居住建筑用装配式地面体系的研究

何金太，赵炜璇

（北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100041）

近年来，随着建筑产业政策的推动和行业协会的积极行动，我国装配式建筑得以蓬勃发展，极大地促进了建筑业的升级转型和技术进步。作为装配式建筑的重要组成部分，装配式装修采用干式工法，将工业化的部品部件在现场装配完成，大幅减少现场湿作业，提高施工效率和装修质量，已在公租房、长租公寓、快捷酒店、医院、办公室等得到规模化应用[1-3]。

装配式装修由装配式隔墙、墙面、顶面、地面、门窗、厨房、卫生间等体系组成，目前针对隔墙、墙面、厨房、卫生间体系研究较多[4-6]，部品较为丰富；而对地面体系研究较少，可选择的部品不多。本文针对居住建筑室内装修的环保需求和干式地暖、面材多样化需求，开发一种瓷砖饰面层、带地暖功能的装配式地面体系，为创建绿色、高品质的室内装修提供技术支持。

1 装配式地面体系

装配式地面体系采用架空楼地面，包括架空地板模块、干式地暖模块和瓷砖饰面层，具体构造见图1。通过四角支撑将基层板架空于楼板结构层形成架空地板模块，在基层板上侧放置干式地暖板，安装地暖水系统及瓷砖饰面层。该体系的优点：干法施工与地板辐射采暖相结合，基层不需要进行找平，对环境温度无特殊要求，施工效率高；架空空腔形成的空气层，可走水电管线，符合管线分离的要求，也能够有效阻止热量下传；湿作业少，避免现场污染等问题，部分材料可循环使用。

图1 装配式地面体系构造

1.1 架空地板模块

架空地板模块由可调节支撑和无机矿物基层板组成，无机矿物板采用四角镀锌底座支承，不带横梁系统，每块地板四角有1/4圆弧，4块地板组合后形成1个圆，由一个定制注塑螺母压角固定件固定。该地板模块具有A级防火、环保健康、承载力强、安装便利等优点。

1.1.1 可调节支撑

可调节支撑为金属支架，包括底座、螺母、上托和固定件，底座和上托选择壁厚不小于3 mm镀锌钢，以确保架空地板的平整度，各部件的具体尺寸见图2，可调节高度范围30~80 mm。技术性能应符合GB/T 36340—2018《防静电活动地板通用规范》中支撑系统规定的相关要求，具体为：（1）外观无明显疵点，连接牢固，金属件表面防腐层无脱落；（2）轴向中心荷载＞11 800 N，荷载11 800 N保持1 min，撤除后无损坏，可调节部位功能正常。安装使用时分3步：第1步旋转螺母，确定可调节支撑的高度；第2步旋转安装上托；第3步旋转安装固定件。

图2 可调节支撑尺寸

1.1.2 无机矿物板

无机矿物板以硅酸盐水泥、矿物纤维、石英砂等为原料，钢筋网片作内衬经过高压一次成型得到的混凝土地板，规格尺寸为500 mm×500 mm×26 mm，技术性能符合GB/T 36340—2018中Q型（承重类型为轻型）地板的要求，主要指标有集中荷载、均布荷载、极限集中荷载等。根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》要求，居住建筑室内地面的设计均布荷载为2~4 kN/m2，因此地面架空系统的承载能力选择Q型即可（Q型地板的均布荷载为12 500 N/m2）。集中荷载表示作用在地板某一个点上的荷载，测试时将一定的荷载连续均匀加载到地板的某点上，判断挠度和残余变形是否小于规定值。均布载荷指持续作用在地板板块单位表面积上、且各点受力均等的荷载，测定时连续均匀加载至均布荷载试验值后保压1 min，记录板面的挠度值。极限集中荷载指作用在地板板块某点上的荷载，并增加该荷载直到地板破坏时的最大荷载。

选择厚度分别为20、26、30 mm的无机矿物板进行集中荷载、均布荷载、极限集中荷载等性能测试，结果见表1，厚度26 mm和30 mm的无机矿物板材可以达到轻型板材的荷载要求，综合考虑板块的重量和荷载性能，选择厚度为26 mm的无机矿物板材。

表1 不同厚度无机矿物板的性能

1.1.3 架空地板模块性能

由可调节金属支撑和尺寸500 mm×500 mm×26 mm无机矿物板组成架空模块，架空层高50 mm，按GB/T 50152—2012《混凝土结构试验方法标准》将加载块采用分级加载放置于无机矿物板上（见图3），每级加载完成后持续10 min，记录架空地板模块的变化。集中荷载从40 kg开始，每级增加40 kg，集中荷载达到3136 N，架空地板模块未见破坏；均布荷载从120 kg开始，每级增加120 kg，受力面积为0.25 m2，检测发现均布荷载达到47 040 N/m2，架空地面模块未见破坏，满足居住建筑室内地面的荷载要求。

图3 架空地面模块荷载实验

1.2 干式地暖模块

干式地暖模块由干式地暖板、加热管等组成，采用高强度挤塑聚苯板（XPS）为干式地暖板，加热管敷设在地暖板的沟槽中，上面无填充层均匀地面压力，可以直接铺贴地砖，相对于传统湿式地暖需要50 mm细石混凝土回填层，避免大量湿作业，减少了建筑垃圾，降低了楼地面层的重量。该模块具有轻质高强、施工便利、节省层高、升温快等优点[7]。

1.2.1 干式地暖板

干式地暖板由表面带预制沟槽的高强度挤塑聚苯板及压花铝板均热层组成，表面平整，压花铝板粘贴齐整无翘边，凹槽部位粘贴无裂缝，板边无残胶，主要技术指标见表2，常用尺寸规格为600 mm×1200 mm×30 mm，预制沟槽截面为类U型，沟槽间距为150 mm或200 mm，沟槽有直槽和弯槽两种，水管转弯处选用定型弯槽地暖板。高强度挤塑聚苯板保温材料的作用在于减少了本层建筑的热量向下传递，从而提高了本层建筑室内温度的可靠性；压花铝板均热层可诱导向上散热且均匀充分，与传统湿式地暖管间距大、散热不均匀有明显的区别。

表2 干式地暖板的主要技术性能

选择不同表观密度的挤塑聚苯板进行压缩强度和点荷载性能测试（见图4），点荷载是挤塑聚苯板的关键指标，点荷载是以恒定的速度在试样表面的小面积范围内施加的压缩荷载，判定制品是否有足够的强度承受在安装和使用过程中因人为活动而产生的荷载，结果见表3。

图4 XPS地暖板的点荷载实验

表3 不同表观密度XPS地暖板的压缩强度和点荷载

从表3可以看出，随着表观密度的增加，压缩强度和点荷载也随之增加，从架空地面模块的荷载要求和瓷砖饰面层（脆性材料）方面考虑，选择表观密度45~55 kg/m3的高强度挤塑聚苯板。

1.2.2 干式地暖模块的散热量

以金属支架+无机矿物板为架空地面模块，厚度30 mm高强度挤塑聚苯板为地暖板，0.2 mm为铝箔散热层，PE-RT管径16 mm为加热水管，加热管间距150 mm，上面铺设10 mm瓷砖饰面层，粘结层8 mm，按GB/T 29045—2012《预制轻薄型热水辐射供暖板》附录B测试散热性能，散热量为Qt=30.6339ΔT1.0410，当ΔT=37 K时，Qt=1528.5 W，向下散热量为总散热量的18%，符合标准规定的不超过总散热量的25%的要求。

1.3 瓷砖饰面层

地暖模块面层为压花铝板，需要涂刷界面剂和瓷砖粘结剂进行瓷砖饰面层的铺贴，瓷砖胶粘剂性能指标应符合JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》的规定。界面剂的性能指标应符合与挤塑聚苯板的拉伸粘结强度≥0.20 MPa，与均热层的拉伸粘结强度≥0.10 MPa。

在地暖板分别做界面剂+瓷砖胶粘剂和不加界面剂瓷砖胶粘剂铺贴瓷砖，进行拉伸粘结强度性能检测，结果见表4，界面剂+瓷砖胶粘剂的拉伸粘结强度明显高于不做界面处理的测试结果，本实验选择双组份瓷砖粘结剂（乳液+水泥砂浆）铺贴瓷砖有助于提高拉伸粘结强度，聚合物乳液是高分子有机物结构，存在许多有机官能团，其分散在砂浆内水泥浆体与骨料的界面处，可以与水泥水化产物发生化学反应，形成稳定的化学键，提高了界面结构的粘结强度，进而改善水泥砂浆的微观结构，从而提高水泥砂浆的力学性能[8]。

表4 地暖板上使用和不使用界面剂粘结陶瓷砖的拉伸粘结强度 MPa

2 装配式地面体系施工工序

施工前：（1）工序交接：施工材料进入工地之前，应与施工单位做好工序交接工作，以确保地面工程的安装顺利进行；（2）清洁楼面：进入施工现场，将地面的垃圾及灰尘等杂物清理干净；（3）技术准备：针对本工程的特点，应对施工人员进行培训。

2.1 架空地板模块施工工序

地面弹线→安装地板支架→用激光水平仪校准地板支架→铺设架空地板→切割收边地板。

2.2 干式地暖模块施工工序

配置胶粘剂→铺设干式地暖板→安装分集水器→安装加热管→管道试压→安装温控面板。

2.3 瓷砖面层铺贴工序

排转、分格、弹线→粘贴瓷砖→填缝→清扫表面。

3 结论

本文提出的装配式地面体系采用架空地面结构，关键部品及材料选择承载力强的无机矿物板、高强度挤塑聚苯乙烯地暖板和双组份瓷砖粘结剂，满足居住建筑的室内地面采暖、瓷砖面层需求，适用于工业化生产，施工效率高，满足居住建筑对地面荷载、环保和安装便捷的要求，符合当前住宅产业现代化和建筑全装修的发展趋势，对推动装配式居住建筑的发展具有重要意义。