装配式建筑与高强度石膏墙体新材料

众所周知，随着世界人口增长，建筑用地的矛盾日益凸显。现代化建筑逐步向高层发展的趋势已成必然，质量轻、成型快、便于机械化快速安装的装配式墙板，已成为共同关注的焦点。

2016年9月30日，国务院办公厅发布了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，《意见》出台后立即得到了全国各地的积极响应和推进，目前全国已经有三十多个省、市出台了推动装配式建筑发展的专门文件，制定了一系列的配套措施和要求。

总览世界各国的装配式建筑和墙体材料，有许多不同的种类和型式，但目前都存在不尽人意的地方。例如：水泥、矿渣基材的墙板，材质重、保温差、成型时间长，生产水泥能耗高、污染重；高分子材质的墙板，易燃烧、易老化、易挥发、有气味，制约其在装配式建筑中的使用；各类金属墙板、木制墙板，也存在易腐蚀、腐朽，耐火性差，能耗高的局限性。

唯有高强度石膏墙板质量轻、成型快，白色、中性、无气味，节能、环保、保温性能好，用途广泛，便于机械化快速安装，是全世界公认的绿色建材，极具发展前景，将逐步成为未来墙体的主导材料。

墙体基础材料

石膏是装配式建筑和墙板生产的基础材料，但是目前，我国生产的石膏粉体材料，95%以上为β型建筑石膏粉，产品性能较差，适用领域有限，市场上主要用于纸面石膏板的生产，或作为一种辅助性的建筑材料，根本无法与水泥相比，将来不会有大的发展。

装配式建筑主要使用各种类型的高强度石膏，其中包括：α型半水高强度石膏、Ⅱ型无水石膏、以及复合型高强度功能材料等，社会需求量将越来越大。

1.α型半水高强度石膏

高强度石膏是一大类综合性能全面优于水泥的革命性新材料，它的抗压性能比水泥高，并且同等标号的石膏，抗折强度比水泥高一倍以上。另外，石膏颜色白、重量轻、出材率高，能耗低、保温性能好，使用特别方便，是工业发达国家普遍采用的环保、健康型、绿色新材料。

过去，我国虽有高强度石膏生产，但都是单一的半水α型高强度石膏，并且因其生产技术落后，成本高、周期长、产能小、产量少，无法满足装配式墙板应用的需要。

近年来，我国的α型半水高强度石膏生产技术，有了长足的发展，相继推出的干法α型高强度石膏生产技术，单线生产能力已经可以达到100～500Kt/a；液相法α型超高强度石膏生产技术，单线生产能力也可以达到50～300Kt/a，国内外未见先例，这为高强度石膏墙板的生产和广泛应用，创造了良好的保证条件，也为高强度石膏在墙体领域的广泛应用奠定了基础。

2.Ⅱ型无水石膏

Ⅱ型无水石膏的种类既包括天然石膏，也有人们煅烧加工的Ⅱ型无水石膏，它可以转化为高强度石膏，这一点，在我国几乎不为人所知，有价值的研究成果也很少。

采用专门的加工技术和配方，Ⅱ型无水石膏可以转化为具有优越性能的新材料。它具有凝结时间长，软化系数高，操作性、耐水性好、抗压、抗折强度高的显著特性，在许多领域的使用性能，远远优于半水α型高强度石膏，是一类潜力很大的新材料。

Ⅱ型无水石膏，特别适宜于加工制作砌筑砂浆、抹灰砂浆、自流平地板砂浆等预混干拌砂浆材料，软化系数通常可以达到0.8以上，再施以必要的技术提高，即可接近水泥的性能。

施以快速转化技术，Ⅱ型无水石膏也可以制作各类高强度石膏墙板、装饰板、功能板、代木板等等。

3.复合型功能材料

Ⅱ型无水石膏与α型半水高强度石膏、甚至β型半水石膏采用不同的比例混合，再掺加不同比例的矿物材料、功能材料、化工材料，即可制成各类复合型高强度功能材料。

复合型高强度功能材料，可以广泛用于各类墙板生产，也可以用作各类墙面、地面、天花板的涂覆、饰面材料。

嵌装式墙体

嵌装式墙体是采用嵌装式高强度石膏墙板和砌筑石膏等，经过拼接、镶嵌、粘合、抹（或贴）面等作业，干燥、固定后建成的墙体。

1.墙板型式与用途

嵌装式高强度石膏墙板，采用400#以上的高强度石膏粉为主要原料，混合一定量的无害化工业废渣、或稻壳、锯末、竹屑、棉杆等农业废料，采用科学配方，机械化连续成型的高强度石膏大板。产品宽度为1200mm，厚度在80～200mm间自由设定，长度一般为：2400～3600mm，可以根据楼盘的设计图纸，区别各型不同的围护结构和门窗型式，由计算机控制切割为标准墙板、异形墙板、窗台板、过梁板等不同尺寸的制品。

嵌装式墙板根据需要可以制作为不同型式的实心墙板、空心墙板、加气墙板、加药或保健墙板等不同制品，在工厂也可施以各种贴面和装饰。干燥后分别包装、标识，按商业要求运送到施工现场，再吊装到各个楼层，拆分后，由施工机械按照设计编号依次嵌装、粘合、固定墙体。

嵌装式高强度石膏墙板，特别适宜于现代化高层楼盘的建设，适宜于机械化、标准化的安装工序。施工速度快、效率高，质量均一性好。

2.基本生产工艺技术

嵌装式墙板全自动机械化生产线，由中国矿业大学潞城石膏实验基地配合江苏第一工业设计院创新设计，国内外未见先例。

嵌装式高强度石膏墙板生产线，采用高精度、固定式专业设备和连续浇注成型方法，根据建筑工程的实际需要，通过计算机设定，可以连续不间断地出板并切割为任意宽度和长度的石膏大板、石膏条板、石膏过梁板、石膏保温板或石膏砌块，也可以根据用户要求，加网、加筋、贴面、压槽，生产高性能、多用途的石膏功能墙体板材。

嵌装式高强度石膏墙板，制品横断面为长方形，厚度大于80mm的墙板，可以内置圆角方形孔；厚度小于80mm的墙板，一般为实心墙板，可以是石膏陶粒板、矿渣板、发泡板，也可以是分层浇注，中间为轻质的发泡保温夹层。

3.墙板的性能与特点

（1）原料来源广。嵌装式高强度石膏墙板，可以使用天然石膏、脱硫石膏、磷石膏等各种石膏原料生产的高强度石膏粉为原料。

（2）自由调整切割尺寸。不但可以任意调整石膏板的厚度、宽度，长度和宽度都可以自由切割，可以满足墙体工程对板材尺寸多样化的要求；另外，板材纵、横两个方向的压槽，也可以使现场裁切变得容易。

（3）力学性能好。通过布网、加筋等增强、增韧措施，不但可以满足大跨度墙体对石膏板的强度要求，也可以提高墙体的稳定性、耐久性。

（4）热能利用率高、热能、电能消耗低。

（5）生产线计算机自动化控制，产品内在质量和外观品质都好。

（6）可操作性强，施工速度快、施工质量好、经济效益高。

隔断式墙体

隔断式墙体，是采用高强度石膏压型板、连接件和粘结石膏等，经过拼接、镶嵌、粘合、饰（或贴）面等作业组装成的墙体，隔断式墙体一般兼有书橱、壁柜、衣箱、储物间、花架、古董架等功能。

高强度石膏压型板，无臭、无味，清洁、环保，具有强度高、不变形、无虫蛀、无霉变，防火、阻燃，力学性能好等优良特性，是上好的隔断式墙体材料。

1.高强度石膏压型板

高强度石膏压型板，它是以高强度石膏为主要胶凝材料，按照优选配方，分别添加多种功能材料、纤维增强材料、以及掺合料等，通过自动化的大型工业生产线，高质量、连续化生产的多用途无纸面石膏板材。

依据功能材料和掺合料的不同，石膏压型板有纤维板、锯末板、稻壳板、竹丝板、矿渣板等不同类型。

2.用途与使用方法

石膏压型板，与纸面石膏板相比，节省了两层成本较高、防火性能较差的护面纸，是制板行业的一种新产品，它性能良好、外观漂亮，综合性能十分优越，具有很高的抗冲击力和力学性能，内部粘结牢固，具有突出的防潮、防水、防火、绝缘特性，绿色、环保、无毒害、不燃烧，还具有隔音、保温、防火、防静电、绝缘、防腐等特别优异的性能。

石膏压型板不但可以制作隔断式墙体，也是现代化建筑干粉刷贴面墙、保温地面、吊顶天花板、壁挂消音板的优选材料；也可以用于防火隔断、防火门，制作室内的家具、壁挂、工作台等等，石膏压型板保温、隔音、平整度好，墙体工程质量高。

3.生产工艺技术

石膏压型板的生产技术，是我国在消化吸收国外先进技术合理成分的基础上，结合国内的先进生产技术和配方，创新发展的一项新技术。

石膏压型板的主要生产原料主要为高强度石膏，它可以全部使用天然矿石生产，也可以全部或部分的利用工业副产石膏。

石膏压型板的生产过程是：首先将石膏原料转化为高强度石膏，再按照设计配方添加功能材料、掺合料、水和化学添加剂等，均匀混合后，配送到铺装机，顺序完成压型、养护、干燥、切边、打磨、抛光、雕花、敷面等工序后，经检验合格，即成为产品。

根据板材的不同厚度，堆高800～1000mm成垛、包装后，由叉车运输到产品仓库码垛、编号、待销。

4.产品质量要求

石膏压型板的技术指标，见表1：

复合墙体

龙骨复合墙体是采用中间固定金属或木龙骨，前后两面固定石膏板建造的复合墙体。目前使用的石膏板主要为纸面石膏板，无纸面石膏板使用的还很少，但目前中高档墙体建筑对无纸面石膏板的渴求十分迫切，随着社会的进步和建设标准的提高，高强度无纸面石膏复合墙体的市场将越来越大。

1.纸面石膏板

众所周知，纸面石膏板的生产原料都是β型建筑石膏粉，产品力学性能较低，制成的纸面石膏板已经大量用于龙骨复合墙板，一般的做法是，先在墙体中间安装木龙骨或金属龙骨，再将纸面石膏板固定于龙骨两侧，然后嵌缝，刮腻子，上涂料，做成墙体。

目前，由纸面石膏板和龙骨装配的复合墙板，一般只用于要求不高的简易隔断墙，其主要原因是：

（1）纸面石膏板的力学性能较差，容易破碎穿洞，房间的安全性差；

（2）中间龙骨+二层纸面石膏板的复合墙体，隔声性能达不到38db，不能满足房间隔声的要求；

（3）墙面的平整度等外观质量较差；

（4）火灾时，纸面石膏板护面纸会糊化冒烟，算不上防火材料；

（5）遇有潮湿环境，存在纸面脱落的隐患；

（6）相当多的纸面石膏板都是采用未经净化处理的工业副产石膏为原料生产的制品，客观上存在污染危害。

2.高强度无纸面石膏墙板

近年来，使用厚度20～25mm的高强度无纸面石膏板与龙骨复合建造的墙体备受青睐。这是因为，高强度无纸面石膏板与龙骨复合的墙体具有美观的外形和更高的使用价值，造价不超过20%，却完全避免了纸面石膏板与龙骨复合墙板的那些弊端，成为中高档墙体的首选。

将来的高强度无纸面石膏板，会有许多不同的型式，目前，创新设计的主要有以下几个类型：

（1）浇注式墙板

浇注式高强度石膏墙板，是采用400#以上的高强度石膏，复合掺加部分矿物材料、纤维材料、或经过处理的工农业废渣、废料，以及少量改性、增益材料，均匀制浆后浇注成型的墙体板材。

板材厚度一般为20～25mm，标准板型尺寸为1200×900mm；1500×900mm；表面有光洁型、花纹型之分，可以满足不同的饰面要求。

浇注式高强度石膏墙板，特别适宜于建造高档复合墙体，也可以作为地板、装饰板使用，添加特别材料，也可以用作防水板、防火板、防磁、绝缘板……

采用不同的浇注型式，可以建设年生产能力为50～500 Km2/a的加工生产线。

（2）切割型墙板

切割型高强度石膏墙板，它可以采用400#以上的α型高强度石膏，也可以采用特制的Ⅱ型无水石膏，复合掺加部分矿物级配、色配粒料，纤维材料，以及少量防水、保健、色素、加香材料，均匀制浆后，先浇注成型为巨型的块体材料，待硬化定型后，再按设定厚度切割成为要求的墙体板材，根据需要也可以进行后期的研磨、抛光或雕花。

板材厚度一般为15～50mm，可以按照设定厚度，自由切割；板型尺寸一般为长度600～3600mm；宽度80～1200mm。表面有磨光、不磨光之分，满足不同的饰面要求。

切割型高强度石膏墙板，一般类似于彩色水磨石，它可以制作的色彩斑斓，特别适用于建筑物的窗台板、过梁下免饰垫板，门洞、窗洞的装饰板、套板，以及电梯井、电缆井的饰面板，当然，也可以用于墙板、地板、天花板。

采用不同的浇注型式，可以建设年生产能力为10～100 Km2/a的加工生产线。

（3）连续成型墙板

连续成型高强度无纸面石膏板，有单层、多层之分，单层加网的石膏板，生产工艺比较简单，但石膏板容易挠曲形变，影响使用效果；多层加筋夹层的高强度石膏板工艺比较复杂，但石膏板质量轻、不易变形，使用效果好。

板材厚度一般为10～50mm，可以按照设定厚度自由调整；板型宽度900～1200mm；长度2400～3600mm，按设定切割。板材表面有光洁、压花之分。

连续成型高强度石膏板，单层的主要用于建筑物的墙板、装饰板；家筋夹层的高档板还可以用作隔断板、家具板、防火门、通风管道等。

采用不同的生产线设备，年生产能力可以达到5～30 Mm2/a。

现浇墙体

现浇墙体一般都需要现场安装、或移动模箱，挂网、拉钢索，或安装打印机器，因此现浇墙体也属于装配式墙体的一个类型。

现浇墙体一般是指使用各类复合型高强度石膏功能材料为主要原料，在施工现场加水配制浆料、泵送到工作面，通过模箱浇注、挂网喷涂、机械打印、面层整饰等现场作业，直接成型建筑墙体的施工技术。

现浇墙体具有机械化、自动化、连续化程度高，施工速度快，墙体结构性好，不易变形、开裂，可靠性、耐久性好，建造成本低、投资效益好等许多优点，一定会成为未来墙体建筑的主要形式。

1.模箱式

模箱式现浇墙体，根据模箱的不同类型，有以下几种不同型式：

（1）可拆卸拼装模板：它是采用平整、坚实、不粘结模板封闭成箱，再将二侧可靠固定，注入石膏料浆、快速成型石膏墙体，然后拆除模具，再涂饰、整理墙面的施工方法。

这种施工方法的优点是同一模具可用于不同的墙体施工，模具占用量少，投资费用较少；缺点是模具安装、拆卸、清理的工作量大，墙面的后整理工作量也比较大，人工成本高。

（2）永久模板：它采用10～15mm高强度无纸面石膏板作为永久模板，毛面向内、饰面向外，使用粘结石膏勾缝，封闭成箱，再将墙板二侧可靠支撑、固定，注入石膏料浆后成型石膏墙体，墙体与石膏模具板硬化为一体，无需拆除模板，模板即为永久墙面。

永久模板的优点是不需要拆卸、清理模板，墙面的后整理工作量也大大减少，人工成本低；缺点是需要增加石膏模板的投资费用。

（3）移动式模板：顾名思义，移动式模板是根据墙体结构尺寸专业设计的整体式模箱，下部带有万向辊轮可以移动或定位。

移动式模板有单面、双面之分，双面模板实际就是移动式模箱，模箱可以根据需要调整高低、宽窄和厚薄，模箱可以预留门洞、窗洞，安置缆线、水管、电位盒等，模板采用刚性、不粘结材料制造，模箱四周与墙面、柱面贴合，防止浇注时跑浆、漏浆。

移动式模板优点是不需要人工反复的安装、拆卸、清理模具，人工成本低，劳动强度小。缺点是模具投资较高。

2.喷涂式

喷涂式现浇墙体，也有以下几种不同型式：

（1）挂网喷涂。它是先在待施工墙洞悬挂并固定金属、或高分子壁网材料，喷涂界面材料后，再喷涂抹灰石膏砂浆，二面抹平后筑成墙体。

根据不同的保温、隔声需要，可以采取一层网、二面喷涂，或二层网、单面喷涂的不同形式。

（2）钢悬索喷涂。对于抗震要求高、或空间较大的墙面，可以先在待施工墙洞张紧钢悬索，再铺设壁网材料，然后喷涂成墙。

（3）夹心喷涂。它是先在待施工墙洞布置并固定泡沫板等轻质板材，也可以使用空心纸管、塑料管，涂覆界面材料后，再喷涂抹灰石膏砂浆，前后二面抹平后即成夹心（或空心）现浇墙体。

3.打印式

打印式现浇墙体，是近年兴起的施工新技术。它就像燕子垒窝，蜜蜂筑巢，也类似于现在的高架桥施工，施以浆体材料，不断的注入、不断的凝结，在连续不断的渐变过程中，长大成墙。

众所周知，高强度石膏，特别是α型半水高强度石膏，具有凝结很快的自然特性，并且石膏本身硬度低，对设备、尤其是打印头的磨损很低，特别适宜于打印式注浆施工现浇墙体。

打印现浇墙体比较简单，若用于整个建筑的3D打印，就要复杂一些，它需要配合多种材料、多种配方，采用不同的打印、输送方式，需要一定规模的设备，才能较好的完成，但距实现之日已经不远。

展望

近年来，国家出台了一系列政策，大力推进装配式建筑发展。石膏墙体材料可谓用于装配式建筑中新型墙材的最佳选择，这是前行的工业发达国家，传递给我们的宝贵经验。我们应当吸收其经验教训，促进石膏墙体新材和装配式建筑向前发展。

装配式建筑与石膏墙体材料，涉及建筑、建材、机械、电器、化工环保等许多个领域，是一个宏大的系统工程，需要多个行业专业人士的协作配合和不断创新，才能真正实现国家的进步和产业的健康发展。

装配式建筑的积极推进，对建筑材料提出了新要求，推动了墙体材料的变革。其中，石膏墙体新材料优势显著，已在多国装配式建筑上得到应用，近年来，在我国也得到了相当的关注与发展。本文作者长期从事现代化建筑和高强度石膏墙体新材料的研究，文章简要介绍了各类生产原料的类型、作用和要求，系统地阐述了装配式建筑和高强度石膏新型墙体材料的不同种类、作用、及其生产技术，其中：大型嵌装墙板、压型隔断墙板、浇注式墙板、切割型墙板、以及连续成型墙板等，具有世界领先水平和很高的技术含量，各类浇注式墙体也会有广泛的应用，装配式建筑和高强度石膏墙体材料具有广阔的市场前景和较高的投资效益，值得行业内有关的企业或个人关注，也供业内人士参考、批评。