建筑工程木模板（方）循环利用技术应用研究

建筑工程木模板（方）循环利用技术应用研究

赵习斌

中国水利水电第九工程局有限公司 贵州 贵阳 550081

摘要：建筑行业中，木模板（方）因其成本较低、重量轻、便于现场制作安装等优点，被广泛用作混凝土浇筑模具，但其使用过程中，周转利用率低、损耗量大、废品回收价值低等缺点亦日渐得到建设者的重视。本文就建筑工程木模板（方）的循环利用技术进行现场应用研究，即废旧木模板（方）拼接再利用技术，提升其利用价值。现对依托工程“毕节市棚户区改造工程项目（双山新区梨树片区三标段CEF区）”施工现场废旧木模板（方）从加工处理、拼接、设计验算、现场实施及效果检测等方面进行实践应用，实现“变废为宝”的研究目标，从而有效节约施工成本，提高经济效益，创造环境价值。

关键词：木模板、木方、循环利用、拼接技术、经济效益、环境价值

1 引言

目前国外先进国家已实现模板规格的系列化、体系化以及模板材料的多样化，施工工艺也实现现代化，对模板材料的利用率较高。国内建筑行业已逐渐认识到木模板（方）周转利用率低的现状，对于提升木模板周转利用率也有相应的设备及工艺的研究，但受工程规模、施工组织水平等影响并未得到广泛推广应用。

建筑工程模板支撑体系中运用的木模板（方）明显缺点主要体现在如下几方面：

（1）周转利用率低：施工操作不规范导致木模板（方）过早损坏、损坏严重，遭水浸泡发胀分层，异形建筑结构不能大规模制作使用，均会导致其周转利用率降低。

（2）损耗量高：制作工艺不当造成损耗大、废品率高，被切割后的材料可直接利用的范围缩小，或者再行改小使用，此类操作均加大了木模板（方）的损耗量。

（3）废料回收价值低：随着施工的延续，大量废料堆放在施工现场不仅影响项目安全文明施工形象，更容易诱发火灾，其残余价值极低。

正因为木模板（方）其固有的显著缺点，从而也激发了建设者们的改进思路与空间。本文以我公司承建的“毕节市棚户区改造工程项目（双山新区梨树片区三标段CEF区）”为对象开展建筑工程木模板（方）循环利用技术的应用研究，旨在提升其废旧料的回收利用价值，达到降低施工成本的同时，节约国家环境资源。

2 概述

依托工程木模板采用覆膜多层板现场组拼，支撑系统中，主龙骨采用Φ48×3.0（mm）钢管架设，次龙骨采用40×80（mm）木方搭设。本工程共有C、E、F三个分区，总建筑面积约13.5万平方米，其中C区约6.5万平方米，E、F区约7万平方米。根据施工进度计划及现场部署要求，将C区与E、F划分为两个先后施工区域，C区先行开工，待C区主体施工完成时，E、F区基础已基本施工完成，此时可将C区所有模板转移到E、F区利用。计划C区第一次木模板用量约4.5万平方米，周转过程中部分模板（方）补损采用新购，故整个项目实施过程中，可开展建筑工程木模板（方）循环利用技术（拼接利用技术）的阶段有C区施工周转利用部分补损，E、F第一次投入木模板（方）用量及施工周转利用部分补损，开展提升空间较大。

3 拼接准备

3.1 设备选择

目前市面上开榫机及拼接机原理基本一致，选择自动化程度高的设备既可以提高工作效率，又能确保安全可靠，本次研究选择的机械设备如表1。

表1 机械设备表

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 木方拼接施工技术

4.1.1 主要施工工艺流程

挑选木方→开榫铣齿→齿头涂刷胶粘剂→木料对接→存储养护→荷载检验

4.1.2 操作要点

（1）挑选木方

将不能直接利用的旧木料由工人集中分类堆放，按照无霉变、无腐朽、无虫蛀、易加工原则挑选原料，并做好覆盖措施，避免日晒雨淋。选料时，挑选长度相近的旧木料分类堆放，选择的单根木方长度不宜小于50cm，确保拼接的木方满足力学性能指标。

（2）开榫铣齿

开榫前拔除待接木方、模板上的铁钉，清除粘附在上面的灰垢。将开榫的木方放在工作台上，用齐头挡板挡平，打开气缸开关使侧向和垂直方向的两气缸先后工作将工件压紧，然后启动电机，电机带动切头锯片按逆时针方向旋转，用手均匀用力向前推动工作台，使工件齐头、锯平，再通过梳齿开榫刀进行铣齿，齿长约为30mm，单齿宽为6.5mm（图1），当工作台推到顶端后，松开气动压紧装置，随后推料气缸将工件推回，工作台复位。重复上述过程，完成工件的批量加工。

（3）齿头涂刷胶粘剂

配制好接木方专用胶，施胶前注意粘结面应平整、光滑，用胶刷取适量均匀涂抹在木方上，以齿头全浸没为原则。粘胶使用注意事项如下：

1）胶液即配即用，切勿一次性配比过多（两小时用完）；

2）冬季可把胶水加温使用即可；

3）储存于干燥通风的库房内。

（4）木方对接

将铣齿后的木方涂胶后，纵向挤压接长，准确、快速压紧，使梳齿结合紧密，再定长截锯。木方拼接时，长短搭配使用，要求单根木方不超过3个接头。接榫示意图见图2，现场接榫图见图3。

（5）养护储存

拼接好的木方经自然养护24小时后方可搬运，3天后方可使用受力。养护场地设置排水、通风、遮雨措施，以免影响接头强度。成品见图4。

4.1.3 荷载检验

对养护完成达到使用要求的木方进行抽样荷载试验，各取一条拼接的木方及新木方作静载对比试验，从木方中间依次增加荷载直至木方断裂，经现场查看，拼接木方受力断裂点不在接头处，其接头强度满足要求。木方加载试验如图5所示，木方断裂情况如图6所示。

4.2 木模板拼接施工技术

4.2.1 主要施工工艺流程

原材处理→开榫梳齿→纵向接长→横向拼接→码钉加固→荷载检验

4.2.2 操作要点

（1）原材处理

将需要切割的旧模板放在等宽锯上，设置等宽锯按315mm宽度自动下料成模板片，并将模板片的两端边角裁剪平整，便于拼接。

（2）开榫梳齿

将裁剪好的模板片放在链条梳齿机链条上，注意放置位置，端头紧贴挡板，链条带动模板片前进，汽缸向下移动，将模板片压紧，同时模板片向左移动，模板片通过梳齿刀进行梳齿，齿呈指状，齿长约15mm（如图7所示）。

（3）纵向接长

将模板片沿接板机水平方向推进，使模板片梳齿之间结合紧密，模板片通过接板机自动对接，对接长度达到设定长度（1830mm）后，锯片自动锯断，即可得到1830×315×15mm的模板条。

（4）横向拼接

将3张1830×315×15mm的模板条放置在拼板机工作台上，拼板机上部汽缸向下将模板压紧，前后左右四个汽缸同时工作，将模板条之间的指齿压紧，即完成整张模板的拼接。

（5）码钉加固

为了确保模板拼缝处稳定、牢靠，采用气动码钉枪沿模板拼接缝装钉p码钉，对接缝处进行辅助性加固，码钉每5cm设置1颗。见图8。

4.2.3 荷载检验

对完成拼接的木模板进行抽样荷载试验，取一张拼接后的木模板，从木模板中间依次对称增加荷载直至木模板断裂，经现场查看，拼接木模板未在接头处折断，其接头强度满足要求。木模板加载试验如图9所示，木模板断裂情况如图10所示。

5 模板体系受力验算

5.1 设计参数

根据本项目《模板工程施工方案》要求，模板体系设计参数见表2，工程属性、荷载、风荷载等参数按设计规范及实际情况考虑。

表2 模板体系设计参数表

5.2 受力验算

5.2 1 面板验算

面板类型：覆面木胶合板t(15mm)

面板抗弯强度设计值[f](N/mm²)：15

面板抗剪强度设计值[τ](N/mm²)：1.4

面板弹性模量E(N/mm²)：10000

面板计算方式：简支梁

按简支梁，取1m单位宽度计算。

W=bh²/6=1000×15×15/6=37500mm³，

I=bh³/12=1000×15×15×15/12=281250mm⁴

承载能力极限状态

q₁=1×max[1.2(G_1k +(G_2k+G_3k)×h)+1.4×Q_1k ,1.35(G_1k +(G_2k+G_3k)×h)+1.4×0.7×Q_1k]×b=1×max[1.2×(0.1+(24+1.1)×0.12)+1.4×3，1.35×(0.1+(24+1.1)×0.12)+1.4×0.7×3] ×1=7.934kN/m

正常使用极限状态

q=(γ_G(G_1k +(G_2k+G_3k)×h))×b =(1×(0.1+(24+1.1)×0.12))×1=3.112kN/m

计算简图如下：

（1）强度验算

M_max=q₁l²/8=7.934×0.3²/8=0.089kN·m

σ=M_max/W=0.089×10⁶/37500=2.38N/mm²≤[f]=15N/mm²

满足要求！

（2）挠度验算

ν_max=5ql⁴/(384EI)=5×3.112×300⁴/(384×10000×281250)=0.117mm

ν_max=0.117mm≤min{300/150，10}=2mm

满足要求！

5.2.2 小梁验算

小梁类型：矩形木楞40×80(mm)

小梁抗弯强度设计值[f](N/mm²)：12.87

小梁截面抵抗矩W(cm³)：42.667

小梁截面惯性矩I(cm⁴)：170.667

小梁抗剪强度设计值[τ](N/mm²)：1.386

小梁弹性模量E(N/mm²)：8415

小梁计算方式：二等跨连续梁

q₁=1×max[1.2(G_1k+ (G_2k+G_3k)×h)+1.4Q_1k，1.35(G_1k +(G_2k+G_3k)×h)+1.4×0.7×Q_1k]×b=1×max[1.2×(0.3+(24+1.1)×0.12)

+1.4×3，1.35×(0.3+(24+1.1)×0.12)

+1.4×0.7×3]×0.3=2.452kN/m

因此，q_1静=1×1.2×(G_1k +(G_2k+G_3k)×h)×b=1×1.2×(0.3+(24+1.1)×0.12)×0.3=1.192kN/m

q_1活=1×1.4×Q_1k×b=1×1.4×3×0.3=1.26kN/m

计算简图如下：

（1）强度验算

M₁=0.125q_1静L²+0.125q_1活L²=0.125×1.192×0.9²+0.125×1.26×0.9²=0.248kN·m

M₂=q₁L₁²/2=2.452×0.2²/2=0.049kN·m

M_max=max[M₁，M₂]=max[0.248，0.049]

=0.248kN·m

σ=M_max/W=0.248×10⁶/42667=5.819N/mm²≤[f]=12.87N/mm²

满足要求！

（2）抗剪验算

V₁=0.625q_1静L+0.625q_1活L=0.625×1.192×0.9+0.625×1.26×0.9=1.379kN

V₂=q₁L₁=2.452×0.2=0.49kN

V_max=max[V₁，V₂]=max[1.379，0.49]

=1.379kN

τ_max=3V_max/(2bh₀)=3×1.379×1000/(2×40×80)=0.647N/mm²≤[τ]=1.386N/mm²

满足要求！

（3）挠度验算

q=(γ_G(G_1k +(G_2k+G_3k)×h))×b=(1×(0.3+(24+1.1)×0.12))×0.3=0.994kN/m

挠度,跨中ν_max=0.521qL⁴/(100EI)=0.521×0.994×900⁴/(100×8415×170.667×10⁴)

=0.236mm≤[ν]=min(L/150，10)

=min(900/150，10)=6mm；

悬臂端ν_max=ql₁⁴/(8EI)=0.994×200⁴/(8×8415×170.667×10⁴)=0.014mm≤[ν]=min(2×l₁/150，10)=min(2×200/150，10)=2.667mm

满足要求！

经过对面板及小梁的受力计算，其力学性能均满足要求，可用于现场实际施工。

5.3 现场实施

采用拼接的木模板、木方按照设计参数搭设模板支撑体系，安装前涂刷界面剂，处理好模板接缝位置，防止其漏浆。搭设完毕后，项目管理人员联合监理单位检查面板表面平整度并在允许范围内（图11）。然后浇筑混凝土，待混凝土强度达到100%，拆除梁板模板，经监理单位现场验收，混凝土各项指标均满足要求，混凝土表观质量良好，无蜂窝、麻面现象（图12）。

6 质量控制措施

根据建筑工程木模板（方）循环利用技术的原理，成品质量需要从人、材、机、管理、环境等五大方面进行控制，全面系统控制各个环节，才能达到预期目标。质量控制措施见表3。

表3 质量控制措施表

7 应用成果分析

7.1 经济效益

经测算，本次研究每拼接一条2000×80×40mm规格的木方，综合单价为1.2元/m，现场实际加工34000条木方，购买同规格新木方每条9.5元，拼接木方节约（9.5-1.2×2）×34000=241400元。每拼接一张915×1830×15mm规格的木模板，综合单价为9.2元/m²。现场共拼接了15000张模板，购买同规格新模板每张48元，拼接木模板节约（48-9.2×0.915×1.83）×15000=

488925.90元。本项目采用木模板（方）拼接技术共节约施工成本730325.9元，达到了预期研究目标。

7.2 环境效益

通过对“毕节市2013-2014年棚户区改造工程项目（双山新区梨树片区三标段CEF区）”实施木模板（方）循环利用技术，节约施工成本的同时，还创造了可观的环境价值。经折算，本次研究应用共节约木材约594.35m

³，相当于2064棵直径30cm、高10m的树木，环境效益显著。

8 结语

建筑工程木模板（方）循环利用技术的应用研究是建筑工程中工艺的创新，经过实践，此项技术能够有效提高建筑工程木模板及木方的利用率，降低损耗量、降低采购量、降低施工成本，节约环境资源。

建筑工程木模板（方）拼接技术成熟、可靠，有较为广泛的推广应用价值，还能体现央企在建设工程中创造环境价值的社会责任感。

参考文献：

1、《实木拼接板》（LY/T 2488-2015）；

2、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ 162-2008）；

3、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130-2011）。

作者简介：

赵习斌（1969- ），男，贵州省沿河县人，高级工程师，从事项目管理及技术工作。

联系方式：手机 18785601555

电子邮箱：591810538@qq.com