GLY高強大跨預應力空心板的生產(chǎn)與應用

摘　要：隨著建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，傳統(tǒng)預制混凝土構(gòu)件產(chǎn)品面臨挑戰(zhàn)，本文作者根據(jù)我國國情，研究開發(fā)出了新型GL Y高強大跨預應力空心板，其生產(chǎn)和應用情況供同行業(yè)人士參考。

關鍵詞：高強；大跨度；預應力空心板

1 　前言

    隨著新型建筑體系的開發(fā)與建筑技術進步，我國用傳統(tǒng)落后工藝與設備生產(chǎn)的短跨預應力空心板已愈來愈遭受冷落，盡管對跨度為2.7m 至6.3m 的空心板(板厚為120mm 或180mm) 國家及各省均有相應的構(gòu)件標準圖，但在推廣過程中均遭抵制，使得一些生產(chǎn)傳統(tǒng)板材的構(gòu)件廠已到舉步維艱的境地，更有一些企業(yè)關門倒閉，究其原因主要有以下幾點：

    1. 傳統(tǒng)板的標準及生產(chǎn)工藝及設備不能生產(chǎn)跨度大于6.3m 的空心板，這對于目前所流行的大開間及日漸增多的大跨公共建筑顯然不適應。

    2. 由于短板生產(chǎn)工藝及設備均較簡單，使得一些不懂技術、不懂構(gòu)件安全度的人認為掙錢很容易，在生產(chǎn)過程中不注重質(zhì)量與技術管理(乃至偷工減料) ，使得構(gòu)件應用后出現(xiàn)裂縫、斷裂等弊病，嚴重影響了預制板的應用與推廣。

    3. 應用構(gòu)造不盡合理，盡管各地已有相應的地方標準圖集，但構(gòu)造很不統(tǒng)一，有的構(gòu)造確定也不盡合理。另外施工時又往往與標準圖要求存在差異，開發(fā)商為防止出現(xiàn)質(zhì)量問題而回絕應用預制空心板。

    4. 日益推廣的商品混凝土構(gòu)成了對預制板材的強大沖擊，有的施工單位以現(xiàn)澆構(gòu)件質(zhì)量好、板整體性強、易埋設管線、有利于抗震等理由宣傳推廣現(xiàn)澆樓板，使預制板的應用量日趨減少。

    是不是預制板行業(yè)真的是“夕陽”行業(yè)，預制空心板就應當遭到淘汰，答曰：否。眾所周知，預制構(gòu)件現(xiàn)場裝配能節(jié)省大量模板，縮短施工周期，由于構(gòu)件在工廠預制而成，所有質(zhì)檢已在構(gòu)件進入施工現(xiàn)場之前完成，因而質(zhì)量更能得到保證，綜合造價亦不高，因而預制裝配化始終是衡量各國建筑工業(yè)化水平的重要標志之一，筆者所到的國家(美國、澳大利亞、日本、韓國等) 各類預制構(gòu)件隨處可見，人們非常認同預制構(gòu)件，而很少看到現(xiàn)場澆筑的(基礎、地下工程及其它大體積構(gòu)件除外) 構(gòu)件。

    為了尋求預制板材的發(fā)展空間，也為了扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)空心板遭淘汰的現(xiàn)狀，有的企業(yè)通過考察將目光盯上了國外的大跨度空心板(如目前國內(nèi)已引進的20 余條預應力大板生產(chǎn)線) ，當然這種板材不論其板型、配筋、承載力還是構(gòu)件剛度等均優(yōu)于我國的傳統(tǒng)空心板，且能實現(xiàn)大跨度(380mm 厚板材跨度可達18.60mm) ，然而其昂貴的設備投資也會令人瞠目的，面對幾百萬美元的巨額款項，使許多構(gòu)件企業(yè)也只能是望洋興嘆。據(jù)了解，一些引進國外大板生產(chǎn)線的企業(yè)也因不小的設備折舊費攤?cè)氤杀径鄲?。盡管板材各方面性能均能滿足應用技術，但能否受到用戶認可，其經(jīng)濟帳是不能不算的，于是有人期盼中國自己生產(chǎn)的大型空心板成型設備的能盡早問世，能看到各類建筑中能應用中國設備生產(chǎn)的預應力混凝土大跨空心板。

2 　GL Y板成型設備的生產(chǎn)原理

    為了盡早開發(fā)出具有中國自主知識產(chǎn)權、適合中國國情的大跨空心板生產(chǎn)設備，國內(nèi)混凝土預制行業(yè)的有識之士已于上世紀末著手研究、開發(fā)這項技術，并組建了研發(fā)組- GL Y板材課題組(其中G- 指高強度、高品質(zhì)；L - 指大跨度；Y- 指預制、預應力) 并針對我國一些中小型構(gòu)件企業(yè)的場地及資金現(xiàn)狀而開發(fā)、研制出具有中國特色的大板生產(chǎn)設備。設備的生產(chǎn)板寬為1200mm、900mm ， 板高為180mm、200mm、240mm、300mm、350mm、380mm ，可供企業(yè)選擇(一般200mm、240mm、300mm、350mm 即可滿足應用) ，所有空心板的板型均為非圓孔，其目的是使板材受力更趨合理。

    生產(chǎn)時將經(jīng)強制式攪拌機攪拌均勻、合理配比的混凝土轉(zhuǎn)載于料斗中，由于斗內(nèi)設有破拱裝置，故混凝土可順利落入成型腔內(nèi)。經(jīng)移動滑塊往復運動將混凝土推擠入模并擠壓成型，特制的振動器在板帶上部施加強大的激振力，同時隨著底部芯管往復擺動及裝在成型面后部的壓光系統(tǒng)的工作，可將板材表面壓光且使混凝土高度塑化，并達到密實要求。利用滑塊推擠混凝土還可使所產(chǎn)生的反作用力克服整機的磨阻力，并沿著預應力鋼絲向推擠的相反方向前進，機后便生產(chǎn)出一條尺寸精確、外型規(guī)矩的預應力空心板的板帶(視臺座長度而定，以100.00m 左右為佳) 。

    然后按設計要求用專門的切割鋸鋸成所需跨度的板材。該樣機于2001 年初就投入了試生產(chǎn)，之后又對一些不合理的部位進行了多次改進，其中對自制振動器的頻率、振幅、激振力等就進行了三十幾次試驗，對擺動軸的擺動次數(shù)及擺動角度也進行了近二十次的調(diào)試，關于孔型的設計則依靠權威部門通過多次設計、比較而最終確定，對需外購配件也不惜重金，全部采購優(yōu)質(zhì)件以使整機質(zhì)量得到保證。使其能生產(chǎn)出尺寸精確、強度可靠的GL Y 空心大板。本設備完全具有獨立的知識產(chǎn)權，整個設備已有六項技術獲得了國家專利，其中硬質(zhì)合金鑲焊技術、多層多排滾柱軸承、芯管下部擺動技術等項專利獲得國內(nèi)同行的高度評價，該成型機已于2003 年4 月通過了省級技術鑒定，專家評價該設備填補了我國大跨度混凝土空心板成型設備的空白，其整體技術水平達到國內(nèi)預制混凝土空心板成型機的領先水平，推廣應用有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，目前該生產(chǎn)線已銷售至山東、遼寧等地，使用效果相當理想，受到當?shù)赜脩舻姆Q贊。

3 　關于建筑樓板的選擇

    筆者在日常的設計工作中，當涉及到確定樓(層)蓋結(jié)構(gòu)方案時不論是建設單位或設計單位幾乎清一色地推薦現(xiàn)澆板，其原因就是預制混凝土板承載力低，跨度小，易開裂、整體剛度差、抗震效果欠佳。似乎只有現(xiàn)場澆筑的板材最可靠、最經(jīng)濟。然而工程實踐告訴我們即使采用了現(xiàn)澆構(gòu)件也不能保證板材不裂，相反一些工程也出現(xiàn)了許多不同的裂縫，并由此影響了工程質(zhì)量。眾所周知，現(xiàn)澆混凝土板是采用了商品混凝土攪拌站的混凝土，通過運輸、支模、配筋、澆筑、振搗等諸多施工工序才能完成，影響板材質(zhì)量的原因十分復雜，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，板材都將必裂無疑。如一些設計人員片面地認為:混凝土強度等級越高越保險，于是許多工地選擇了較高強度等級的水泥，也有的結(jié)構(gòu)設計人員在結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算后出于安全考慮，往往將混凝土強度等級再提高一檔，也有的工地為便于施工將樓板采用了與梁柱相同等級的混凝土，熟不知這種提高混凝土強度等級，降低水灰比和增大水泥用量的措施，意味著采用大比表面積以及C3S 和C3A 含量大的水泥將會使水泥水化熱升高和收縮變形增加，在約束狀態(tài)下的混凝土因溫度收縮、自收縮、干燥收縮和較高的彈性模量而產(chǎn)生較大的內(nèi)部應力，而早期徐變無法緩解這種應力而產(chǎn)生了早期裂縫，并造成當使用荷載長期作用后，這些內(nèi)部不可見的微裂縫在干燥環(huán)境中不斷開展，從而影響了美觀乃至安全。另外國家標準規(guī)定建筑工程使用石子應為連續(xù)級配，最小粒徑為5mm ，而筆者去過的現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有人只重視混凝土強度而對石子的要求僅限于強度的要求和最大粒徑的控制，對石子粗細粒徑的級配往往予以忽略，這也是構(gòu)成當前混凝土樓板收縮越來越大最終開裂的重要原因。在施工方面，發(fā)現(xiàn)一些現(xiàn)澆板的實際厚度往往達不到設計要求的厚度，造成板的剛度降低，當應力過大時就可產(chǎn)生裂縫，也發(fā)現(xiàn)由于保護層過厚而導致板正負受力鋼筋之間的有效高度(h0) 不足，造成鋼筋應力得不到發(fā)揮樓板就提早開裂；也有的施工工人腳踏負筋并使之下移，形成沿板支座邊緣頂部產(chǎn)生開裂；再者施工方為了趕進度并加快模板周轉(zhuǎn)，拆模過早，重堆放建筑材料，造成板材嚴重開裂的現(xiàn)象也時有發(fā)生。施工時找平層過厚，而往往找平層采用了素混凝土，其抗裂性差，因而在溫度和干縮應力作用下易產(chǎn)生板面裂縫。又如在施工現(xiàn)場大多采用PVC 塑料管材作為預埋在板內(nèi)的穿線管，這種管材表面光滑，彈性大，直徑粗，與混凝土結(jié)合差，會使現(xiàn)澆板材形成薄弱帶，又當振搗混凝土時易引起PVC 管材的上浮或下移，使得板的頂部或底部保護層變薄，從而出現(xiàn)了沿PVC 埋管方向的裂縫，當板較薄( h ≤90mm) 時往往會穿透樓板。

    在振搗混凝土過程中或在施工荷載的作用之下，由于樓板的支撐件變形較大，使板在混凝土硬化前就產(chǎn)生了初始塑性裂縫，這種裂縫在拆模后會在干縮、溫度變化下逐漸開展變寬。

    由于泵送混凝土具有較大的粘聚性和流動性，致使現(xiàn)澆板的塑性裂縫問題較以往的普通混凝土更為突出，施工中若模板松動、位移或振搗不實、不均、漏振、過振等均會引起沿鋼筋方向或與構(gòu)件形狀有關的塑性沉降裂縫，一些工地用強度等級32.5 級以上水泥配制C20 混凝土，但仍沿用舊的水泥標準，由于有最小水泥用量的限制，不得不采用0.6 甚至0.7 這樣高的水灰比，從而加快了收縮裂縫的產(chǎn)生。總之現(xiàn)澆板的開裂原因錯綜復雜，需要引起設計、施工、材料配制與供應的高度重視，必須各方人士齊心協(xié)力，系統(tǒng)杜絕影響混凝土質(zhì)量的不利因素，開裂現(xiàn)象是一定能解決的，但這給了我們一個明確的概念：即并不是現(xiàn)澆混凝土板就一定不開裂，裂縫不僅存在于預制樓板中。

    相反預制混凝土板材在工廠進行預制，全部操作均按工廠操作規(guī)程進行，板材在運送到工地時其強度已經(jīng)生成，施工方只要嚴格按國家規(guī)范、標準圖集施工完全可以作到不裂，而GL Y 技術所提供的預應力混凝土空心大跨板不論從制造方面還是在應用技術方面均進行了系統(tǒng)開發(fā)，板材的孔型及建筑連接構(gòu)造設計均充分考慮了板的結(jié)構(gòu)受力性能及板材經(jīng)拼接后的不開裂，應當說該板是為目前各類新型建筑所提供的大跨度、大荷載，且不開裂的理想板材。GL Y 大跨度預應力空心板有以下諸優(yōu)勢:

    1. 跨度大：以往各地的標準圖給出板的長度，對于板高為120mm 的板，其板長2.0m～4.20m；對于180mm 厚的板，板長可達6.30m。而采用GL Y 大跨度空心板，當板厚為130mm 時最大板長可達6.30m；板厚為180mm 厚時，板長最大可達8.10m；200mm 厚板最長可達9.0m；250mm 厚板可達12.30m；300mm厚板可達14.40m；380mm 厚板可長達18.60m ，這就解決了傳統(tǒng)小跨度板(L ≤6.30m) 所達不到的板跨，可與城市建筑的框架、剪力墻、大開間支撐體等體系相匹配，解決了傳統(tǒng)短板的應用局限性的難題，且板的折算厚度薄，節(jié)省大量混凝土，構(gòu)件輕，易施工(不用模板) ，孔內(nèi)還可穿設備管線及施工周期短很受市場歡迎。GL Y板與傳統(tǒng)空心板的重量及折算厚度見表1 。GLY板與傳統(tǒng)空心板跨度對比見表2 。

    由表2 可以看出傳統(tǒng)的空心板跨度是小的，而GLY板當板厚為130mm 時，跨度可達6.30m ，比傳統(tǒng)板長出2.10m；厚板為180mm 時跨度達8.10m ，比傳統(tǒng)板長出1.80m ，而板厚為380mm 的板所達到的跨度(最長達18.60m) 則是傳統(tǒng)板無法比擬的，而這無法比擬的跨度正是GLY板的優(yōu)勢所在。而對比兩種板的優(yōu)勢時， 若以板厚180 mm 板為例， 當跨度為6.0m 板時，當然傳統(tǒng)空心板經(jīng)濟(即180mm 厚6.0m跨的GL Y板經(jīng)濟性一定比不過傳統(tǒng)空心板) ，但板跨達6.60m、8.10m 時就非GL Y板莫屬了，筆者認為要充分發(fā)揮GLY 板的跨度大的優(yōu)勢，而這一獨特優(yōu)勢正是GL Y板的市場賣點。筆者經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有的大板廠銷售人員在推銷板材時，僅報每平米的價格使外行人往往覺得價格高于普通空心板，而忽略了GLY 板跨度之大是普通空心板所達不到的優(yōu)勢。這樣做顯然是片面的也是不科學的。

    2. 經(jīng)濟性好：眾所周知，由于GLY大跨度預應力空心板采用了C40 級混凝土，其配筋為鋼鉸線(L =15m～18.6m 時) 或螺旋肋鋼絲(L ≤15.0m 時) ，而傳統(tǒng)空心板配的鋼絲為冷軋帶肋鋼筋，二者價格相比大約為1.5 倍，于是便認為GL Y 大板成本高、經(jīng)濟性差，這里忽略了一個重要對比因素- 鋼筋強度對比。預應力鋼鉸線的強度可達1860N/ mm² ，螺旋肋鋼絲的強度則為1570N/ mm² ，其強度是普通冷軋帶肋鋼筋的三倍以上，即采用了高強預應力鋼絲后的強度應力比十分優(yōu)越，若鋼鉸線按6000 元/ T 計，則強度應力比為3.2 元/ (N/ mm2) ，冷軋帶肋鋼絲以4000 元/ T計，則強度應力比為7.3 元/ (N/ mm²) ，其經(jīng)濟性一目了然，這也是通常說的花錢買品質(zhì)、買強度的概念。

    同樣GL Y板生產(chǎn)需采用C40 級混凝土，其強度設計值為19.1N/ mm² ，比傳統(tǒng)空心板采用C25 級混凝土的強度提高了60 % ，抗拉強度設計值也提高35 % ，采用高品質(zhì)鋼筋和高強度混凝土不但充分發(fā)揮了二種材料的強度優(yōu)勢，保證了構(gòu)件質(zhì)量及安全性，同時又可使構(gòu)件企業(yè)真正有利可圖。從應用的角度看GL Y大板的經(jīng)濟優(yōu)勢也顯而易見，以10.0m ×10.0m 矩形框架現(xiàn)澆大樓板為例，若樓板采用現(xiàn)澆無粘結(jié)預應力構(gòu)件時，其板厚度按現(xiàn)行規(guī)范要求應不小于1/ 45 板跨，按此估算則板厚度應不小于220mm ，再加上40mm 厚找平層，其板的總厚度可達260mm ，自重則為6.5kN/ m2；而采用GL Y 預應力大跨度空心板，查圖集可知板厚為250mm 即可，由于板是空心的其折算厚度僅為140mm ，若再澆筑50mm 厚找平層，其總厚度為190mm ，自重3.65kN/m² ，二者的經(jīng)濟效果不也是很明顯嗎？

    此外在施工速度等方面也存在很大的優(yōu)勢，建設及施工單位很歡迎這種經(jīng)濟合理，安全性高，施工快捷的板材。

4 　技術配套，軟件齊全

    GLY板的生產(chǎn)與應用已引起各界的普遍關注，中國建筑東北設計研究院，東北地區(qū)建筑設計標準化辦公室組織專家對該板的力學性能進行了系統(tǒng)的研究與試驗，系統(tǒng)的構(gòu)件結(jié)構(gòu)試驗表明該構(gòu)件的各項力學性能指標均滿足規(guī)范與設計要求，其強度、剛度及延性破壞形態(tài)十分令人滿意，并認為可以廣泛推廣應用。專家結(jié)合1995 年以來研究、推廣預應力大跨度板材的經(jīng)驗對這種板從生產(chǎn)到應用又進行了多項技術創(chuàng)新，針對前幾年大板生產(chǎn)中出現(xiàn)的反拱過大、板端易出現(xiàn)裂縫等弊端，通過適當?shù)墓に嚳刂萍氨匾臉?gòu)造措施以很好地解決，為更好地推廣應用。東北地區(qū)標辦按新頒布的國家設計規(guī)范對一些企業(yè)的生產(chǎn)與應用進行了必要的改進，編制出與新規(guī)范接軌的設計軟件，同時并編制出針對性強、安全合理的應用構(gòu)造圖集，為企業(yè)保質(zhì)保量地生產(chǎn)與推廣提供了技術保障，更令人欣慰的是我國自行研制的GL Y 板材成型機的問世且通過省級技術鑒定，設備價格僅為50 萬元人民幣/ 套～60 萬元人民幣/ 套，物美價廉，這就使得各地推廣大板構(gòu)件成為輕而易舉之事。

    這里順便指出，有的企業(yè)舍不得花錢，不進行科技投入，不編制標準，對自己的生產(chǎn)場地不經(jīng)任何改造，拿一本其他企業(yè)的圖集就開干，孰不止這是很危險的。張拉臺面的開裂或不平，張拉墩的不穩(wěn)定，張拉臺座的長短區(qū)別，鋼材的配置與選擇，振搗的程度，錨具的滑移等均能影響構(gòu)件質(zhì)量，且危及板的安全性，對此一定要嚴加注意，否則后果不堪設想。

    綜上所述，GL Y高強大跨度預應力空心板的生產(chǎn)與應用一定會促進我國建筑技術的改革與創(chuàng)新。讓我們預祝GL Y 板材與設備在國內(nèi)能得到迅速推廣，及早走出新的預制裝配工業(yè)化、民族工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的振興之路。

5 　混凝土生產(chǎn)過程控制

    (1) 試驗人員對原材料嚴格檢測，保證各種原材料的性能指標符合標準要求及與試配時相差不大。(2) 接到生產(chǎn)任務后，由專人指揮生產(chǎn)和調(diào)度，保證內(nèi)(攪拌站) 外(施工方) 信息互通。(3) 混凝土運輸車采用掛牌制，如某輛車前一趟裝運的不是清水混凝土，裝清水混凝土前必須清洗混凝土罐。并將罐內(nèi)積水排完。(4) 攪拌機采用與運輸車一樣的措施，并比攪拌普通混凝土的攪拌時間增加15 秒。

6 　混凝土力學及耐久性能試驗

    我們在生產(chǎn)過程中隨機抽樣，檢測混凝土的各項性能。結(jié)果如下: (1) 抗壓強度試驗: 用106 組試件28d 抗壓強度值做統(tǒng)計，.R28 = 43.6MPa ，σ= 3.6MPa ，Min = 39.4MPa 。(2) 抗折強度試驗:成型標準試件3組共9 件，平均值為6.5MPa 。(3) 抗?jié)B試驗:成型標準試件4 組共24 塊，加壓至1.8MPa 均未滲水，抗?jié)B指標≥P16 。(4) 抗凍試驗:采用慢凍法，經(jīng)300 次凍融循環(huán)，Δf=7.76% ，ΔW300=1.12% ， 抗凍等級F300。(5) 收縮試驗:采用100mm×100mm×515mm棱柱體試件3條，測得各齡期收縮平均值分別是:εs28=226×10 ⁶ ，εs60=293×10^-6 ，εs90 = 346×10^-6。

7 　討論

    (1) 由于清水混凝土對施工工藝要求很高，因此，不僅要求混凝土生產(chǎn)廠家嚴格控制混凝土質(zhì)量，而且施工方的施工工藝也相當重要，如模板選擇與安裝、脫模劑的選擇與使用、混凝土澆搗、混凝土養(yǎng)護及成品保護等，在這方面我方與施工單位合作得很好，施工方也進行了嚴格的施工控制，所以共同創(chuàng)造出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。(2) 由于混凝土本身對光的反射是較弱的，所以即使再光滑的混凝土表面看上去還是有一種亞光的感覺，通過使用新型混凝土表面處理技術，不僅使清水混凝土表面光亮，而且可以抑制混凝土的碳化，抵抗外界有害介質(zhì)的侵蝕，對混凝土耐久性極為有利。

8 　結(jié)語

    (1) 影響混凝土本身外觀質(zhì)量的因素很多，主要有原材料的顏色和性能，特別是水泥和摻合料，此外集料的含泥量對混凝土的外觀色澤的影響也很大，外加劑一定要選用低引氣型且壓力泌水率比低的。(2)通過嚴格的質(zhì)量控制，精心的配合比設計和嚴格的施工工藝，使用生產(chǎn)普通混凝土的原材料，也完全可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的清水混凝土。