装饰清水混凝土圆柱纸管模板在青岛中德生态园的应用

于永刚 聂建卫 褚厚阔 于亿卓 / YU Yonggang, NIE Jianwei, CHU Houkuo, YU Yizhuo

DIE ANWENDUNG VON DER ZYLINDRISCHEN PAPIERROLLENSCHALUNGR SICHTBETON IM DEUTSCH-CHINESISCHENKOPARK

APPLICATION OF DECORATIVE AS-CAST FINISH CONCRETE CYLINDER PAPER FORMWORK IN QINGDAO SINO-GERMAN ECOPARK

在党的“十九大”报告中，有15处提到“绿色”、12处提到“生态文明”、8处提到“美丽”，堪称最生态、最绿色、最美丽、最智慧的党代会报告。被动房技术中心是青岛中德生态园中的超低能耗绿色建筑（图1），必须选用绿色无污染的建筑材料和混凝土施工技术。为此，作为该项目的施工单位，荣华建设集团的项目团队先后考察了木模板、全钢模板、玻璃钢模板、纸管模板等模板方案，并分别对其施工工艺可操作性、装饰效果、成本节约、环境保护等指标进行分析，最终确定纸管模板为最优方案。

1 纸管模板产生的背景及应用前景

随着经济的突飞猛进，人们的住房需求日益高涨。过去10年，房地产投资额从25 289亿元增加至102 581亿元，年均名义增长率为7.3%（2016年国家统计局数据）。房地产业的蓬勃发展成为经济发展的强力引擎，同时也给生态环境带来了巨大压力，固体废弃物、扬尘、资源浪费为主要表现形式。早在2007年，国家住房和城乡建设部就出台了《绿色施工导则》，2015年，中国建筑业协会绿色施工分会颁布了《全国建筑业绿色施工示范工程实施细则》，2017年山东省住房和城乡建设厅印发了《山东省绿色施工科技示范工程实施办法》。各地方政府将绿色施工示范工程纳入企业考核范畴，对被评选为绿色施工示范工程的企业给予一定的加分奖励。在上述政策的指引和扶持下，建筑工程企业纷纷加大人力、物力投入，不断创新绿色施工技术。

纸管模板清水混凝土施工技术的特点是：模板由工厂定型加工并在现场安装；废弃后可回收、降解；混凝土成型后具有装饰效果，无需抹灰；可节省大量资源；减少污染物的产生；具有广阔的应用前景。

2 工程概况

被动房技术中心项目位于青岛中德生态园36号线以西，总建筑面积为13 768.8m2，其中158个混凝土圆柱全部为清水混凝土圆柱，最大设计高度为9m，最大直径为1.2m。为了保证清水混凝土的装饰效果，使之色泽一致、花纹清晰，混凝土必须在某个时间段内集中浇筑，并且要一次成型，传统的施工工艺很难达到预期要求。如果为本项目专门定做模板，无论是在资金投入和使用频率方面，还是在使用完毕后的维护、保养、存储方面，各项成本均不经济。理想状态下，模板形式的选择应满足两个要求：（1）混凝土一次成型效果好，能达到装饰混凝土效果，纹饰清晰，上下色泽一致；（2）符合模板一次使用完毕后报废、成本低廉、可降解、不产生建筑垃圾、不释放有害气体及化学物质等生态环保理念。

3 模板的选择

3.1 圆柱模板的形式

目前市场上可供选择的圆柱模板形式有4种。

（1）木模板

按照圆柱的曲率加工成半圆形抱箍，在模板内部沿着内弧钉压木质板条，用多个直线条拼成近似圆形的弧形，模板内壁内衬薄铁皮。优点：加工灵活，便于施工和安装。缺点：混凝土柱面圆曲光滑度不高，接缝处表面有浆体；周转率低；消耗木材量大。

（2）全钢模板

圆柱形钢膜由两个半圆形模板对拼而成；每块模板的高度为0.9～1.5m，宽度为0.2～0.3m；面板选用3～4mm厚的冷轧钢板，肋条采用6.8mm厚的普通钢板。优点：刚度好，易保证柱内施工质量；可反复周转使用。缺点：成型后混凝土柱面圆曲光滑度不高，接缝比较多；重量较大，造价较高。

（3）玻璃钢块模板

对于直径小于1.5m的圆柱，将模板做成两个半圆再拼装而成；当圆柱直径大于1.5m时，将模板做成3片或3片以上再拼装而成；每块模板的长度为2～3m。优点：质量轻；周转次数多（一般一块模板可周转20次以上）。缺点：接缝多，不美观；加工时需要制作模具；模板维护保养费用高。

（4）平板玻璃钢模板

采用不饱和聚酯树脂作为胶结材料，用低碱玻璃纤维布作骨架逐层粘裹而成；模板近似为均质体，易弯曲成型，适合现场制作。优点：质量轻，抗拉强度高；韧性适中；成型效果好，且只有一条竖缝；周转次数可达30次以上。缺点：现场加工需要制作胎具；柱径和高度规格较多时，会大大增加制作成本；模板支拆需要用人力从上、中、下3个部位同时将模板扒下，费工费力。

综合对比上述形式，可以得出如下结论：（1）前3种形式的圆柱模板，浇注成型后的柱面圆曲光滑度不好、有明显接缝（浆体呈线状延伸），圆柱观感不佳，无法达到装饰混凝土的效果；（2）采用平板玻璃钢模板，混凝土成型质量好，圆柱观感也能达到清水混凝土质量标准要求，但平板玻璃钢模板需要现场专门加工制作胎膜，一次性购置费用高，完工后模板弃之可惜，保留起来则后期使用频率低、维护保养繁琐、仓储成本高。

综上所述，以上4种圆柱模板均不符合预期效果的要求。

图1 被动房技术中心实景（上）与效果（下）

3.2 纸管模板

纸管模板是一种新型圆柱模板形式，是以纯纸浆为原料卷制而成的圆管形模板，由纸管结构层、饰纹防水层、外壁保护层3部分组成（图2）。纸管结构层采用多层高强度复合纸卷制而成，具有足够的强度和刚度，可承受混凝土浇筑时产生的压力和冲击力；饰纹防水层采用复合耐水纸卷制而成，表面附有一层防水隔汽膜，可以有效阻止清水混凝土水分的过快流失；外壁保护层采用复合耐水纸卷制而成，保证纸管外壁有足够的防水性能和保护能力。

纸管模板的特点有：（1）兼具刚性与柔性，便于安装加固，效率高、工期短；（2）导热系数小，可有效避免因模板内外温差而引起的混凝土表面裂缝；（3）工厂化生产，不需现场制作、拼装，避免产生噪音，绿色环保；（4）模板材质、纹理均匀，纸模拆除后的混凝土光洁度高、色泽均匀，无错台、漏浆现象；（5）装饰清水混凝土圆柱表面无禅缝、花饰天然质朴、美观；（6）纸模板费用低、易脱模、可回收再利用；（7）内壁不耐划，纸模板安装过程中应避免尖锐、凹凸物划伤内壁，否则会影响清水混凝土的装饰效果；（8）清水混凝土水平耐压能力差，在搬运及存储过程中严禁挤压，否则会影响纸管的曲率，进而导致混凝土圆柱成型质量下降；（9）纸管切割应用防水胶带封口，防止胎体进水影响纸管的强度和形状。

4 施工工艺难点

4.1 钢筋的定位

纸管模板质地软，易划伤，一旦划伤会影响混凝土圆柱的观感质量。如何防止混凝土在浇筑及振捣时因钢筋扰动而划伤模板成为一个重要课题，为此，项目技术团队发明了一种钢筋定位装置：采用20mm×20mm×1.5mm的方钢管，做成90°的∟型，方钢管沿模板竖向长度为15cm，水平方向长度为“纸模板厚度+钢筋保护层厚度+箍筋直径+纵向钢筋直径”；在水平管端部焊接一根φ8钢筋制成的挂钩件，将挂钩固定在主筋上，沿圆周每90°圆弧固定一个，共4个（图3）。这种定位装置可以有效地保证纸模板与钢筋之间的距离。同时这种装置采用工具式定型加工，使用完毕后可拆卸下来周转使用，整个过程不产生固体垃圾、不消耗能源（传统的定位采用焊接定位筋），可循环利用。

纸管模板重量轻，根部容易发生位移。需要专门设计一种固定装置，最好能满足两个功能：一是准确牢固定位、防止模板变形；二是能够防止浆体根部渗漏。经过反复试验论证，使用14mm厚木胶板作为材料，以1.0m直径的柱制作定型工具。首先在1.2m×1.2m的木胶板上划出纸模外径尺寸线，掏空尺寸线以内的材料作为柱模端部插口，然后将固定板沿中心分成均等的两块，每块呈一个半圆缺口，两块拼接后则为工具式定型固定板（图4）；每根柱子上下端各设置1个定型固定板。这种定型工具的优点是可以就地取材，加工使用方便，可以循环利用，最大限度地避免了浆体从根部渗漏。

图2 纸管模板结构

4.2 模板的安装

圆柱纸模板内表面的花饰纸极易在套模过程中被钢筋、定位卡划伤，因此，需要设计一种光滑的轨道，使模板沿着轨道下至底部而不接触钢筋等构件。经对比分析，最终选定6根φ30的镀锌钢管作为导管，沿圆周均匀分布；导管直径不大于钢筋保护层厚度；导管高出柱模50cm，并且向内弯成135°（图5、6）。每根导管的上下端用扎丝稍加固定，模板固定完毕后取出导管，一个班组一套导管，可循环使用。

4.3 模板的拆除

圆柱模板拆除时间通过反复试验确定，正常施工条件下纸膜板拆除所需时间如表1所示。

拆模时，使用模板切割机沿竖向切割，切割深度较模板厚度少2mm，然后改用壁纸刀轻轻划切，纸模板会自动胀开，最后手工剥离即可。在纸模板切除过程中，需注意切割深度，不可用力过大，以免损伤混凝土表面。

图3 柱顶部模板定位

图4 柱底部模板定位

图5 柱模导管

图6 模板安装

5 效益分析

从目前的工程实践中发现，使用传统的木模板进行施工，需要预先搭建支撑木架、拖顶、钢管以及木方和梁柱等模板，施工工艺比较复杂，同样的建设任务一般5～6天才能完成，而如果使用纸板体系进行建设，能够节约1～2天时间。虽然木模板也可在其他项目中再次使用，但是随着国家经济的发展，木材的使用量越来越多，而自然界的木材生产能力有限，不可长期采伐。与钢模板相比，纸模板在经济上有较大优势，虽然钢模板可以重复利用，但在房屋建筑工程中圆柱模板应用频率较低，无法做到多次周转使用，且仓储、保养费用高，钢铁材料还易锈蚀损坏。玻璃钢模板同样存在材料费、人工费高的问题，虽然其混凝土成型效果好于钢模板、木模板，但与纸模板的无缝效果相比还有一定差距（表2）。

装饰清水混凝土圆柱纸模板，不仅保证了装饰清水混凝土的观感效果，而且可以实行小流水段施工，缩短了施工工期；装饰清水混凝土柱由于不需要饰面抹灰，能节省大量的人工、材料、机械使用及水电费用，而且大大减少了建筑垃圾的排放；废纸屑和拆下的纸模板集中回收，可收回部分资金。总体而言，圆柱纸模板消除了抹灰层空鼓、裂缝、脱落伤害及维修难度大等一系列问题，而且具有节约成本、美观和高耐久性、耐候性的特点，兼具经济效益和社会效益（图7）。

6 结语

虽然在圆柱施工中运用纸模板有较大的经济性和合理性，但是在施工时如果未能处理好关键工序就会出现残次品。例如：钢筋定位不牢固，自然晃动时不能与模板保持有效距离，就会划伤模板，混凝土成型后就会有浆体痕迹，严重影响装饰效果；套膜不设滑道也会出现同样的问题。工具式模板固定板在防止模板变形及浆体渗漏方面发挥着重要作用，一旦变形和漏浆就需要人工修复，否则会直接破坏装饰清水混凝土天然纹饰的效果。

表1 圆柱模板拆除时间统计

表2 4种模板效益对比

图7 装饰清水混凝土柱的观感效果

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 混凝土结构施工质量验收规范:GB50204－2015[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2015.

[2] 国家发展和改革委员会. 中华人民共和国包装行业标准: BB/T 0032－2006[S]. 北京: 中国计划出版社, 2006.

[3] 刘玲. 清水混凝土发展及应用前景浅析[J]. 中国建材科技, 2016(02).

[4] 顾勇新. 清水混凝土工程施工技术及工艺[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,2006.