孔令宇，張植偉，楊 錚，彭 渤，劉盛開(kāi)

(中建三局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430064)

1 工程概況

中國(guó)人民大學(xué)通州新校區(qū)位于北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)，是通州新校區(qū)的標(biāo)志性建筑及重要組成部分。西區(qū)學(xué)部樓一期項(xiàng)目作為人民大學(xué)通州新校區(qū)第一批學(xué)部樓項(xiàng)目、人民大學(xué)最出名的雙一流學(xué)科教學(xué)樓項(xiàng)目，是學(xué)校重要的交通和景觀節(jié)點(diǎn)建筑，是整個(gè)校區(qū)的禮儀性節(jié)點(diǎn)。

中國(guó)人民大學(xué)通州新校區(qū)西區(qū)學(xué)部樓一期項(xiàng)目由1號(hào)樓新聞學(xué)院樓、2號(hào)樓藝術(shù)學(xué)院樓、3號(hào)樓未來(lái)傳播創(chuàng)新中心組成，總建筑面積54 500m2，其中地上25 135m2,地下29 365m2。3個(gè)單體建筑地下1層及地上部分相對(duì)獨(dú)立，地下2，3層整體連通。工程效果如圖1所示。

圖1 工程效果

本項(xiàng)目外檐大面積使用高性能混凝土復(fù)合保溫一體板(high performance concrete，以下簡(jiǎn)稱HPC復(fù)合墻板)，外檐形式復(fù)雜，種類(lèi)繁多。HPC復(fù)合墻板造型種類(lèi)、空間角度、顏色、肌理多樣，特別是在大模塊構(gòu)造上，最大幕墻單元模塊為2 600mm×5 400mm，最小為1 200mm×900mm，藝術(shù)學(xué)院外墻板在同一模塊上實(shí)現(xiàn)了4種不同的肌理要求，外檐肌理效果要求極高。

2 高性能混凝土復(fù)合保溫一體板

2.1 定義

HPC復(fù)合墻板由內(nèi)、外面板及保溫巖棉芯材復(fù)合而成。內(nèi)、外面板為高性能混凝土，內(nèi)配不銹鋼網(wǎng)片，厚度≥30mm，內(nèi)、外面板均為裝飾一體化板；芯材為保溫巖棉，厚100～190mm，密度為80～120kg/m3；其抗壓、抗拉強(qiáng)度高，本工程HPC復(fù)合墻板極限抗壓強(qiáng)度≥60MPa(不含裝飾面)，抗折強(qiáng)度≥14MPa，耐久性好，屬于新一代土木工程材料。產(chǎn)品特點(diǎn)如下。

1)高強(qiáng)耐久 HPC大尺寸混凝土面板可承受極高荷載，面板具有出色的耐候性，使用壽命長(zhǎng)。

2)個(gè)性化 產(chǎn)品形狀可自由設(shè)計(jì)成曲面異形，其個(gè)性化形狀、顏色、表面質(zhì)感和穿孔為建筑師提供了無(wú)限可能性。

3)有生命力 HPC是一種天然無(wú)機(jī)材料，其天然原料能創(chuàng)造出一種特殊的混凝土質(zhì)感表面效果。

4)防火性能 其出色的熱工性能(防火等級(jí)A1，屬不燃材料)可確保系統(tǒng)的絕對(duì)安全性和耐火性能。

5)安裝便捷 工廠化生產(chǎn)、裝配式安裝，HPC夾心保溫系統(tǒng)在建筑物理、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

6)保溫性能 HPC、巖棉的傳熱系數(shù)低，二者均為優(yōu)秀的保溫材料，HPC內(nèi)加巖棉作為外墻材料利用了HPC的高強(qiáng)度，內(nèi)部填充巖棉增加了保溫性能又減輕了構(gòu)件自重。

2.2 設(shè)計(jì)肌理

HPC復(fù)合墻板表面肌理豐富細(xì)膩，可做到表面肌理平滑如水、細(xì)膩如織，又可狂放、粗糙似乎天造使然。建筑師們可利用這一特點(diǎn)表達(dá)自己的建筑品味和建筑情感。為保證HPC復(fù)合墻板效果達(dá)到建設(shè)單位認(rèn)可，對(duì)樣板進(jìn)行反復(fù)對(duì)比甄選，最終確認(rèn)如下肌理。

1)1號(hào)樓新聞學(xué)院樓HPC復(fù)合墻板構(gòu)件表面顏色為深紅色，采用白水泥、彩色硅砂和氧化鐵色粉攪拌染色工藝；表面為砂巖效果，采用緩凝劑，水洗處理。砂巖肌理效果如圖2所示。

2)2號(hào)樓藝術(shù)中心HPC復(fù)合墻板構(gòu)件表面整體為灰色，采用白水泥、彩色硅砂和氧化鐵色粉攪拌染色工藝；表面由木紋肌理、編織畫(huà)布肌理和清水光面肌理結(jié)合(見(jiàn)圖3)，采用緩凝劑，水洗處理，肌理面裝飾效果采用聚氨酯模具澆筑成型。

圖3 2號(hào)樓設(shè)計(jì)肌理

3)3號(hào)樓傳播中心HPC復(fù)合墻板構(gòu)件表面整體為深紅色，采用白水泥、彩色硅砂和氧化鐵色粉攪拌染色工藝，燈芯絨的豎向肌理表面為鑿面，采用緩凝劑，水洗處理，肌理面裝飾效果采用聚氨酯模具澆筑。燈芯絨肌理效果如圖4所示。

圖4 燈芯絨肌理

HPC復(fù)合墻板構(gòu)件構(gòu)造要求為：內(nèi)、外面板采用高性能混凝土，結(jié)合保溫材料、φ10圓鋼、304不銹鋼套筒一體澆筑；預(yù)制時(shí)預(yù)埋連接套筒，保證連接可靠。

3 重難點(diǎn)分析

1)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本項(xiàng)目HPC復(fù)合墻板共計(jì)2 800塊，板塊表面顏色豐富，肌理多樣。因此，板塊的質(zhì)量可追溯性及肌理顏色統(tǒng)一是本項(xiàng)目的重難點(diǎn)。針對(duì)措施為：材料采用同一廠家同一批次供應(yīng)，加工生產(chǎn)工人須按照加工圖紙和工藝進(jìn)行生產(chǎn)加工，須進(jìn)行首檢、自檢和互檢，檢查時(shí)要確認(rèn)量檢具的精確度；針對(duì)不同板塊分別進(jìn)行編號(hào)、分類(lèi)碼放。

2)本項(xiàng)目外墻圍護(hù)HPC復(fù)合墻板板塊眾多，尤其是局部混凝土板塊尺寸較大、自重大、規(guī)格多，因此，外墻圍護(hù)材料在包裝、裝卸及運(yùn)輸過(guò)程中的成品保護(hù)是工程的重難點(diǎn)。針對(duì)措施為：對(duì)不同板塊進(jìn)行標(biāo)識(shí)并采用相應(yīng)的包裝，確保材料在運(yùn)輸過(guò)程中不受損壞，針對(duì)不同HPC復(fù)合墻板形狀及外形尺寸采用不同的運(yùn)輸工具，以充分確保材料在整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中不受損壞，保證整個(gè)外墻圍護(hù)的施工質(zhì)量，板塊運(yùn)輸時(shí)需與車(chē)體進(jìn)行可靠的綁扎和固定，特殊材料(如大板塊木材等)利用支架固定，一次運(yùn)輸一個(gè)大板塊，并進(jìn)行可靠固定和保護(hù)處理，避免在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生碰撞和損壞。

3)HPC復(fù)合墻板體積大、自重大，安裝精度控制同樣是本項(xiàng)目的重難點(diǎn)。針對(duì)措施為：利用三維激光掃描系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)及外墻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，獲取三維修正BIM模型，與設(shè)計(jì)師的三維模型進(jìn)行對(duì)比，修正深化設(shè)計(jì)，以保證安裝精度。三維激光掃描系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 三維激光掃描系統(tǒng)

4 高性能混凝土復(fù)合保溫一體板的應(yīng)用

4.1 HPC復(fù)合墻板原材料控制

HPC構(gòu)件原材料采用52.5R級(jí)白水泥、P·O42.5R 硅酸鹽灰水泥、含硅量≥96.5%的石英砂、含鋯量≥16.5%的耐堿玻璃纖維、密度80～120kg/m3的巖棉，外加劑采用丙烯酸乳液。

1)礦物摻合料 ①硅灰應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定，SiO2含量>90%，同一項(xiàng)目宜采用同一廠家同一冶煉爐的灰源，本項(xiàng)目選用微硅粉；②采用其他礦物摻合料時(shí)，礦物摻合料性能應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，且應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足高性能混凝土設(shè)計(jì)性能要求時(shí)方可使用。

2)骨料 宜選用最大粒徑≤1.25mm的石英砂，石英砂按粒徑可分為粗粒徑砂(1.250～0.630mm)、中粒徑砂(0.630～0.315mm)和細(xì)粒徑砂(0.315～0.160mm)。石英砂含泥量應(yīng)≤0.5%，泥塊含量應(yīng)為0，石粉含量應(yīng)≤5%，亞甲藍(lán)試驗(yàn)結(jié)果(MB值)應(yīng)≤1.4，氯離子含量應(yīng)≤0.02%，硫化物及硫酸鹽含量應(yīng)≤0.5%，云母含量應(yīng)≤0.5%，二氧化硅含量應(yīng)>99%。其他性能指標(biāo)應(yīng)符合GB/T 14684—2001《建筑用砂》的規(guī)定。篩分試驗(yàn)、氯離子含量、硫化物及硫酸鹽含量、云母含量檢驗(yàn)應(yīng)按照J(rèn)GJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，二氧化硅含量檢驗(yàn)應(yīng)按照J(rèn)C/T 874—2021《水泥用硅質(zhì)原料化學(xué)分析方法》的規(guī)定。

3)減水劑 應(yīng)符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》和GB 50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，宜選用減水率≥30%的高性能減水劑。其他外加劑應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，與水泥和礦物摻合料有良好的適應(yīng)性，且應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足超高性能混凝土設(shè)計(jì)性能要求時(shí)方可使用。本項(xiàng)目外加劑有高性能減水劑、減縮劑、消泡劑。

白水泥的穩(wěn)定性是確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的先決條件之一；高質(zhì)量的硅砂及玻璃纖維是確保產(chǎn)品質(zhì)量安全的核心。與國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品相比，砂級(jí)配曲線如圖6所示，混凝土力學(xué)性能比較如表1所示。

圖6 砂級(jí)配曲線

表1 混凝土力學(xué)性能比較

4.2 HPC復(fù)合墻板加工制作

本項(xiàng)目HPC復(fù)合墻板采用整體模塊化設(shè)計(jì)、批量化生產(chǎn)，具體加工工藝為：特定模具制作→固定模板框架→鋪設(shè)加強(qiáng)筋(φ10圓鋼)→預(yù)埋套筒(304不銹鋼套筒)→放置保溫材料(巖棉)→整體澆筑。

模具生產(chǎn)使產(chǎn)品加工批量化，流水線生產(chǎn)降低人力成本，提高資源利用率，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)工人交底，實(shí)現(xiàn)自檢、復(fù)檢、巡檢及第三方檢測(cè)，加強(qiáng)質(zhì)量把控。水泥制品工廠化預(yù)制加工，使成品養(yǎng)護(hù)和保護(hù)得到保障，利于實(shí)現(xiàn)質(zhì)量全優(yōu)，創(chuàng)造品牌和經(jīng)濟(jì)效益。

將耐堿玻璃纖維及其他纖維材料、水泥、砂等其他復(fù)合材料按一定配合比攪拌，在模具內(nèi)澆灌成型。HPC復(fù)合墻板是一種高強(qiáng)度、高韌性、低孔隙率的高強(qiáng)水泥基材料。通過(guò)提高組織成分的細(xì)度與活性，不使用粗骨料，使材料內(nèi)部的孔隙與微裂縫降到最少，以獲得超高強(qiáng)度、高耐久性及高抗?jié)B性能。

HPC復(fù)合墻板澆筑完成后，及時(shí)覆蓋塑料薄膜進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，至少養(yǎng)護(hù)14d。由于脫模時(shí)HPC復(fù)合墻板強(qiáng)度只達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，應(yīng)將其平放在托架上，脫模后24h內(nèi)不得轉(zhuǎn)運(yùn)或振幅過(guò)大，防止HPC復(fù)合墻板表面開(kāi)裂；達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%時(shí)方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)。為保證HPC復(fù)合墻板裝運(yùn)過(guò)程中不出現(xiàn)破損等質(zhì)量問(wèn)題，根據(jù)不同尺寸，選用木方或鋼架定制包裝，采用EPS和鐵絲等進(jìn)行分隔加固。

4.3 HPC復(fù)合墻板施工

4.3.1施工工藝

1)HPC復(fù)合墻板的鋼底座(15mm厚鍍鋅鋼板)需焊接至主體結(jié)構(gòu)鋼梁的預(yù)埋板上；施焊前，利用全站儀在鍍鋅鋼埋件位置進(jìn)行復(fù)測(cè)定位；根據(jù)確認(rèn)無(wú)誤的復(fù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行焊接施工。

2)轉(zhuǎn)接件選用15mm厚鍍鋅鋼板制作成L形，根據(jù)全站儀復(fù)測(cè)好的位置進(jìn)行調(diào)試安裝。

3)正式安裝前現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核墻板安裝位置、標(biāo)高，根據(jù)復(fù)核結(jié)果進(jìn)行下一步吊裝工作。

4)HPC復(fù)合墻板采用25t汽車(chē)式起重機(jī)和曲臂登高車(chē)配合吊裝。

5)對(duì)HPC復(fù)合墻板所有拼縫處進(jìn)行封修處理(防水保溫)，對(duì)墻板整體面層平整度進(jìn)行檢查。

6)安裝完成后對(duì)封修處理、構(gòu)件安裝誤差、表面平整度等進(jìn)行整體驗(yàn)收。

7)HPC復(fù)合墻板縫室內(nèi)、外兩側(cè)均采用耐候膠封堵，加強(qiáng)防水效果。

8)HPC復(fù)合墻板整體清洗并采取成品保護(hù)措施，室內(nèi)構(gòu)件表面貼警示標(biāo)識(shí)，并派專(zhuān)人現(xiàn)場(chǎng)巡查，發(fā)現(xiàn)污染或破壞情況，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處理。

HPC復(fù)合墻板(單元式幕墻)插接縫處防水處理為：在橫向接縫外側(cè)設(shè)置防水膠條,僅在兩單元組件連接處留1個(gè)小開(kāi)口,使等壓腔與室外的空氣流通，以維持壓力平衡，形成自上而下、自左到右的連續(xù)外壁體系，即“幕”。防水膠條可沿接縫全長(zhǎng)設(shè)置，阻止大量雨水滲入幕墻內(nèi)部,僅開(kāi)口處有少量雨水滲入，通過(guò)U形鋁合金型材(集水槽)，將沿豎框空腔下落的水集中并及時(shí)排至室外。排水孔應(yīng)遠(yuǎn)離接縫,以減少縫隙周?chē)木奂?。具體防水處理措施如圖7所示。

圖7 防水處理

4.3.2注意事項(xiàng)

1)HPC復(fù)合墻板應(yīng)采用插槽或螺栓通過(guò)支承結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)連接，嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)焊接。

2)豎向連續(xù)分布構(gòu)件宜自下而上安裝，豎向不連續(xù)分布構(gòu)件可同時(shí)在不同層次作業(yè)；橫向連續(xù)構(gòu)件的安裝順序應(yīng)根據(jù)誤差進(jìn)行分配，宜從邊角開(kāi)始安裝；環(huán)窗構(gòu)件的安裝順序宜為：窗臺(tái)→窗邊→窗頂。

3)構(gòu)件吊掛點(diǎn)位置、數(shù)量應(yīng)根據(jù)板塊的形狀和重心設(shè)置，吊點(diǎn)數(shù)量應(yīng)≥2個(gè)，必要時(shí)可增設(shè)吊點(diǎn)進(jìn)行加固。

4)應(yīng)進(jìn)行試吊裝，起吊時(shí)應(yīng)使各吊點(diǎn)均勻受力，起吊過(guò)程中保證單元板塊的平穩(wěn)。

5)吊裝升降和平移時(shí)應(yīng)確保單元板塊平穩(wěn)，不撞擊其他物體。

6)吊裝過(guò)程應(yīng)采取措施保證裝飾面不受磨損和擠壓。

7)板塊就位時(shí)，應(yīng)先將其掛到主體結(jié)構(gòu)的掛點(diǎn)上，板塊未固定前，吊具不得拆除。

8)HPC復(fù)合墻板就位后經(jīng)測(cè)量確定三維方向的位置和角度均在允許誤差范圍內(nèi)，方可固定。

9)HPC復(fù)合墻板接縫在允許偏差內(nèi)，可在構(gòu)件接縫處調(diào)整部分安裝偏差。

4.4 HPC復(fù)合墻板驗(yàn)收

由于HPC復(fù)合墻板施工工藝屬于新技術(shù)，暫無(wú)相應(yīng)的針對(duì)性驗(yàn)收規(guī)范。因此，針對(duì)本項(xiàng)目HPC復(fù)合墻板應(yīng)用，特組織專(zhuān)家論證，出具驗(yàn)收辦法意見(jiàn)書(shū)，且經(jīng)專(zhuān)家組長(zhǎng)、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、總包單位共同簽字確認(rèn)，意見(jiàn)書(shū)即可作為本項(xiàng)目HPC復(fù)合墻板加工生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝、施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4.4.1產(chǎn)品生產(chǎn)

HPC復(fù)合墻板外表肌理經(jīng)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位共同封樣確認(rèn)后，要求專(zhuān)業(yè)分包單位以周為周期進(jìn)行工作復(fù)盤(pán)，充分考慮構(gòu)件加工周期，以確保構(gòu)件加工的有效性和及時(shí)性。復(fù)盤(pán)內(nèi)容為：①原材料檢查，模具制作、構(gòu)件生產(chǎn)、執(zhí)行品質(zhì)驗(yàn)收復(fù)查；②抽樣檢測(cè)、留樣檢測(cè)；③執(zhí)行養(yǎng)護(hù)制度；④每周提供構(gòu)件生產(chǎn)周報(bào)；⑤出具第三方產(chǎn)品檢測(cè)報(bào)告。

HPC復(fù)合墻板構(gòu)件澆筑完成后須及時(shí)覆蓋塑料薄膜。超高性能混凝土拌合物失水后易起皮，影響結(jié)構(gòu)的致密性，還易引起收縮裂縫。

4.4.2安裝質(zhì)量及驗(yàn)收

1)HPC復(fù)合墻板彈性層間位移角為1/300(△/H)，本項(xiàng)目層間高度為4 500mm，最大層間位移△=15mm。

2)HPC復(fù)合墻板與主體結(jié)構(gòu)的凈距要求 ①HPC復(fù)合墻板背面與預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)凈距應(yīng)≥40mm，與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)凈距應(yīng)≥50mm；②HPC復(fù)合墻板背面與鋼結(jié)構(gòu)凈距應(yīng)≥40mm；③HPC復(fù)合墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)在上下、左右、前后方向內(nèi)的調(diào)節(jié)空間凈距應(yīng)≥25mm。

3)安裝效果要求 安裝后的HPC復(fù)合墻板外立面應(yīng)線條清晰、層次分明、表面平整、曲面過(guò)渡光滑，橫向構(gòu)件應(yīng)保證平直度，豎向構(gòu)件應(yīng)保證垂直度，整體效果應(yīng)達(dá)到建筑設(shè)計(jì)要求。

4)安裝偏差要求 ①建筑平面內(nèi)，HPC復(fù)合墻板與建筑軸線的距離偏差應(yīng)≤12mm；②3m高度HPC復(fù)合墻板立面垂直度偏差應(yīng)≤5mm，15m高度應(yīng)≤10mm，30m高度應(yīng)≤20mm；③單塊HPC復(fù)合墻板頂部標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高偏差應(yīng)≤10mm，相鄰構(gòu)件頂部標(biāo)高偏差應(yīng)≤5mm；④HPC復(fù)合墻板長(zhǎng)度≤6m時(shí)，接縫寬度與設(shè)計(jì)寬度偏差應(yīng)≤5mm，HPC復(fù)合墻板長(zhǎng)度>6m時(shí)，接縫寬度與設(shè)計(jì)寬度偏差應(yīng)≤10mm；⑤相鄰HPC復(fù)合墻板面內(nèi)錯(cuò)臺(tái)偏差應(yīng)≤5mm；⑥與主體結(jié)構(gòu)相連的連接件定位偏差應(yīng)≤5mm。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)本項(xiàng)目通過(guò)HPC復(fù)合墻板新技術(shù)的樣板引路、紋理確認(rèn)、加工生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝、質(zhì)量驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，使HPC復(fù)合墻板施工工藝進(jìn)一步成熟，且效果較傳統(tǒng)幕墻更加美觀大方、形式多樣。該項(xiàng)目的成功實(shí)施可為其他工程建設(shè)提供參考。