高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中的应用研究

2023-11-15申诗文李友孟珊刘锴于博文

工程建设与设计 2023年18期

申诗文，李友，孟珊，刘锴，于博文

（1.中国建筑第二工程局有限公司，广东深圳 518000；2.中建二局（厦门）建设有限公司，福建厦门 361000）

1 引言

高性能水泥基复合材料以其优越的强度、耐久性、工艺性能和环保性，已经在现代建筑工程中得到了广泛的应用。砖胎模则是一种在砖墙施工中必不可少的工艺设备，能够提供更加均匀、平整和美观的表面效果，特别适用于需要防水或模板不易拆除的部位。二者作为建筑施工的重要组成部分，对工程的质量和效率有决定性的影响。

2 水泥基复合材料的发展与应用

2.1 水泥基复合材料的种类及发展历程

水泥基复合材料是一种由颗粒型复合材料（如混凝土）和纤维增强水泥基复合材料（如纤维混凝土）组成的材料。颗粒型复合材料（如混凝土）作为水泥基复合材料的主要成分之一，具有良好的承载能力和耐久性，由水泥、骨料和水混合而成，通过水化反应形成坚固的石材状体，能够适应各种形状和结构的要求，广泛应用于建筑工程中的基础、墙体、地板等部位。而纤维增强水泥基复合材料（如纤维混凝土）则在颗粒型复合材料的基础上添加了纤维材料，如钢纤维、玻璃纤维或聚合物纤维等，在材料中形成网状结构，增强了材料的韧性和抗拉强度，能有效抵抗裂缝的扩展和抗冲击能力，提高了材料的耐久性和抗震性能。水泥基复合材料的组成和比例可根据不同的工程需求进行调整，以达到所需的性能要求，具有广泛的应用领域，包括建筑结构、道路、桥梁、隧道、水利工程等[1]。

1980 年，高性能纤维增强水泥基复合材料首次问世，标志着水泥基复合材料的新时代的到来。随着时间的推移，水泥基复合材料的混凝土基体的组成不断进行优化，经历了从普通水泥基材料向环保水泥基聚合物（Geopolymer）、聚合物水泥基材料的发展，以及对无宏观缺陷（MDF）水泥基和超高强水泥（DSP 水泥）基材料等超高性能水泥基材料的引入。此外，20世纪90 年代，还出现了新型高性能纤维增强塑料（FRP）筋材，进一步推动了水泥基复合材料的发展。

水泥基复合材料的发展得益于基体性能的优化和纤维品种的增多，这两方面的进展为水泥基复合材料应用领域的扩展提供了重要支持。基体性能的优化包括对混凝土基体材料成分、结构和性能的不断改进，从普通水泥基材料向环保水泥基聚合物和聚合物水泥基材料的转变，以及对超高性能水泥基材料的引入，使得水泥基复合材料在力学性能、耐久性和环境友好性方面都取得了显著提升。

2.2 主要应用领域

水泥基复合材料的广泛应用领域是其发展的重要标志。以钢纤维增强水泥基复合材料为例，普通钢纤维混凝土（SFRC）已经成为被研究最多、应用最广泛的一种水泥基复合材料。 SFRC 广泛应用于各种重大和重要工程项目中，其出色的性能使得结构更加耐久、稳定且抗震性能更强。此外，高性能纤维增强水泥基复合材料，如渍浆结维混凝土（SIFCON）和渍浆网片混凝土（SIMCON），在军事工程方面表现出了特殊的优势，其力学性能按数量级增长，使得其在军事防护、航天航空等领域得到广泛应用[2]。从桥梁工程角度来说，加拿大Sherbrooke 采用超高性能水泥基复合材料（RPC200）建造了世界上第一座活性粉末混凝土（RPC）步行桥。相比传统混凝土，RPC200 水泥用量降低了40%，这意味着在桥梁建设中可以使用更少的水泥材料，从而减少了对自然资源的消耗，不仅有益于环境保护，还能减少建设成本；RPC200 的结构自重也大幅减少，减少了原自重的1/2～2/3，也就是在桥梁的自重负荷下，RPC200 可提供与传统混凝土相当的强度和稳定性，同时减轻桥梁结构对支撑和基础的要求；相较于传统混凝土，RPC200的制备过程更加简单，不需要复杂的施工工艺，能够更高效地进行施工；RPC200 具有自流平的特性，使其在施工过程中能更好地填充和覆盖构件表面，提高施工质量和美观度。

3 砖胎模施工技术优点与综合应用

3.1 砖胎模的应用优势

砖胎模是一种特殊的胎具，在砌筑砖墙时被用于对表面进行抹光和整形的工艺。相比传统的砖墙施工，采用砖胎模可提供更加均匀、平整和美观的表面效果。砖胎模一般用于需要防水或模板不易拆除的部位，如地下室外墙等。砖胎模是在施工中使用的一种临时性模板，并不是工程的实体部分，而是作为施工中的一项措施，其费用通常计算在实体费用中。砖胎模的设计和制作需根据具体工程要求进行，以确保最终砌筑的砖墙尺寸和强度符合要求。砖砌胎模在预制工程中的应用是为了保证预制构件的质量和外观。通过使用砖砌胎模，预制构件的表面可呈现出砖砌的效果，使其更具美观性和装饰性。砖砌胎模可保证砌筑的准确性和一致性，提升预制构件的整体质量。为了进一步改善预制构件的外观质量，一般会对砖砌胎模进行粉刷处理，以增加构件表面的光滑度，遮盖砖砌胎模可能存在的瑕疵和不均匀色彩，使构件的外观更加一致和美观。砖胎模在其他工程中也有广泛的应用，一般情况下，砖胎模主要用于基础梁的施工。当基础梁的侧模不方便使用砖砌构建时，砖胎模可作为一种替代方案。在这种情况下，胎模的内壁通常需要进行粉刷处理，以确保表面的平整度和美观度，因此，砖胎模本身不需要粉刷。此外，砖块模具也可应用于岩石地基表面，在进行爆破作业后，岩石基础表面会存在不平整的情况，砖块模具的应用能够为后续的建筑工程提供平整的基础。

3.2 与防水措施的结合应用

为了保护建筑地下室内部免受水的侵入和损害，必须采取防水措施。砖胎模的应用提供了一种可行的解决方案，可确保地下室底板侧壁在浇筑混凝土后具备良好的防水性能。在砖胎模施工前，要在底板表面涂覆垫层材料[3]。垫层的主要作用是提供额外的防水层，防止水分渗透到地下室底板内部，可以通过使用防水涂料、防水膜或防水胶粘剂来实现。垫层的防水处理应确保与底板表面和砖胎模之间形成有效的黏结，并具备良好的耐水性能。在砌筑砖胎模时，确保防水层从底板垫层延伸到砖胎模表面，即防水层必须覆盖整个砖胎模的外表面，确保与砖胎模之间的接触紧密且无渗漏。在浇筑混凝土时，混凝土的防水层能够顺利延伸到砖胎模上，进而延伸到底板侧壁混凝土墙上。通过以上步骤，当浇筑混凝土时，混凝土中的防水层能够沿着底板侧壁向上延伸，混凝土防水层能够有效覆盖底板侧壁混凝土墙的表面，从而形成一层连续、无缝的防水层，确保整个地下室底板侧壁在面临外部水源渗透时具备良好的防水性能。

4 高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中的应用

4.1 具体应用方法和步骤

莲塘金岸里项目是由深圳市兆丰源房地产开发有限公司开发的超高层住宅工程，位于深圳市罗湖区莲塘街道。该工程的外观设计独特、整体建筑风格新颖、周围环境优美。建筑结构采用框剪结构，项目包含1 栋50 层的住宅楼、1 栋44 层的办公楼、1 栋4 层幼儿园及配套商业，最大建筑高度176 m，总建筑面积为113 550 m2。本工程由中建二局（厦门）建设有限公司承建，并负责工程的施工管理和技术实施，确保项目按照设计要求和标准进行顺利建造。由于项目的外观设计独特，预计将成为当地地标性建筑，为该地区增添一道亮丽的风景线，其优美的居住环境将为居民提供一个舒适宜居的居住空间。

基础反梁通常位于桩基下方，其作用是将荷载从建筑物传递到桩基上，并均匀分布到桩身上，保证基础的稳定性和均匀承载。基础反梁尺寸的选择取决于多个因素，包括建筑物的荷载大小、地基土质条件以及设计要求等。本工程为桩基筏板基础，基础反梁的尺寸在400 mm×800 mm～600 mm×800 mm不等，为了保证基础反梁胎模的刚度和稳定性，项目选择了厚15 mm 的水泥复合板作为胎模材料。在制备水泥复合板时，使用了高性能水泥复合基材料作为基础材料。将高性能水泥复合基材料与适量的水进行拌和，使其成为均匀的浆状物，然后将浆状物倒入预先准备好的模具中，并采取适当的振动措施以排除气泡和确保材料的致密性，经过一定的养护时间，水泥复合板就可获得所需的强度和刚度。由高性能水泥复合基材料制备的水泥复合板具有较高的强度和刚度，能够承受反梁施工过程中的压力和振动，同时具备良好的耐久性和稳定性。主要施工步骤如下：（1）清理基础反梁施工区域，确保施工区域干净平整，并进行必要的测量和标记。根据设计要求，设置适当的支撑架来支持水泥复合板，将厚15 mm 的水泥复合板切割成适当的大小，确保板材的平整度和规格符合要求。（2）将预制的水泥复合板放置在支撑架上，确保板材与基础反梁表面紧密贴合，并保持水平。板材之间的连接可使用螺栓、钢筋等方式进行固定。采用“三、一”砌筑法，将砂浆均匀地涂抹在水泥复合板上，并按照设计要求和控制线进行砌筑。确保砖与砖之间的立缝宽度为（10+2）mm，水平灰缝宽度为（10+2）mm。在施工过程中，进行砖胎模的控制线及轴线交底，确保施工准确无误。砌筑完成后，对砖胎模内侧进行1∶3 水泥砂浆的抹面处理，压光表面使其光滑平整。使抹面的质量符合要求。（3）清理胎模内部的杂物和积水，自检胎模的质量，确保砖胎模的表面清洁。修理横竖灰缝，使其符合质量标准。

4.2 对比传统方法的优势

高性能水泥复合基材料具有优异的力学性能和耐久性，可满足工程中对胎模的强度和刚度要求，使材料可根据需要进行切割和拼装，适应不同形状和结构的要求，特别适合应用于异型轴线或交点处复杂的施工情况。在上述案例的水泥复合板胎模的支设过程中，高性能水泥复合基材料进行水泥复合板胎模制备可实现简单而灵活的支撑方式。使用小木桩固定下方，用小铁丝拉入固定在板间的土中固定上方，以及在需要支撑的部位加设小木棍等方法，可灵活地支撑水泥板胎模，确保刚度和稳定性。同时，高性能水泥复合基材料不仅具有良好的耐久性，能够抵抗外界环境因素的侵蚀和损害，延长胎模的使用寿命，还可提高施工效率，节约人力资源，减少工程成本[4]。此外，采用高性能水泥基材料制备的水泥复合板作为胎模还可带来明显的经济效益。相比传统的砖胎模施工方式，水泥复合板在材料和人工成本上都能够节省。在传统方式下，从土方开挖到砌砖再进行粉刷，施工程序繁多且耗费时间，而使用水泥复合板胎模则能够明显减少施工过程中的工作步骤和所需的耗材，尤其在地下室胎模这一措施中，采用水泥复合板可节省近50 万元的费用。从环保角度分析，高性能水泥基复合材料在砖胎模施工中具有较好的环保性能。采用高性能水泥基复合材料制备水泥复合板可有效降低对环境的影响，高性能水泥基复合材料制备使用的原材料和添加剂更加环保，减少了对自然资源的消耗，生产过程中产生的废弃物和污染物较少，能够降低能源消耗和废弃物排放。由于材料本身具有较高的强度和耐久性，可减少施工过程中的能源消耗，不会产生有害气体和污染物的释放，对室内外空气质量没有明显的负面影响。