清水混凝土在廣州地鐵的應用
2009-03-04 00:00
摘 要：本文通過清水混凝土在廣州地鐵的成功應用，主要介紹配制和生產清水混凝土的一些控制措施，并分析和探討影響混凝土外觀的因素。
關鍵詞：清水混凝土；配合比；外觀；氣泡
清水混凝土屬于一次澆注成型，結構表面不需要修飾的混凝土，這種混凝土沒有色差、氣泡和裂紋，也不用進行刷漆裝修，完全是自然色調，非常質樸，表面有較強的質釉感。
2 工程簡介
廣州地鐵四號線是廣州地鐵第一條采用高架線路，其建筑設計的梁及柱均為清水混凝土，其中立柱的混凝土級別 C30，梁為 C50。
3 原材料的選擇
⑴水泥：水泥的顏色對混凝土外觀顏色的影響是最直接的，各個地區、各個水泥廠生產的水泥硬化之后的顏色有一定的差異，有的為灰色、有的為青灰色，也有的為略帶黃白色等。對于選取什么品種水泥，建議選用P.I、P.II 型水泥，畢竟選用其它摻較多混合材的水泥，一方面水泥廠摻加的混合材質量難以控制，造成混凝土質量波動；另一方面使用 P.O 等品種配制的混凝土比使用 P.I、P.II 水泥配制的混凝土表面質釉感差，啞光程度較嚴重！基于此原因，我們選用廣東某水泥廠生產的P.II42.5R 水泥，通過我們長期使用，發現該水泥質量穩定，不同批次外觀顏色均勻，硬化后表面為青灰色，主要技術指標如表 1：
⑶石：石子對混凝土的影響與砂一樣，主要考慮其級配情況和含泥量。在此選用番禺產碎石，公稱粒徑5.0～25.0mm，含泥量 0.5%，泥塊含量 0.1%，針片狀顆粒含量 5.2%，壓碎指標值 7.3%。
⑷摻合料：在選擇摻合料時，除考慮控制水化熱，還應著重考慮其在混凝土中對氣泡填充作用及有效減少泌水，因此我們選取了粉煤灰和硅灰兩種摻合料。
①粉煤灰：廣州某發電廠產 I 級粉煤灰，0.045mm篩余 8%，需水量比 89%，燒失量 2.2%。
②硅灰：產地：挪威，比表面積 19320m2/Kg，sio2 含量 92.6%。
⑸減水劑：在配制清水混凝土中，外加劑的品質是不容忽視的，選擇外加劑有以下原則：
①為改善新拌混凝土的和易性，應復合適量的引氣劑，優質引氣劑產生氣泡直徑較小，且分布均勻；
②外加劑與水泥的適應性要好，配制出的混凝土不能出現泌水，坍落度損失要小；
③外加劑中不應有增稠組分，增稠不利于混凝土中氣泡的排出。在試配過程中，還對聚羧酸系及萘系減水劑進行對比試驗，用聚羧酸系所配制的混凝土各方面性能都優于萘系，尤其是在控制混凝土的泌水率、單位面積氣泡量等方面表現更為突出。這里采用的是廣州某公司生產的聚羧酸減水劑。
根據工程需要，為達到清水混凝土的技術要求，用選定的原材料反復試配，調整不同摻合材的摻加量、不同水灰比（不同的膠凝材料總量）等，主要考核指標：和易性、粘稠度、單位面積氣泡量(孔徑大于 0.5mm)、氣泡分布情況、坍落度損失、表觀顏色及強度。我們特地使用實際工程中的模板制作 500mm×500mm×500mm 類似大方磚的大試模，用于檢測成型混凝土外觀質量。
⑵從表中可以看出，雙摻硅灰與粉煤灰的混凝土和易性、外觀、氣泡數量等性能均優于單摻粉煤或不摻粉煤灰的混凝土。
⑶外觀方面，大摻量粉煤灰的混凝土成型后色澤較差，這與所用粉煤灰顏色稍顯發黃有關，不摻粉煤灰及少量摻粉煤灰的混凝土顏色隨水灰比減小呈淺灰色到青灰色過渡。另外，摻適量硅灰的混凝土用肉眼基本上看不出表面氣泡，沒有色差，而不摻硅灰的表面氣泡粒徑較大，單位面積氣泡量較多，這說明過多摻粉煤灰外觀較差，而適量摻硅灰能有效填充混凝土中的大氣泡，提高混凝土表面的光滑度，同時也有效減少混凝土的泌水。
通過以上對比試驗，我們確定 C30 采用 A4-6 配合比，C50 采用 A5-5 配合比。
為了驗證其在現場施工中能否得到同樣的效果，施工承包商也在施工現場制作了多個配鋼筋的 1500mm ×1500mm×2000mm 結構實體進行模擬試驗，均達到了滿意效果。
5 混凝土生產過程控制
⑴試驗人員對原材料嚴格檢測，保證各種原材料的性能指標符合標準要求及與試配時相差不大。
⑵混凝土運輸車采用掛牌制，如某輛車前一趟裝運的不是清水混凝土，裝清水混凝土前必須清洗混凝土罐，并將罐內積水排完。
⑶攪拌機采用與運輸車一樣的措施，并比攪拌普通混凝土的攪拌時間增加 15～20 秒。
⑷混凝土不宜進行二次調整，盡量縮短運輸及施工時間。
⑸增加溫控措施，將混凝土入模溫度控制在 28℃以下為宜。
6 混凝土硬化后性能
⑴強度及耐久性試驗
工程中抽檢的 C30 混凝土平均強度為 52.8MPa，最小值為 49.6MPa。
工程中抽檢的 C50 混凝土平均強度為 65.9MPa，最小值為 62.1MPa。
進行多組抗滲試驗，抗滲指標均大于 P20。
現場還對部分結構實體進行回彈檢測，混凝土表面強度都較高，碳化深度均≤0.5mm。
⑵外觀：模板拆除后，混凝土基本上沒有色差、大氣泡和裂紋，色調自然、均勻、質樸，表面有有一定質釉感。
7 結語
⑴影響混凝土本身外觀質量的因素很多，優選各種原材料，特別是水泥、摻合料及外加劑品種是非常重要的，實驗表明配制清水混凝土使用硅酸鹽水泥效果較好，而硅灰及聚羧酸系減水劑對減小混凝土泌水、粘稠度、氣泡量作用非常大。
⑵硅灰除了能改善混凝土拌合物性能，還能夠提高混凝土表面強度，使混凝土表面光滑，抑制混凝土的碳化，抵抗外界有害介質的侵蝕，對混凝土耐久性極為有利。
⑶由于清水混凝土對施工工藝要求很高，因此，不僅要求混凝土生產廠家嚴格控制混凝土質量，而且施工方的施工工藝也相當重要，如模板選擇與安裝、內襯及脫模劑的選擇與使用、混凝土澆搗、混凝土養護及成品保護等。總之，生產及應用高質量的清水混凝土,各方面都必須嚴格要求。 原作者： 周進區 鄭建洪
（中國混凝土與水泥制品網 轉載請注明出處）
關鍵詞：清水混凝土；配合比；外觀；氣泡
1 引言
清水混凝土屬于一次澆注成型，結構表面不需要修飾的混凝土，這種混凝土沒有色差、氣泡和裂紋，也不用進行刷漆裝修，完全是自然色調，非常質樸，表面有較強的質釉感。
2 工程簡介
廣州地鐵四號線是廣州地鐵第一條采用高架線路，其建筑設計的梁及柱均為清水混凝土，其中立柱的混凝土級別 C30，梁為 C50。
3 原材料的選擇
⑴水泥：水泥的顏色對混凝土外觀顏色的影響是最直接的，各個地區、各個水泥廠生產的水泥硬化之后的顏色有一定的差異，有的為灰色、有的為青灰色，也有的為略帶黃白色等。對于選取什么品種水泥，建議選用P.I、P.II 型水泥，畢竟選用其它摻較多混合材的水泥，一方面水泥廠摻加的混合材質量難以控制，造成混凝土質量波動；另一方面使用 P.O 等品種配制的混凝土比使用 P.I、P.II 水泥配制的混凝土表面質釉感差，啞光程度較嚴重！基于此原因，我們選用廣東某水泥廠生產的P.II42.5R 水泥，通過我們長期使用，發現該水泥質量穩定，不同批次外觀顏色均勻，硬化后表面為青灰色，主要技術指標如表 1：
⑵砂：在試配過程中發現，砂的級配不好及含泥量過大時，混凝土易產生泌水及混凝土硬化后表觀顏色不均。此處采用的是天然砂，細度模數 2.6，屬二區中砂，級配合理，含泥量 0.9%，泥塊含量 0.2%。
⑶石：石子對混凝土的影響與砂一樣，主要考慮其級配情況和含泥量。在此選用番禺產碎石，公稱粒徑5.0～25.0mm，含泥量 0.5%，泥塊含量 0.1%，針片狀顆粒含量 5.2%，壓碎指標值 7.3%。
⑷摻合料：在選擇摻合料時，除考慮控制水化熱，還應著重考慮其在混凝土中對氣泡填充作用及有效減少泌水，因此我們選取了粉煤灰和硅灰兩種摻合料。
①粉煤灰：廣州某發電廠產 I 級粉煤灰，0.045mm篩余 8%，需水量比 89%，燒失量 2.2%。
②硅灰：產地：挪威，比表面積 19320m2/Kg，sio2 含量 92.6%。
⑸減水劑：在配制清水混凝土中，外加劑的品質是不容忽視的，選擇外加劑有以下原則：
①為改善新拌混凝土的和易性，應復合適量的引氣劑，優質引氣劑產生氣泡直徑較小，且分布均勻；
②外加劑與水泥的適應性要好，配制出的混凝土不能出現泌水，坍落度損失要小；
③外加劑中不應有增稠組分，增稠不利于混凝土中氣泡的排出。在試配過程中，還對聚羧酸系及萘系減水劑進行對比試驗，用聚羧酸系所配制的混凝土各方面性能都優于萘系，尤其是在控制混凝土的泌水率、單位面積氣泡量等方面表現更為突出。這里采用的是廣州某公司生產的聚羧酸減水劑。
4 配合比的設計、驗證
根據工程需要，為達到清水混凝土的技術要求，用選定的原材料反復試配，調整不同摻合材的摻加量、不同水灰比（不同的膠凝材料總量）等，主要考核指標：和易性、粘稠度、單位面積氣泡量(孔徑大于 0.5mm)、氣泡分布情況、坍落度損失、表觀顏色及強度。我們特地使用實際工程中的模板制作 500mm×500mm×500mm 類似大方磚的大試模，用于檢測成型混凝土外觀質量。
⑴從試驗結果上看，水膠比過大、膠凝材料過小時，混凝土易泌水、易產生水線，外觀質量也不理想，因此，配制清水混凝土膠凝材料用量不應低于 360Kg/m3，應在400～480Kg/m3 為宜。
⑵從表中可以看出，雙摻硅灰與粉煤灰的混凝土和易性、外觀、氣泡數量等性能均優于單摻粉煤或不摻粉煤灰的混凝土。
⑶外觀方面，大摻量粉煤灰的混凝土成型后色澤較差，這與所用粉煤灰顏色稍顯發黃有關，不摻粉煤灰及少量摻粉煤灰的混凝土顏色隨水灰比減小呈淺灰色到青灰色過渡。另外，摻適量硅灰的混凝土用肉眼基本上看不出表面氣泡，沒有色差，而不摻硅灰的表面氣泡粒徑較大，單位面積氣泡量較多，這說明過多摻粉煤灰外觀較差，而適量摻硅灰能有效填充混凝土中的大氣泡，提高混凝土表面的光滑度，同時也有效減少混凝土的泌水。
通過以上對比試驗，我們確定 C30 采用 A4-6 配合比，C50 采用 A5-5 配合比。
為了驗證其在現場施工中能否得到同樣的效果，施工承包商也在施工現場制作了多個配鋼筋的 1500mm ×1500mm×2000mm 結構實體進行模擬試驗，均達到了滿意效果。
5 混凝土生產過程控制
⑴試驗人員對原材料嚴格檢測，保證各種原材料的性能指標符合標準要求及與試配時相差不大。
⑵混凝土運輸車采用掛牌制，如某輛車前一趟裝運的不是清水混凝土，裝清水混凝土前必須清洗混凝土罐，并將罐內積水排完。
⑶攪拌機采用與運輸車一樣的措施，并比攪拌普通混凝土的攪拌時間增加 15～20 秒。
⑷混凝土不宜進行二次調整，盡量縮短運輸及施工時間。
⑸增加溫控措施，將混凝土入模溫度控制在 28℃以下為宜。
6 混凝土硬化后性能
⑴強度及耐久性試驗
工程中抽檢的 C30 混凝土平均強度為 52.8MPa，最小值為 49.6MPa。
工程中抽檢的 C50 混凝土平均強度為 65.9MPa，最小值為 62.1MPa。
進行多組抗滲試驗，抗滲指標均大于 P20。
現場還對部分結構實體進行回彈檢測，混凝土表面強度都較高，碳化深度均≤0.5mm。
⑵外觀：模板拆除后，混凝土基本上沒有色差、大氣泡和裂紋，色調自然、均勻、質樸，表面有有一定質釉感。
7 結語
⑴影響混凝土本身外觀質量的因素很多，優選各種原材料，特別是水泥、摻合料及外加劑品種是非常重要的，實驗表明配制清水混凝土使用硅酸鹽水泥效果較好，而硅灰及聚羧酸系減水劑對減小混凝土泌水、粘稠度、氣泡量作用非常大。
⑵硅灰除了能改善混凝土拌合物性能，還能夠提高混凝土表面強度，使混凝土表面光滑，抑制混凝土的碳化，抵抗外界有害介質的侵蝕，對混凝土耐久性極為有利。
⑶由于清水混凝土對施工工藝要求很高，因此，不僅要求混凝土生產廠家嚴格控制混凝土質量，而且施工方的施工工藝也相當重要，如模板選擇與安裝、內襯及脫模劑的選擇與使用、混凝土澆搗、混凝土養護及成品保護等。總之，生產及應用高質量的清水混凝土,各方面都必須嚴格要求。
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