CN1159844A - 多排的多孔形墙壁构件 - Google Patents

Abstract

钢筋混凝土预制墙构件由两部分构成。第一部分包括多个彼此隔开，但在整个墙面积上分成几组的墙壁单元(1)，在各个墙壁单元组之间及其周围形成通道形的空间(4)。该空间的形状为格子形，并充满了高强度的钢筋混凝土。这些混凝土浇灌在所述墙壁单元组的中间及其周围，从而形成该预制墙板的占支配地位的构件，即混凝土格子。该墙壁单元和混凝土格子进一步由涂抹在墙的二个表面上的、以波特兰水泥为基础的抹灰层(6)支承。这样完成的墙构件与正常的，类似结构的混凝土墙比较，重量显著减轻，而且波特兰水泥的消耗量较小。

Description

多排的多孔形墙壁构件

技术领域

本发明涉及一种新型的混凝土预制墙壁，它结构上是可调整的，以适应多种应用场合，并且还涉及制造该预制墙壁的方法。

结构上一定的挠性使这种半成品式的墙壁构件在无承重、半承重和满承重的应用场合的所有形式的结构中、商业上都具有生命力。

发明背景

预制墙已为众所周知，最普通的预制墙是由钢筋混凝土制成并且可运输的板的形式。然而，在实践中，这些形式的预制墙虽然可以加快建设的速度，但却不能使工业发生革命性的变化，而且在大多数情况下，特别是在发展中国家，这种可运输板形式的预制墙已被证明比通常的结构更昂贵。

出现这个缺点的主要原因是这些预制件都是在发达国家设计的，目的是节约熟练劳动力和劳动力成本。而在发展中国家，在材料与劳动力之间，材料的成本占成本的主要部分(多达80％)，这与发达国家相反，在那里，劳动力成本要占成本的主要部分(多达75％)。迄今为止，在发展中国家中设计和使用的大量的建筑物，尽管对在传统上是砖石建筑占主要地位的市场上是有竞争力的，但是没有一个建筑物能够节约足够的材料成本。在发展中国家，住宅建筑差不多全部都是砖石结构的，非常轻型的灰泥板结构不能满足顾客的要求。水泥件的高成本是由于为了保证建筑质量而大量使用波特兰水泥有关。波特兰水泥大约占构件混凝土总成本的75％，因此，混凝土成本的任何合理的降低必然伴随着水泥含量显着减小。

波特兰水泥是一种硬化速度非常慢的粘结剂，它导致那些价格昂贵的模具和其他生产设备不能被快速重复利用。为了加快硬化过程，已经设计了许多方法，例如采用蒸汽养护、热水混合、强烈振动、低的水/水泥比、促凝剂等。但是，这些方法总是附带造成水泥的含量要比如果在原地将混凝土浇灌在建筑工地上，同时利用几个星期的时间使混凝土结构成熟所正常需要的水泥量高。

不幸的是，所有这些为了获得足够的早期强度所采取的措施，由于投资成本较高或材料成本较高，都直接或间接地使预制件成本显著提高。而且，最经济的方法也得需要经过24小时才可以生产出产品，若水泥含量非常高，则每经过12小时才可生产出产品。

除非制造周期能达到12小时或更小，否则预制的效益就没有了，因为这时制造预制件的工厂变得很大，很不相称和昂贵，此外，产品的生产太慢也不能充分发挥预制技术的真正潜力。大多数钢筋混凝土的构件都设计成在28天内达到适当的强度，而要减少这个时间至几小时是很昂贵的。

这些较高的投资成本往往还附带需要较长的周期时间，这使得设备的重新利用和工厂的空间变得至关重要，因为混凝土预制件必需在12小时内达到足够的强度，以便承受脱模和搬运产生的应力。为了达到这个周期时间要求，制造出的产品，其强度应比作为正常的构件在建筑物中使用所要求的强度要高。

被生产出的预制件的重量使这些因素进一步恶化，因为，在脱模过程中，在抬起区域周围会产生更大的应力。预制件越轻，则应力越小，并且所需要的水泥水合作用(硬化作用)越小。

虽然，在某些情况下，例如需要快速地建造多层建筑或没有适当的劳动力等，额外增加一些预制件的费用也可认为是有理由的，但是，在发展中国家，这些情况是不正常的或不普遍的。

然而，在大多数情况下，这些为了缩短脱模周期而伴随带来的额外成本升高使得该预制件变得不经济了，因为当预制件硬化和安装在建筑物上时，该预制件的最优强度比为了支承该建筑物所需的强度有多达80％的冗余，或超过为了支承该建筑物所需的强度，这样就造成了多余的强度没有被利用或浪费。

这里所述的产品表明怎样可以生产出一种低成本的混凝土预制墙构件，该墙构件：

-总的波特兰水泥含量低，因而材料成本低；

-使用较便宜的模具；

-经过8小时硬化后可以脱模，从而可实现12小时或更少的周期；

-在制造过程中，不需要给模具以振动；

-不需要蒸汽养护；

-结构上可调整，以适应几乎任何一种应用场合，从而可减少浪费；

-安装在现场后没有显著的强度冗余因素；

-重量比正常的钢筋混凝土墙板小得多；

-不需要为了达到节约的目的而要重复生产许多墙板。

不需要采用特殊的或外国产的和昂贵的粘结剂，而是采用常规的波特兰水泥和通常的材料，就可达到通常的质量。增加预制件的强度可使早期脱模工作容易进行，但这将带来强度冗余的问题，这个问题可以这样解决，即将水泥集中用在少量几个放置在重要位置处的预制墙壁单元的体积中。

通常的钢筋混凝土墙由各种组分制成，例如波特兰水泥、各种集料、水和钢筋。这些组分在一个工艺过程中浇铸成型，形成墙壁，并且形成尽可能均质的预制件。这里所述的本发明，在其优选实施例中是在二个或更多个单独的过程或阶段中形成的，并且是作为不均质的预制件形式出现的。

不承重的墙只起一个主要作用，即简单地作为房间的四壁，这称为墙壁作用。结构承载墙起二个作用：一是支承屋顶和上层地板的负载，抵抗水平作用力，这称为结构作用；二是作为房间的四壁，这称为墙壁作用。然而，在几乎每一栋建筑物中，对结构作用的要求，与对简单的起房间墙壁作用的要求是不同的，其变化是很大的。

一栋通常的两层楼房就是这方面的一个例子。该楼房带有设计成桁架式的屋顶结构。楼房底层的用以支承第二层和屋顶的内墙和外墙显然是结构上承载的墙板。然而，顶层的内墙，因为只是简单地分隔房间，因此只是半结构的不承载的墙板。而顶层的外墙，因为要支承该桁架式的屋顶结构和抵抗风力，因此是结构上承载的墙板。所以，所有这些墙壁都在不同程度上起不同的作用。

从这个例子中可看出，在几乎每一栋建筑物中，经常需要改变每一个单独墙壁的结构和半结构承载的程度，另外，根据每一个单独墙壁承受的负载大小不同，每一个楼层的结构承载要求也是变化的。

因为结构安全是更关键的因素，因此，结构承载墙的设计和制造要受到该结构承载墙的最坏情况或应力最大的部分的限制。这会导致设计者进行过份保险的设计，结果在大多数结构承载墙中，造成很大的强度冗余，这是因为没有从结构上专门去设计每一个墙板，而是使用了应力高或承载最大的墙所需要的、但较不常用的强度值。

当前述的由于缩短成型周期体随带来的问题中再加上以上这个因素时，则强度冗余和过份保险设计因素会使预制件的成本再度升高，这样在大多数的一般情况下都是不经济的。

本说明书说明了如何设计建筑物和怎样制造低成本的预制墙板，以便根据单独的、或结构等级的不同，去适应各种变化的结构要求，同时还说明了如何在12小时或更少的周期时间内，使该预制墙板脱模。

将预制墙板的制造过程分为二个或更多个单独的工序，则上述构件墙的不同作用可以专门地得到实现，而且还可单独设计，以适应在同一建筑物内的任何要求。

为了实现这两个工序，根据本发明的已完成的预制墙板由两个单独的基本部分：即起墙壁作用的部分和起结构承载作用的部分构成。这两部分在两个或更多个工序中制造。第一个制造工序是生产墙壁单元，它起墙壁作用。第二个工序是制造高强度的钢筋混凝土的构件格子或框架，它起结构承载作用。

第一个工序包括制造许多墙壁单元，这些墙壁单元可由其强度足以完成所规定的墙壁作用的任何适合的材料制成。在制造这些墙壁单元时，墙壁单元的最优选的形状是空心混凝土块体的形状，最优选的材料为与各种集料混合的波特兰水泥，而最优选的制造方法为与混凝土块体加工机所用的方法相似的挤压成型法。

由于墙壁单元只需起墙壁的作用，因此它们可由较脆弱的材料，或水泥含量很低的材料制造。只有这些墙壁单元的尺寸大小和其分组配置的布局形状才是决定该钢筋混凝土格子形状的因素，而该钢筋混凝土格子是这个墙壁构件的结构承载元件。

使用各种各样的预先决定的布局形状进行墙壁单元的分组可以自动地设计出该起结构承载作用的钢筋混凝土格子，因为各个墙壁单元的放置情况就决定了该起结构承载作用的格子的形状，因此该格子的形状是安全可变的。另外，较小的墙壁单元可以通过一个类似于有限元分析的程序来进行配置，该程序规定了每一块墙板，或每一块墙板的每一个有关部分的结构要求。

在基本的应用场合中，工程师可以根据建筑物的结构设计标准，简单地适当改变每一块墙板或墙板的一部分的结构。这样，一栋建筑物可以由各种各样的具有不同结构等级的墙板构成，这点与制造过程结合起来，可以消除早先所述的应力最高或承载最大的墙永远是最常用的标准和由于过份保险的设计造成的成本过份增高的现象。

然后，根据工程师的设计，只需简单地选择各个墙壁单元的适当的配置布局形状，让它形成理想的结构承载和墙壁分隔的设计方案，就可以制造出预制墙板了。

为了达到较早的脱模，工程师还可在该预制墙板的顶部设计作出一个具有钢筋混凝土格子形状的桁架或梁。该梁所起的作用与伸展梁所起的作用相似，并可使应力均匀分布。附图中表示了这种布局形状的一种形式，并表示这个梁是如何有助于将负载和应力传送和引导至各所希望的位置的，这是本构件的一个重要特点。发明的简短说明

本发明的要点是钢筋混凝土预制墙构件，它由两个主要部分构成。第一部分包括彼此隔开、但在整个墙面积上分成几组的多个墙壁单元，在各个墙壁单元组之间和其周围形成多个通道形状的空间，该空间构成格子形状，并用高强度的钢筋混凝土充满。这些混凝土浇灌在所述的各个墙壁单元组中和其周围，构成作为第二部分的一个混凝土格子，它是该预制墙板中的占支配地位的构件。该多个墙壁单元和该混凝土格子进一步由涂在墙的二个表面上的、以波特兰水泥为基础的抹灰层支承。与正常的实心的预制涂层混凝土墙比较，该这样完成的墙构件重量轻，波特兰水泥含量低。本发明的要点还在于制造该钢筋混凝土预制墙构件的方法。附图的简要说明

为了更好地了解本发明和把本发明付诸实现，在附图中通过例子表示了本发明的优选实施例，在附图中：

图1表示一个典型的砖石结构式墙壁单元；

图2为一个平放在一平台上的、带有一个大门洞的大墙板形的墙壁单元的立体图；

图3为表示平放在一个平台上的墙壁单元1的平面图，在各个墙壁单元之间形成多个通道形的空间，这些空间构成多孔状的格子4；

图4为图3的墙壁单元排列构成的多孔状格子；

图5为多孔状格子墙的截面，它表示该墙壁单元1的各个单独的元件；

图6为多孔状格子墙的截面，它表示由砖石结构制成的墙壁单元1的各个单独元件；

图7为一个多排多孔状格子墙的立体图，其水泥抹灰层6切去，用以表示多孔形格子框架4(为了清楚起见，图中没有示出墙壁单元)。

实现本发明的最佳模式

在如图7所示的构件中，水泥抹灰层6主要由波特点水泥和相应的集料例如砂子的基本混合物制成。该抹灰层的形式为承压能力很大、在某些情况下抗拉能力也很大的连续的表面层。它可以为混凝土格子4提供相当好的支承。当抹灰层6粘接在墙壁单元1上时，因为二个元件彼此结合来支撑和加强该混凝土格子，并且可使该格子的跨度进一步加大，因此上述这个抹灰层对混凝土格子4的支承作用可以更进一步和大大地加强。该墙壁单元1支承着该抹灰层6的两个层面或表层，使该二个表层通过墙壁单元连接起来，而使该抹灰层能抵抗使其皱折的力。当墙壁单元预先硬化时，它们也可促使该抹灰层的收缩应力分布更均匀。

事实上，三个元件，即混凝土格子4、墙壁单元1和抹灰层6可以与该抹灰层6一起相互作用。在比较极端的情况下，如果需要的话，这种相互作用可以是很显著的。该相互作用是这样实现的：钢筋混凝土格子4是墙壁的主要构件，该墙壁单元1用于支承该水泥抹灰层6，而通过与该抹灰层粘接，该墙壁单元1和水泥抹灰层6二者共同支承该混凝土格子件4，同时，该抹灰层本身也可以一种处于受力状态下的表面层的方式支撑其自身。

该抹灰层6的强度和厚度，以及通过在该抹灰层6中加入加强件可以改变上述这种作用。加强件的形式可以多种多样，它包括了所有适当的形式，最好是包括优质钢、玻璃、塑料或聚丙烯网，或各种形式的纤维。加强件还有助于控制该抹灰层层面上的收缩，这种收缩会造成难看的裂纹。

当墙壁上有大窗户或门洞，或由该混凝格子构成桁架式横梁，以及在该门洞顶上要求增加强度时，这种加强的方法有显著的优点。实际上，当需要时，可以用这种方法去加强墙壁上应力较大的部分。

最好，该墙壁单元1由以波特兰水泥或粘土为基础的材料制成，并且最好是空心的，以便减少重量和材料消耗。然而，该墙壁单元1也可以用任何能适当地支承该抹灰层6，而不一定要起其他结构作用的材料制成。但是，该材料必需要在墙壁表面上，将水泥抹灰层6的二个表面层或层面隔开，而最好是与它们结合起来，并支承着该二个表面层。

抹灰层6必需适当地粘接在主要的构件即多孔形的格子4和墙壁单元1上。当将各个墙壁单元放置在平台上，放置在将各个混凝土格子件隔开的各个组内时，各个墙壁单元之间有窄小的间隙。而该抹灰层的目的就是支承这些墙壁单元，并将它们保持在给定位置上。为了做到这点，该各个墙壁单元与该抹灰层之间的粘结力必需适当。而将该墙壁单元作成带有粗糙的表面，则可增强这种粘结力。该抹灰层和该混凝土格子之间的粘结力也必需适当。作到这点的最有效和最佳的、但不是基本的方法就是在大致上同一时间，或接近于同一时间制造该二个元件，即混凝土格子4和抹灰层6，使二者之间形成湿的粘结。使用粘结剂可以增强这些元件彼此的粘结力。

优选的制造方法如下：

首先制造墙壁单元1。墙壁单元，在使用前要硬化。这些单元的形状一般为砖或块形、空心，可以在块体成型机中制造。墙壁单元1的尺寸变化很大，但当尺寸太大时，构件设计的挠性减少。最优的尺寸是：长290毫米，高90毫米，厚度是变化的，以适应构件的应用场合和所需的墙厚度。根据要求的不同，墙壁单元的芯孔或空洞的大小也有很大变化，然而，空洞面积越大，重量减轻得越多，并目整个水泥用量也减少。

然后准备一个放在水平位置的平台模具，用于制造多孔状格子墙板。在平台表面上喷上脱模剂。平台模具可以向上倾斜至垂直位置，以便脱模。

然后，将形状与预制板形状相同的波特兰水泥抹灰层均匀地散布在该平台模型表面，这可用手或机械装置，例如刮板摊铺器或喷射器来进行。每一墙面上的抹灰层厚度可以变化，但因为经济和实际的原因，希望厚度在5毫米至25毫米之间范围内，不过这不是限制。为了特殊的原因，例如防火、减少声音，进一步减轻重量和其他目的等，所用的集料的厚度、加强的程度、形式和尺寸都可作大的改变。

再将理想形状的墙壁单元1放置在该平台模具表面上。这可用手来完成，但最好的方法是利用专门为此设计的称作砖块或块体安放机的机器人来进行。现在将各个墙壁单元放入抹灰砂浆中，该墙壁单元块体使砂浆移动，砂浆被迫向上移动，进入各个墙壁单元之间的狭窄间隙中。根据抹灰砂浆稠度的不同和其他一些要求，这些狭窄的空间或间隙可以最小大约为4毫米宽或更大。如图所示，通过将各个墙壁单元分隔成几个组，可在各个墙壁单元组之间留出较大的空间，这些空间或通道通常是二个方向的，并且一起在各个墙壁单元组之间和这些组的周围形成使通道部分相互连接的格子。该通道形成的格子件在一个方向的截面尺寸由该墙壁单元放在该平台上的深度来控制。换句话说，即该格子件的厚度(由各个墙壁单元之间的空间构成的通道的宽度)可以最小大约为20毫米变化至所要求的大小。

然后，将模板(没有示出)放在该墙壁单元1的周围，形成预制板所希望的形状。再将钢筋放入这些通道中。这些通道应包括由形成该墙板整个尺寸轮廓的模板边缘板以及围绕该墙板周边形成的通道在内。

然后，将以高强度的波特兰水泥为基础的混凝土充满这些通道，该混凝土的稠度应能使它在钢筋的周围流动，但不能流入各个墙壁单元之间的狭窄空间中，或流入各墙壁单元的空心芯孔中。在某些情况下，这些芯孔必需屏蔽起来，以防止混凝土充入。这样，该构件就能一个钢筋混凝土框架包围起来。

当上述工作完成后，将另一个水泥抹灰层铺摊在整个墙板上，并把它弄平。这个材料象其他抹灰一样，也推入各墙壁单元之间的狭窄接头或间隙中。假如希望的话，也可同时浇灌出格子件和上层的抹灰层。然而，墙两面上的抹灰材料例如水泥和集料胶必需与该格子的混凝土材料一致或兼容。

然后再将该墙板硬化一段所希望的时间，当硬化完成后，将该平台模型向上倾斜至垂直平面位置，并把完成的墙板取下存储起来。

为了减小收缩和增加强度，在使用之前，墙壁单元要预先进行硬化。因为这些墙壁单元的结构承载作用较小，它们很脆弱，所以，最好以交错排列或顺砖砌合的形状放置在每一个墙壁单元组中，这样可以消除在采用简单的垂直堆码砌合方式时可能产生的脆弱平面。另外，各个墙壁单元块的质地组织最好比较粗糙，这样，当抹灰层支承着墙壁单元和将墙壁单元保持在规定位置上时，墙壁单元与该抹灰层之间的粘结比较满意。

假如需要时，该水泥抹灰层的强度和厚度相对于结构上所需要的值也可以部分地或整体地增强。

采用这种方法时最重要的是，在制造过程中必需至少涂一层抹灰涂层6，另一侧是否涂抹灰层可以随意，但是，最好和最理想的方法是同时，即在一个制造工序中涂上两层抹灰层。该抹灰层6可以部分地或整个地增强或者不增强。

格子件是由强度在50兆帕(Mpa)～100兆帕(Mpa)之间的强度非常高的混凝土制成，但是整个格子件只占墙块的总体积的大约10％～30％。不是每一个格子件都需要增强。

Claims (10)

1、一种钢筋混凝土预制墙壁构件，它由二个主要部分构成，第一部分包括彼此隔开、但在整个墙面积上分成组的多个墙壁单元，在各个墙壁单元组之间和其周围形成多个通道形状的空间，该空间构成格子形状，并用高强度的钢筋混凝土充满，这些混凝土浇灌在所述的各个墙壁单元组中和其周围，从而构成作为第二部分的一个混凝土格子，该第二部分是该预制墙的占支配地位的构件，该墙壁单元和该混凝土格子进一步由涂在墙的二个表面上的、以波特兰水泥为基础的抹灰层支承，与正常的实心的混凝土预制墙比较，该这样完成的墙构件含波特兰水泥量较低。

2、如权利要求1所述的墙构件，其特征为，该各个墙壁单元是空心的和不充满的。

3、如权利要求1所述的墙构件，其特征为，该各个墙壁单元是由较脆弱的材料，或水泥含量很低的混凝土制成。

4、如权利要求1所述的墙构件，其特征为，该各个墙壁单元以顺砖砌合形状排列。

5、如权利要求1所述的墙壁构件，其特征为，波特兰水泥抹灰层粘结在墙壁单元和混凝土格子上。

6、如权利要求1所述的墙壁构件，其特征为，波特兰水泥抹灰层伸入相邻的墙壁单元之间的间隙中。

7、如权利要求1所述的墙壁构件，其特征为，该构件可用混凝土框架加强。

8、一种制造如权利要求1所述的墙壁构件的方法，它包括下列步骤：

(a)制造多个墙壁单元；

(b)将一个厚度均匀的波特兰水泥抹灰层铺设在一平面上；

(c)将彼此隔开，但在该构件的整个面积上分成组的墙壁单元放置在该水泥抹灰层上，以便在几组墙壁单元之间及其周围形成多个通道空间，构成一个格子；

(d)在所述通道空间中充满高强度的混凝土，并且在该水泥中加入钢筋，以构成一个高强度的钢筋混凝土格子构件；

(e)将厚度均匀的第二个波特兰水泥抹灰层敷设在该墙壁单元和充满了高强度混凝土的通道空间上；和

(f)使该构件硬化。

9、如权利要求8所述的方法，其特征为，当在所述通道空间中的混凝土仍处在能与抹灰层形成湿粘结的条件下，涂敷所述的第二个抹灰层。

10、如权利要求7或权利要求8所述的方法，其特征为，所述墙壁单元具有空心的芯孔，在用高强度混凝土充满所述通道空间之前，要将所述芯孔屏蔽起来，以防止混凝土进入其中。

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