混凝土构件预制(prefabrication of concrete element)

将建(构)筑物的混凝土构件预先制成，以供现场组配安装的工艺。采用混凝土预制构件进行装配化施工，比采用混凝土现浇工艺可节省劳动力，克服季节影响，提高建筑效率，是实现建筑工业化的重要途径之一。第二次世界大战后，欧洲和前苏联较快地发展了此工艺，兴建了专业化的混凝土构件预制工厂。中国50年代初在长春、鞍山等地最先建立了附属企业性质的混凝土构件厂。“二五”期间，此工艺在全国得到普遍推广。

混凝土构件预制(包括普通混凝土构件预制和预应力混凝土构件预制)按作业地点不同分为现场预制和工厂预制两种方式。定型的，批量大的构件宜采用工厂预制方式；运输困难的大构件，体形特殊的少量构件，在施工现场具有经济、适宜的预制场地的条件下，可采取现场预制方式。

工厂预制 混凝土构件和制品生产在专业的工厂中进行。主要产品有定型构件(如屋面板、空心楼板、墙板、屋面梁、吊车梁、柱、桩等)和大宗制品(如管、电杆、轨枕等)。

工序与装备 制作工序包括混凝土拌合物制备、钢筋加工、模板组装、构件成型和构件养护。

(1)混凝土制备。在构件工厂的搅拌站内进行，搅拌站一般按单阶式布置，即骨料和水泥一次提升，然后进行搅拌，拌好的混凝土料卸入输送设备或料斗，运往浇筑地点。

(2)钢筋加工。构件的钢筋件有片网、平面骨架、预应力张拉钢筋、预埋件等。网片是用相同直径钢筋制成的半成品，在构件中作架立筋使用，常作为大型屋面板、空心板、墙板和肋形板的上部配筋。平面骨架由受力钢筋和分布钢筋组成，可用于构件承重部位，包括构件在垂直于荷载方向平面上的全部配筋。空间骨架由受力钢筋、分布钢筋和架立钢筋组成，可制成矩形、正方形、T型和圆环形截面，用于柱、梁、管、桩、电杆等的配筋。预埋件埋设于构件内部，用于装配式构件安装时的相互连接。构件工厂的钢筋加工设备有：钢筋下料的剪断设备和弯曲设备，预应力构件钢筋端部锚固头的镦粗设备，制作网片和骨架的接触对焊机、点焊机和电弧焊机，制作环状骨架的滚焊机和成型设备等。

(3)模板组装。模板分固定式模板(台座法)和移动式模板(活动模板和可拆模板)两类。使用金属制成的模具(主要是钢模板)适用于各种施工工艺。木模和钢筋混凝土胎模主要用于台座法生产数量少、外形复杂的构件，如薄壳、桁架等。还有一种工艺性模板装置，具有机械化的侧模、芯管、插入式成型装置等、成型后能立即进行快速脱模，可用于梁、板、柱的批量生产。

(4)构件成型。有振动密实成型、压制密实成型、离心密实成型、真空脱水密实成型四种方法。振动密实成型是依靠振动脉冲使混凝土拌合物达到密实，是构件成型普遍采用的方法。振动设备有用于整体振动密实的振动台，用于外部振动密实的附着式振动器，用于表面振动密实的平面式振动器和用于内部振动密实的插入式振动器。压制密实成型是在外部压力作用下，混凝土拌合物中的固体颗粒互相挤紧，部分多余水分和气体被排除，留在拌合物内部的封闭性气泡被压缩，继而克服颗粒与模板间的摩擦力，达到密实成型的效果。此法可用于制作上下水管、空心板等。采用振动与压制密实复合成型工艺，其密实效果更为显著。离心密实成型是利用圆形钢模在离心机上高速。旋转产生的离心力，将混凝土拌合物挤向、模壁，达到密实并制成管状构件。此法多用于生产管柱、管桩、水管、电杆等。真空脱水密实成型是在模内的混凝土拌合物振捣后，在混凝土表面或其内部插入真空设施，借助大气压和真空压力差的作用，排除混凝土拌合物内的多余水分和气体，从而达到密实的。此法适用于制作板材或薄型复杂的构件。

(5)构件养护。构件工厂的构件通常采用蒸汽养护，有的采用电热养护，也有个别采用热模养护和太阳能养护的。蒸汽养护按其设施不同分为养护坑(池)、立式养护窑、水平隧道窑三种。养护坑的构造简单，对构件适应性强，但养护周期较长，蒸汽耗量较大；立式养护窑占地少，自动化程度高，节省蒸汽，但投资较大，设备复杂，只宜用于大中型构件厂大批量生产定型构件的养护；水平隧道窑便于连续流水作业，但升温、恒温、降温三区段不易分开，窑门不易封闭。电热养护是通过装在模具内有一定刚度的电热器的加热来实现的，此法用于柱子、屋面板、厚度小于500mm的墙板的养护有一定效果，通常与湿热养护并用。热模养护是将构件成型用的钢模制成空腔，向内喷入蒸汽或热空气，通过加热模板以加热模内的混凝土，而达到养护效果。太阳能养护是构件在上层为双层玻璃，四周为保温层的太阳能养护窑中进行养护，此法只适用于日照时间长的地区露天作业。

生产方法 按构件制作过程中工艺设备、模板、构件在时间、空间组织形式方面的不同，构件厂的构件生产方法主要有以下几种：

(1)平模机组流水法。构件生产线一般建在厂房内，生产时将混凝土拌合物分布于模具内，模具顺着流水线移动，操作人员、设备固定在流水线上的各个相应的工位，模具用桥式起重机按工艺流程由一个工位转移到另一个工位，在拆模工区脱模并经质量检验后，将构件运至成品堆场。留下的模具运回成型工位。以备投入下一工艺循环。平模机组流水法生产流程见图，此法的成型工序一一般采用振动台振动或振动加压抽芯、离心脱水等工艺。养护采用坑式蒸汽养护。此法比较灵活，投资较少，可生产各种构件，适用于构件类型较多的中小规模生产线。

平模机组流水法生产流程图

(2)平模传送流水法。是室内生产构件自动化程度较高的一种方法。生产时，操作人员和设备固定在各个工位上，而构件却由一个工位移至另一个工位。模具中的构件按工艺流程规定的统一节奏强制性地推进，直至养护、脱模，最后用吊车运出、堆放。此法生产效率高，但投资大，不易调整生产线，适用于批量很大的单一构件的生产。

(3)固定台座法。生产构件时，模板固定在一个位置上完成构件成型的各道工序。操作人员、材料和设备则要循序地从一个生产位置移动到下一个生产位置。常用的设备有可拆式和不可拆式钢模。或采用混凝土台座。此法适合于板类构件、大型薄壁构件和预应力梁等的成型。

(4)长线台座法。台座用混凝土或钢筋混凝土筑成，长度一般为100～180m，适用于构件厂生产厚度较小的构件和先张法预应力混凝土构件的生产。在台座上，可采用现场支模进行构件的单层或叠层生产，或采用快速脱模生产较大的梁、柱类构件，也可采用拉模和挤压机生产空心板、桩、桁架、小梁、柱等构件。

现场预制 部分或全部建(构)筑物的混凝土构件在现场就地制作的过程。现场预制的构件主要有：矩形梁、T形梁、花篮梁、柱、屋架、薄腹梁等。现场预制的主要工序有：底模制备，钢筋绑扎，侧模安装，混凝土浇筑、养护与拆模。由于制作场地条件不同，现场预制与工厂预制相比，在生产方法和技术要求上有以下特点：

(1)必须在现场总平面布置时选定合适的构件预制场地，特别是对一些体形较大的重要构件，一定要按照施工组织设计的要求合理布局，以免发生不必要的二次倒运，造成构件损坏和经济损失。

(2)现场预制的生产方法分平卧法和立法两种。平卧法生产是将构件平卧在底模上进行制作，包括构件的叠加生产。此法是目前现场预制构件最常用的，一般用于混凝土矩形梁、屋架、柱子、薄腹梁等构件的预制。立法生产是将构件垂直架立起来进行制作的方法，一般用于吊车梁，也可用于屋架、薄腹梁的预制。

(3)现场预制支设的模板，应能保证构件各部位形状、尺寸和相关位置的正确，具有足够的承载能力、刚度和稳定性。底模分平板式底模和胎式底模两种，前者主要用于矩形梁、T形梁、桁架式屋架的预制，后者主要用于工字形截面柱、薄腹梁的预制。支设底模的位置要求土层坚固，回填土要夯实，有良好的排水条件和隔离措施。侧模按支设方法分组合式、支撑式和卡箍式三种，组合式侧模一般用于同一型号批量较大的预制构件；卡箍式侧模一般用于断面较小、场地狭窄、地质条件较差、不便于打锚桩支护的情况；支撑式侧模一般用于构件断面较大和地质条件较好的场地，现场预制的芯模一般用于工字形截面柱、薄腹梁的制作。

(4)现场预制的混凝土料，一般都在现场进行搅拌。浇筑时多用插入式振动器将混凝土振捣密实，较厚的构件需分层浇筑，每层的混凝土厚度不应超过振动器棒长的1．25倍。振捣上层混凝土要在下层混凝土初凝之前进行，振动棒应穿过上层插入下层50mm左右，以消除两层间的接缝。外部振动器(平板式或附着式振动器)一般用于立法生产或构件较薄难以使用插入式振动器的场合。一般外部振动器的作用深度为250mm。当构件较厚时，需在构件两侧安装振动器同时振捣。混凝土浇灌的高度应高于振动器安装的位置。当构件钢筋较密、断面狭深时，也可采取边浇灌边振捣的方法。

(5)浇筑构造较复杂的预制构件(如屋架和柱子)应按合理的顺序进行。屋架的外形尺寸大，构件断面小，钢筋排列密，混凝土标号高，一般采用平卧法生产，因此浇筑时应从一端开始沿上、下弦包括腹杆齐头并进向另一端推进。当腹杆为独立的预制件时，浇筑可由屋架的上弦中间节点向两边推进，经两端点至下弦中间节点处汇合，也可沿反方向由下弦中间节点开始至上弦中间节点处汇合。当构件厚度大于300mm时，应分层浇筑。预制柱的构造特点是长度较大，一般分为上柱和下柱，交接处有挑出的牛腿，钢筋密集，混凝土浇筑应一次浇完，不许留施工缝。浇筑顺序从一端向另一端推进，分层浇筑时的每层厚度不大于200～300mm。

(6)现场预制混凝土构件一般采取自然养护的方法，混凝土浇完12h后用草袋覆盖，同时浇水。采用普通硅酸盐和矿渣硅酸盐水泥时，养护时间不应少于7d。构件侧模和芯模拆除时须保证构件不变形、棱角完整、无裂缝现象。底模拆除时间应视混凝土强度的增长而定，对跨度不大于4m的构件，实际强度达到设计强度的50％时方可拆模；对跨度大于4m的构件，实际强度需达到设计强度的75％方可拆模。

预应力混凝土构件预制 预应力混凝土构件是利用高强钢筋(或钢丝)和高强混凝土材料制成的构件，通过张拉钢筋的方法实现预压应力，以克服混凝土抗拉强度低的弱点，提高结构的抗裂、抗渗、抗剪、抗疲劳等性能。工业厂房的预应力混凝土构件一般采取预制工艺。预制方式分为工厂预制和现场预制两种。施加预应力的方法有先张法和后张法两种，生产设备除采用制作普通混凝土构件的混凝土制备、钢筋加工、支模、浇筑、成型和养护等设备外，还需要专门的张拉设备、灌浆机械、生产台座、夹具、锚具和模具等。

先张法 先张拉预应力筋，并临时固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度(一般为混凝土设计强度的75％)后，放松预应力筋，借助混凝土与预应力筋的粘结力，使混凝土产生预压应力。先张法的主要工序为：张拉预应力筋、支模、安放钢筋骨架及配件、浇筑混凝土、养护、放张、起模、堆放。先张法一般用于生产中小型构件。

(1)先张法张拉预应力筋有液压张拉、机械张拉、电热张拉、自应力张拉等多种方法，其中以高压油泵、千斤顶和夹具组成的液压张拉使用最广。所使用的千斤顶有穿心式、拉杆式、锥锚式、顶推式等，夹具有镦头夹具、锥销夹具、夹片式夹具等。张拉方式有单根张拉和成组张拉两种，视预应力筋数量和张拉设备能力大小选定。张拉方法有超张拉法和一次张拉法两种，一般多采用前者，其程序为：锚固，或0→1．03σ_con锚固，其中σ_con为张拉控制应力，通常由设计确定。

(2)钢筋张拉、支模、配筋后即浇筑混凝土，每条生产线应一次浇筑完毕。为保证钢筋(丝)与混凝土有良好的粘结性，在浇筑过程中和混凝土未达到一定强度前，不允许碰撞或踩动钢筋(丝)。为减少混凝土因收缩徐变引起的预应力损失，混凝土制备时必须严格控制水和水泥的用量，浇筑时必须振捣密实。构件养护可采取自然养护和蒸气养护，当台座生产的构件采取蒸气养护时，应根据设计要求确定升温制度，以减少温差引起的应力损失。

(3)当构件混凝土强度符合设计要求，或无设计要求，其强度不低于混凝土标准强度的75％时，即可开始放张预应力筋。放张的常用方法有千斤顶放张、预热熔割放张和钢丝钳或氧炔焰切割放张。千斤顶放张是利用千斤顶拉动外露钢筋，松开螺母，使钢筋回缩，达到放张的目的；预热熔割放张是采用氧炔焰烘烤钢筋，使每根预应力筋轮换预热，同步升温，钢筋外形徐徐伸长，待出现缩颈时即可切断；当预应力筋为钢丝或细钢筋时，可直接用钢丝钳或氧炔焰切断放张预应力筋，放张的顺序应按设计和规范的要求分阶段、对称、交错地进行，防止在放张过程中构件产生弯曲、裂缝和预应力筋断裂。

(4)预应力混凝土构件应在预应力放张前拆除侧模，在预应力放张后起模堆放，堆放场地应坚实平整，堆放的支点应在构件的吊环处，堆垛的高度应在设计规定范围内，以免构件受力不均或超载造成损坏。

后张法 当制作构件时，在放置预应力筋的部位留设孔道，待浇筑的混凝土达到设计规定强度后，将钢筋穿入孔道内并张拉到设计规定的控制应力，然后把预应力筋锚固在构件端部，在孔道内进行灌浆，使混凝土产生预加应力。其制作工序为：支模、安放钢筋骨架及配件、孔道成形、浇筑混凝土、养护、拆模、张拉预应力筋及锚固、孔道灌浆。此法多用于现场制作大型构件，或用作预制构件的现场拼装。

(1)预制场地的构件布置，要考虑制作时抽出孔道芯管和穿筋、张拉所需的操作位置。制作中要注意保证端部预埋件位置和预埋芯管位置的准确性，防止张拉时构件受力不均引起翘曲和块体拼装时孔道错位而使预应力筋无法穿入。

(2)利用埋管成孔的办法预留孔道。孔道尺寸由设计确定，其直径一般比螺丝端杆、钢丝束或钢绞线的直径大10～15mm。孔道有直线型和曲线型之分。成孔方法有钢管抽芯、胶管抽芯和预埋铁皮管三种。预埋铁皮管法是将专门的薄铁皮波纹管埋设在混凝土构件内，与混凝土粘结形成孔道，不再抽出。其余两法是将光滑的钢管或充水、充气的胶管(夹布胶管、钢丝网橡皮管)预先埋入，在混凝土初凝后、终凝前的适当时间抽出，形成孔道。钢管抽芯法用于成形直线型孔道，胶管抽芯法可兼用于成形直线型和曲线型孔道。

(3)混凝土要一次浇筑完毕，不留施工缝。对于屋架，混凝土的浇筑一般先浇上弦和腹杆，然后再浇下弦，以利于抽管顺利进行。振捣混凝土时严禁将振动器直接碰撞孔道芯管，以免管子偏位、变形、漏浆等现象发生。当采用蒸汽养护构件时，其最高温度不应大于95℃。当混凝土强度达到能保证其表面、棱角不因拆模而受损坏，构件不因拆模而变形时，即可拆模。对设计允许移动拼装的构件，其底模可在混凝土达到设计强度标准值的75％时拆除；对于大型构件，其底模则需在建立预应力后方能拆除。

(4)张拉预应力筋之前，需对构件进行检查验收；对分块预制整体拼装的屋架，竖缝灌浆的强度须达到设计要求，锚具和端部埋设件接触处的焊渣和残存的混凝土要清理完毕；穿筋时将钢丝束或钢绞线束的一头打齐，顺序编号，以利锚具安装；预应力筋多采用液压张拉，分批对称加力，当达到设计要求的应力时，用专用锚具进行锚固。

(5)孔道灌浆应在预应力施加完毕、预应力筋锚固后随即进行，以防止预应力筋锈蚀。灌浆前要用压力水冲洗孔道，以便增强混凝土与灌浆料的粘结。灌浆材料主要采用水灰比为0.4的水泥浆，掺加少量对预应力筋无腐蚀作用的外加剂。灌浆设备常用挤压式灌浆泵。灌浆应缓慢均匀不间断地进行，浆体由下向上，从孔道一端向另一端流动，孔道中的空气由排气孔排出。在灌满孔道并封闭排气孔后，继续加压0.5～0.6MPa随即停泵，2～3min后封闭灌浆口。两端的锚具需用混凝土包覆严密，或涂刷防锈漆进行防腐。