GLY高强大跨预应力空心板的生产与应用

摘　要：随着建筑结构体系的发展，传统预制混凝土构件产品面临挑战，本文作者根据我国国情，研究开发出了新型GL Y高强大跨预应力空心板，其生产和应用情况供同行业人士参考。

关键词：高强；大跨度；预应力空心板

1 　前言

    随着新型建筑体系的开发与建筑技术进步，我国用传统落后工艺与设备生产的短跨预应力空心板已愈来愈遭受冷落，尽管对跨度为2.7m 至6.3m 的空心板(板厚为120mm 或180mm) 国家及各省均有相应的构件标准图，但在推广过程中均遭抵制，使得一些生产传统板材的构件厂已到举步维艰的境地，更有一些企业关门倒闭，究其原因主要有以下几点：

    1. 传统板的标准及生产工艺及设备不能生产跨度大于6.3m 的空心板，这对于目前所流行的大开间及日渐增多的大跨公共建筑显然不适应。

    2. 由于短板生产工艺及设备均较简单，使得一些不懂技术、不懂构件安全度的人认为挣钱很容易，在生产过程中不注重质量与技术管理(乃至偷工减料) ，使得构件应用后出现裂缝、断裂等弊病，严重影响了预制板的应用与推广。

    3. 应用构造不尽合理，尽管各地已有相应的地方标准图集，但构造很不统一，有的构造确定也不尽合理。另外施工时又往往与标准图要求存在差异，开发商为防止出现质量问题而回绝应用预制空心板。

    4. 日益推广的商品混凝土构成了对预制板材的强大冲击，有的施工单位以现浇构件质量好、板整体性强、易埋设管线、有利于抗震等理由宣传推广现浇楼板，使预制板的应用量日趋减少。

    是不是预制板行业真的是“夕阳”行业，预制空心板就应当遭到淘汰，答曰：否。众所周知，预制构件现场装配能节省大量模板，缩短施工周期，由于构件在工厂预制而成，所有质检已在构件进入施工现场之前完成，因而质量更能得到保证，综合造价亦不高，因而预制装配化始终是衡量各国建筑工业化水平的重要标志之一，笔者所到的国家(美国、澳大利亚、日本、韩国等) 各类预制构件随处可见，人们非常认同预制构件，而很少看到现场浇筑的(基础、地下工程及其它大体积构件除外) 构件。

    为了寻求预制板材的发展空间，也为了扭转传统空心板遭淘汰的现状，有的企业通过考察将目光盯上了国外的大跨度空心板(如目前国内已引进的20 余条预应力大板生产线) ，当然这种板材不论其板型、配筋、承载力还是构件刚度等均优于我国的传统空心板，且能实现大跨度(380mm 厚板材跨度可达18.60mm) ，然而其昂贵的设备投资也会令人瞠目的，面对几百万美元的巨额款项，使许多构件企业也只能是望洋兴叹。据了解，一些引进国外大板生产线的企业也因不小的设备折旧费摊入成本而苦恼。尽管板材各方面性能均能满足应用技术，但能否受到用户认可，其经济帐是不能不算的，于是有人期盼中国自己生产的大型空心板成型设备的能尽早问世，能看到各类建筑中能应用中国设备生产的预应力混凝土大跨空心板。

2 　GL Y板成型设备的生产原理

    为了尽早开发出具有中国自主知识产权、适合中国国情的大跨空心板生产设备，国内混凝土预制行业的有识之士已于上世纪末着手研究、开发这项技术，并组建了研发组- GL Y板材课题组(其中G- 指高强度、高品质；L - 指大跨度；Y- 指预制、预应力) 并针对我国一些中小型构件企业的场地及资金现状而开发、研制出具有中国特色的大板生产设备。设备的生产板宽为1200mm、900mm ， 板高为180mm、200mm、240mm、300mm、350mm、380mm ，可供企业选择(一般200mm、240mm、300mm、350mm 即可满足应用) ，所有空心板的板型均为非圆孔，其目的是使板材受力更趋合理。

    生产时将经强制式搅拌机搅拌均匀、合理配比的混凝土转载于料斗中，由于斗内设有破拱装置，故混凝土可顺利落入成型腔内。经移动滑块往复运动将混凝土推挤入模并挤压成型，特制的振动器在板带上部施加强大的激振力，同时随着底部芯管往复摆动及装在成型面后部的压光系统的工作，可将板材表面压光且使混凝土高度塑化，并达到密实要求。利用滑块推挤混凝土还可使所产生的反作用力克服整机的磨阻力，并沿着预应力钢丝向推挤的相反方向前进，机后便生产出一条尺寸精确、外型规矩的预应力空心板的板带(视台座长度而定，以100.00m 左右为佳) 。

    然后按设计要求用专门的切割锯锯成所需跨度的板材。该样机于2001 年初就投入了试生产，之后又对一些不合理的部位进行了多次改进，其中对自制振动器的频率、振幅、激振力等就进行了三十几次试验，对摆动轴的摆动次数及摆动角度也进行了近二十次的调试，关于孔型的设计则依靠权威部门通过多次设计、比较而最终确定，对需外购配件也不惜重金，全部采购优质件以使整机质量得到保证。使其能生产出尺寸精确、强度可靠的GL Y 空心大板。本设备完全具有独立的知识产权，整个设备已有六项技术获得了国家专利，其中硬质合金镶焊技术、多层多排滚柱轴承、芯管下部摆动技术等项专利获得国内同行的高度评价，该成型机已于2003 年4 月通过了省级技术鉴定，专家评价该设备填补了我国大跨度混凝土空心板成型设备的空白，其整体技术水平达到国内预制混凝土空心板成型机的领先水平，推广应用有显著的经济效益和社会效益，目前该生产线已销售至山东、辽宁等地，使用效果相当理想，受到当地用户的称赞。

3 　关于建筑楼板的选择

    笔者在日常的设计工作中，当涉及到确定楼(层)盖结构方案时不论是建设单位或设计单位几乎清一色地推荐现浇板，其原因就是预制混凝土板承载力低，跨度小，易开裂、整体刚度差、抗震效果欠佳。似乎只有现场浇筑的板材最可靠、最经济。然而工程实践告诉我们即使采用了现浇构件也不能保证板材不裂，相反一些工程也出现了许多不同的裂缝，并由此影响了工程质量。众所周知，现浇混凝土板是采用了商品混凝土搅拌站的混凝土，通过运输、支模、配筋、浇筑、振捣等诸多施工工序才能完成，影响板材质量的原因十分复杂，其中任何一个环节出现问题，板材都将必裂无疑。如一些设计人员片面地认为:混凝土强度等级越高越保险，于是许多工地选择了较高强度等级的水泥，也有的结构设计人员在结构构件计算后出于安全考虑，往往将混凝土强度等级再提高一档，也有的工地为便于施工将楼板采用了与梁柱相同等级的混凝土，熟不知这种提高混凝土强度等级，降低水灰比和增大水泥用量的措施，意味着采用大比表面积以及C3S 和C3A 含量大的水泥将会使水泥水化热升高和收缩变形增加，在约束状态下的混凝土因温度收缩、自收缩、干燥收缩和较高的弹性模量而产生较大的内部应力，而早期徐变无法缓解这种应力而产生了早期裂缝，并造成当使用荷载长期作用后，这些内部不可见的微裂缝在干燥环境中不断开展，从而影响了美观乃至安全。另外国家标准规定建筑工程使用石子应为连续级配，最小粒径为5mm ，而笔者去过的现场发现有人只重视混凝土强度而对石子的要求仅限于强度的要求和最大粒径的控制，对石子粗细粒径的级配往往予以忽略，这也是构成当前混凝土楼板收缩越来越大最终开裂的重要原因。在施工方面，发现一些现浇板的实际厚度往往达不到设计要求的厚度，造成板的刚度降低，当应力过大时就可产生裂缝，也发现由于保护层过厚而导致板正负受力钢筋之间的有效高度(h0) 不足，造成钢筋应力得不到发挥楼板就提早开裂；也有的施工工人脚踏负筋并使之下移，形成沿板支座边缘顶部产生开裂；再者施工方为了赶进度并加快模板周转，拆模过早，重堆放建筑材料，造成板材严重开裂的现象也时有发生。施工时找平层过厚，而往往找平层采用了素混凝土，其抗裂性差，因而在温度和干缩应力作用下易产生板面裂缝。又如在施工现场大多采用PVC 塑料管材作为预埋在板内的穿线管，这种管材表面光滑，弹性大，直径粗，与混凝土结合差，会使现浇板材形成薄弱带，又当振捣混凝土时易引起PVC 管材的上浮或下移，使得板的顶部或底部保护层变薄，从而出现了沿PVC 埋管方向的裂缝，当板较薄( h ≤90mm) 时往往会穿透楼板。

    在振捣混凝土过程中或在施工荷载的作用之下，由于楼板的支撑件变形较大，使板在混凝土硬化前就产生了初始塑性裂缝，这种裂缝在拆模后会在干缩、温度变化下逐渐开展变宽。

    由于泵送混凝土具有较大的粘聚性和流动性，致使现浇板的塑性裂缝问题较以往的普通混凝土更为突出，施工中若模板松动、位移或振捣不实、不均、漏振、过振等均会引起沿钢筋方向或与构件形状有关的塑性沉降裂缝，一些工地用强度等级32.5 级以上水泥配制C20 混凝土，但仍沿用旧的水泥标准，由于有最小水泥用量的限制，不得不采用0.6 甚至0.7 这样高的水灰比，从而加快了收缩裂缝的产生。总之现浇板的开裂原因错综复杂，需要引起设计、施工、材料配制与供应的高度重视，必须各方人士齐心协力，系统杜绝影响混凝土质量的不利因素，开裂现象是一定能解决的，但这给了我们一个明确的概念：即并不是现浇混凝土板就一定不开裂，裂缝不仅存在于预制楼板中。

    相反预制混凝土板材在工厂进行预制，全部操作均按工厂操作规程进行，板材在运送到工地时其强度已经生成，施工方只要严格按国家规范、标准图集施工完全可以作到不裂，而GL Y 技术所提供的预应力混凝土空心大跨板不论从制造方面还是在应用技术方面均进行了系统开发，板材的孔型及建筑连接构造设计均充分考虑了板的结构受力性能及板材经拼接后的不开裂，应当说该板是为目前各类新型建筑所提供的大跨度、大荷载，且不开裂的理想板材。GL Y 大跨度预应力空心板有以下诸优势:

    1. 跨度大：以往各地的标准图给出板的长度，对于板高为120mm 的板，其板长2.0m～4.20m；对于180mm 厚的板，板长可达6.30m。而采用GL Y 大跨度空心板，当板厚为130mm 时最大板长可达6.30m；板厚为180mm 厚时，板长最大可达8.10m；200mm 厚板最长可达9.0m；250mm 厚板可达12.30m；300mm厚板可达14.40m；380mm 厚板可长达18.60m ，这就解决了传统小跨度板(L ≤6.30m) 所达不到的板跨，可与城市建筑的框架、剪力墙、大开间支撑体等体系相匹配，解决了传统短板的应用局限性的难题，且板的折算厚度薄，节省大量混凝土，构件轻，易施工(不用模板) ，孔内还可穿设备管线及施工周期短很受市场欢迎。GL Y板与传统空心板的重量及折算厚度见表1 。GLY板与传统空心板跨度对比见表2 。

    由表2 可以看出传统的空心板跨度是小的，而GLY板当板厚为130mm 时，跨度可达6.30m ，比传统板长出2.10m；厚板为180mm 时跨度达8.10m ，比传统板长出1.80m ，而板厚为380mm 的板所达到的跨度(最长达18.60m) 则是传统板无法比拟的，而这无法比拟的跨度正是GLY板的优势所在。而对比两种板的优势时， 若以板厚180 mm 板为例， 当跨度为6.0m 板时，当然传统空心板经济(即180mm 厚6.0m跨的GL Y板经济性一定比不过传统空心板) ，但板跨达6.60m、8.10m 时就非GL Y板莫属了，笔者认为要充分发挥GLY 板的跨度大的优势，而这一独特优势正是GL Y板的市场卖点。笔者经常发现有的大板厂销售人员在推销板材时，仅报每平米的价格使外行人往往觉得价格高于普通空心板，而忽略了GLY 板跨度之大是普通空心板所达不到的优势。这样做显然是片面的也是不科学的。

    2. 经济性好：众所周知，由于GLY大跨度预应力空心板采用了C40 级混凝土，其配筋为钢铰线(L =15m～18.6m 时) 或螺旋肋钢丝(L ≤15.0m 时) ，而传统空心板配的钢丝为冷轧带肋钢筋，二者价格相比大约为1.5 倍，于是便认为GL Y 大板成本高、经济性差，这里忽略了一个重要对比因素- 钢筋强度对比。预应力钢铰线的强度可达1860N/ mm² ，螺旋肋钢丝的强度则为1570N/ mm² ，其强度是普通冷轧带肋钢筋的三倍以上，即采用了高强预应力钢丝后的强度应力比十分优越，若钢铰线按6000 元/ T 计，则强度应力比为3.2 元/ (N/ mm2) ，冷轧带肋钢丝以4000 元/ T计，则强度应力比为7.3 元/ (N/ mm²) ，其经济性一目了然，这也是通常说的花钱买品质、买强度的概念。

    同样GL Y板生产需采用C40 级混凝土，其强度设计值为19.1N/ mm² ，比传统空心板采用C25 级混凝土的强度提高了60 % ，抗拉强度设计值也提高35 % ，采用高品质钢筋和高强度混凝土不但充分发挥了二种材料的强度优势，保证了构件质量及安全性，同时又可使构件企业真正有利可图。从应用的角度看GL Y大板的经济优势也显而易见，以10.0m ×10.0m 矩形框架现浇大楼板为例，若楼板采用现浇无粘结预应力构件时，其板厚度按现行规范要求应不小于1/ 45 板跨，按此估算则板厚度应不小于220mm ，再加上40mm 厚找平层，其板的总厚度可达260mm ，自重则为6.5kN/ m2；而采用GL Y 预应力大跨度空心板，查图集可知板厚为250mm 即可，由于板是空心的其折算厚度仅为140mm ，若再浇筑50mm 厚找平层，其总厚度为190mm ，自重3.65kN/m² ，二者的经济效果不也是很明显吗？

    此外在施工速度等方面也存在很大的优势，建设及施工单位很欢迎这种经济合理，安全性高，施工快捷的板材。

4 　技术配套，软件齐全

    GLY板的生产与应用已引起各界的普遍关注，中国建筑东北设计研究院，东北地区建筑设计标准化办公室组织专家对该板的力学性能进行了系统的研究与试验，系统的构件结构试验表明该构件的各项力学性能指标均满足规范与设计要求，其强度、刚度及延性破坏形态十分令人满意，并认为可以广泛推广应用。专家结合1995 年以来研究、推广预应力大跨度板材的经验对这种板从生产到应用又进行了多项技术创新，针对前几年大板生产中出现的反拱过大、板端易出现裂缝等弊端，通过适当的工艺控制及必要的构造措施以很好地解决，为更好地推广应用。东北地区标办按新颁布的国家设计规范对一些企业的生产与应用进行了必要的改进，编制出与新规范接轨的设计软件，同时并编制出针对性强、安全合理的应用构造图集，为企业保质保量地生产与推广提供了技术保障，更令人欣慰的是我国自行研制的GL Y 板材成型机的问世且通过省级技术鉴定，设备价格仅为50 万元人民币/ 套～60 万元人民币/ 套，物美价廉，这就使得各地推广大板构件成为轻而易举之事。

    这里顺便指出，有的企业舍不得花钱，不进行科技投入，不编制标准，对自己的生产场地不经任何改造，拿一本其他企业的图集就开干，孰不止这是很危险的。张拉台面的开裂或不平，张拉墩的不稳定，张拉台座的长短区别，钢材的配置与选择，振捣的程度，锚具的滑移等均能影响构件质量，且危及板的安全性，对此一定要严加注意，否则后果不堪设想。

    综上所述，GL Y高强大跨度预应力空心板的生产与应用一定会促进我国建筑技术的改革与创新。让我们预祝GL Y 板材与设备在国内能得到迅速推广，及早走出新的预制装配工业化、民族工业产业化的振兴之路。

5 　混凝土生产过程控制

    (1) 试验人员对原材料严格检测，保证各种原材料的性能指标符合标准要求及与试配时相差不大。(2) 接到生产任务后，由专人指挥生产和调度，保证内(搅拌站) 外(施工方) 信息互通。(3) 混凝土运输车采用挂牌制，如某辆车前一趟装运的不是清水混凝土，装清水混凝土前必须清洗混凝土罐。并将罐内积水排完。(4) 搅拌机采用与运输车一样的措施，并比搅拌普通混凝土的搅拌时间增加15 秒。

6 　混凝土力学及耐久性能试验

    我们在生产过程中随机抽样，检测混凝土的各项性能。结果如下: (1) 抗压强度试验: 用106 组试件28d 抗压强度值做统计，.R28 = 43.6MPa ，σ= 3.6MPa ，Min = 39.4MPa 。(2) 抗折强度试验:成型标准试件3组共9 件，平均值为6.5MPa 。(3) 抗渗试验:成型标准试件4 组共24 块，加压至1.8MPa 均未渗水，抗渗指标≥P16 。(4) 抗冻试验:采用慢冻法，经300 次冻融循环，Δf=7.76% ，ΔW300=1.12% ， 抗冻等级F300。(5) 收缩试验:采用100mm×100mm×515mm棱柱体试件3条，测得各龄期收缩平均值分别是:εs28=226×10 ⁶ ，εs60=293×10^-6 ，εs90 = 346×10^-6。

7 　讨论

    (1) 由于清水混凝土对施工工艺要求很高，因此，不仅要求混凝土生产厂家严格控制混凝土质量，而且施工方的施工工艺也相当重要，如模板选择与安装、脱模剂的选择与使用、混凝土浇捣、混凝土养护及成品保护等，在这方面我方与施工单位合作得很好，施工方也进行了严格的施工控制，所以共同创造出优质的产品。(2) 由于混凝土本身对光的反射是较弱的，所以即使再光滑的混凝土表面看上去还是有一种亚光的感觉，通过使用新型混凝土表面处理技术，不仅使清水混凝土表面光亮，而且可以抑制混凝土的碳化，抵抗外界有害介质的侵蚀，对混凝土耐久性极为有利。

8 　结语

    (1) 影响混凝土本身外观质量的因素很多，主要有原材料的颜色和性能，特别是水泥和掺合料，此外集料的含泥量对混凝土的外观色泽的影响也很大，外加剂一定要选用低引气型且压力泌水率比低的。(2)通过严格的质量控制，精心的配合比设计和严格的施工工艺，使用生产普通混凝土的原材料，也完全可以生产出高质量的清水混凝土。