新加坡混凝土預(yù)制技術(shù)的研究和開發(fā)
在過去的二十年間,預(yù)制混凝土建筑在新加坡的經(jīng)歷是極其成功的。由于認(rèn)識到任何技術(shù)進步,都應(yīng)以其深厚的知識為底蘊,因此,新加坡政府專門成立了一個預(yù)制技術(shù)研究和開發(fā)中心。其結(jié)果已給我們留下了一個令人印象深刻范例,即如何以高素質(zhì)的研究和教育, 促進有發(fā)展前途的技術(shù).
建房發(fā)展局(HDB)是新加坡的公共住宅管理部門,是一個政府性的機構(gòu),主管住宅業(yè),并進行自己的設(shè)計和施工管理。在八十年代初期,HDB認(rèn)識到預(yù)制結(jié)構(gòu)是一種切實可行的建筑結(jié)構(gòu)。預(yù)制混凝土大大提高了公共建設(shè)的生產(chǎn)力,而且已變得日益重要。特別是近六年來,該行業(yè)已呈現(xiàn)出一種預(yù)制技術(shù)蓬勃發(fā)展的景象。據(jù)HDB報道,預(yù)制混凝土在公共住宅建設(shè)中的市場份額已從1996年的30%,增加到2001年的60%。
1994年成立的HDB 預(yù)制技術(shù)中心(PTC),在預(yù)制混凝土加工技術(shù)領(lǐng)域中,已開展了一系列的研究和開發(fā)課題。從其成立以來,中心的研究人員已從1995年的10人增加到 2002年的30人。在此階段,預(yù)制技術(shù)中心所屬的預(yù)制加工廠的生產(chǎn)力也取得了巨大的提高。先進的模板技術(shù),優(yōu)質(zhì)的材料,送輸和生產(chǎn)技術(shù)是這些預(yù)制加工廠基本的生產(chǎn)組成部分。在此期間,PTC舉辦了大量的培訓(xùn)班和技術(shù)研討會。相關(guān)的行業(yè)學(xué)會傳授和交流研究成果、技術(shù)知識、和經(jīng)驗,給建筑行業(yè)帶來了深遠(yuǎn)的影響。近七年來,PTC在預(yù)制加工技術(shù)中的研究和開發(fā),已使其成為聲譽卓著的研究結(jié)構(gòu)。而這些成績的取得,正是由于PTC一直努力推動和強調(diào)這些技術(shù)的重要性及其深遠(yuǎn)的意義。
PTC開業(yè)三年后,由于這些技術(shù)的日益流行和推廣應(yīng)用,需進一步擴大其生產(chǎn)設(shè)施,以適應(yīng)更大規(guī)模的研究和開發(fā)。于是,PTC擴建了一個廠房,以迎接新加坡預(yù)制混凝土行業(yè)邁向新千年的征程。
擴建廠于2000年九月竣工,總投資為1500萬新幣。該擴建設(shè)施包括四層高的預(yù)制生產(chǎn)設(shè)施,120人座位的大廳,兩間培訓(xùn)室和其他輔助辦公室。PTC總占地面積17000m2,其中使用面積為21000m2。
推動新技術(shù)訣竅的創(chuàng)新應(yīng)用
PTC將自己的技術(shù)知識和專業(yè)技術(shù)移植到新工廠的建筑結(jié)構(gòu)中,并使其新工廠成為100%的預(yù)制建筑。所使用的預(yù)制混凝土構(gòu)件包括:結(jié)構(gòu)柱、梁、倒T型板類構(gòu)件、樓梯和建筑立面構(gòu)件。所設(shè)計的全部預(yù)制構(gòu)件均可以進行無支撐施工。這種施工方法可以使不同專業(yè)工種,諸如機電分項工程的施工,在上部樓層土建施工時同步進行,從而有助于縮短整個施工工期。假定所設(shè)計的建筑物,有75%以上是采用模數(shù)化的構(gòu)架和構(gòu)件,那么其可營建性分值可高達(dá)90分。2000年,新加坡建筑和施工管理部已采用可營建性分值,對新建筑的施工友好性進行評估。對于理論上最高分值為100分而言,獲得90分,應(yīng)該是一個相當(dāng)高的得分了。
該新建筑的施工工期為九個月,而同類建筑采用其他施工方法的平均施工工期為11-14個月。該新建筑的造價為699新幣/m2,工時為1.2 人工·天/m2, 而其他施工方法的造價為950-1200新幣/m2。工時為2.33人工· 天/m2。
物流和良好的工廠設(shè)計
采用這種新工廠設(shè)施,PTC可生產(chǎn)高質(zhì)量的適用于工業(yè)和研究為目的的預(yù)制構(gòu)件。有若干個不同實驗室,已被用來進行預(yù)制結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)和優(yōu)化。結(jié)構(gòu)試驗室配備了某些先進測試設(shè)備,提供足尺結(jié)構(gòu)性能和合格性試驗(測試)。還建立了工程材料試驗室,對諸如混凝土立方體試塊和鋼筋進行結(jié)構(gòu)材料試驗。此外,還進行混凝土基本原材料,諸如砂、集料和水泥的試驗。預(yù)制生產(chǎn)試驗室是一幢4層高的預(yù)制生產(chǎn)廠,它向我們展示了在可用土地奇缺的新加坡高效率使用土地的范例。采用“簡單的方法營建超過4層高的預(yù)制廠,解決了有限占地面積的問題。材料和構(gòu)件的運輸采用23臺高架式行吊和兩臺10噸門式吊機。高架式行吊安裝在1-3層生產(chǎn)區(qū),門式吊機安裝在第4層生產(chǎn)區(qū)。所有吊機都設(shè)置長吊索,可以把構(gòu)件吊到底屋進行裝卸作業(yè)。這種吊機管理系統(tǒng)是首次在新加坡設(shè)計和使用的的,可防止不同層面吊運作業(yè)時碰撞。電動運輸車、運載能力達(dá)15T,可方便地進行構(gòu)件和生產(chǎn)材料的運輸作業(yè),底層是敞開式的生產(chǎn)區(qū)。
立掛間距12M,可直接進行運輸拖車的裝卸作業(yè)。為了節(jié)省空間,PTC采用預(yù)拌混凝土,依賴其良好的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò),為其預(yù)制生產(chǎn)供料。機械化的混凝土送料系統(tǒng)只需要一個預(yù)拌混凝土的運輸車卸料點,其他均為預(yù)制構(gòu)件裝車點。預(yù)拌混凝土先送進輸送斗,然后將其提升至上層由液壓控制的3M3的分配斗。分配斗中配有攪拌裝置,攪拌濕混凝土以防止混凝土的離析和凝結(jié)。混凝土分配斗可在各種生產(chǎn)跨間橫向移動,最后將預(yù)拌混凝土送至1.5M3的澆筑斗,進行混凝土的最終澆筑作業(yè)。
分配斗和澆筑斗均配備液壓控制的卸料閥門,進行混凝土的卸料作業(yè),取代了傳統(tǒng)的采用費力的手工操作的機械杠桿式儲料斗。預(yù)制混凝土構(gòu)件均為某一施工或研究項目專門定制,因此,沒有庫存。在廠旁邊設(shè)7000M2堆放場地,僅供存放等待運至工地現(xiàn)場的構(gòu)件。
優(yōu)化生產(chǎn)的新穎澆筑技術(shù)
當(dāng)前HDB的結(jié)構(gòu)設(shè)計部門從事大量的研究和開發(fā)項目,生產(chǎn)新一代的預(yù)應(yīng)力板類構(gòu)件。這類構(gòu)件適用于成組立模垂直澆筑,與常用的水平澆筑相比,是一項新的研究成果。垂直澆筑的理念,產(chǎn)生于一種在單位生產(chǎn)面積1M2內(nèi)更高的混凝土構(gòu)件生產(chǎn)方量(體積)。象新加坡這樣的國家,土地奇缺,工業(yè)用地相當(dāng)昂貴,節(jié)省空間的預(yù)制技術(shù)就更為重要了。
PTC生產(chǎn)中心建成了一套6個模腔的生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力板類構(gòu)件的成組立模生產(chǎn)線,其長度40M,高度2.4M,適用于生產(chǎn)最大寬僅為2.4M的標(biāo)準(zhǔn)板類構(gòu)件。該套成組立模生產(chǎn)線可生產(chǎn)各種厚度和寬度的板類構(gòu)件,它每平方米生產(chǎn)面積的構(gòu)件產(chǎn)量為1.8M2,而傳統(tǒng)的平模生產(chǎn)法,每平方米面積的構(gòu)件產(chǎn)量僅0.5M2。在高峰生產(chǎn)時,每天一個生產(chǎn)周期。為了節(jié)省時間和成本,PTC已將這種生產(chǎn)技術(shù)用于住宅建設(shè)項目。
MAP微波快速生產(chǎn)法,一項革命性的預(yù)制混凝土構(gòu)件養(yǎng)護法
在一項與新加坡國立大學(xué)聯(lián)合后進行的研究項目中,PTC已開發(fā)成功一種新的預(yù)制混凝土構(gòu)件養(yǎng)護法。在常規(guī)的室溫養(yǎng)護下,波特蘭水泥混凝土安全起吊大約需要1天養(yǎng)護期。在混凝土中,使強度發(fā)展速度更快,就可大大促進預(yù)制業(yè)在整個建筑業(yè)中的應(yīng)用。對于預(yù)制生產(chǎn),在一個較短的時間內(nèi),總希望獲得充分的混凝土強度,從而縮短生產(chǎn)周期,并有效地提高模板的重復(fù)使用率。一種新的養(yǎng)護方法就是采用微波加熱。該方法的基本依椐是把內(nèi)部能量擴散,并與電磁場中的分子,偶極子的激發(fā)相結(jié)合,從而達(dá)到快速均勻地加熱。與傳統(tǒng)的養(yǎng)護方法相比,諸如蒸汽養(yǎng)護,其養(yǎng)護時間較短,而且可提供更充分的早期強度。通過在PTC進行的研究,現(xiàn)已證實采用微波養(yǎng)護的混凝土脫膜只需4小時,而傳統(tǒng)的常溫和蒸汽養(yǎng)護,脫膜時間分別為20小時和10小時?;诖搜芯拷Y(jié)果,PTC已開發(fā)研制了第一個原型的工業(yè)研究微波爐。該微波爐與運輸皮帶系統(tǒng)一起運輸預(yù)制構(gòu)件。在試驗性的應(yīng)用中,PTC已采用MAP來試驗生產(chǎn)次結(jié)構(gòu)屋面板,這是MPA在全世界的第一個工業(yè)用戶。
改變傳統(tǒng)的預(yù)制結(jié)構(gòu)理念
為改善和提高預(yù)制構(gòu)件性能,PTC已進行了大量研究工作,其中包括把更多的專業(yè)融入預(yù)制加工過程,并把附加值產(chǎn)品提供給整個預(yù)制混凝土行業(yè),使預(yù)制構(gòu)件盡可能完美。舉例來說,使每平方米墻體構(gòu)件平均價格達(dá)到40-80新元。通過把供水和供電系統(tǒng)電纜、管道完整地包含在墻體中,使混凝土墻體的價格翻倍,但又不增加生產(chǎn)面積。研究和開發(fā)為預(yù)制混凝土構(gòu)件提供了成功的美好前景。近期HDB和PTC已展開的進一步研究和開發(fā)計劃,包括在預(yù)制墻體構(gòu)件體系上涂特種涂料來降低熱傳輸;集成的建筑部件,諸如把窗兜融入預(yù)制過程;以及通過采用薄殼預(yù)制構(gòu)件,降低預(yù)制構(gòu)件重量。
HDB已向全東南亞大陸輸出其技術(shù)知識和專業(yè)技術(shù),并在亞洲的建筑市場,扮演著預(yù)制混凝土聯(lián)絡(luò)中心的角色。馬來西亞、菲律賓、越南、韓國、中國(特別是香港地區(qū))等國,為未來預(yù)制技術(shù)的發(fā)展,提供了巨大的可能性。但是,這些國家現(xiàn)有的預(yù)制混凝土技術(shù)與新加坡相比還有差距。我們還更應(yīng)看到,不同國家間的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和經(jīng)驗交流,有助于全球新技術(shù)的發(fā)展。將來,國際間的互助關(guān)系不僅是國家間的,而且還應(yīng)是大陸間的,這對于預(yù)制混凝土行業(yè)的有益之處就更大了。
編輯:姜立東
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