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    传统生土技术改良策略及应用——基于乡村振兴中建筑实践的思考

    12-25

    2021

    生土建筑在我国乡村建设中历史悠久,但由于耐久性不高等缺点,在当代逐渐被边缘化。通过多年的探索,乡村建设中应用的生土改良技术,不仅能够满足办公、民宿及教室等多种建筑类型的功能需求,还具有地域特色浓厚、空间舒适度较高、节能环保等特点,对乡村振兴传承地域特色、改善生态环境具有重要意义


    一 传统生土技术改良相关研究

    生土建筑广泛分布于世界各地,能较好地满足当地生产、生活的需要。生土建筑常常就地取材、善于利用地形地貌,因此地域特色鲜明、乡土美学浓郁且造价较低。但因不耐侵蚀、耗费人力等缺陷,逐渐淡出现代建筑的视野。

    对传统生土技术进行改良研究一直受到国内外相关学者的重视
    ①生土改性研究,即向生土中添加适当物料以改善其力学性能,
    ②生土产业化,包括生土砌块、生土砖和土坯砖的生产工艺改进等,
    ③建造工艺的改进,生土材料的制作、构造的改进和建造工艺的优化等。
    这些实践有力地推动了生土建筑与地域文化的结合。

    基于以上认识,笔者进行了较长时间的思考,经过一系列实际项目的检验后,有了一些值得总结的做法。

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    ▲ 传统生土技术改良做法

    二 乡村振兴中生土技术改良实践

    1 提高夯土墙耐风雨及动物破坏的能力 

    (1)存在问题   风侵蚀、雨水冲刷和动物破坏是传统夯土墙耐久性不高的主要原因。

    (2)改良策略   
    ①改良石砌或砖砌基础做法,以增强其防雨、防潮能力。基坑深度加大到500 mm以上,其底部使用三合土夯实并外加三七灰土防潮,基础出地面500 mm以上;
    ②改良墙体覆顶的做法,以减少雨水侵蚀。覆顶宽度一般应超出墙体50 mm以上,其材料采用陶瓦或金属板;
    ③使用现代夯实工具,增加墙体密实度,提高墙体抗风雨侵蚀能力;
    ④改进夯实方法及工艺,提高夯土墙的整体性,延长使用寿命;
    ⑤在墙体材料中增加30%石灰,提高墙体硬度,增加动物破坏的难度,减少夯土墙表面受损几率。

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    2 提高夯土墙抗裂性能

    (1)存在问题   开裂是传统夯土墙常见的破坏之一,其主要原因有:干湿变化不一致导致墙体伸缩;墙体材料不合理;墙体与楼屋面结合处受到应力集中的影响。

    (2)改良策略   主要通过材料改善及工艺改良来提升夯土墙的抗裂性能。材料改善是指针对不同地区、不同土质,对夯土墙中粘土、石灰、骨料(卵石和沙子)的比例作适当调整。工艺改良包括7个方面:
    ①采用板状交叉夯实法,解决贯穿裂缝问题;
    ②使用金属模板和卡钳增加夯土墙精度;
    ③使用压缩气泵夯打,提高夯土墙的密实度及均匀性,100 mm厚的松土夯实后可减少到约40 mm厚,每夯筑800 mm后架设上层夯土墙模板;
    ④对边缘、角落和折角位置进行补强夯实,提高关键部位强度;
    ⑤在夯好的墙体结合部中线掏挖150 mm×150 mm的纵向咬合槽,增加结合部的一体性(或整体夯筑,不留接头);
    ⑥墙角局部砌筑砖(或石)垛,提高稳固性;
    ⑦改良开窗方法,宽度小于600 mm的窗在夯土墙体砌筑完毕后开挖洞口,将100 mm宽的木框放入洞口内侧,窗框与夯土墙体连接部分使用水泥砂浆找平,同时在木框四周靠近外墙一侧使用水泥砂浆固定。宽度大于1 100 mm的窗在墙体夯筑时预埋木桩,窗户上端使用预制水泥作为过梁。二层窗在墙体夯筑完成后开挖,夯筑墙体时在洞口预埋钢筋水泥过梁,两侧预埋木桩或水泥预制桩,或在夯土墙体两侧对应位置开槽,待窗框嵌入墙后,使用水泥砂浆填满缝隙,要求开窗与夯筑墙体间隔两周左右。

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    ▲ 改良夯土墙抗裂性能的4种技术

    ▲ 左上:砖砌框架包裹

    ▲ 右上:现代金属模板  

     左下:板状夯筑

    ▲ 右下:夯土墙覆顶 



    3 提高三合土的抗裂性能

    (1)存在问题   传统三合土使用粘土、红糖、糯米、石灰等材料制成,需使用传统夯锤工具长时间夯打,存在抗裂性能不足的问题:①在大面积应用中难以保证稳定的抗裂效果;②施工耗时长,材料比例控制复杂;③大部分配方均依赖工匠的经验,较为随意。

    (2)改良策略   改良后的三合土由粘土、细沙、粗砂及石灰按 1∶2 ∶4 ∶3比例制成,使用现代夯筑工具夯打,以简化其工艺流程,提高抗裂能力。具体工艺是:施工前筛掉大颗粒沙子,加水,待粘土变为糊状后与其余材料混合,以约150 mm为一层分层夯实。待地面半干后,用现代工具夯打,每天夯打2遍,夏季连续夯打3~5天,冬季连续夯打7~10天,充分除去材料中的水分和空气。

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    ▲ 改良三合土在庭院中的应用


    4 提升生土墙面材料质感

    (1)存在问题   传统生土墙体的质感较粗糙,纹理较简陋。内墙容易掉土、掉沙,不利于与现代功能结合,推广受到一定限制。

    (2)改良策略   ①以山体原生壤土与场地开挖土方为原料;
    ②以流动清水去除材料中的枝叶与腐殖质;
    ③使用电动搅拌机搅拌,用砂网过滤;
    ④针对不同土壤采取相应配比;
    ⑤在材料中添加12%~18%熟石灰(细面)或竹纤维(毛面),在半湿润状态下抹面,每2h人工喷水避免局部开裂。

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    ▲ 改良生土抹面样本


    5 改良生土建筑室内保温性能

    (1)存在问题   在体形系数相差不大时,传统生土建筑的保温性能主要与外墙厚度有关。现代建筑往往要求墙体、楼屋面等构件的厚度不宜过大,因此生土建筑的室内隔墙及屋顶部分的保温性能不佳。另外室内余热也难以循环利用。

    (2)改良策略   一方面是采用轻质填充土作为墙体材料:为改善生土建筑的保温、隔音性能,将植物、动物(毛发)纤维碎化后与粘土融合,制成填充材料。轻质填充土在制作过程中需将植物纤维和黄泥汤3∶1混合,搅拌达到手捏成团的标准,其密度约为400 kg/m3。
    另一方面是采取新的节能构造:①节能屋顶。在屋面瓦下增加厚70 mm的空气夹层,在望板上铺设泡沫板,其上再以轻质填充土隔热,泡沫板和轻质填充土厚度共50 mm,上部覆盖沥青瓦作屋面。夏季将空气层打开,在日照作用下,内部空气被加热上升后排出,带走热量,同时从侧窗补充冷空气。冬季封闭空气层,以泡沫板和填充土层保温,改善保温性能,同时将室内壁炉烟道和屋顶空气层连接,壁炉余热得以利用,提高热能利用率。
    ②节能墙体。在外墙中部增加下侧开口空气层,内墙则使用轻质填充土配合夯土墙,利用空气流动导热节能。夏季南侧墙体在阳光照射下,空气受热上升带走墙面热量,侧窗充当通气孔自动补充冷空气。冬季关闭侧窗,空气层的冷空气在重力作用下排出,以利于室内保温。空气墙与室内火炕烟道相连,冬季炊事时,墙体蓄热并传回室内。

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    ▲ 改良生土建筑室内保温性能

    ▲ 上:节能屋顶

    ▲ 下:节能墙体 



    6 改良生土建筑的室内隔音性能

    (1)存在问题   传统生土建筑施工精度较低,特别是其内部门窗等构件与墙体的结合部位,是其隔音性能不理想的主要原因。

    (2)改良策略   将竹片与生土结合,把有机物与粘土搭配,分别用于隔墙和屋面,以改善上述性能。自制多种模数化竹片泥墙板,以榫卯及金属件连接拼合,较好地满足了多种类型的内部隔断、装饰墙面等需求,空隙处使用搅拌好的轻质填充土填充,改善隔音效果。竹片泥墙板的制作工艺是:首先将竹纤维过筛,将20~30 mm长的纤维筛出与含砂泥土和石灰混合搅拌,再用细钉将加工好的竹片与木制龙骨固定形成竹片井,其中木龙骨厚50 mm、竹片宽20 mm,间隔10 mm。竹片泥墙的面层易于平整、施工快速且具备一定防火能力,相比传统木片泥墙,将纤维填入竹片网格的凹空间中,还可以提高抗脱落及抗裂性能。竹片泥墙有利于地方经济发展,具有一定的产业化潜能和应用前景。以安吉为例,当地竹林面积达180万亩以上,每根直径10 cm的竹子可以制作3 ㎡的竹片,竹片泥墙所需竹纤维可从竹加工厂废料中取得,减少了废料处理成本。

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    ▲ 改良的竹片泥墙技术


    7 降低生土建筑建造成本

    (1)存在问题   传统生土建筑的建造需耗费大量人力,特别是夯筑、取土等施工环节,人力耗费最多,导致造价较高,这也是影响生土建筑推广的主要原因之一。

    (2)改良策略   ①使用气动夯锤及铁电锤代替手动夯锤,夯筑时夯锤质量不大于55 kg,夯击压强小于1.5 MPa,用工人数从传统的10~15人降低为2~3人,劳动强度显著降低,墙体密实度明显提高;②就地取土、取沙,土方主要从场地平整、地下室开挖中获取,在地取材、原地建造,节约了大量人力。

    三 结论与思考

    改良生土技术较好地传承了乡村地域特色,与乡村的气候、地理及社会条件相结合,有利于在乡村振兴建设中“留住乡愁”,融入既有风貌,避免“千村一面”;改良生土技术适用于乡村振兴中的民宅、公共建筑、民宿等多种类型,在沙土取得、材料回收利用、保温隔热及节能等方面均有利于乡村环境保护;改良生土技术具有低技术、低成本、便于建造及易维护等特征,适宜于乡村建造条件,而且能较快地为当地农民所掌握,有利于建造过程中邻里互助,促进乡村的产业振兴。虽然生土墙较厚,但乡村土地相对宽裕,能被普遍接受。