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轻质条板的质量问题及其研究
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    轻质条板在发达国家被广泛采用,使用比例非常之高。毫无疑问,这对于实现建筑节能与可持续发展是一件非常有利的事情。目前,轻质条板在我国建筑行业并不看好,这到底是什么原因?

    在二十世纪八十年代,人们还记忆犹新,我国的改革开放开始不久,建筑行业的墙体材料也步入了改革的轨道,刚脱离计划经济羁绊的各行各业都想寻找未来的出路,他们看好新型墙体材料,个体经营者也不甘落后,纷纷挤了进来,于是:粉煤灰砌块、GRC板、轻质条板、石膏板、水泥刨花板等先后登上了建筑舞台。在众多新型墙材之中,轻质条板是佼佼者。具有二次节能性,它在生产过程中已经节约了大量能源(与黏土砖比),用它做成房屋的隔墙,具有防火、防水、隔音、隔热、占地面积小等优点,大大提升了房屋的综合品质,降低了冬天取暖与夏天降温的能源需求,再次展现了节约能源的优点。不仅如此,轻质条板在生产过程中,还可以做到无废料、无污染。按理,轻质条板的竞争力最强,发展前途最大,可事实是,轻质条板在全国大多数城市的建筑市场上受到冷遇。对此反常现象众说纷纭:归纳起来属于两个问题。一是轻质条板价位太高,市场接受不了;二是轻质条板易破碎,损耗太大,轻质条板安装后容易产生裂纹等等。

    上述说法的第一个问题是价格问题,一平方米轻质条板需要40~50元,安装费需要15~20元,那么一平方米轻质条条板成墙费需要55~70元。粗看起来价格显得有些高,但是,许多专家将多种材料每平方米完工墙体的成本进行了计算比对,它的费用并不凸显,市场完全可以接受。

    第二个问题是质量问题。在谈这个问题之前,首先要纠正对轻质条板的认识。关于轻质条板的表面质量、物理性能、抗压、抗弯等力学要求,国家标准已有明确规定。只要各项检测数据符合标准,就是合格产品。如果在运输和安装过程中,把轻质条板视同黏土砖进行野蛮操作,导致轻质条板的破损,这种恶果,不能归咎为轻质条板的质量问题。

    质量问题说到底是技术问题。轻质条板到底存在那些质量问题,与哪些技术问题相关,怎样解决这些技术问题,本文将进行专题研究。

    轻质条板从生产到安装,环节较多,过程较长,每个环节都与质量相关,处处都有技术问题。本文只将与质量密切相关的环节粗略分为六大部分,即配料、挤压成型、养护、堆放、运输、安装。如果在生产过程中,认真把关,控制好每个环节,就不会出现质量问题。

    轻质条板的配料种类如下:工业废渣、粉煤灰、膨胀珍珠岩,普通水泥等。但是各厂家的配方及配比均不一致。追求条板面密度小的厂家,条板中珍珠岩的比例较大。追求强度高的厂家,条板中珍珠岩的比例较小。笔者认为,轻质条板中根本就不能有珍珠岩的存在。所谓‘轻’只是相对而言。记得在1995年,当笔者刚刚开始设计轻质条板定机生产线时,为了获取相关资料,我们曾经邀请芬兰条板定机生产线的经销商来到我厂,他们带来了设备商用录象带及条板小样。仔细观察小样:表面呈黑褐色,小样由细颗粒组成,颗粒坚硬无比,整体强度极高,见不到珍珠岩的影子,当时并不在意,反而觉得外国条板的面密度太大。经过多年的探讨与实践,得出如下结论:条板中珍珠岩含量越高,抗弯强度越低,安装后收缩变形越大,墙体容易开裂。反思起来,道理非常简单。珍珠岩是伸缩性极大的颗粒状物料,见水或受潮就会体积膨胀,反之,干燥就会体积收缩,此现象直接导致条板接头处开裂。板内珍珠岩分布不均也会导致条板开裂。

    我国北方四季湿度差别小,因此,轻质条板的墙体开裂要好一些,反之,南方四季湿度差别大,轻质条板的墙体开裂就要恶劣得多。于是,反对在轻质条板中掺合珍珠岩是有道理的,去掉了珍珠岩,就是去掉了条板伸缩以至开裂的根源。

    轻质条板的生产工艺分干法与湿法两大类。湿法生产有许多弊端,很少被采用。在干法制板中分定机与行机两种。无论是定机还是行机制板,都是采用螺杆送料、螺杆挤压与振动成型的生产原理来完成的。我们把变速箱、螺杆与振动器称为轻质条板的成型系统,成型系统是质量的关键,它直接影响轻质条板的内在及外表的质量。

    当行机刚刚问世的时候,挤压成型机的设计水平不高。外地有一家设备制造厂,将它的设备卖到武汉某公司。通过考察,此设备生产的GRC板的断面图于下:

    进一步考察各孔相对应的螺杆的转速,得知1、8两孔的转速相同,2~7六个孔的转速相同,且1、8孔的转速是2~7孔转速的1.5倍。1、8孔配置的螺杆一样,2~7孔配置的螺杆一样。所有螺杆的外径大小是一样的,但是,1、8孔螺杆的底径比2~7孔螺杆的底径小得多。由此可见,1、8孔从螺杆转速到螺杆参数的设置,使其送料量大大超过2~7孔。这就是设备设计者的良苦用心,无论制板过程中出现什么随机情况,两企口将完美无缺,板中央密度虽低,但不会出现破损。换句话说,此机生产的GRC板外表好看。但是,在检查和使用过程中发现,此机生产的GRC板断面容易分层,抗弯强度很低。成墙后,板中央容易出现纵向裂纹。与上述情况相反,有的设备在条板两企口配置的螺杆送料量较弱,两边螺杆稍有磨损,使两企口送料量有所减少,条板的两企口便会时不时出现缺棱掉角。影响条板的美观和强度。上面两种情况是轻质条板质量中最主要的问题——面密度分布不均。抓住了主要问题就是抓住了事物的主要矛盾,解决了主要矛盾,次要矛盾就会迎刃而解。怎样来解决这个主要矛盾呢?

    本文前面已经提到,成型系统是轻质条板质量的关键。在设备制造厂家,成型系统设计者首先要进行轻质条板的断面设计,断面设计的宗旨是:密度均匀、强度可靠、抽空率达标,三者中,强度居于首位。接下来将设计好的断面进行分区计算,算出各区的供料面积,根据各区供料面积的大小设计螺杆的参数。再根据经验确定各轴的转速与旋转方向(不主张速度不一致)。往下就可以进行变速箱和螺杆的设计。在设计振动装置时,要计算偏心块的大小及偏心距,把激振力的大小控制好,将激振频率锁定在65HZ 左右(详见2004年“建筑与节能”第三期中“JBX定机螺杆参数设计的研究与应用”)。

    如果是定机和行机的使用单位,就不需要进行复杂的设计过程,在购买相关设备时,只要把设备的成型系统的各参数了解清楚,并检查、分析设备的出板质量,合乎要求就可以了。

    有的单位设备已经购买,在出板过程中,存在许多问题,要想解决出板的质量问题,比较好的办法是:仔细分析设备的成型系统,确定问题之所在,然后对症下药。对设备进行一些局部改造。

    养护过程非常重要,它直接关系到轻质条板强度的好坏。GRC板用的是早强水泥,拌料时,如果把水分放足,出板时会出现两种现象,一是螺杆粘料、二是条板出现塌孔。以上情况是不允许存在的。那么只好在拌料时少放水分,其量控制在不粘杆、不塌孔即可,当条板刚刚挤压好后,应该在条板的表面盖上草帘,用喷壶在草帘上洒少量水,然后每隔一小时洒一次水,当板出现发热时,应该大量洒水。若给水不足,条板将过热而被烧坏。

    轻质条板用的是普通水泥,加上工业废碴所占比例较大,物料的流动性和成型能力较好,可以按水泥的需要水量加足水分,当条板刚刚挤压好后,只需用黑塑料布将其盖严,保持水分。黑塑料布可以吸热,加快条板固化的速度。待条板脱模后,加少量水即可。

    无论是GRC板还是轻质条板,都要严格遵守水泥制品的养护期。有些厂家,为了抢时间,把养护7天左右的条板送到建筑现场安装,条板的强度大打折扣。不仅操作中容易断裂,成墙后最容易出现板接头开裂。

    堆放轻质条板是条板生产过程中又一个环节,很多厂家不重视这个环节,将条板任意摆放,既不注意堆放角度,又不考虑堆放层数。有的厂家为了节约场地,将条板高高堆起,也不管底层的条板能否承受重负。结果,在用板的时候发现,底层有不少板被压断或压裂。有些板的表面虽看不出痕迹,但内里已经受伤,在搬运和安装过程中容易断裂。

    轻质条板不是钢筋水泥空心板,不是黏土砖,抗压、抗弯强度都是有限的,堆放也是有条件的。见插图。

    轻质条板应按上图进行堆放。堆放场地必须平直。板的雌口朝下,板的侧面与堆放面成九十度交角,板与板之间应相互靠紧,放在上层板的雌口必须与下层板的雄头正确咬合,不得放置第三层。在放置好的每堆板的两侧面应用角钢焊接的三角架顶紧。防止倒塌。

    轻质条板的运输分为短途和长途运输两种。短途是指从生产场地到堆放场地,长途是指从堆放场地到某建筑工地。自从条板在国内问世以来,还没有看到那一家公司有科学的举措用于条板的运输。短途运输一般采用专用小车,长途运输一般采用卡车。专用小车一般运输数量在四块以内。卡车一般是按堆放形式装满一层。问题不在于采用什么车,而在于专车的结构和一些装车的细节问题。

    国内的专用小车的设计都比较轻便、灵活,但是,装板时,需要两人抬上车。一块板最少有120kg,多则150kg,抬起来很费力,人多又用不上力。如果将车的结构修改一下,增加一些功能。当板的一端上车后,就能轻松顺势将板推上车。还有一个办法可以省力,那就是增加投资,在生产场地上安装行车。

    在起重工具及设备用不上的地方,两人抬板作短距离移动,是非常必要的,但,一定要掌握力学要领,避免造成板的内伤。见插图。

 

    抬板是否合理要注意如下几点:1、圆棒的直径不能太细,其直径只要略小于孔径即可,这有利于圆棒在孔内增大受力的接触面积,降低条板受力面的压强。2、圆棒应按上图插孔,雌口边孔数应比雄头边多1~2个,在重力的作用下,板的两侧面将自然垂直向下,在移动的过程中不会产生随机翻转。切勿将圆棒插入雌、雄边孔数对称的中间孔中进行抬板。

    到底是用一根圆棒抬板好还是用两根圆棒抬板好,通过分析与计算后更好说明问题。

上图是用一根圆棒抬板,如果圆棒的刚性足够好,那么条板的重量将均匀分布在圆棒的上母线上。假设条板的重量为Q,作用在条板内孔上母线的线压力应按下式计算。

 

P=Q / A                                         

其中Q=A*B*γ

那么P=A*B*γ / A

  P=B*γ                                           ( 1 )

P——线压力(kg/mm

Q——条板的重量(kg

    A——条板的长度(mm

    B——条板的宽度 ( mm )

    γ——条板的面密度 ( kg / mm2 )

( 1 )式看,当条板的面密度与宽度不变时,抬板的线压力与长度A的大小无关。取B=600mm(标准板宽),γ=80kg / 106mm2(标准板的面密度)。按( 1 )式计算:

P=600mm*80kg /106mm2 =0.048kg / mm

上图为用两根圆棒抬板的剖切图。在抬板时,两根圆棒的端头插入条板内孔中部,抬板时,圆棒端头会对条板内孔下部产生挤压力,为了避免应力集中于一处,所以让圆棒端头空出200mm。当两根圆棒抬板时,条板有四处地方受力,它们分别是:孔的两端受到圆棒的上抬挤压力Fs,孔的中间两处受到圆棒端头往下的挤压力Fx。在计算FsFx之前,应先将图中标注的Ft计算出来。根据平面平衡力系有等式

Ft+Ft=Q

  Ft = Q / 2                                         2

Ft ——抬力(kg

    Q——条板的重力(kg

    两根圆棒的受力是对称的,圆棒与条板接触处所受之力大与FsFx小相等、方向相反。将左边的圆棒作为分离体拿出来进行分析计算。见下面插图。

    上图中三力为一平面平衡力系。那么有:

    Fs=FtA / 2 - 100+ D/A / 2 - 100               3

将(2)式代入(3)式

得:Fs=Q/2A / 2 – 100 + D/A / 2 - 100

    比较(A / 2 – 100 + D)与(A / 2 – 100),因为D与(A / 2-100)相比小得多,可以忽略不计。所以有:

    Fs=Q / 2                                         4

    Fs——条板端头对圆棒的作用力(kg

    D——上抬力作用点与条板端头的距离(mm

同理:Fx= Ft*D /A / 2 – 100                        5

将(2)式代入(5)式

得:Fx= Q*D / A - 200                            6

    Fx——板对圆棒的作用力(kg

   条板的A(长)一般最大为3000mmB(宽)为600mm,厚为90mm,条板面密度按80kg/m2计算,D200mm。由条板重量公式Q=A*B*γ计算得Q=144kg,由(4)式计算得Fs=72kg。由(6)式计算,Fx=12.5kg

    根据上述计算,当条板长为3000mm,宽为600mm,厚度为90mm,抬板时,条板插棒的两孔口所承受的上抬挤压力Fs约为72kg,条板插棒孔的中央两处承受的圆棒端头往下的挤压力Fx约为12.5kg。

    比较两种抬板方式,差别较大。若从受力情况来看,用一根圆棒抬板较好,压力分布均匀,每毫米条板上受到的压力还不到0.5kg ,根本不会损害条板,不足之处是插圆棒所需的时间较长。用两根圆棒抬板,插孔时间比前者缩短一半,但孔口承受的压力太大,压力大约是条板自重的一半,板的质量稍差就容易被破坏。看来,还是用一根圆棒抬板比较保险。

    轻质条板从生产厂家运往建筑工地是一个比较复杂的问题,它牵涉到交通工具的选择、条板的搬上与搬下、条板在运输途中的保护措施、建筑工地的吊装等。笔者曾经对洛阳和石家庄两个城市的建筑工地进行过考察,他们选用的交通工具是卡车,采用人工双圆棒抬板上车,车厢不够长,就让条板端头悬于车外。运输途中对条板没有任何保护。条板到达工地后,采用人工将条板一块一块地抬下车,送往吊篮,再通过吊篮送往各楼层,然后又采用人工从吊篮中把条板搬到需要的地方,由于条板在途中最少上、下四次,条板的破损率较大。

    石家庄、洛阳对条板运输的操作模式属于黏土砖的运输模式。新型墙材的内容和形式都发生了改变,运输方式也应跟着改变。运输设备还是采用卡车,如果卡车的厢体不够长,那就要对厢体进行改造。千万不能将条板的一端悬在车厢之外,造成不必要的损坏。单块条板采用人工抬上抬下不好。最好学习国外的办法,将合适数量的条板打成捆,大大增强条板的抵抗冲击的能力。将成捆的条板放到专用小车上,并与小车固定紧。条板与小车接触面之间要施加橡皮垫,用插车将专用小车和条板一起装上卡车,并与车厢固定紧。相关之处用泡沫塑料塞紧。在建筑工地底层也要有插车装卸条板。改造原建筑用吊篮的尺寸及结构,使之适合于条板及专用小车的上、下。这样做将大大降低条板在运输中的破损率。无论是条板的生产单位还是条板的使用单位都将非常满意。

    条板安装是保证墙体质量的最后一个环节。安装工作要注意下列问题:

    养护期不足的条板坚决不能上墙,否则墙体容易开裂。

    要研究条板接头的形式,通过试验确定不易开裂的接头形式。

    要研究接缝处的黏结材料。若条板断面的密度均匀、接头形式合理,条板养护期满,且条板收缩率极小。成墙后还是开裂。不妨改进接缝处黏结材料的配方。让黏结材料在固化后略有膨胀。控制膨胀系数恰到好处。

    要完善条板的安装设备和工具。目前,抬板与竖板都是人工操作,劳动强度太大,不仅影响安装质量,还容易造成条板的破损。因此,研制一些抬板的工具及竖板设备非常必要。

    结  语

    由于生产轻质条板的设备及生产、运输、安装过程中还存在着一些问题,导致条板的质量欠佳,破损率较高,成墙后容易开裂。于是,条板的生产者得不到较好的经济效益,条板的使用者得不到用户的支持。所以,轻质条板暂时不被看好。目前,政府及墙改部门正在努力贯彻关于墙体材料改革的方针政策,大力宣传建筑节能的理论,积极推广与应用优质新型墙体材料,希望条板的生产者和使用者共同努力。学习与条板相关的科学理论知识,提高认识和解决问题的能力;追加抬板、竖板的工具及安装设备的投资,彻底解决轻质条板从生产到安装各环节中存在的问题。大幅度降低破损率,让轻质条板的墙体不再开裂。落后的、不利于持续发展的墙体材料必然被淘汰,先进的、环保的、节能的轻质条板终将占领建筑舞台。愿春风早渡玉门关,盼前途柳暗花明又一村。

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