装配式超长双曲GRC栏板装饰线条生产及安装关键技术研究

柳树成

摘 要：越来越多的现代建筑设计师追求独特的美学效果，使用了诸多三维曲面元素，利用塑形优异的玻璃纤维增强混凝土（Glass fiber Reinforced Concrete，以下简称GRC）结合双曲成型技术来实现多维度装饰外墙造型就是其中一种常见建筑形式。GRC制造工艺独特，质感细腻，能够保证产品达到良好的密实性、抗压强度和优异的抗裂度。超长双曲GRC幕墙装饰线条单元生产技术和安装质量控制很大程度上决定了整个外墙装饰系统的观感。因此对于超长双曲面GRC栏板装饰线条生产及安装关键技术研究具有重要的现实意义。

关键词：超长双曲面;GRC/GRG装饰栏板;BIM参数化设计;装配式

中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2022）08-0031-03

0 引言

随着玻璃纤维增强混凝土（Glass fiber Reinforced Concrete，以下简称GRC）材料技术研究的大幅进步和生产工艺和产品质量水平的提高，通过BIM参数化设计软件的支持，多维双曲技术日臻成熟，实现了设计师希望呈现的建筑表现形式[1]。

GRC预制构件是以耐碱玻璃纤维、硫铝酸盐低碱度水泥和适宜集料构成基材的水泥制品，构件与水泥亲和性较强，具有良好的可修复性和耐污染性。因此在运输及施工吊装、安装过程出现的少量破损后期可利用有色水泥进行修补，保证良好的装饰效果的同时，确保现场构件的利用率达到100%。

1 工艺原理

将采用BIM技术-Rhinoceros5.0参数化建模分解的构件单元尺寸进行1∶1放样，制作双曲承托胎架，固定钢架连接件，按设计厚度喷射玻璃纤维混凝土成型并脱模养护。待构件强度达到设计要求后即可装运至现场安装。通过对结构后置埋件、转接件、背负钢架的粗调和微调使得每块GRC单元构件安装位置准确、弧线过渡平顺，接缝美观。配合表面修复美化处理技术实现整条装饰面完美衔接并呈现流畅造型。

2 工艺流程

Rhinoceros参数化建模→施工图设计→模板设计→支设胎架→背负钢架定位→喷射玻璃纤维水泥→脱模养护→编码入库→工厂预拼→合格装货→成品运输→放线定位→化学锚栓安装→固定预埋钢锚板→焊接钢架→安装插板件→选配起吊GRC板单元→GRC板落位安装→点焊临时固定→GRC板调校→连接件满焊→尺寸校核→胶缝处理→板面修复→涂装弹性漆→养护→分部工程验收。

3 技术要点

3.1 原料要求

采用强度等级52.5硅酸盐水泥，具有凝结硬化快、早起强度高、干缩性小等优点。掺入采用新会石英砂、新会硅砂，其SiO₂（二氧化硅）含量高达99.99%，熔点最高可达2 100℃，莫氏硬度7，密度2.2 g/c㎡。此种超高纯度、超强性能的硅砂的应用，使GRC产品能在恶劣的室外环境中使用，变形几率降到最低。耐碱玻璃纤维中关键是ZrO₂（二氧化锆）的含量达到16%以上，能够更好应对南沙复杂多变的室外环境。纤维最高掺量可达到水泥砂浆质量的5%，纤维长度可在一定范围内选择，最大长度可达到52 mm，玻璃纤维以二维乱向随机分布于水泥砂浆之中，纤维的有效利用率较高，玻璃纤维沿厚度层均匀分布。

3.2 参数化设计

由于SketchUp注重的是前期設计方案的体现，要把建筑方案从电脑模型变为实物，需要将SketchUp模型导入Rhinoceros进行工业化产品设计[2]。按照分缝位置，对线条各分块进行编号。由于建筑设计是双曲变截面造型，任何一块GRC板尺寸都是不相同的，所以板块编码极大方便施工人员快速识别产品所在位置，例如4FGRC-A001即表示4楼GRC产品A端头001号产品。

对每块GRC飘带产品安装定点定位，采用十字架法在现场确定楼层飘带的尺寸与形状，采集所有的数据进行汇总，作出设计方案，进行产品排版。根据建筑物结构实测尺寸对每块GRC单元进行背负钢架系统和面板的工业化设计。

3.3 GRC栏板制作

3.3.1 模板制作

根据工业化设计模型导出的生产图，使用CNC（数控雕刻机）控制弧形、断面形状[3]。双曲构件模具表面要求光滑整洁、高强耐腐，材料不具吸水性。胎架材料板接缝应严密，避免浆体流失形成质量瑕疵。胎架应具有足够的强度、刚度、稳定性（如图1所示）。

3.3.2 喷射成形

砂浆挤压泵输送的水泥经过压缩空气的高速雾化，与二维乱向随机分布的玻璃纤维混合，同时喷射到模板上形成纤维水泥层，经过不同方向多遍喷射混合料达到设计厚度。相邻两层尽量沿着相互垂直的方向喷射，每层大约喷射3～6 mm厚度，喷射过程中保持出口气压≥0.7 MPa并随时检测料层厚度，保证厚度的均匀一致[4]。耐碱玻璃纤维混凝土初凝之前，应对每一喷射层进行辊压密实，直到达到厚度要求。良好的辊压工艺可排除引入的空气，使砂浆与纤维均匀接触，达到均匀密实效果。

3.3.3 脱模养护

根据季节不同、气温不同，脱模时间也有所差异，一般4 h左右即可脱模。脱模后制品必须认真养护，特别是夏天，必须在72 h之内保证湿润。养护放置沿重力线方向垂直放置。容易被重力牵引的地方用卡板或角铁固定。用塑料薄膜覆盖成型后的GRC板防止水分蒸发，到一定时间脱模。成型后的GRC板采用湿法养护以普通硅酸盐水泥为基体的GRC板标准养护28 d、复合快硬水泥与低碱度水泥养护5 d、快硬水泥养护3 d。

3.3.4 焊接背负钢架

GRC外墙装饰板必须通过钢架系统传递到结构主体上。在工厂里制作并安装背负钢架能保证钢架的安装质量并避免现场制作钢架的麻烦，加快施工进度。为适应和包容南方潮湿、高温的复杂气候条件，GRC板材与背负钢架的连接系统采用柔性连接，以便于有足够的自由度使其应力得到良好释放[5]。

3.4 现场安装

首先对结构边梁进行立面控制网测量，根据GRC飘带造型的体量大小和高低要求，标定每支化学螺栓和不锈钢板的定位，打孔安装Ф14 mm×140 mm的化学螺栓用以固定100 mm×100 mm×8 mm的不锈钢板后置埋件。作为单元板块承重结构，不锈钢板与锚栓的锚固质量应符合规范要求。主骨架采用不锈钢材60 mm×80 mm×4 mm不锈钢方管（竖向主龙骨），12#不锈钢槽钢与埋件焊接，竖向主龙骨与12号槽钢焊接（如图2所示）。每个埋件间距控制在1 000 mm左右，使产品可靠牢固附着在结构上。

GRC板块单元最长达到8m，应放置在专用的材料架上，用木托盘在不影响运输安全的情况下单件打包，采用叠架式材料架运输。材料进场后即采用起重设备卸货到指定堆场。

安装时通过汽车起重机，把相应位置GRC板块吊到预定位置附近，安装工人借助脚手架和楼面结构将单元板块扶正落位。GRC板落位后使用专用连接螺栓初步固定;转接件的长圆定位孔及垫片用于GRC板水平、垂直及左右调节，便于最后固定。对单元板件进行安装姿态微调，保证顶面水平、相连板件单元过渡平顺、竖向接缝宽度上下一致相互平行、表面无明显错位。上述工作调整后立即将背负钢架满焊固定，至此产品安装完毕。

3.5 拼接口填充和表面美化

拼接口位置填充专用嵌缝材料，表面施打耐候密封胶，这样的处理构造具有很好的变形跟踪性，既容许单元之间存在一定的自由度，使得板块之间的集中应力得以释放，提高了变形能力，又保证了整体功能与外观，从根本上可避免开裂现象的发生。

GRC产品处于室外环境，且受昼夜温差、湿度影响较大，为保持表面持久洁净，使用专用耐污弹性漆分层涂装构件表面。按照修补→打磨→修补气孔→刮腻子→底漆→底漆→面漆→面漆的程序对表面进行美化处理。

4 质量标准

超长双曲GRC栏板安装施工应严格执行《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）、《建筑装饰装修工程质量验收标准》（GB50210-2018）等有关规定。隐蔽工程执行验收制度并填写隐蔽工程检验记录，经签字确认后隐蔽。建立施工过程每道工序进行自检、互检、交接检。做到上不清下不接，谁施工谁负责。重视放线质量，把结构施工误差大部分消化在弧形线位中，严格按控制线段、弧段平整度和曲度， 确保直线，曲线顺滑。安装GRC装饰线条样板段，经建设单位、设计人员看样定板再展开施工。对已安装验收的成品采取硬质围挡、保护膜等实行保护，避免产生破损和污迹。安装工艺的质量技术控制要求如表1所示。

5 结语

本研究主要关键技术如下：双曲构件单元生产制作的关键技术与控制要点;安装工程的质量控制要点;GRC栏板在安装定位过程中的误差控制与缺陷修复技术。该技术实用性强，适用范围广，安装质量控制优良，能较好实现建筑设计美学要求装饰性和美学特性。

造型简约、大气美观的广州南沙岭南花园度假酒店项目即应用了该技术，其GRC双曲板面积将近9 859.39 ㎡。大面积、超长尺寸预制双曲面GRC装饰构件在全线弧形结构上安装，生产和安装都无国内现成规范可遵循。耐碱玻璃纤维喷射多遍輥压、综合安装、表面美化等工艺技术，应用效果显著，工艺合理可行，操作性强，实现超长双曲GRC板块单元观感优良，制作细致，表面平整光滑，各装配单元之间弧线过渡平顺，阴阳角顺直，饰面层粘接牢固，无起皮掉粉现象，流畅富有张力，视觉冲击感极佳。适合在现浇结构外墙GRC装饰板工程中推广和应用，对异形双曲铝单板幕墙安装同样适用。

参考文献

[1] 周岳峰，林谷.双曲钢结构外装大型GRC及GRG组合幕墙施工技术研究[J].广州建筑，2020，48（4）：16-20.

[2] 张瑜，余杰，黄平，等.基于BIM5D的超长结构双曲面铝板幕墙施工工法[J].重庆建筑，2018，17（12）：40-42.

[3] 赵全斌，李金光，耿直，等.孝感文化中心异形GRC幕墙建造技术BIM应用[J].山东建筑大学学报，2019，34（2）：78-83.

[4] 李轶群.深圳平安金融中心幕墙防排水设计研究[J].中国建筑防水，2016（5）：17-20.

[5] 王建国.异形建筑幕墙施工质量控制措施研究[J].建筑， 2014（12）：92-93.