傳統生土技術改良策略及應用——基于鄉村振興中建筑實踐的思考

12-25

2021

生土建筑在我國鄉村建設中歷史悠久,但由于耐久性不高等缺點,在當代逐漸被邊緣化。通過多年的探索,鄉村建設中應用的生土改良技術,不僅能夠滿足辦公、民宿及教室等多種建筑類型的功能需求,還具有地域特色濃厚、空間舒適度較高、節能環保等特點,對鄉村振興傳承地域特色、改善生態環境具有重要意義


一 傳統生土技術改良相關研究

生土建筑廣泛分布于世界各地,能較好地滿足當地生產、生活的需要。生土建筑常常就地取材、善于利用地形地貌,因此地域特色鮮明、鄉土美學濃郁且造價較低。但因不耐侵蝕、耗費人力等缺陷,逐漸淡出現代建筑的視野。

對傳統生土技術進行改良研究一直受到國內外相關學者的重視
①生土改性研究,即向生土中添加適當物料以改善其力學性能,
②生土產業化,包括生土砌塊、生土磚和土坯磚的生產工藝改進等,
③建造工藝的改進,生土材料的制作、構造的改進和建造工藝的優化等。
這些實踐有力地推動了生土建筑與地域文化的結合。

基于以上認識,筆者進行了較長時間的思考,經過一系列實際項目的檢驗后,有了一些值得總結的做法。

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▲ 傳統生土技術改良做法

二 鄉村振興中生土技術改良實踐

1 提高夯土墻耐風雨及動物破壞的能力 

(1)存在問題   風侵蝕、雨水沖刷和動物破壞是傳統夯土墻耐久性不高的主要原因。

(2)改良策略   
①改良石砌或磚砌基礎做法,以增強其防雨、防潮能力。基坑深度加大到500 mm以上,其底部使用三合土夯實并外加三七灰土防潮,基礎出地面500 mm以上;
②改良墻體覆頂的做法,以減少雨水侵蝕。覆頂寬度一般應超出墻體50 mm以上,其材料采用陶瓦或金屬板;
③使用現代夯實工具,增加墻體密實度,提高墻體抗風雨侵蝕能力;
④改進夯實方法及工藝,提高夯土墻的整體性,延長使用壽命;
⑤在墻體材料中增加30%石灰,提高墻體硬度,增加動物破壞的難度,減少夯土墻表面受損幾率。

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2 提高夯土墻抗裂性能

(1)存在問題   開裂是傳統夯土墻常見的破壞之一,其主要原因有:干濕變化不一致導致墻體伸縮;墻體材料不合理;墻體與樓屋面結合處受到應力集中的影響。

(2)改良策略   主要通過材料改善及工藝改良來提升夯土墻的抗裂性能。材料改善是指針對不同地區、不同土質,對夯土墻中粘土、石灰、骨料(卵石和沙子)的比例作適當調整。工藝改良包括7個方面:
①采用板狀交叉夯實法,解決貫穿裂縫問題;
②使用金屬模板和卡鉗增加夯土墻精度;
③使用壓縮氣泵夯打,提高夯土墻的密實度及均勻性,100 mm厚的松土夯實后可減少到約40 mm厚,每夯筑800 mm后架設上層夯土墻模板;
④對邊緣、角落和折角位置進行補強夯實,提高關鍵部位強度;
⑤在夯好的墻體結合部中線掏挖150 mm×150 mm的縱向咬合槽,增加結合部的一體性(或整體夯筑,不留接頭);
⑥墻角局部砌筑磚(或石)垛,提高穩固性;
⑦改良開窗方法,寬度小于600 mm的窗在夯土墻體砌筑完畢后開挖洞口,將100 mm寬的木框放入洞口內側,窗框與夯土墻體連接部分使用水泥砂漿找平,同時在木框四周靠近外墻一側使用水泥砂漿固定。寬度大于1 100 mm的窗在墻體夯筑時預埋木樁,窗戶上端使用預制水泥作為過梁。二層窗在墻體夯筑完成后開挖,夯筑墻體時在洞口預埋鋼筋水泥過梁,兩側預埋木樁或水泥預制樁,或在夯土墻體兩側對應位置開槽,待窗框嵌入墻后,使用水泥砂漿填滿縫隙,要求開窗與夯筑墻體間隔兩周左右。

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▲ 改良夯土墻抗裂性能的4種技術

▲ 左上:磚砌框架包裹

▲ 右上:現代金屬模板  

 左下:板狀夯筑

▲ 右下:夯土墻覆頂 



3 提高三合土的抗裂性能

(1)存在問題   傳統三合土使用粘土、紅糖、糯米、石灰等材料制成,需使用傳統夯錘工具長時間夯打,存在抗裂性能不足的問題:①在大面積應用中難以保證穩定的抗裂效果;②施工耗時長,材料比例控制復雜;③大部分配方均依賴工匠的經驗,較為隨意。

(2)改良策略   改良后的三合土由粘土、細沙、粗砂及石灰按 1∶2 ∶4 ∶3比例制成,使用現代夯筑工具夯打,以簡化其工藝流程,提高抗裂能力。具體工藝是:施工前篩掉大顆粒沙子,加水,待粘土變為糊狀后與其余材料混合,以約150 mm為一層分層夯實。待地面半干后,用現代工具夯打,每天夯打2遍,夏季連續夯打3~5天,冬季連續夯打7~10天,充分除去材料中的水分和空氣。

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▲ 改良三合土在庭院中的應用


4 提升生土墻面材料質感

(1)存在問題   傳統生土墻體的質感較粗糙,紋理較簡陋。內墻容易掉土、掉沙,不利于與現代功能結合,推廣受到一定限制。

(2)改良策略   ①以山體原生壤土與場地開挖土方為原料;
②以流動清水去除材料中的枝葉與腐殖質;
③使用電動攪拌機攪拌,用砂網過濾;
④針對不同土壤采取相應配比;
⑤在材料中添加12%~18%熟石灰(細面)或竹纖維(毛面),在半濕潤狀態下抹面,每2h人工噴水避免局部開裂。

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▲ 改良生土抹面樣本


5 改良生土建筑室內保溫性能

(1)存在問題   在體形系數相差不大時,傳統生土建筑的保溫性能主要與外墻厚度有關。現代建筑往往要求墻體、樓屋面等構件的厚度不宜過大,因此生土建筑的室內隔墻及屋頂部分的保溫性能不佳。另外室內余熱也難以循環利用。

(2)改良策略   一方面是采用輕質填充土作為墻體材料:為改善生土建筑的保溫、隔音性能,將植物、動物(毛發)纖維碎化后與粘土融合,制成填充材料。輕質填充土在制作過程中需將植物纖維和黃泥湯3∶1混合,攪拌達到手捏成團的標準,其密度約為400 kg/m3。
另一方面是采取新的節能構造:①節能屋頂。在屋面瓦下增加厚70 mm的空氣夾層,在望板上鋪設泡沫板,其上再以輕質填充土隔熱,泡沫板和輕質填充土厚度共50 mm,上部覆蓋瀝青瓦作屋面。夏季將空氣層打開,在日照作用下,內部空氣被加熱上升后排出,帶走熱量,同時從側窗補充冷空氣。冬季封閉空氣層,以泡沫板和填充土層保溫,改善保溫性能,同時將室內壁爐煙道和屋頂空氣層連接,壁爐余熱得以利用,提高熱能利用率。
②節能墻體。在外墻中部增加下側開口空氣層,內墻則使用輕質填充土配合夯土墻,利用空氣流動導熱節能。夏季南側墻體在陽光照射下,空氣受熱上升帶走墻面熱量,側窗充當通氣孔自動補充冷空氣。冬季關閉側窗,空氣層的冷空氣在重力作用下排出,以利于室內保溫。空氣墻與室內火炕煙道相連,冬季炊事時,墻體蓄熱并傳回室內。

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▲ 改良生土建筑室內保溫性能

▲ 上:節能屋頂

▲ 下:節能墻體 



6 改良生土建筑的室內隔音性能

(1)存在問題   傳統生土建筑施工精度較低,特別是其內部門窗等構件與墻體的結合部位,是其隔音性能不理想的主要原因。

(2)改良策略   將竹片與生土結合,把有機物與粘土搭配,分別用于隔墻和屋面,以改善上述性能。自制多種模數化竹片泥墻板,以榫卯及金屬件連接拼合,較好地滿足了多種類型的內部隔斷、裝飾墻面等需求,空隙處使用攪拌好的輕質填充土填充,改善隔音效果。竹片泥墻板的制作工藝是:首先將竹纖維過篩,將20~30 mm長的纖維篩出與含砂泥土和石灰混合攪拌,再用細釘將加工好的竹片與木制龍骨固定形成竹片井,其中木龍骨厚50 mm、竹片寬20 mm,間隔10 mm。竹片泥墻的面層易于平整、施工快速且具備一定防火能力,相比傳統木片泥墻,將纖維填入竹片網格的凹空間中,還可以提高抗脫落及抗裂性能。竹片泥墻有利于地方經濟發展,具有一定的產業化潛能和應用前景。以安吉為例,當地竹林面積達180萬畝以上,每根直徑10 cm的竹子可以制作3 ㎡的竹片,竹片泥墻所需竹纖維可從竹加工廠廢料中取得,減少了廢料處理成本。

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▲ 改良的竹片泥墻技術


7 降低生土建筑建造成本

(1)存在問題   傳統生土建筑的建造需耗費大量人力,特別是夯筑、取土等施工環節,人力耗費最多,導致造價較高,這也是影響生土建筑推廣的主要原因之一。

(2)改良策略   ①使用氣動夯錘及鐵電錘代替手動夯錘,夯筑時夯錘質量不大于55 kg,夯擊壓強小于1.5 MPa,用工人數從傳統的10~15人降低為2~3人,勞動強度顯著降低,墻體密實度明顯提高;②就地取土、取沙,土方主要從場地平整、地下室開挖中獲取,在地取材、原地建造,節約了大量人力。

三 結論與思考

改良生土技術較好地傳承了鄉村地域特色,與鄉村的氣候、地理及社會條件相結合,有利于在鄉村振興建設中“留住鄉愁”,融入既有風貌,避免“千村一面”;改良生土技術適用于鄉村振興中的民宅、公共建筑、民宿等多種類型,在沙土取得、材料回收利用、保溫隔熱及節能等方面均有利于鄉村環境保護;改良生土技術具有低技術、低成本、便于建造及易維護等特征,適宜于鄉村建造條件,而且能較快地為當地農民所掌握,有利于建造過程中鄰里互助,促進鄉村的產業振興。雖然生土墻較厚,但鄉村土地相對寬裕,能被普遍接受。


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