预制喷射再生混凝土夹芯内墙板设计及生产*

王 兵，陈 丰，蒋业浩，金耀华

（扬州职业大学 土木工程学院，江苏 扬州 225009）

预制墙板是装配式建筑的重要构件，装配式建筑的发展促进了预制墙板设计和制作水平的不断提高。预制夹芯墙板是最主要的预制装配式墙板之一，其将墙体保温层、结构层甚至装饰面层等集成施工，具有良好的保温、围护、分割等功能[1]。沈阳亚泰构件厂生产的万科金域蓝湾项目非承重夹芯保温外墙板，从外向内由外页墙、保温层、内页墙组成，采用组合钢模，经分层混凝土浇筑、振捣、养护制作成型[2]。陈国新等[3]研究的装配整体式夹芯保温复合板，其预制步骤为支模、保护层钢筋、保护层混凝土、保温层、结构层钢筋、保温连接件、填充砌块、肋格混凝土。上述两种预制墙板的制作采用模筑混凝土卧式浇筑成型。

模筑混凝土成型是拌合物向模板四周流动，填充模板从而形成所需的外形。混凝土拌合物的有效填充必须经过密实过程，按照密实过程中外部施加作用力方式和混凝土拌合物的流动性，混凝土密实成型可分干扰密实成型和自密实成型两类。其中，干扰密实主要方式有振动密实成型、脱水密实成型、压制密实成型等。而喷射混凝土是利用高压空气将混凝土拌合物以一定速度推送到喷射面上，骨料颗粒间在运动中相互挤压密实，早期强度发展较快的一种混凝土，施工过程可省去模板。目前，喷射混凝土主要应用于隧道工程、边坡防护工程和加固补强工程，具有良好的加固效果和经济效益。由于将喷射混凝土用于预制墙板生产的研究较少，文章将喷射混凝土引入预制混凝土夹芯墙板生产中，以期拓展预制构件的生产方式，降低生产成本，缩短构件生产周期。

1 模筑混凝土密实成型工艺

（1）振动密实成型。振动密实成型是通过振动机械插入混凝土拌合物内或作用在拌合物表面，使拌合物骨料颗粒受到强迫振动，降低或破坏骨料间的黏着力和内摩擦力；使拌合物在重力作用下能够自由流动，从而下沉填充模板，达到密实成型效果。

（2）压制密实成型。压制密实成型是将外部作用力集中作用在拌合物局部位置，实现局部区域的应力集中。在应力集中作用下使拌合物产生剪切位移，骨料产生相对移动，填充拌合物内部空隙，排出内部空隙气体，从局部区域扩展到拌合物整体，最终实现密实成型[4]。

（3）脱水密实成型。脱水密实是在外力作用下将多余水分挤出，主要有离芯法和真空法两种[5]。①离芯法。离芯法是将混凝土拌合物和模具一同放置在高速旋转的机械上，机械旋转产生的离芯力将拌合物甩向圆形模壁，挤压成型，并且可以将拌合料中多余的空气和水分排出。该成型方法使混凝土具有较高的强度，因此断面为圆形的预制混凝土管桩、电线杆等构件可以采用离心法生产。②真空法。真空法是在构件的一部分形成负压区，借助大气压与负压区的压力差将拌合物中多余空气、水分排出，实现骨料间的挤压密实。该方法常用于浇筑水工构筑物、停车场等耐磨性及耐久性较高的混凝土，浇筑用混凝土拌合物应具有较大的流动性，成型后具有较高的初始强度。

（4）自密实成型。自密实成型是指混凝土拌合物不通过外部干扰力的作用，仅依靠骨料自重即能包裏钢筋、填充模板，同时保持拌合物均匀性，不产生离析现象，在保证混凝土性能前提下实现自动密实成型[6]。自密实混凝土是自密实成型的前提条件，自密实混凝土既具有高流动性也具有适当黏度，在自身重力作用下能够流动填充模板内所有空隙，包裹住钢筋，自动完成混凝土密实成型。

2 模筑法生产预制混凝土夹芯墙板

常见预制混凝土墙板生产采用钢模台卧式浇筑，即墙板一面平卧在模台上，四周侧边设侧模，板面平卧在台面上浇筑，如图1所示。卧式浇筑可以实现夹芯墙板的分层浇筑，便于控制生产质量，但对侧模的要求较高，通常分层设置，且模板组装精度要求高[2]。卧式浇筑一般先支外层模板、放外层钢筋、浇筑外层混凝土，然后安装夹芯层，最后支内层侧模、绑扎内层钢筋、浇筑内层混凝土。每层混凝土要及时振捣密实，采用振动棒时要注意避开预埋件，防止其移位；采用大型振实台，设备投入较大；采用自密实混凝土，夹芯层安装基层条件较差，且对模板密封要求很高。根据预制墙板生产线、混凝土特点，可以采用蒸压养护、浇水养护等措施养护成型，养护成本高。模筑法生产夹芯墙板要有较大场地、平放模台，生产周期长，生产成本高。为改善现有夹芯墙板生产方式的不足，文章提出采用喷射混凝土立式生产夹芯墙板。

3 预制喷射混凝土夹芯内墙板生产设计

3.1 内墙板设计

图1 预制墙板卧式浇筑

预制内墙板是装配式建筑的重要组成部分，可以取代传统的砌块砌筑而成的分室分户墙体，具有施工效率高、质量轻、保温隔热效果好等特点。预制内墙板的使用可以进一步提高建筑的装配率，提升建筑工业化水平。预制内墙板按材料类型可分为硅酸钙板夹芯复合内隔墙板、增强型发泡水泥无机复合内隔墙板、蒸压加气混凝土内隔墙板、陶粒混凝土内隔墙板以及预制钢筋混凝土带梁隔墙[7]。

随着国家经济建设的不断提升，老旧基础设施改造更新范围不断扩大，进程不断加快，随之带来的各种道路、建筑等拆除产生的建筑垃圾给生态环境造成巨大威胁，其中废弃混凝土无害化处理甚至资源化利用问题尤为突出。与此同时，伴随着国家农业技术的进步、产量的增加，农业秸秆年平均产生量达6.4亿t，其中少部分被用于造纸、板材加工，大部分秸秆资源被荒废或者就地焚烧，不仅占用土地，而且污染生态环境。因此，将废弃混凝土和秸秆集成资源化利用必将产生巨大的生态环境效益。文章设计了一种以秸秆板作为夹芯材料的预制再生混凝土内墙板，如图2所示。墙体由夹芯层和2个面层组成，夹芯层采用秸秆压制板，面层采用纤维再生混凝土喷射成型，内部配置钢丝网。2个面层内的钢丝网通过穿过秸秆板的短钢丝连接，形成整体共同受力。

图2 预制再生混凝土秸秆夹芯内墙板

3.2 喷射再生混凝土

喷射混凝土是将一定配合比的混凝土拌合物送入喷射装置，借助压缩空气或其他动力输送，高速喷射至受喷面所形成的一种混凝土[8]。与模筑混凝土密实成型工艺不同，喷射混凝土是借助拌合物组成材料在高速喷射时，由水泥与骨料颗粒的反复连续撞击使混凝土拌合物挤压密实成型。此外，喷射混凝土可采用较小的水灰比，具有较好的密实性、较高的力学性能和良好的耐久性。与模筑混凝土相比，它具有施工工艺简单、施工快速、早期强度发展快、不需要模板等特点。同时，将纤维材料引入喷射混凝土形成喷射纤维混凝土，可以进一步改善其力学性能，提高其抗裂、抗渗等性能[9-10]。里斯本大学Gonçalo Duarte等人[11]开展了喷射再生混凝土力学性能研究。研究首先证明了喷射再生混凝土的可行性，喷射再生混凝土喷射过程中回弹率较低，成型后混凝土具有较大的空隙率，耐磨性较好，但随着再生粗骨料取代率的提升，其力学性能、抗裂性能等均有一定程度降低。由于预制内墙板主要功能是分割和围护，不承重，再结合现有喷射再生混凝土研究成果，文章将再生粗骨料和纤维材料用于配置混凝土，用喷射的方法浇筑成型，形成喷射纤维再生混凝土，作为预制内墙板再生混凝土面层。

3.3 生产工艺

（1）夹芯层制作。夹芯秸秆板平面尺寸同预制墙板尺寸，厚度根据设计要求选用。首先将两面层连接钢丝穿过夹芯板，然后将其与面层内钢丝网通过焊接连接，焊点位置采用梅花式布置，最后在夹芯板四周包钢板收边，如图3所示。

图3 夹芯层

（2）夹芯层固定。该研究设计的立式预制墙板生产装置，由生产台面、模架固定装置和整体模架三部分组成，如图4所示。夹芯层通过3个侧边固定于整体模架内，然后通过模架固定装置垂直固定在生产台面上。生产台面平面布置兼顾墙板喷射成型区和养护区，便于从成型区通过吊车运送至养护区，台面离地面70cm左右，方便混凝土喷射施工。

（3）墙板喷射成型。夹芯层固定好后，用混凝土喷射机将一定配合比的纤维再生混凝土在墙板两边同时喷射成型，如图5所示。在喷射施工前，从再生粗骨料最大粒径、纤维种类、速凝剂等原材料的选用方面，做好再生混凝土配合比设计。喷射施工过程中控制好工作风压、喷射距离、一次喷射厚度、喷射轨迹等喷射工艺[12]。喷射完成后，用刮板上下紧贴包边钢板，沿墙板高度方从一端开始将混凝土刮平，然后改用铁板将墙板表面收光压平。表面找平工作必须在混凝土喷射结束后立即进行，防止因混凝土表面硬化而无法操作。

（4）养护。预制墙板制作完成后，将整体模架吊运至集中养护区养护。参照《喷射混凝土应用技术规程》（JGJ/T 372—2016），采用洒水保湿养护，养护时间一般不低于7d[13]。

图4 立式墙板生产

图5 墙板喷射成型

4 结束语

文章利用废弃混凝土和秸秆等材料设计出一种预制夹芯内墙板，具有极大的生态环境效益和经济效益，可以减少对传统混凝土制备材料的依赖，减少秸秆处理成本，同时可以最大限度地减少对环境的负面影响。将喷射混凝土工艺引入预制墙板的生产中，丰富了预制墙板的生产方式，和传统模筑预制混凝土墙板生产方式相比，喷射混凝土的引入可以采用立式生产预制墙板，极大缩小了卧式模筑法所需的浇筑工作面，省去钢台模。同时喷射混凝土具有快速硬化、早期强度高的特点，可以缩短预制墙板的生产周期，降低生产成本。

该研究还处于设计阶段，后期还有大量的研究工作要开展。（1）喷射纤维再生混凝土配合比设计研究。通过正交试验研究，力争给出较优的混凝土配合比，使墙板混凝土具有较好的物理力学性能，满足墙板使用要求，同时具有良好的施工工艺性能，喷射过程具有较低的回弹率，甚至零回弹。（2）秸秆板表面和喷射再生混凝土黏结性能研究。以期找出较优的表面处理方式，提高喷射再生混凝土和秸秆板的黏结力，从而提高预制墙板的整体性。（3）墙板喷射生产工艺研究。通过试验形成标准化的墙板喷射生产工艺，为规模生产提供参考。