通過墻體材料革新實現住宅產業現代化
1 中國住宅產業現狀
1.1 住宅業粗放增長方式仍沒有改變
國務院辦公廳2005年6月6日發布的《關于進一步推進墻體材料革新和推廣節能建筑的通知》(國辦發[2005]33號)講到“全國以黏士磚和非節能建筑為主的格局尚未得到根本改變”,“我國房屋建筑材料中70%是墻體材料,其中黏土磚占據主導地位,生產黏土磚每年耗用黏土資源達10多億 m3,……每年生產黏土磚消耗7 000多萬t標準煤”等,可見我國住宅業粗放增長方式仍然沒能得到改變,并且再次引起我國政府的高度重視。早在20世紀90年代,當時國家計委制定的建筑業節約原材料技術政策》就提出,“小塊墻體材料制品向大塊墻體材料制品發展,塊類墻體材料制品向板類墻體材料制品發展,濕作業多的墻體材料制品向濕作業少的墻體材料制品發展”。國務院《關于推進住宅產業現代化提高住宅質量若干意見》(國辦發[1999]72號)明確強調,“加快住宅建設 開放型向集約型轉變,推進住宅產業現代化”,“要開發經濟、方便、性能良好、便于靈活分隔室內空間、滿足住宅適應性 要求的輕質隔斷板材及其配套產品”,“積極發展通用部品,逐步形成系列開發、規模生產、配套供應的標準住宅部品體系”。我國墻材的97%是黏土磚、混凝土小型砌塊等小塊類墻材,部品化墻材占墻材總量3%,人均不足0.3 m2。發展和應用部品化墻材是我國住宅業增長方式從粗放型向集約型轉變的關鍵,這個目標不能實現,住宅業粗放增長方式就不能得到根本改變。
1.2 墻體工程觀念陳舊
建筑是由墻圍護而成,墻體工程是建筑工程主要內容。墻體材料部品化發展步伐落后于框架結構建筑發展速度,與我國落后的墻體工程觀念有密切關系。長期以來,我國習慣于墻體濕法作業,習慣于“齊不齊,一把泥”的觀念。目前我國大城市的框架結構住宅大部分填充墻仍然象施工磚混結構住宅墻體一樣,靠小塊墻材一塊一塊“壘”,然后是大量的找平粉刷濕作業。致使墻體砌筑濕作業量和墻面粉刷抹灰濕作業量,合計占墻體工程量的50%以上,墻體工程濕作業工料成本是墻體材料成本的2倍以上。小塊類墻體材料一是砌筑量大,二是粉刷量大(不粉刷墻面就不平整),這是不爭的事實。我國墻體濕法作業量大的后果是,施工速度慢,效率低下,資源浪費嚴重,墻體成本高。我國人均住宅勞動生產率不足發達國家的1/5,與我國住宅建設材料以小塊類墻體材料為主和與其落后的墻體施工觀念有密切關系。墻體施工觀念不轉變,將嚴重影響我國建筑勞動生產率的提高。
1.3 住宅業高耗低效的具體體現
(1)住宅建設材料生產高耗低效。目前我國年建造15億m3左右民用建筑,其中70%墻體工程采用小塊類黏土制品。
我國目前年產10億m3小塊類粘土制品(包括實心磚和空心磚),年耗土10億m3,耗煤7000萬t。而如果采用部品化墻材制品墻板建設15億m2民用建筑,5億m3墻板就可以滿足需要,5億m3墻板生產能耗折合耗標煤不足2000萬t。1m3黏土制品(包括空心磚)的生產能耗通常是1m3建筑板材的3倍以上,且1m3黏土制品所能建造的建筑面積僅是建筑板材的1/3~1/2。
以磚與條板對比為例:1m3磚耗煤約為60 kg;1 m3條板生產耗電10 kW·h,加上原材料200 kg水泥耗電20 kW·h(1t水泥約耗電100 kW·h),無機填充料生產加工耗電10 kW·h,合計1m3條板耗電40 kW·h左右,折合消耗標煤14 kg(以1kW·h電需耗350 g標煤折算)。條板生產能耗僅是黏土制品生產能耗1/5左右。而1 m3黏土磚建造磚混建筑1.5~2 m2,而1 m3條板可以建造4~6 m2建筑,同樣1m3墻材(社會資源),黏土磚能耗高,而向社會提供的建筑面積少。
(2)住宅建造高耗低效。住宅勞動生產率就是住宅業物化勞動和活勞動的綜合。發達國家以建筑板材裝配法施工,以干作業為主,墻面普遍不抹灰粉刷,平均2個工日建造1m2住宅。我國的住宅勞動生產率低,以小塊類墻材為主的砌筑法施工,平均10個工日建造1m2住宅。
(3)住宅使用高耗低效。我國住宅單位面積使用能耗約為發達國家的3倍,且住宅熱工性能、舒適度不及先進國家。我國住宅使用能耗高、效益低,與我國住宅建設墻體材料以黏土磚為主也有密切關系。以黏土磚與條板相比為例,看住宅建設材料性能對住宅熱工性能的影響。620 mm厚磚墻僅相當于240 mm厚條板復合外墻(2塊條板復合,中間50 mm厚空氣層)的保溫隔熱效果。此說明無機復合輕集料條板墻比黏上實心磚墻保溫隔熱性能提高1倍以上。
2 我國正處在住宅建筑體系大變革時期
近年,從中央到地方頒布了一系列的“禁黏令”。目前全國180余個大中城市強制禁用黏土實心磚建設住宅,北京、上海等一些大城市開始限制黏土空心磚作框架結構填充墻。城市住宅禁止使用黏土磚意味著將發展各種形式的新型結構住宅。
2.1 強制提高熱工設計標準,推動住宅建筑體系變革
我國住宅的采暖降溫使用能耗越來越大,己引起國家高度重視。國家建設部相繼頒布了一系列國家強制性設計標準,對住宅的圍護結構,強制性提高了熱工設計標準,全國各地都根據當地氣候條件制定了實施該標準的細則。建筑節能法規的全面貫徹,將對我國住宅建設產生深遠的影響,在我國住宅建設史上具有劃時代的意義。建筑節能法規的貫徹執行過程,就是“住宅革命”的過程、住宅建筑體系變革的過程。
2.2 我國住宅主流模式已經凸顯
我國住宅模式以建造多層集合住宅為主,住宅結構形式以鋼筋混凝土框架結構為主,住宅建設材料以發展部品化材料為主,住宅外墻構造以發展復合外墻為主,住宅分室隔墻隔聲水平以40~45 dB為宜,住宅分戶隔墻和外墻隔聲水平以50 dB為宜。這些已經成為我國建筑界的共識。我國是發展中國家,人口眾多,生產力水平較低,人們尚不夠富裕,人均資源比較匱乏,這一切都決定我國的大眾住宅水平要有一個適當的定位。鋼筋混凝土框架結構集合住宅將成為我國住宅的主流模式,既體現了與時俱進改善人們居住條件的時代特征,又兼顧我國國情。鋼筋混凝土框架結構集合住宅的規模發展,為我國住宅建設填充墻材料實現部品化、工廠化、機械化,為住宅實現平面布局靈活性和個性化,為住宅外墻實現復合化,為住宅提高耐久性、安全性、抗震性等打下堅實基礎。
2.3 借鑒發達國家的經驗
發達國家以獨立住宅為主,其墻體工程也主要是靠人力施工,但是發達國家的住宅勞動生產率是我國的5倍。其關鍵原因是墻體工程施工方式為裝配式干作業。美國人均8 m2建筑板材,加拿大人均13m2建筑板材,而日本是建筑板材應用比率最高的國家。各類建筑板材是發達國家住宅建設的主導材料,墻體施工方式為裝配法,墻面普遍不用水泥砂漿找平粉刷。
近年,發展中國家也已開始對墻體材料產品結構進行大規模的調整,以適應建筑工業化的發展要求,墻板占墻材比例逐年上升,特別是條板發展速度較快,框架條板結構住宅建設開始普及,取得了成功經驗,收到了良好的社會效果,加快了住宅產業現代化和工業化的進程。
3 墻材部品化是我國實現住宅產業現代化的基礎
3.1 發展“厚板”更加符合我國國情
框架結構集合住宅,完全不同于傳統的磚混結構集合住宅,也不同于發達國家的獨立住宅(別墅)。傳統墻體材料分別適應不同的傳統結構,但不是框架結構集合住宅非承重填充墻的理想材料。小塊類墻體材料作框架結構填充墻比較突出的問題是濕法作業量大,施工效率低,資源浪費嚴重。隨著框架結構集合住宅成為我國城市住宅的主流模式,意味著我國墻體材料技術需要創新,需要尋找一條符合中國住宅結構特點的高效率填充墻發展之路。我國《墻體材料革新“十五”規劃》(國經貿資源[2001]1021號)中的“發展重點”欄目明確提出,“非承重墻體材料應以利廢的非承重砌快和輕板為主”,“以框架結構為主的高層建筑,應積極發展滿足建筑功能要求、保溫隔熱性能優良,輕質高強,便于機械化施工的各類內外墻板”。墻板已經被我國政府墻改技術政策確定為墻體材料主要發展方向之一。但是發展什么樣的墻板更加符合我國住宅結構特點、符合我國建筑生產率水平、符合我國資源條件等,是值得深入研究的。
墻板的品種很多,從實質上講分厚板和薄板2類。厚板作墻體與薄板的最大區別是不需要輕鋼龍骨固定。條形建筑板材,簡稱條板,是厚板的主要形式。如工業灰渣條形墻板、玻璃纖維增強水泥條形墻板、陶粒條形墻板、拼裝式條形墻板、工業建筑用大型條板等,自成墻體。薄板就是各種約1cm厚左右的建筑板材,如紙面石膏板、硅鈣板、水泥纖維板等。
厚板與薄板做墻體有其共同優點:第一,濕作業少。主要表現在兩個方面,一方面墻板是裝配法施工,基本上屬于干作業:另一方面墻板安裝出的墻體表面平整,無須用砂漿找平,減少粉刷工料消耗;第二,建筑的自重減輕,減少資源消耗。條板內隔墻加上墻表面處理每平米(墻面積)總質量約100~120 kg,薄板墻加上表面處理和填充料(隔聲需要)單位面積質量約在50~70 kg/m2,而空心磚墻和混凝土小型砌塊墻加上表面處理,單位面積質量在220~300 kg/m2左右,即各類墻板裝成墻體總質量只是小塊類墻材隔墻質量的1/2~1/3。墻體質量咸輕,減少了資源浪費,同時又有利于減少“肥梁胖柱”和基礎投資,增加使用面積。
作為厚板的條形墻板,與薄板相比,在施工方面有其進一步的獨特優勢:(1)條形墻板屬于“成品墻板”,施工更為簡單。條板的厚度就是墻的厚度。薄板類墻板,屬于“半成品墻板”,即單獨不能成墻,必須在施工現場與輕鋼龍骨組合(兩邊各1塊或各2塊)施工才能成墻板,現場工作量大,施工技術水平要求較高。條板更符合我國建筑工業化的發展方向(施工現場的工作盡可能的在工廠完成)。(2)擠壓成型的機制條板墻隔聲性能、吊掛力、抗滲性能等優于薄板。機制條板密實度高,隔聲性能優越。薄板類隔墻的隔聲性能如要達到40 dB或以上,墻需加厚,兩面各雙層或三層板疊合裝墻并填充隔聲材料。例如北京長城飯店紙面石膏板內隔墻,為了提高隔聲水平,隔墻總厚度達200mm,每邊2塊紙面石膏板復合,中間填充玻璃綿隔聲材料。這樣,無疑大幅度增加墻體總成本,致使難以在我國的框架結構住宅中普及推廣使用。(3)條板填充墻技術,是國內國際近年發展起來的一項新技術,比較適應第三世界發展中國家生產力水平,與發達國家傳統的民用薄板填充墻技術相比更具意義。
更為關鍵的是厚板比薄板更加適應我國住宅特點,適應框架結構集合住宅填充墻建筑功能要求。我國住宅結構特點、住宅模式不同于發達國家。發達國家以獨立住宅(別墅)為主,居住面積大,人口少,平均1個人多間房。獨立住宅一般為2~3層結構,1幢住宅里住1戶人家。由于住宅面積比較大,所以住宅能夠做到動靜分區、功能分區、公私分區、食寢分區、居寢分區。所謂分區,就是設計上根據功能不同要求,使動靜有較大距離間隔。且獨立住宅上下層結構,更有利于有效的避免底層的會客、團聚、娛樂對上層居室干擾。且獨立住宅,戶與戶之間也有距離,互相干擾小。鑒于以上原因,獨立住宅對墻體的隔聲水平要求比較低,用紙面石膏板類薄板空斗墻隔墻就能滿足要求,所以薄板類建筑板材在發達國家住宅中應用非常普及。日本的內隔墻隔聲標準僅30 dB。不是發達國家生活質量標準低于中國,而是由于住宅模式不同,功能分區,各功能區之間的噪音干擾隨距離的拉大而減弱,由于相隔距離遠,加之人口少,產生噪聲源少,隔聲指數30 dB的隔墻足以滿足要求。
我國住宅模式以集合住宅為主。所謂集合住宅就是多住戶集中在一幢建筑里。我國集合住宅人均建筑面積、人均房間數都難以達到發達國家水平,且動靜、食寢、公私談不上分區,就一墻之隔,所以我國的集合住宅分室內隔墻隔聲指數應該為40 dB為宜。
發達國家的住宅人口少、房間多、面積大,而且公共活動與個人居寢上下層分隔著很大距離,所以隔墻隔聲性能要求很低,薄板類隔墻就能滿足隔聲要求。我國集合住宅的特點與西方住宅的差距決定構成住宅材料的不同。由此也說明中國要發展部品化墻材,而且要發展符合我國建筑結構特點的建筑板材。
3.2 條板作復合外墻優勢明顯
條板作外墻,在全國各地的各種建筑上已經有不同程度的應用。外墻用條板標準2005年已在國家建設部立項,已形成初稿,正在征求意見,預計在今明2年內頒布,此說明國家建設部倡導條板走上外墻應用。外墻板的發展,在國內已經呼吁多年。外墻板和內墻板一樣,也不外乎2種形式,一種是薄板,一種是厚板。條板可以象薄板一樣,可以生產水泥質或石膏質的,密度方面可以是高密度、中密度或低密度產品等,可以朝著多品種發展,以滿足不同的要求。內隔墻板和外墻外板,由于隔聲和防水抗滲的需要,可以選用水泥質、密度較高的條板;用于保溫的條板,可以選用密度較低的條板。用于儲藏室等隔聲、防水要求低的條板,可以選擇石膏質的條板等等。我們講發展條板是指發展這種構造、結構特點的墻板,并不是指只發展哪一種條扳。發達國家的獨立住宅,外墻就是各種墻板的復合。美國獨立住宅外墻內層用紙面石膏板,中間保溫材料,外邊用防水板材。
輕集料混凝土墻板本身就屬于中檔保溫材料,有較為優越的保溫隔熱性能。條板與條板復合,條板與絕熱材料復合,都是有效提高住宅外墻保溫隔熱性能的方法。通常200~250 mm厚條板復合墻,保溫隔熱性能達到620 mm厚磚墻的保溫隔熱水平。
(1)條板自保溫復合墻體。外墻外條板采用密度較高、防水抗滲抗凍融性能優越的條板品種,外墻內條板采用密度較低、保溫性能優越的條板品種,中間設3~5cm空氣層和不設空氣層。這種方法施工簡單方便,造價便宜,適應南方氣候特點以隔熱為主的住宅。
(2)條板夾心保溫復合墻體。內、外條板配置方法與條扳自保溫復合墻體相同,中間增加絕熱保溫板材,該種條板復合保溫墻體適應一般保溫隔熱墻體。
(3)條板外保溫復合墻體。2塊90 mm厚、密度較低、保溫性能優越的條板復合(或1塊120 mm厚條板),條板的外部做法與其它外保溫墻體相同,即滿覆絕熱材料,然后防水砂漿粉刷。該種方法滿足嚴寒地區住宅對墻體保溫的要求。
3.3 產業發展已經具備基礎
我國條板產業經過近10余年的發展,生產技術和應用技術已經基本成熟,已經具備大規模發展的產業基礎。在裝備方面,我國墻板擠壓機械化生產線已經趨于成熟,墻板擠壓主機的墻板擠出速度和擠壓力已經達到發達國家同類設備先進水平,國產墻板擠壓機生產的條板與芬蘭、德國、意大利、加拿大等國家的擠壓機生產的同類條板相比,連國外同行都承認質量上已經沒有差異。條板的規格、型號、品種以及配套生產工藝方面,這些年進行了廣泛的探討,可以說國內條板品種比國外更多。
為了條板工業的發展和條板建筑的大力推廣,國家建設部以及原國家建材局等近年頒布了JG 3029—95《住宅內隔墻輕質條板》、JG 3063—1999《工業灰渣混凝土空心隔墻條板》、JC/T 829—1998《石膏空心條板》、JC 666—1997《玻璃纖維增強水泥輕質多孔隔墻條扳》、JC/T 893—2001《玻璃纖維增強水泥外墻內保溫條板》和新修編的JG/T169—2005《建筑隔墻用輕質條板》、《條板內隔墻建筑構造》(03J113)等。系列的條板標準、建筑應用構造圖集等生產、應用法規。2006年《外墻用建筑條板》標準又已經在建設部立項,不久也將頒布。現有的條板標準和應用圖集,已經基本涵蓋了各種密度、原材料、生產制造工藝及用途的條板品種。
應用方面,全國各地都有相當一批工程應用了條板,積累了條板應用經驗。近兩年我國條板應用技術實現了重大突破,將對我國改變落后的墻體施工方式,進而大幅度提高我國住宅勞動生產率產生重大影響。通過全國多年的條板應用經驗積累,各地基本上掌握控制條板墻面裂紋技術,近兩年全國條板應用普遍開始淘汰水泥砂漿抹灰工藝,直接批刮膩予,充分體現墻板應用省工、省時、省料的特點,為條板下一步大規模應用參與市場競爭提供了堅實的技術基礎。
資源條件方面,全國各地都能找到生產條板的原料。條板生產既可以用工業廢渣輕集料、人造輕集料,也可以用重質集料。實際上國外更多的條板生產,就是用密度較高的原料。用密度較高的原料制造的條板,強度高、耐久性能好,同時隔聲性能突出、收縮率低、防水抗滲性能好,價格便宜,具有優越的建筑材料需要的物理力學性能,而且材料可靠、耐久。雖然重質條板比輕集料條板重一些,但是仍然比空心磚、混凝土小型砌塊隔墻要輕得多。
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