【中国铝业网】内容提要：铝合金模板（脚手架）作为现代绿色建筑施工机械器具与材料被认为是未来绿色建筑的发展方向。本文简略介绍了现代建筑用模板（脚手架）的发展概况，对比了传统模板与新一代绿色建筑铝合金模板的优缺点，并对绿色建筑铝合金模板型材的特点及技术要求进行了讨论，指出绿色建筑铝合金模板型材的产业化批量生产具有重大意义。
关键词：绿色建筑铝合金模板铝合金模板型材特点与技术难度产业化批量生产
1.前言
建筑业一直是许多国家的第一支柱产业，对国民经济的发展，人能生活水平的提高，以及社会文明程度的进步起着特别重要的作用。长期以来，建筑材料及建筑施工机械器具与材料，除了水泥、沙石砖块等基础材料外，主要是木材、塑料和钢材等，近年来，“绿色建筑”的概念的提出，各国政府、学术界和产业界在寻找与研发“绿色建筑”用施工机械器具与材料及绿色建筑装饰材料与结构材料方面进行了大量有效的工作，并取得了突破性进展。具有一系列优异特性的轻量化铝材作为理想的“绿色建筑”材料越来越受到建筑业的青睐，大有以铝代木、以铝代塑、以铝代钢的趋势。铝合金建筑门窗、幕墙、围栏等装饰材料早已广泛使用已是不争的事实，铝合金模板和脚手架作为绿色建筑施工机械器具与材料以及铝合金结构材料作为绿色建筑结构材料替代木材和钢材在近几十年也取得了重大发展，并被认为是未来绿色建筑的发展方向。
2.绿色建筑铝合金模板发展概况
绿色建筑铝合金模板系统最早诞生于美国，是新一代的绿色模板技术。铝合金模板系统主要由模板系统、支撑系统、紧固系统、附件系统等构成，可广泛应用于钢筋混凝土建筑结构的各个领域。铝合金模板系统具有重量轻、拆装方便、刚度高、板面大、拼缝少、稳定性好、精度高、浇注的混凝土平整光洁、使用寿命长、周转次数多、经济性好、回收率高、施工进度快、施工效率高、施工现场安全、整洁、施工形象好、对机械依赖度低、应用范围广等特点。
经过几十年的发展和改进，绿色建筑铝合金模板系统技术已经基本成熟，应用也更加广泛。至今，美国、加拿大、日本、韩国、迪拜、墨西哥、马来西亚、新加坡、巴西、印度等几十个国家已经普遍在建筑施工中采用。近几十年来，我国的沿海省市以及港澳台地区也逐渐开始推广使用铝合金模板系统，并取得了可观的经济效益和社会效益。
20世纪70年代初，我国建筑结构以砖混结构为主，建筑施工所用的模板以木模板为主，20世纪80年代以来，在“以钢代木”方针的推动下，各种新结构体系不断出现，钢筋混凝土结构迅速增加，钢模板在建筑施工中开始盛行，20世纪90年代以来，我国建筑结构体系又有了很大的发展，伴随着大规模的基础设施建设，高速公路、铁路、城市轨道交通以及高层建筑、超高层建筑和大型公共建筑的建设，对模板、脚手架施工技术提出了新的要求。我国以组合式钢模板为主的格局已经打破，逐渐转变为多种模板并存的格局，新型模板发展的速度很快。
木模板：用木材加工成的模板，常见的是杨木模板和松木模板。优点是重量相对较轻，价格相对便宜，使用时没有模数的局限，可以按要求进行加工。缺点是使用的次数较少，在加工过程中有一定损耗，对资源的破坏大。
钢模板：用钢板压制成的模板。优点是强度大，周转次数多。缺点是重量重，使用不方便，易腐蚀，并且成本极高。
塑料模板：利用PE废旧塑料和粉煤灰、碳酸钙、及其它填充物挤出工艺生产的建筑模板。优点是表面光洁、不吸湿、不霉变、耐酸碱、不易开裂，成本相对钢板要便宜很多。缺点是强度和刚度都太小，其热膨胀系数较大，不能回收，污染环境。
铝合金模板系统：利用铝板材或型材制作而成的新一代建筑模板，因重量轻、周转次数多、承载能力高、应用范围广、施工方便、回收价值高等特点，适用于钢筋混凝土建筑结构的各个领域。
目前广泛使用的木（竹）胶合板模板、钢模板等模板体系存在技术含量偏低、施工效率低、浪费人工、污染严重等问题，与和谐型社会提倡的绿色建造、节能减排相去甚远。模板行业迫切期待使用效率高、综合成本低的模板体系出现。作为新一代绿色模板技术，铝合金模板系统必将引领模板行业的发展方向和未来。
3.绿色建筑铝合金模板型材的特点及技术要求
绿色建筑铝合金模板（及脚手架）主要用挤压法生产的型材（部分管材和棒材）制造，绿色建筑铝合金模板型材的主要特点及技术要求如下：
（1）品种多，规格范围广，形状复杂，外廓尺寸和断面积大，壁厚相差悬殊，大部分为特殊的异形空心型材，也有宽厚比大的大型扁宽薄壁实心型材，舌比大的半空心型材以及要求特殊的管材和棒材，难度系数很大，技术含量很高，批量生产十分困难。表1为部分绿色建筑模板挤压产品的信息情况。
（2）采用整体组合结构，形状各异的中小型材拼组成一个大型整体结构型材，有的宽度大于600mm，宽厚比100，舌比5，需要采用7000吨以上大挤压机，设计制造特殊结构的模具才能成形，见图1、图2和表2表3。
（3）要求良好的综合性能，既有一定的强度（b300MPa），又保证良好的可焊性、耐磨性和耐蚀性及冷冲性的良好匹配，因此，需优化合金成分，优化挤压和热处理工艺，改善和提高组织与性能才能满足要求。对合金成分、铸锭质量，模具设计与制作技术，挤压工艺和热处理工艺等提出了严格的要求，技术难度很大，需要做大量的研究和试验工作。
（4）模板需要多次重复使用，要求尺寸精度和形位公差十分严格才能做到方便装卸，因此，要求型材的精度控制在超高精度级以上，这对模具质量、挤压与精密淬火工艺提出了很高要求。
（5）要求产业化大批量生产，因此对设备、铸锭质量、模具技术、挤压和热处理工艺提出了更高的要求，特别是对模具的使用寿命提出了高要求，要求较一般模具的寿命提高2-3倍。
4.绿色建筑铝合金模板型材产业化批量生产的重大意义
（1）绿色建筑铝合金模板型材是现代化绿色建筑施工机械的重要组件和理想的轻量化材料，形成产业化批量生产对加速我国工业化、城市化进程，提升绿色建筑施工机械的现代化、轻量化水平和绿色循环经济水平都具有重大意义。同时对加速产品结构转型，扩大铝合金挤压材的应用领域也有促进作用。
（2）以铝代木、以铝代塑、以铝代钢对建筑模板材料的更新换代和对建筑施工机械现代化提升具有革命性意义，与其它材料比较铝合金模板的优异特点见表4、表5、表6。
表4：绿色建筑铝合金模板与传统木模板综合性能比较
绿 色 建 筑 铝 模 板 | 传 统 木 模 板 | |
模板规格 | 系列化、规模化、非标规格较少 | 模板规格变化较多、无序 |
载荷性能 | 最大负载60KN/m2, 受力均匀 | 最大负载30KN/m2, 受力不均匀 |
模板用量 | 极少量（节能，环保） | 用量很大（需砍伐大量森林） |
施工垃圾 | 没有材料本身的垃圾 | 大量废弃模板、下脚本料和铁钉 |
施工现场 | 可以码放整洁，便于运输、堆放和使用 | 杂乱，难于码放整洁，不便于运输、堆放和使用 |
材料损失 | 几乎没有，可回收95% | 大量废料不能回收 |
周转次数 | 通常250-300次（最多达3000次） | 通常5-10次（最多达50-60次） |
劳务资源 | 劳务资源充足，仅需要装配熟练工人 | 劳务资源困难，需要有专业技能木工 |
工程质量 | 按图搭接拼接，质量保证 | 按图量体裁衣，与手工工艺水平有关 |
表5 绿色建筑铝合金模板与木模板和钢模板技术经济指标对比表
项 目 | 建筑铝模板 | 木模板 | 组合钢模板 | 全钢大模板 |
面板材料及其厚度/mm | 3-4厚铝板 | 15厚胶合板 | 2.3-2.5厚钢板 | 5-6厚钢板 |
模板厚度/mm | 54/65 | 15/18 | 55 | 85/86 |
面板质量/ kg/m2 | 18.5-20 | 10.5 | 35-40 | 85-95 |
最大承载力/ kN/mm2 | 60 | 30 | 30 | 60 |
销售价/元/m2（2012年价） | 700/1000 | 50 | 280 | 700 |
周转次数/次（平均） | 300 | 8 | 100 | 600 |
摊销费/元/次/m2（2012年价） | <2.5/3.3 | >6.25 | <2.80 | <1.14 |
施工难度 | 易 | 易 | 较难 | 较难 |
维护费用 | 低 | 较低 | 高 | 高 |
施工效率 | 高 | 低 | 低 | 低 |
应用范围 | 全部结构件 | 仅墙柱梁板 | 仅墙柱梁板 | 仅墙柱梁板 |
混凝土表面质量 | 易达到 | 工艺要求高 | 不易达到 | 可以达到 |
回收价值 | 高 | 低 | 低 | 低 |
对吊装机械的依赖 | 不依赖 | 部分依赖 | 部分依赖 | 强依赖 |
铝合金模板与大钢模板相比具有以下优异特性：大钢模板重，完全依赖塔吊机械安装，施工成本高，主要适用于大型建筑的墙体，并且只适用于先墙柱后梁板的两次支模—浇筑—拆模的施工作业法。在整个浇筑时，只能用于外墙模板。而建筑铝模板重量轻，每平方米仅20kg，可以人工搬运装拆，无需大型重型机械设备协助，既可以用于整体浇筑，也可以用于二次浇筑，适用范围较广。适用环境方面，钢模板由于怕酸、怕水、怕潮湿，易腐銹，故不能在一些特殊环境施工；而建筑铝模板耐酸、耐腐蚀，能适用更多的施工环境。由于钢材与混凝土的热膨胀系数相近，模板和新浇的混凝土容易牢固粘合，不易脱模；而铝模板表面有氧化膜保护，不易与混凝土粘结，脱模比较容易，而且墙面光洁平整
按表5分析对比，铝合金模板虽然是一次性投资较高，但每次分摊费用比其它类型的模板低，因铝合金模板的残值高。表5中，铝模板摊销费较钢模板高，是因为摊销费中尚未计算维修费、运输费、塔吊费和清洁费等。
表6是建筑铝模板用于高层和超高层混凝土结构工程的成本分析。
表6 30层塔楼模板费用分析表（2012年价）
模板体系 类别 | 建 筑 铝 模 板 | 传 统 木 模 板 | |
施工面积 | 建筑面积100m2，展开面积（按结构情况定为）2700m2 | ||
材料价格（按展开 面积） | 1400-1500元/m2（包括1m2模板和3m2支撑） | 25-35元/m2（木模+木方+支撑+铁钉）（包括1m2模板和1m2支撑） | |
使用次数 | 300次以上 | 4-5次 | |
是否支持早拆模板 与支撑用量 | 必含早拆模板支撑技术1层模板、3层支撑 | 一般不含早拆模板支撑技术3层模板、3层支撑 | |
材料规格 | 3.2mm铝板面，模板厚65mm支撑：高强度Q345钢管 | 15mm厚覆膜胶合板：Q235钢管扣件脚手架 | |
材料费（2012年） | 1500元/m2′2700 m2?10（模板可用300次，只用了30次）=405000元 | 35元/m2′6套（5次/套） ′2700 m2=567000元 | |
回收值 | 最少30%（模板实际单价为1050元/m2） 实际材料费用下降到283500元 | 0%（废弃模板加付清洁费） | |
运输费 | 建筑铝模板的比重是木模板的3倍，其体积是传统木模板的1/3，模板厚度是木模板的1/2，因此同样面积模板、同等运输路程和运输条件，建筑铝模板的运输费是传统木模板的1/6。 | ||
塔吊费 | 基本上不需要塔吊，由楼板预留小洞口人工随层传送。 | 需要塔吊提升大量方木和拼装后的大模板。 | |
装饰费 | 混凝土表面平整光洁，门窗洞口、阳台飘板楼梯、墙柱梁面和节点成型规矩，修补量极少，大大节省工程装饰费用。大大提高墙面质量。 | 混凝土表面修补量越来越大。墙面质量不高，需要大量人工补修。 | |
（3）铝合金模板产业化批量生产的关键是提高模具使用寿命和优化生产工艺，因此，对提高铝合金挤压模具的设计制造水平，对促进铝合金挤压、热处理技术的发展具有重要意义。
5.小结
5.1铝合金是一种理想的绿色建筑材料，对于建筑施工机械器具及材料的绿色化和现代化具有革命性的意义，因而对促进我国城市化、工业化的进程以及对国民经济的高速持续发展都具有重大意义。
5.2绿色建筑铝合金模板型材品种多，规格范围广，形状复杂，技术要求严格，难度系数大，技术含量高。因此，要求优化铝合金的化学成分、设计与制造优质的特殊模具，优化挤压与热处理工艺才能保证成形与符合技术条件的要求。
5.3为了适应现代化绿色建筑业及城市化的发展，要求绿色建筑铝合金模板产业化大批量生产，因而，对铝合金挤压生产的科学管理和技术创新提出了更高的要求，从而也会促进我国铝合金挤压工业和技术的高速发展。
参考文献：
1.刘静安，谢建新，大型铝合金型材挤压技术与工模具优化设计[M]，北京：冶金工业出版社，2003.6
2.刘静安，谢水生，铝合金材料应用与开发[M]，北京：冶金工业出版社，2011.5
3.董春明，铝构建未来—铝在绿色建筑中的优势，中国铝加工与铝市场通报，2012N02P12
4.仇明华，我国建筑铝模板产业的崛起对绿色施工的推动作用，中国铝加工与绿色市场通报，2012.N02P12
5.宋禹田，绿色建筑施工拉动铝合金模板消费[J]，北京：中国铝业，2013N05P22
联系客服
