预制混凝土技术所产生的环境效益
随着城市建设的高速发展,建筑施工造成的环境污染问题日益突出,施工过程中的扬尘污染、光污染、水污染及固体废物污染等问题,如何有效的防护施工过程中的此类问题,最大限度地减少工程建设对环境的影响,已成为城市环境保护工作的一项重要任务。
预制混凝土技术同传统技术相比在环境效益方面的优势更为突出。在建筑材料(如水泥、石子、砂子、钢材、木材等)的节约方面,预制混凝土结构技术比传统技术不仅降低了采矿、加工和处理过程中的能耗,而且也由于能耗的降低而减轻了空气的污染。且采用预制混凝土结构,将减少现浇混凝土作业,结构构件和建筑构件实行工厂化生产,还可以将装修和设计、施工一体化,有利于环境保护和减少施工扰民。通过预制混凝土技术可建造轻质高强的抗震结构,使结构自重减轻,可以减少灾后救援和灾后重建的能源消耗,有利于生态系统和环境的保护。
使用材料减少可缩小对环境的污染
预制混凝土结构技术,在施工用材方面有大幅的减少;实验表明,生产一吨水泥大约有一吨的C02会释放到大气中。另外,节省建筑材料不仅节约了自然资源,也节约了能源,这种节约一直贯穿在建筑材料的开发、生产、运输和安装的全过程中。例如在现浇混凝土结构施工中,临时支撑、脚手架、模板等会耗费掉大量的木材、钢材。
2 、构件工厂化生产,有利于周边环境保护,减少施工扰民
采用预制及半预制混凝土结构,结构构件和建筑构件实行工厂化生产,将减少现浇混凝土作业,有利于环境保护和减少施工扰民。结构构件和建筑构件在城市郊外工厂生产,远离居民区;生产完毕在运送到建筑施工场地进行组装,建设方便,速度高效,大幅缩短工期,减少施工对周边居民的影响时间,且由于构件在工厂生产,更有利于施工周边的环境保护,减少施工对周边的环境的污染。
二预制混凝土结构在我国的发展
椀愀氀我国预制混凝土结构的应用现状
1 我国预制混凝土结构应用现状
我国预制混凝土结构的应用起于20世纪50年代,借鉴前苏联的经验,在全国建筑生产企业推行标准化、工厂化和机械化,发展预制构件和预制装配建筑。从20世纪60年代初到80年代中期,预制混凝土构件生产经历了研究、快速发展、使用、发展停滞等阶段,到20世纪80年代末,全国已有数万家预制混凝土构件厂,全国预制混凝土年产量达2500万m3。20世纪80年代初期,建筑业曾经开发了一系列新工艺,如大板、升板体系、南斯拉夫体系、预制装配式框架体系等,但在进行了这些有益的实践之后,均未有大规模的推广。
目前,我国大部分地区,尤其有抗震设防要求的地区,混凝土结构基本为全现浇结构。工厂化的发展主要使得预拌混凝土有了较大发展,大、中城市(尤其是我国东部地区)基本上都已拥有预拌混凝土生产企业,年生产能力已达到3000万m3以上,部分大城市的预拌混凝土产量已超过现浇混凝土总量的80%。预制混凝土产品主要是一些初级产品,如预制混凝土楼板等。预制装配式建筑的应用特别是在民用建筑中的应用处于低潮[6],近十年来,随着我国经济的快速发展,劳动力成本的上升以及预制构件的加工精度与质量、预制装配式施工的施工技术和管理水平的提高,预制装配式建筑的应用重新升温,并呈现快速发展的态势。目前国内的一些知名建筑企业如上海万科集团、南通建工总承包有限公司、上海瑞安集团等开发的项目中均采用了预制装配式建筑,取得了较好的实践价值和示范效果。
2 阻碍我国预制混凝土结构发展的因素
阻碍我国预制混凝土结构发展的原因,主要有以下方面:(1)在建筑高度、建筑形式、建筑功能要求等方面有较大的局限;(2)受到当时的经济条件制约,建筑机具设备和运输工具落后,运输道路狭窄,无法满足相应的工艺要求,(3)受技术水平的限制,体系及构件接头处理不善,极易造成漏水,影响正常使用;(4)节点构造复杂,受力可靠性差,尤其在地震设防区对结构产生较大的影响,如唐山大地震时,大量砖混结构遭到破坏使人们对预制混凝土楼板的应用更加保守;(5)劳动力价格低廉,自20世纪80年代初期我国改革开放后,农村大量劳动者涌向城市,由于这些劳动者未经过专门技术训练,大部分投入了建筑工地,从事劳动强度大、收入低的现场浇筑混凝土结构现场施工,从而使得需要有一定技术难度的预制混凝土结构发展停滞。总之,这些客观的技术经济条件严重阻碍了预制混凝土结构在我国的发展。
椀愀氀我国对新型预制混凝土结构的研究与应用
在我国的能源消耗中,建筑能耗所占比例日益增大。据统计,我国建筑能耗已从20世纪70年代末期占总能耗量的10%上升到2006年的25%以上,而且在不久的将来这一比例将高达35%[7]。因此,减小建筑耗能,提高能源利用率已成为我国缓解能源紧张、实现可持续发展的战略措施之一。 21世纪以来,伴随着我国城镇化和城市现代化进程的快速发展,能源、矿产、水、土地等资源不足的矛盾越来越突出,生态建设和环境保护的形势日益严峻,原来建立在我国劳动力价格相对低廉的基础之上的建筑行业,正在面临劳动力成本的不断上升,逐渐成为制约我国建筑业进一步发展的瓶颈。长期以来,我国建筑业主要采用的是现场施工的方式,即从搭设脚手架、支设模板、绑扎钢筋到混凝土的浇筑,大部分工作都在施工现场由人工来完成,不但劳动强度大,而且施工现场混乱,建筑材料消耗量大,现场产生的建筑垃圾较多,同时对周围的环境有较大影响,且随着劳动力成本的不断上涨,以低廉的劳动力价格为基础的现场施工生产方式正日益受到挑战[8],而预制装配式施工方式,近年来越来越受到业界的关注。参照国际上建筑业的发展过程,当国内生产总值达到人均1000-3000美元后,开发新型的预制混凝土结构体系,实现工厂化生产就成为解决传统建筑人工化生产方式缺陷、促进建筑业快速发展的主要途径。
基于上述观点,作为2005—2006年参加了国内首栋全预制方案的框架结构建筑试验研究。该项目全部结构及非结构构件都采用预制形式,并按创新设计方法设计,该试验楼结构的特点是梁柱采用三维构件的形式预制,现场通过后浇混凝土将各构件连接形成框架承重体系,楼板采用叠合楼板,并通过延性节点设计,使其在平面内能够在地震作用下自由变形;外墙采用了工厂化生产的已进行了内外装饰的多种形式的混凝土墙板、复合幕墙等,厨房和浴室采用了整体预制、现场拼装形式。
在设计过程中已考虑了机电管道的预留,既满足运输和安装要求,同时减少了现场的湿作业。由于采用先进预制混凝土技术与轻质保温隔声墙板相结合,提高了结构整体质量和改善了使用功能。
通过对国内首栋全预制方案的框架结构建筑的全面试验研究,在设计、施工上对新型预制混凝土结掏体均做了有益的探索。试验数据表明:新型预制混凝土结构体系使建造过程和住宅产品更环保,资源利用更合理;工厂化的方式给客户带来品质更高,性能更优,更个性化的住宅产品。比如未来实现工厂化可以有效减少现场垃圾,材料损耗减少60%,建筑用材可回收率达到66%以上;建造人员减少89%;建造周期缩短70%有效地降低了能源的消耗。因此新型预制混凝土结构体系具有较大的推广意义。