工方式。


预制是先在工厂里制作成混凝土构件,然后运送到施工现场进行装配连接,形成装配式混凝土结构;现浇是在施工现场将混凝土直接浇注入模成型,形成整体混凝土结构。钢材则不然,在常温下就是固态,不可能现浇,必须在工厂里加工成钢构件,然后运送到施工现场焊接装配。


但是,混凝土从液态向固态的转化是不可逆的,坚固的混凝土不能像钢材那样在高温下可熔化成液态,预制混凝土构件也不能像钢构件那样可以通过焊接熔合成一体。就确保混凝土建筑结构的整体性和安全性而言,混凝土在施工现场浇筑成型才能真正发挥其独特优势,这是其他材料无可比拟的。


而预制混凝土构件通过技术措施连接后形成的装配式混凝土结构,无论在理论上还是实际上,其整体性和安全性都不如现浇混凝土结构;预制构件之间的连接通常采用现浇混凝土(或采用钢筋套筒灌浆),也就是将伸出两个构件的钢筋(俗称:胡子筋)共同锚固在现浇混凝土中来实现的,现浇混凝土与预制混凝土构件只是粘接而已,没有也不可能连结成整体,因此,构件连接部位是装配式混凝土结构的薄弱环节,处理不当就会形成安全隐患,还可能发生渗漏和结露,解决构件的连接及防水、保温问题并确保其可靠性、耐久性,历来是国内外研究的技术关键,而现浇混凝土则不存在这些问题,这也是近30年现浇混凝土取得迅速发展和广泛应用的根本原因。

混凝土通过近200年的发展,特别是近50多年的发展,国内外的预制和现浇技术都取得了巨大的进步,都实现了工业化。但客观地说,国内预制混凝土技术与国外尚有差距;而全国各地鳞次栉比、拔地而起的混凝土高层建筑则说明:我国的现浇混凝土技术与国外相比毫不逊色。前几年,为完成北京市住建委下达的调研课题,我收集和研究了混凝土发展的历史资料。下面,我从混凝土的发展说起,回顾北京混凝土预制和现浇的发展情况,后谈几点看法,供有关领导部门参考。


一、混凝土的发展


混凝土是由胶结材(无机的、有机的或无机、有机复合的)、颗粒状骨料以及必要时加入的化学外加剂和矿物掺合料等组分的混合物,加水进行搅拌,经硬化后形成的具有堆聚结构的复合建筑材料。通常所说的混凝土,是指以水泥为胶结材,以砂、石为骨料的普通混凝土。1824年,波特兰水泥(即:普通硅酸盐水泥)在英国问世后,很快出现了水泥砂浆和混凝土。1850年,法国发明钢筋混凝土,解决了混凝土抗拉强度不足的问题,19世纪末,出现了钢筋混凝土设计规范,自此以后,钢筋混凝土技术不断发展,广泛用于各种建设工程,混凝土的用量急剧增加,已成为世界上用量多的人造建筑材料,成为中、高层建筑不可或缺的主体结构材料。

北京采用混凝土始于清朝末年,20世纪初叶建造的东交民巷和清华学堂,是迄今所知北京早采用现浇钢筋混凝土的砖混结构建筑。1909-1911年建造的清华学堂西段门厅,采用了现浇钢筋混凝土圆柱,那时北京还没有生产水泥,水泥应该是从“唐山洋灰公司”运过来的,这也是北京人过去把水泥叫“洋灰”的原因。1939—1944年兴建并投产的北京琉璃河水泥厂,是北京首家水泥厂,从此,北京可以用自己生产的水泥来建造砖混结构房屋了。随着水泥和混凝土技术的发展和应用,北京的建筑从低层发展到多层,又从多层发展到高层,并使混凝土从现浇到预制,又从预制到现浇,或预制、现浇相结合,形成安全可靠的钢筋混凝土结构,满足了经济社会和建设事业迅速发展的需要。

混凝土强度、流动性和耐久性是衡量混凝土性能的主要指标,在很长一段时期内混凝土强度和施工流动性是难以解决的矛盾,混凝土现浇和预制技术的发展与此密切相关。1918年,美国早提出了计算混凝土强度的水灰比理论,经不断完善沿用至今。强度与水灰比成反比,流动性与用水量成正比。水灰比低则强度高,为了提高强度而采用低水灰比时,新拌混凝土的流动性就会降低,影响施工操作,我们称之为“工作性差”,在此情况下,只能通过增加用水量来提高流动性,同时必须相应地增加水泥用量,以保持水灰比不变,才能保证强度指标。上世纪50年代,为了提高混凝土强度和节约水泥,便减少用水量,采用流动性较差的干硬性或半干硬性混凝土(坍落度0-5cm),同时采用振捣成型工艺使混凝土“液化”、实施浇注入模成型,以保证其密实度,加大了现浇施工的难度。因此,出现了在施工现场和工厂里预制混凝土构件,然后运送到现场吊装就位连接,这就是“装配式建筑”,提高了施工效率和现场文明,但也增加了相关工序和费用。上世纪60年代,日本、德国发明了以高效能减水剂为代表的外加剂,其后又发明了混凝土运输和泵送设备,使混凝土技术及其现浇技术取得了革命性的重大发展。在混凝土混合物中掺入高效减水剂可以大幅度地降低水灰比(可降至0.25—0.3)来提高强度,在不需要增加水和水泥的情况下,可提高新拌混凝土的流动性(坍落度可达20㎝以上),使混凝土的拌制、运送、泵送、浇注和成型等工艺过程变得十分容易,混凝土的性能也得到改善。上世纪80年代,北京紧跟国际潮流,学习和引进国外混凝土成套先进技术,实现了混凝土由干硬性向流动性转化,现浇混凝土的应用取得发展,至90年代已基本形成了混凝土在商品混凝土站预拌生产,用搅拌运输车运送到施工现场,用泵送工艺(移动式九州体育意甲联赛唯一赞助或现场设置混凝土固定泵和输送管道)使混凝土“就地上楼”、浇注入模(定型模板)成型的成套机械化施工技术,施工方便快捷,混凝土结构整体性、抗震性好,实现了“技术先进、经济合理、质量可靠”,充分发挥了混凝土的独特优势,满足了北京高层建筑迅速发展的需要。近10多年来,外加剂和掺合料已成为混凝土的重要组分,采用“双掺法”(即:同时掺加外加剂和掺合料)可以配置出高性能混凝土,有效地提高混凝土的强度、工作性能和耐久性能,使混凝土发展成为性能更加优良的绿色建材,也推动了北京现浇混凝土技术的进一步发展。据统计,2013年北京钢筋混凝土结构所占比例高达87%,基本上都是现浇混凝土。


二、预制混凝土的发展


上世纪50年代初,北京的混凝土逐步由人工搅拌改为搅拌机搅拌,并在工程施工现场支模板、浇注混凝土。不久,开始推行干硬性混凝土,给现浇施工增加了难度,各建筑公司便从现场预制开始,相继建立半永久性钢筋混凝土构件厂,露天预制生产砖混结构所需的混凝土梁板通用构件,然后运送到施工现场吊装就位,与工程其他结构部位相连接。1955年,在东郊百子湾动工兴建北京建筑构件厂,生产工艺参照苏联列宁格勒构件厂,机械化流水作业,从法国引进每小时产量50立方米的混凝土搅拌站。1958年正式投产,主要产品为混凝土屋面板和空心楼板。1958年在西郊芦沟桥筹建北京第二建筑构件厂,主要产品是混凝土空心楼板和桥梁构件。1958年成立北京东郊十里堡构件厂,后发展为北京第三建筑构件厂,1980年更名为北京住宅壁板厂,占地500亩,设计年生产能力16万立方米,是北京装配式混凝土大板建筑的生产基地,并被誉为亚洲大的预制构件厂或房屋工厂。

北京的预制构件用于高层混凝土结构是从装配式框架结构开始的。1959年,8-12层北京民族饭店首次采用预制装配式框架-剪力墙结构。1960年,14层的北京民航大楼;1974年,建国门16层外交公寓等,都采用工厂预制框架梁柱,运至施工现场装配,节点现浇连接。1974-1977年,在厂桥、东大桥、安定门、西二环路和双井等处兴建一批9-14层装配式框架-剪力墙结构住宅,1975-1983年,还研究建成了一批5-6层的装配式框架轻板住宅,都采用加气混凝土条板拼装的内、外墙板,梁和楼板为预制,柱子先是预制,1976年唐山地震后改为现浇。上世纪80年代起,由于现浇混凝土技术的发展和出于抗震安全的考虑,北京框架-剪力墙的高层建筑都采用现浇混凝土施工,以提高结构的整体性和安全性。北京没有再建装配式框架结构建筑。

北京预制混凝土发展的高峰是形成装配式混凝土大板住宅(简称:大板住宅)建筑工业化体系。大板住宅是在工厂用混凝土预制成内外墙板、楼板、屋面板等大型构件,然后运送到施工现场进行装配和连接而成。这种工业化建筑体系起源于20世纪40年代,是欧洲(如:苏联、法国等)为解决第

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