輕質一次性建築模殼及其製造方法

2023-05-28 08:13:31

專利名稱：輕質一次性建築模殼及其製造方法
技術領域：
本發明涉及建築構件如樓板、頂棚，尤其涉及高層建築施工用的模殼。
眾所周知，隨著國民經濟的發展，城市地價日趨上升，繁華地段真可謂寸土寸金。為在佔地面積較小的條件下，獲得儘可能大的建築面積，高層建築的發展是勢所必然。建築師們，為在一定的佔地面積和一定的空間高度內，建造更多的樓層，以擴大投資的經濟效益，捨棄了傳統的主次梁板體系，採用雙向密肋樓板體系，從而使每層結構高度壓縮了30％-40％；即在不改變原有的使用空間的條件下，可使原來的十二層建築變為十三層的建築。隨著雙向密肋樓板體系的高層建築的興起和發展，作為其施工設備的模殼也就應運而生了。
目前，我國建築業使用的模殼，從材料上分有下列五種再生PVC塑料模殼、鋼板模殼、玻璃鋼模殼、水泥砂漿模殼、木模殼；從使用上分，則有重複用模殼和一次性模殼兩種。上述這幾種模殼在其製造和使用上的情況分別介紹如下一、再生PVC塑料模殼該模殼是目前建築業使用最廣的一種模殼，它是用25000克大型高壓注塑機注塑成的。這種模殼的構造(參見圖1、圖2、圖3、圖4)相當複雜，它由模殼平面矩形頂板1、側壁2、分別設置在四個側壁交角處的鐵質角板3、在四個側壁2內壁面上設有密肋4、用螺絲分別聯結在四側壁外圍邊緣的角鋼5、聯結頂板1與側壁2的扁鋼加強撐6、將相鄰側壁兩斜向聯結的四角加強撐7組成並構成為一個整體。這種模殼，由於其注塑模具價格高昂和自身結構複雜，故其製造麻煩、成本費用高。重複使用模殼，從表面看似乎是節約，而實際上確是一種潛在的浪費，對此特分析如下①儘管在模殼表面塗有脫模劑，但混凝土與模殼間的粘結力還是相當大的，拆模費力費時，每拆400個模殼(約合1000米2樓板)往往需要2天以上的時間；一個每層1000米2的15層建築，僅拆模就需耗時一個多月，因此延誤工期，嚴重影響投資經濟效益。②由於模殼只有在混凝土固化後才能拆下，而混凝土固化時間一般為三天，拆模需時二天，故在施工時實際使用的模殼量是每層需要模殼量的3～4倍，才能供澆築混凝上、養護、拆模三個工序循環作業；因此必然造成模殼用量大、使用效率低，這無疑增大了佔用資金。③該模殼，雖然在設計時已經考慮了工程承載能力並加設了密肋、角板、角鋼周邊、加強撐，但是由於混凝土與模殼間的粘結力強且分布並不均勻，高粘結力區的位置各模殼均不相同，也無法預知，故模殼的拆模作用力和運輸過程中的碰撞承載力依然是不足的，模殼在拆模和運輸中的破損率仍然很高，模殼重複使用的次數一般只有為20～25次，僅為預期使用次數的50％以下，從而增大了施工成本。④因為模殼的模具費用高、材料成本大、製造困難及需求量較小等原因，模殼製造廠只能提供用量較大的幾種規格的模殼，且頂板形狀僅局限為平面矩形，其高度規格也只有300、350、400毫米的三種，不能滿足當代建築要求造型新穎、有新創意的需要；建築師們在無合適模殼可選的情況下，不得已採用削足適履的補救辦法，無疑又將增加投資預算。此外，該模殼還存在諸如往返運輸費用高及破壞環保等弊端。
二、玻璃鋼模殼製造該模殼的主要材料為聚酯及玻璃纖維，其結構與PVC塑料模殼基本相同，故其成本更高於PVC塑料模殼，也是多次重複使用的模殼。但是，由於該模殼與混凝土的粘結力比PVC模殼與混凝土的粘結力更大，拆模更為困難，故其使用上的缺點比PVC模殼更大。
三、鋼板模殼它由鋼板組成因模殼為六面體，而每一種規格的模殼只能澆注一種形體，在三維尺寸中只要有一維尺寸有改變，就需要另一相應尺寸的模殼，由於鋼材成本高、易鏽蝕、存放困難，廠家不可能製造大量不同規格的模殼備選。不能澆注外表為非平面圍成的異形體。另外，它還有自身重，施工強度大和成本高的缺點，由鏽蝕造成的損壞和拆模困難，也是其致命的弱點，故亦非理想的模殼。
四、木製模殼它具有質輕、易加工和比較便宜的優點，但因為它缺乏防火性能價格高，不能作為留在構件上的一次性模殼，在混凝土固化後仍需拆下。然而該模殼因為與混凝土的粘結力大，且自身強度低，拆模破損率很高，故而仍有施工成本較高和延誤工期的缺點。
五、水泥模殼其結構如圖4、圖5所示，該模殼包括作為上底和下底的二塊矩形水泥底板8，與上下底周邊聯結的四塊成矩形的水泥側壁9，底板8與側壁圍成空心六面體，空腔內設有2～3個與上下底板及側壁相粘結並成為一個整體的板形加強撐10；這種模殼是一次性模殼，因此它消除了上述四種模殼由於拆模帶來的種種弊端。但是，我們應當看到該模殼在施工完成後雖與構件聯結但並不形成一個承受負荷的整體，它反而成了構件的負載；尤其是上述底板8、側壁9和加強撐10都是厚度為10毫米厚的水泥板，整個模殼的自身重量達100公斤左右，這巨大的自重不僅給施工造成困難，更給建築物帶來了折合建築面積約為100公斤/米2的額外負荷。一般住宅、公寓、寫字樓的設計負荷為150公斤/米2，餘量僅剩50公斤/米2，這對建築無疑是極不安全的。如果設計時考慮了模殼自重，則需要加大板梁、柱、基礎等垂直和水平向負荷力，增加投資預算。另外，該模殼脆性大、易破裂，尤其是模殼所有各面之間的交角均為90°，應力集中，對建築結構受力狀態是非常不利的。
綜上所述，目前使用的各種建築模殼，都分別存在有各自難以克服的致命缺點，更不能滿足當代新穎、多樣的建築設計施工的需要。
本發明的目的在於提供輕質一次性建築模殼的設計方案及該模殼製造方法，使模殼具有自重小、模具簡單、製造容易、成本低、耐火性好、能適應不同規格、不同外形和不同荷載的需要的優點，以消除現有模殼因拆模而造成的延誤工期，因模殼外形或尺寸不全、以及自重過大而造成的投資費用增大使用不便等弊端。
為現實上述目的，本發明採取的技術方案如下本模殼的製作材料為氧化鎂、氯化鎂、滑石粉、不飽和聚酯樹脂和相應的引發劑與促進劑、玻璃纖維或其織物；其中，各組分的重量百分比為氧化鎂(純度不低於80％的)35～50％氯化鎂水溶液 (波鎂度25～30％) 35～50％滑石粉 10～15％不飽和聚酯樹脂 5～8％引發劑 適量促進劑 適量玻璃纖維或其織物10～30％在許多情況下，所述氧化鎂，可用含氯化物的鎂質水泥、含有硫酸鹽的鎂質水泥或含氧化鋁的鎂質水泥替代；所述不飽和聚酯樹脂可用脲醛樹脂、聚氨酯樹脂、或者用環氧樹脂與酚醛樹脂的混合型樹脂替代；引發劑、促進劑的種類及使用量隨選用樹脂產品說明書作相應變更；所述氧化鎂與滑石粉的部分或全部，可用輕質碳酸鈣、硫酸鈣、粉煤灰、硅藻土、或珍珠巖替代。
本發明的模殼分為單向模殼與雙向模殼兩種所述單向模殼(參見圖7)是一個平面矩形頂板12、兩個對稱分設在頂板12橫向兩側的並與頂板聯為一體的側向立壁13組成的薄殼構件，兩個側向立壁13的下端處均設有與之聯為一體的向外伸展的並與頂板相平行的支承簷14，支承簷14成平板形，其下部表面是平的或者設有若干凸稜或凸緣，以增加摩擦力；頂板12與側向立壁13成斜交，兩平面的交角α以103-108°為最佳。所述雙向模殼(參見圖8)，由一個平面矩形頂板15、四個各與頂板四邊相聯並成為一個整體的側向立壁16組成，並構成一個成無底錐臺形薄殼結構，四個側向立壁下端均設有與側向立壁聯為一體並與平板相併行的支承簷17，四個支承簷均相聯結成為一環形的整體，支承簷17的下部表面是平的或者設有若干凸稜或凸緣，頂板15與側向立壁16的交角為鈍角，其交角以103-108°為最佳，所述雙向模殼的另一種形式(參見圖8)為頂板18的形狀成平面異形，側向立壁為與頂板周緣外形相吻接的一個或幾個平面19或/和曲面20，平面或曲面側向立壁19、20與頂面成鈍角相交並聯為一體，交角γ以103°-108°為佳，側向立壁下端均放有向外伸展並與頂板相併行的支承簷21，成異形環狀的支承簷與側向立壁聯為一體，支承簷的下表面是平的或設有若干凸稜或凸緣。
上述各種模殼，其內壁面上均無加勁肋，其外壁面最好製成粗糙表面，以增加它與混凝土的摩擦力和粘結力；頂面與側向立壁及相鄰立壁的交接區成光滑曲面過渡。
為清楚說明本發明的技術方案，茲結合附圖和實施例描述如下


圖1-現有PVC塑料模殼的俯視圖；圖2-現有PVC塑料模殼的側向局剖圖；圖3-現有PVC塑料模殼的仰視圖；圖4-圖2所示的模殼A部放大剖面圖；圖5-現有水泥模殼俯視局剖圖；圖6-現有水泥模殼的側向局剖圖；圖7-本發明單向模殼立體結構示意圖；圖8、圖8』-本發明雙向模殼立體結構示意圖；圖9-圖8所示雙向模殼的俯視圖；圖10-本發明雙向模殼的側向局剖圖；圖11-單向與雙向模殼的支承簷剖面示意圖；圖12-本發明模殼的手工生產工藝流程圖；圖13-本發明模殼的模壓生產工藝流程圖14-本發明模殼的施工示意圖。
例1，按照前述模殼製作材料配方和模殼設計方案，本人對模殼進行了具體製作。因製作有層壓法與模壓法兩種，故其工藝也稍有不同，其中層壓法製造模殼的工藝流程如圖11所示，而用模壓法製造模殼的工藝如圖12所示，其具體方法(步驟)如下1、將氯化鎂和水以3∶2的比例置入容器並攪拌，使氯化鎂完全溶解，製成波鎂度為26-30的溶液，備用。
2、將作為骨料的氧化鎂與滑石粉充分混合，備用。
3、將不飽和聚樹脂置入容器，加入相應的引發劑和促進劑，攪拌均勻後倒入氯化鎂溶液使充分混合，再倒入骨料氧化鎂和滑石粉，充分攪拌均勻使成糊狀的粘接糊。
4、按模殼的形狀和尺寸選定或製作模具，在模具表面塗上脫模劑。
5、①在用層壓法時，在塗有脫模劑的模具上均勻地塗復一層由步驟3製得的粘接糊，然後鋪設一層玻璃纖維布並壓實，再塗復一層粘接糊。如此反覆操作多次直至達預定厚度為止，然後加壓(0.5MPa即可)、加溫至80-100℃並保溫30分鐘)，成型後脫模。
5、②在用模壓法時，在陰、陽模內壁上塗復脫模劑後按預定厚度對合、壓緊，將步驟3所制的粘接糊與切斷的玻璃纖維捏合均勻製成含有加筋的粘按糊，用高壓注漿機將該粘接糊注入模具、加溫約30分鐘後即可成形脫模。
6、將由步驟5①或5②所得之模殼置於陰涼處養護七天左右，在完全固化後修整、打磨即為成品。
例2，負荷試驗表明用上述配方和製造方法所製得的厚度為4毫米的常用規格模殼具有350公斤/米2的承載能力。由於本模殼是一次性模殼，故不存在拆模時的拆模承載力的問題，4毫米厚的模殼有350公斤/米2的垂向承載力，已經足可承載通常施工中的負荷。在特大施工負荷的情況下，本模殼也不必增加厚度，而僅需加設臨時支撐件即可。圖13是本模殼在超大負荷時的施工示意圖，在模殼22的頂板內壁面設置一個平面形輔助支承板23，輔助支承板下表面設有四組成對稱分布的凸稜列，每個斜向支撐杆25的一端嵌接在凸稜列25的槽中，其另一端與垂向支承杆26上的凸緣27聯接，構成多杆支承結構，以減小模殼受力時的跨度，增加承載能力。
本發明模殼的主要優點是①本模殼是一次性模殼，消除了因拆模而造成的時間損失；②本模殼的重量僅為一次性水泥模殼的1/6-1/8折合建築面積約為15公斤/米2)，具有安全、節省投資和便於施工的優點；③本模殼的模具結構簡單，價格僅為PVC模殼模具價格的1-2％，故而可依工程之需要提供各種大小、形狀、承載力的模殼，滿足當代建築的新穎創意和多樣化的需要；④儘管彎曲應力與跨度的平方成正比，跨中撓度與跨度的四次方成正比，在跨度大、承載大的情況下也不必增加模殼厚度，只需採取輔助支撐件即可將跨度縮小一半以下，故可節省成本；而輔助支撐件因不直接接觸混凝土，其裝、拆均十分方便；⑤本模殼強度較高，防火性能好、外觀呈乳白色、可節省飾面施工。
權利要求
1.一種輕質一次性建築模殼的製造方法，其特徵在於本模殼的製作材料為氧化鎂、氯化鎂、滑石粉、不飽和聚酯樹脂和相應的引發劑與促進劑、玻璃纖維或其織物；其中，各組分的重量百分比為氧化鎂(純度不低於80％的)35～50％氯化鎂水溶液 (波鎂度25～30％) 35～50％滑石粉 10～15％不飽和聚酯樹脂 5～8％引發劑 適量促進劑 適量玻璃纖維或其織物10～30％其具體方法(步驟)如下(1)將氯化鎂和水以3∶2的比例置入容器並攪拌，使氯化鎂完全溶解，製成波鎂度為26-30的溶液，備用。(2)將作為骨料的氧化鎂與滑石粉充分混合，備用。(3)將不飽和聚樹脂置入容器，加入相應的引發劑和促進劑，攪拌均勻後倒入氯化鎂溶液使充分混合，再倒入骨料氧化鎂和滑石粉，充分攪拌均勻使成糊狀的粘接糊。(4)按欲制模殼的形狀和尺寸選定或製作模具，在模具表面塗上脫模劑。(5)①在用層壓法時，在塗有脫模劑的模具上均勻地塗復一層由步驟(3)製得的粘接糊，然後鋪設一層玻璃纖維布並壓實，再塗復一層粘接糊；如此反覆操作多次直至達預定厚度為止，然後加壓(0.5MPa即可)、加溫至80-100℃並保溫30分鐘)，成型後脫模。(5)②在用模壓法時，在陰、陽模內壁上塗復脫模劑後按預定厚度對合、壓緊，將步驟3所制的粘接糊與切斷的玻璃纖維捏合均勻製成含有加筋的粘接糊，用高壓注漿機將該粘接糊注入模具、加溫約30分鐘後即可成形脫模。(6)將由步驟(5)①或(5)②所得之模殼置於陰涼處養護七天左右，在完全固化後修整、打磨即為成品。
2.根據權利要求1所述的輕質一次性建築模殼的製造方法，其特徵在於所述氧化鎂，可用含氯化物的鎂質水泥、含有硫酸鹽的鎂質水泥或含氧化鋁的鎂質水泥替代；所述不飽和聚酯樹脂可用脲醛樹脂、聚氨酯樹脂、或者用環氧樹脂與酚醛樹脂的混合型樹脂替代；引發劑、促進劑的種類及使用量隨選用樹脂產品說明書作相應變更；所述氧化鎂與滑石粉的部分或全部，可用輕質碳酸鈣、硫酸鈣、粉煤灰、硅藻土、或珍珠巖替代。
3.一種輕質一次性建築模殼，包括有頂板、側向立壁，其特徵在於單向模殼是一個平面矩形頂板、兩個對稱分設在頂板橫向兩側的並與頂板聯為一體的側向立壁組成的薄殼構件，兩個側向立壁的下端處均設有與之聯為一體的向外伸展的並與頂板相平行的支承簷，支承簷成平板形，其下部表面是平的或者設有若干凸稜或凸緣，頂板與側向立壁成斜交，兩平面的交角α以103-108°為最佳。
4.一種輕質一次性建築模殼，包括有頂板、側向立壁，其特徵在於雙向模殼由一個平面矩形頂板、四個各與頂板四邊相聯並成為一個整體的側向立壁組成，並構成一個成無底錐臺形薄殼結構，四個側向立壁下端均設有與側向立壁聯為一體並與平板相併行的支承簷，四個支承簷均相聯結成為一環形的整體，支承簷的下部表面是平的或者設有若干凸稜或凸緣，頂板與側向立壁的交角為鈍角，其交角以103-108°為最佳，所述雙向模板的另一種形式為頂板的形狀成平面異形，側向立壁為與頂板周緣外形相吻接的一個或幾個平面或/和曲面，平面或曲面側向立壁與頂面成鈍角相交並聯為一體，交角γ以103°-108°為佳，側向立壁下端均放有向外伸展並與頂板相併行的支承簷，成異形環狀的支承簷與側向立壁聯為一體，支承簷的下表面是平的或設有若干凸稜或凸緣。
5.根據權利要求3或4所述的輕質一次性建築模殼，其特徵在於，所述各種模殼，其內壁面上均無加勁肋，其外壁面最好製成粗糙表面，頂面與側向立壁及相鄰立壁的交接區成光滑曲面過渡。
全文摘要
輕質一次性建築模殼及其製造方法,它涉及建築構件,尤其涉及模殼、本模殼主要用鎂質水泥、樹脂、輕質骨架料和玻璃纖維製成,其製造方法有層壓法和模壓法兩種,本模殼及其生產模具結構簡單、價格便宜。故而模殼製造者可以為用戶提供不同形狀、尺寸、承載力的模殼,滿足當代建築創意新和多樣花的需要。本模殼自重輕、強度高、防火性能好的優點,使設計更合理施工更方便,不僅省去了拆模的時間,更增加了安全性、能節省運費和投資。
文檔編號C04B28/00GK1212242SQ97116459
公開日1999年3月31日 申請日期1997年9月19日 優先權日1997年9月19日
發明者沈繼昌 申請人:沈繼昌