清水混凝土施工技術探討

申臣良1,楊玉啟2,高文霞2
(1.北京榆樹莊構件廠攪拌站,北京,100070;2.北京大興市政建設工程公司混凝土攪拌站,北京,102600)
[摘要]傳統建筑物外露混凝土外飾面常常在建筑物外墻施工完畢后加以裝飾,所以對
混凝土表面觀感質量不作為主要指標進行控制,隨著時代的發展,業主和建筑師對建筑物外觀
有返璞歸真的要求:建筑物外飾面為混凝土本色。這就增加了對混凝土外飾面施工質量控制
的要求,本文主要探討影響清水混凝土外觀的因素。
[關鍵詞]清水混凝土配合比模板脫模劑養護
0前言
清水混凝土是指結構混凝土在拆模后,直接作為建筑物外飾面,硬化后不再對其表面進行任何裝修,視覺效果為混凝土本色。清水混凝土因其凝重典雅的質感、獨特的裝飾效果,被世界上越來越多的建筑師所采用。悉尼歌劇院、日本國家大劇院、巴黎史前博物館等世界知名建筑都采用了這種裝飾藝術。由于其對混凝土材料和施工技術要求高,在國內,清水混凝土多用于市政工程、交通工程、水利工程、航空工程等,在民用建筑工程中很少采用。清水混凝土作為裝飾面,對美觀、色差、表面氣泡等方面都有很高的要求。因此,在混凝土的配制、生產、施工、養護以及防護等方面都要采取相應的措施,本文結合筆者曾經參與的清水混凝土工程,對相關的問題進行探討。
1配合比
混凝土的性能取決于所選用的原材料和配合比,用作清水混凝土時,混凝土拌和物應具有良好的和易性,不離析、不泌水;混凝土硬化后,應具有光滑的表面,顏色應均勻一致。
1.1 泌水
混凝土由多種原材料拌和而成,當采用優質原材料,精心設計的配合比,經過嚴格的生產控制,應該得到優質的混凝土材料。這種傳統的并且經過多年實踐檢驗的觀念在當前受到了挑戰。這就是新拌混凝土的泌水現象時有發生,混凝土的質量出現了問題。
混凝土拌和時所加入的水有兩種作用:一是保證水泥水化過程的進行;二是使新拌水泥漿或混凝土混合物具有足夠的流動性,以便于澆筑成型。在目前施工條件下,滿足后者要求的需水量,常大于前者所需的最低需水量。這種多余的水份在混凝土輸送、澆注、振搗過程中以及在凝固以前的靜置期中,都容易產生不同組分的分離,常表現為水的分離—-在其內部或向外滲出的現象,稱為泌水。在多數施工條件下,要求泌水減至最小。而商品混凝土由于原材料的多樣性、生產控制及施工控制的波動,新拌混凝土泌水現象時有發生。任何一個環節的失控都有可能導致新拌混凝土泌水,嚴重時出現泌水量大、泌水速度快、泌水持續時間長等現象。低強度等級(高水膠比)的混凝土比高強度等級(低水膠比)的混凝土容易出現泌水現象,混凝土施工質量難以滿足清水混凝土對外觀的要求。
1.1.1 水泥的影響
水泥新標準的實施對水泥強度及細度提出了新要求,為生產符合新標準的水泥,水泥廠采取了改變礦物組成、增大比表面積等措施提高水泥早期強度及最終強度。提高早期強度的措施之一是提高水泥礦物中的C3A含量,以利于加速水泥水化,但C3A的水化作用進程又取決于石膏的品質及摻量,這又直接影響外加劑與水泥的適應性。因而石膏品質及摻量的變化不利于穩定外加劑與水泥的適應性。比表面積大有利于加速水泥的水化過程,提高水泥強度,但水泥比表面積增大的同時標準稠度用水量會增加。同時,水泥的保水性又取決于水泥的顆粒分布。水泥廠目前的技術水平能夠通過試驗確定良好的水泥顆粒級配,但是,生產上為了達到良好的顆粒級配常常會影響水泥產量,同時國家標準對水泥顆粒級配指標沒有強制性要求,很多水泥廠家不愿意在這方面投入。這樣水泥的波動影響泌水在所難免。
1.1.2 礦物摻合料
礦物摻合料為混凝土一種組分,在選擇礦物摻合料時,考慮摻合料活性的同時,應考慮在混凝土中對水泥空間進行良好的填充,所以在做清水混凝土時,礦粉宜優先選用S95級及以上級別;粉煤灰應選用Ⅰ級粉煤灰。以使混凝土中的粉料也有很好的級配。
1.1.3 外加劑
水泥質量的波動導致新拌混凝土性能發生變化,為了改善混凝土工作性能,外加劑應及時適應這一改變;另一方面,外加劑質量的波動也不容忽略。如果外加劑和水泥適應性不好,這時的混凝土就會出現泌水、坍落度損失大、凝結時間變化等現象。傳統的調整外加劑以適應水泥這一觀念將繼續指導外加劑公司的工作。
采用單一品種減水劑的外加劑往往不能很好地解決水泥波動帶來的泌水,需要從不同減水類型的外加劑著手,進行兩種或多種減水組分的復合。同時,不同的控制混凝土坍落度的化學組分對混凝土泌水的影響也是不同的,這就要求外加劑供應廠經常取不同廠家水泥來檢測是否需要改變控制混凝土坍落度的化學組分。加入適量優質引氣劑可以緩解混凝土泌水現象的發生,判斷優質引氣劑,應主要采用孔間距系數來確定。另外,由于混凝土外觀的要求,不宜采用增稠組分來解決混凝土泌水問題。攪拌站在使用外加劑時,摻量一定要根據試驗確定,摻量不足會導致減水率不夠,從而導致水灰比超過試配水灰比,使混凝土強度降低,同時不能很好地控制坍落度經時損失。外加劑摻量過高危害更大,會造成單方用水量敏感,混凝土易發生離析,各種原材料不能很好相融,同時混凝土不能正常凝結,導致工期延誤。
1.1.4 砂細度模數變化、摻合料質量變化等
在清水混凝土施工過程中發現,砂細度模數發生變化(或級配不好)、含泥量發生較大變化時,應及時調整砂率和外加劑摻量,否則,有可能產生混凝土泌水,影響裝飾效果;當摻合料質量有較大變化,以致混凝土需水量變化時,應及時調整生產配合比,否則,為了保證混凝土的坍落度,生產人員常常會調整混凝土的用水量或外加劑的摻量,這種做法將增加混凝土泌水的趨勢。減少或杜絕混凝土泌水為清水混凝土施工邁出了第一步。
1.2 顏色一致性
清水混凝土不僅要求拌和物不泌水,同時要求拆模后顏色均勻一致,從大量的生產實踐中發現,為了保證顏色均勻一致,應盡量采用相同的原材料和配合比。
1.2.1 水膠比
大量工程實踐證明,不同膠凝材料用量的混凝土或不同水膠比的混凝土,硬化后的外觀顏色是不一樣的,膠凝材料用量少的混凝土除了容易出現泌水外,其包裹骨料的粉料量也不是很足,所以做清水混凝土工程,膠材量不宜低于350kg/m3,單方混凝土用水量不超過160kg/m3,當膠材量達到500kg/m3 以上時,要采取防止混凝土粘稠不易施工的措施。
比如摻加一定細度的礦粉、硅灰。對于單項工程,在同一個視覺面,其膠材量和用水量宜保持一致,各膠材組分也不宜有較大的變化,以減少配合比的變化對外觀的影響。不應因強度等級不同而采取不同的水膠比。
1.2.2 骨料
除了不同的水膠比會導致硬化后混凝土顏色變化外,骨料對外觀影響也不可忽視,使用河卵石破碎后的骨料和山石破碎后的骨料,其硬化后的混凝土外觀顏色是不一樣的,同一種骨料,由于級配差異很大,也可能導致混凝土外觀顏色有較大的差異。所以對于在同一個視覺面的混凝土工程,應采用相同類型的骨料,以減少骨料的變化對混凝土外觀的影響。
1.3 表面氣孔的形成
眾所周知,混凝土在拌合過程中會引入大量空氣,同時外加劑也會引入一定量的氣體,這就是普通混凝土含氣的主要原因;炷翝沧⒑,經振搗成型,可以排出大量氣體。在氣體排出過程中,氣泡在遇到模板表面時,混凝土表面會滯留一定量的氣泡,混凝土硬化脫模后表現為結構表面出現一定數量的氣泡。這是由于混凝土在振動液化時表現為高流態液體,而模板為固體,氣體在上浮過程中,在不同相的物質表面會產生一定的阻力所致。采用不同材質的模板,或使用不同類型的脫模劑,混凝土表面氣泡的大小和分布狀況會表現出很大的差異。
1.4 配合比現場調整
商品混凝土在運輸過程中,會發生坍落度損失,到達施工現場時,有時會難以滿足澆筑施工要求,這就要求對混凝土拌和物進行調整。
很多攪拌站常常使用剛從砂石生產廠運輸過來的砂石,在一些時期,砂石廠家邊生產,邊出廠,導致砂石含水率變化很大,運輸到攪拌站與攪拌站庫存砂石相混合,導致砂石含水率不穩定,很難控制混凝土在出站時坍落度穩定。當混凝土出站時坍落度較小,導致到達施工現場時,混凝土坍落度不能滿足施工要求時,經攪拌站技術人員確認,宜優先考慮用水調整,綜合考慮加水情況,但不應超過配合比理論用水量。
當攪拌罐車在施工現場等待時間較長時,在不超過配合比用水量的前提下,可以使用水和外劑
同時進行調整,但外加劑不應超過外加劑廠家推薦摻量的高限,以確;炷聊Y時間不產生較大差異。
2 混凝土模板工程
要獲得令人滿意的清水混凝土效果,攪拌站對混凝土生產應進行嚴格的控制。同時,結構模板對混凝土拆模后外觀的影響也是不容忽視的。為了實現表面光滑無氣泡,施工單位應考慮模板材質問題。采用不同材質的模板,或使用不同類型的脫模劑,混凝土表面氣泡的大小和分布狀況會表現出很大的差異。
2.1 模板選材
為了搞清楚不同材質的模板對混凝土硬化拆模后表面觀感的影響,我們選擇了不同模板進行同條件下的對比試驗。試驗采用相同的脫模劑———乳化石蠟脫模劑。
試驗選取木模板、鋼模板、酚醛覆模板、聚氯乙烯內襯模板等進行試驗,在相同施工條件下混凝土硬化后外觀效果為:鋼模板>酚醛覆模板>聚氯乙烯內襯模板>木模板。以上模板均為新制模板,未曾使用過。鋼模板容易加工成型,滿足施工圖紙對結構尺寸的要求,其余材質模板接縫處容易銜接不好。
使用鋼模板做高水膠比也就是低強度等級混凝土時,外觀容易產生砂線;使用木制模板做低水膠比也就是高強度等級混凝土時,混凝土外表面氣孔不易排出,酚醛覆模板應為折中的選擇。
2.2 脫模劑的影響
脫模劑是為了混凝土硬化后,模板和混凝土結構容易脫開的一層涂層,脫模劑涂刷在模板內側。為了起到很好的脫模作用,同時在混凝土硬化后對混凝土外觀影響最小,脫模劑必須和模板粘接牢固。脫模劑材質的不同,硬化后的混凝土外觀差異非常大,我們選用了以下幾種脫模劑進行試驗。模板均為同一材質鋼模板。模板漆、乳化石蠟、柴機油、水質脫模劑、食用色拉油,其影響混凝土外觀排序依次如下:模板漆>乳化石蠟>食用色拉油>柴機油>水質脫模劑。需要說明的是,模板漆在涂刷完畢后,在溫度不低于20℃條件下,干燥固化2天后方可使用,不能很快使模板投入再次使用,否則影響施工進度。
3澆注及振搗的影響
澆筑混凝土前,應首先檢查模板安裝的嚴實程度,模板在支撐過程中表面是否被污染,模板內側有無灰塵或其他浮物,模板下側與下面結構是否有縫隙,為了防止混凝土澆筑時,模板下側混凝土跑漿,施工單位往往在模板下側鋪墊砂漿,如果這層砂漿和混凝土的水灰比相差很大時,或砂漿鋪墊層很厚,下部混凝土澆筑后容易發生泌水。商品混凝土為半成品,攪拌站完成混凝土攪拌運輸后,需要施工單位將混凝土入模,并振搗密實;炷琳駬v密實,硬化后表面光滑無缺陷。商品混凝土在到達現場后,施工單位和攪拌站技術人員共同對混凝土和易性進行檢驗,確認混凝土滿足澆注要求時,方可澆注入模。在澆注時,嚴格按照規范要求,混凝土下料口與澆筑面之間距離不能過大,否則混凝土易發生離析;每層澆注厚度不能過厚,否則,混凝土里的氣體不易排出。振搗應嚴格遵守規范規定,棒距不能超過振搗棒的液化半徑,否則易漏振。
振搗混凝土以表面出漿為宜,不可長時間在同一振點振搗,避免過振。上面提到混凝土自身泌水問題,混凝土經不當振搗后,更容易產生過振———相對泌水。新拌混凝土在常態下表現為不同材料的粘稠混合體,這種新拌混凝土在施工振搗的外力作用下,表現為流態,混凝土不再粘稠不易流動。長時間在同一振點振搗,就會導致混凝土過振;混凝土本身為不同密度材料的混合體,水為這里密度最小的材料。過振表現為混凝土超液化,混凝土中各種組分產生不同程度分離,尤其是水上浮,水在上浮過程中,形成滲水通道,其表現同混凝土配合比材料組分匹配不合適時的泌水;炷劣不鹉:蟊砻娲植,砂子外露,可以明顯看出水上浮痕跡。采用高頻振搗棒比采用低頻振搗棒更容易使混凝土出現泌水,采用振幅高的振搗棒比采用振幅低的振搗棒更容易使混凝土出現泌水。
4 養護及拆模時期的影響
商品混凝土為半成品,經過澆注及振搗后,對混凝土進行充分合理的養護是保證混凝土硬化后質量的關鍵,實際工程在施工過程中,很多施工單位由于認識不足或者現場條件所致,往往不能對成型后的混凝土進行充分的養護,導致混凝土面層出現失水收縮開裂,尤其對于低水膠比(高強度)混凝土,養護是非常重要和必要的;炷帘砻嬉藘炏炔捎贸睗窕蛘唢査B護方式,當混凝土上表面不在同一水平面時,可鋪無紡布,在無紡布上灑水養護;任何可能對混凝土表面造成顏色污染的養護都是不可取的,以確;炷帘砻娌灰蝠B護而被污染。立面由于不易采用飽水或者潮濕養護,宜優先采用模板養護,視天氣溫度和攪拌站配合比決定側模拆除時間,拆模時混凝土的強度不應低于設計強度的30%。在寒冷季節,拆模早容易導致混凝土表面失水,使面層混凝土強度偏低,混凝土面層失水后易引起表面沒有光潔度。條件許可情況下盡量采取現場蒸汽養護,以加速混凝土里的活性組分水化,確;炷帘砻鎻姸鹊脑鲩L。
5 施工缺陷的修復
在施工過程中,很多人參與混凝土的澆注、振搗、養護、拆模等工作,混凝土拆模后,表面很容易出現缺陷。有缺陷的混凝土是否修復及修復方案,應當尊重設計、業主和監理的意見。應優先保證結構安全,然后考慮美觀;當缺陷影響到結構安全時,必須進行修復;當混凝土缺陷不影響結構安全,而嚴重影響觀感時,需要進行裝飾性修復,可采用經與原混凝土外觀顏色對比調整后的專用修補劑修復。當混凝土缺陷輕微影響觀感時,建議保留本色,不采取任何修復措施。經建筑師和業主同意,可以將缺陷部分混凝土外表面采取噴砂亞光處理,這種處理方式要考慮對建筑物整體觀感的影響。
在很多發達國家,清水混凝土模板拆除后,在混凝土表面噴涂保護涂層,使混凝土表面具有一定的抵御環境侵蝕的能力。保護層可以是無色的,也可以是非常淡的顏色,可以掩蓋部分外觀缺陷。國內也有部分工程開始這方面的工作。清水混凝土表面噴涂保護涂層后,表面防污能力大大提高,能保持20年以上觀感不變,同時對提高結構的耐久性起到了積極作用。
6 結論
影響清水混凝土外觀效果的因素很多,有混凝土材料選用、配合比、攪拌、運輸、模板、澆筑方式、振搗養護、環境溫度等等。在混凝土施工過程中,各參與單位應充分認識影響清水混凝土質量的因素,并采取相應的技術和質量措施,是能夠做出滿意的清水混凝土工程的。