清水混凝土施工技术开发与应用研究

前言1.1研究背景清水混凝土相对于普通混凝土来说有诸多优点，清水混凝土作为饰面可以直接应用，色泽均匀，没有破损和缺口，所以形成的界面美观大方，这就使得工程在应用中可以不用涂抹涂料，大大增加了工程的装饰性和环保性；再次，清水混凝土由于以上有点，避免了一些建筑工程后期抹灰等出现空鼓、裂缝的问题，也增加了工程项目的实际应用空间。再就是在环境保护上，抹灰装修之类的会给环境带来污染，对于工程后期应用也会带来环境问题，而清水混凝土的应用可以避免这种情况发生[1]。可以说清水混凝土的诸多优点，促使其在工程建设方面得以大面积应用，这也是本文研究的注重，对于清水混凝土施工技术的应用进行研究，有助于清水混凝土应用的改进和完善。1.2发展现状清水混凝土技术起源于上个世纪二十年代的欧美地区，按照使用功能的不同，清水混凝土可以分为普通清水混凝土和饰面清水混凝土。普通清水混凝土主要是对饰面没有特殊要求，色差不是很明显，而饰面清水混凝土对饰面要求就较高，在无色差的情况下，对假眼、蝉缝、明缝等进行有规律的排列组合，从而形成一种效果明显的视觉感[2]。日本率先应用了该技术，并对该技术进行了技术革新，不仅仅应用于基本的工程建筑，还主要应用在了对已有工程表面的修复和修补，通过对混凝土表面的处理，既可以节约时间又可以解决资金，同时确保了混凝土的表面效果[3]。上个世纪八十年代清水混凝土引入我国，并在实际工程上加以应用，但是由于当时人们观念的影响，清水混凝土的应用并没有得到足够的重视。直到九十年代中期，随着工程项目一系列标准的出台，比如对模板的要求等，清水混凝土的应用才得以重视，这种不用抹灰，直接批腻子的界面效果得以快速应用。并随着人们观念的改变，工程技术的不断革新，清水混凝土技术得以普遍应用，比如上海东方明珠大型斜筒，首都机场T3航站楼等。新世纪以来，清水混凝土技术得以成熟，在饰面的光泽与观感上得以很大提升，可以达到“镜面”效果[4]。随着人们环保理念的不断提升，清水混凝土的应用还将更加广泛，在技术革新上还将更上一层。1.3研究目的和意义上文介绍了清水混凝土的概念、起源和优势，但是在实际的应用中，清水混凝土的技术应用并不是完美无瑕的，也存在着这样那样的问题，因此本文选择这一方向进行研究，目的是探讨清水混凝土在实际工程应用中出现的问题，有针对性地对问题进行分析，提出改进的措施和建议。通过本文的研究，在理论上，可以对清水混凝土的技术创新有一个探索和推进，促进相关研究的持续开展，从实际意义上来说，可以解决清水混凝土在实际工程应用中存在的问题，有利于促进清水混凝土在实际工作中的开展和推广，从而提高工程项目的质量和饰面的美化效果。2清水混凝土的工作原理分析2.1清水混凝土的概念及特点清水混凝土从概念界定来说，主要是从混凝土的装饰效果来定的，该混凝土通过一次铸造而成型，不需要一般的外部装饰，就可以呈现一些设计的效果，与以往一般混凝土相比，清水混凝土具有很大的优势，比如颜色均匀，不用后期的抹灰和涂料装饰，表面光滑，无破损等[5]。可以说清水混凝土是较为先进的混凝土表现形式，结合现代建筑的艺术特点，清水混凝土可以呈现出凝重庄严的视觉效果和感观，可以替代以往的装饰性涂料，一次性即可呈现出来，不仅美观，同时也体现了现代人的环保理念，因此被广泛应用的各种工程项目施工当中，为人们所青睐[6]。2.2清水混凝土的原理分析2.2.1混凝土的微观结构相对于金属材料，混凝土自身的断裂韧性是比较低的，这是由于混凝土自身的材料构成特性所决定的。混凝土中主要的水化产物是纤维状的水化硅酸盐凝胶和六角板状的氢氧化钙晶体。而连接这些晶体的是由水化合物构成的，由于水泥材料的非均衡性质，所以在断裂韧性方面不如金属强度高[7]。对于水泥的主要晶体成分硅酸盐水泥浆体来说，其孔缝隙经测量基本在20%~30%之间，基本上氛围两个层级，一个是纳米尺度的C-S-H凝胶孔，一个是由水化产物之间的气泡、裂缝等构成的毛细孔，范围在100nm和几个毫米之间。经过大量的科学测量可知，混凝土性能与其含水量有直接关系，含水量高则力学耐性和韧性就会降低，要想提高混凝土的耐性和韧性，就必须降低混凝土中的水含量。通常降低混凝土含水量的方法有两种，一种是在水泥颗粒间掺入有机物质，比如超塑化剂等，这样就可以降低水泥中纤维状水化硅酸盐凝胶与水的凝结度，降低水泥中的水含量，另一种方法是扩大纤维状水化硅酸盐凝胶颗粒的尺寸大小，通过加入超活性粉末如硅粉、钙质等，来降低缝隙之间的水容量，提高混凝土的耐性与韧性[8]。2.2.2清水混凝土原材料选用及配合比设计混凝土是由泥沙和石子以及水按照一定比例硬化而成的，具有良好的耐性和韧性，且可塑性强，较之于天然的石头，混凝土的应用更加方便快捷。但是长期以来，人们对混凝土的印象是刻板的，粗糙丑陋、色彩灰暗等等，因此就需要后期装饰，通过涂料等来加以美化[9]。而清水混凝土突破了传统混凝土的缺点，为人们广泛应用。从应用的角度看，清水混凝土可以分为完全型清水混凝土和薄抹型清水混凝土。完全型清水混凝土是指通过一次铸造后成型，色泽均匀一致，表面光滑，是混凝土自然色的界面，且施工缝隙整齐美观，没有普通混凝土见到的通病如麻面、砂带等出现，一次成型即美观大方，可以直接使用；而薄抹型清水混凝土是在平整光滑的混凝土表面进行修饰整理，薄抹型混凝土在外观要求上没有完全型混凝土严格，本文所探讨的主要是指完全型清水混凝土[10]。清水混凝土相对于普通混凝土之所以具有表面光滑，外观平整，具有美观效果的优点，是与清水混凝土的材料构成直接相关的，当然，其中也涉及到施工工艺的问题，比如施工模板的应用，搅拌的工艺等等。在材料的配比上，主要考虑的是两个方面的问题：一个是外观质量问题，外观质量问题比如色差问题，主要是原材料的变化和配料出现了偏差，因此对于一次成型的混凝土，必须确保原材料保持不变，配料保持统一；再比如气泡问题，如果混凝土中气泡过大，主要就是砂率的问题；如果出现花斑纹，怎是因为含沙量的问题，石子的形状问题等，载入出现麻面、损伤问题，则是细骨料不足引起的，通过这些问题的解决，就可以确保完全型混凝土的外观问题。另一个是耐性问题。由于清水混凝土饰面美观，因此无需进行涂料装饰，这也给清水混凝土带来了另一个问题，相对于普通混凝土，清水混凝土必须克服长期裸露在外，经历风霜雨雪的侵蚀与一般化学物的腐蚀。这就给清水混凝土提出了更高的要求[11]。3清水混凝土在施工中的技术应用3.1清水混凝土材料质量检测技术在清水混凝土施工初步阶段，通常情况下是通过专业的混凝土生产单位来进行材料生产，相关施工单位在提交混凝土原材料过程中，需要提供出相应的材料配比方案，同时再配备工作完成之后，需要通过专业的工作单位来进行混凝土材料的精确化配备。混凝土企业在生产工作完成之后，需要通过专业的混凝土罐装车直接运输到施工区域，到达施工区域之后需要对清水混凝土施工技术以及材料的清水效果进行有效的检测，完成检测工作之后才可以用于正式的施工当中。在使用清水混凝土过程中，建筑体和非清水混凝土之间的结合工作至关重要，必须要通过专业的加固处理技术来对各个施工环节之间进行连接和封堵，同时对底角区域进行充分的压平，以此来防止混凝土施工产生漏浆等不良问题。3.2竖向结构和倾斜构件浇筑技术混凝土浇筑技术在实际的施工过程中，主要分为了竖向和斜向两种不同的施工方法。在竖向结构的浇筑工作当中，相关浇筑施工人员必须要进行科学合理的组织，同时选择分层混凝土浇筑处理方式，通过混凝土循环浇筑的方式来保证整个混凝土浇筑工作的有效性。除此之外，在混凝土浇筑结构当中必须要进行充分的压实处理，在整个倾斜构建的浇筑工作当中，所使用的是混凝土下料技术和混凝土振捣技术，需要从各个不同的施工角度来进行保障。在混凝土浇筑以及下料工作当中，在后续工作过程中需要对混凝土浇筑过程中的工作参数进行审核，防止建筑体的混凝土构件产生尺寸偏差。在混凝土浇筑工作当中，不管是竖向结构还是横向结构，都必须要保证混凝土浇筑构件符合清水混凝土的基本施工标准。3.3梁板结构浇筑技术在梁板结构施工过程当中主要可以分为两个构成环节，即上层结构和下层结构。在混凝土的振捣工具选择上，通常情况下选择的是插入式振动设备，可以依照建筑材料之间所产生的间隙大小不同选择相匹配的振捣的力度，以此来防止振动器出现过度震荡或者是震荡程度不足等不良问题。在混凝土浇筑工作当中，首先，需要预留下相应的建筑物件所占有的尺寸大小，同时还要有效的掌握好混凝土材料的下料力度，在振捣工作当中需要充分保证整个混凝土的均匀震荡程度，预防构件在施工过程当中产生的位置偏移。除此之外，在混凝土浇筑工作完成之后，需要对整个混凝土构件的尺寸数据来进行检测，保证建筑浇筑工作的基础参数符合工程的施工标准。比如，在建筑体的梁板浇筑和振捣工作当中，需要通过人工辅助震荡的方式来进行配合工作，以此来防止机械振捣工作当中产生过度震荡，形成梁板结构出现离析等不良问题。清水混凝土的梁板结构在浇筑工作完成之后，需要立即进行混凝土保湿处理，通常情况下采用薄膜等不容易进水的材料来进行覆盖，同时还需要充分检查薄膜覆盖的严密性。3.4清水混凝土技术在裂缝控制中的运用在混凝土的浇筑工作当中，裂缝问题是其中一个非常常见也是一个比较难以解决的问题，产生混凝土裂缝的影响因素是多方面的，其中主要是混凝土材料的合理选择，如果混凝土材料标准不符合规定，那么在整个清水混凝土施工过程当中经常会出现混凝土不良裂缝的产生。另外，混凝土浇筑工作当中的速率掌控，在整个混凝土浇筑工作当中需要充分保证整个浇筑工作的速度稳定性，有效防止不良裂缝的产生。对混凝土浇筑工作当中需要选择一些不含碱性物质的粗细骨类材料，同时还需要充分控制好整个混凝土材料的浇筑速度，当完成浇筑工作之后，需要进行及时的工程勘察以及混凝土浇筑数据的分析，进行有效的压实抹平操作，通过这种处理方式可以最大限度上保证清水混凝土的裂缝产生。3.5清水混凝土施工技术使用注意要点在清水混凝土施工过程当中进行建筑构件浇筑工作，清水混凝土必须要选择同种类型的材料，选择同种等级的混凝土配比材料。在混凝土覆盖膜的选择方面，需要尽可能选择质量和性能更加优良的覆盖薄膜，在钢筋材料的选择过程当中需要选择一些直径更小，同时更加容易和混凝土材料之间进行结合的钢筋材料，通过这种方式可以有效控制钢筋混凝土裂缝的不良问题。在混凝土的搅拌工作当中需要加入防冻剂，在防冻剂的加入量上需要进行精准的控制，防止防冻剂加入过量在混凝土表面的色泽上会出现偏差。清水混凝土施工技术必须要对整个施工温度来进行掌控，在运输清水混凝土材料过程当中，需要充分注意外部环境温度的变化，除此之外，在冬季进行混凝土材料施工过程中，由于外部气温相对较低，因此需要对混凝土材料的配比方案进行合理的电工，保证整个混凝土的性质符合工程施工环境标准。4石家庄地铁一号线长城桥站清水混凝土施工应用分析4.1工程概况石家庄地铁一号线全长45.5km，均为地下线，共设车站14座，其中，车辆段1座，换乘站2座，线路平均站间距为1730m。长城桥站起讫里程为YDK15+561.126～YDK15+779.042，长217.916m。为了宣传清水混凝土的绿色理念以及特殊的艺术表现效果，由中国交建石家庄轨道交通1号线总承包项目部牵头组织在石家庄地铁1号线长城桥站开展清水混凝土施工关键技术质量控制研究。4.2清水混凝土施工4.2.1清水混凝土配合比设计配合比设计是混凝土的核心技术，与普通混凝土相比，清水混凝土配合比设计在设计过程中除了要做到混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能、经济性能基本要求，还需要满足清水混凝土对外观的高要求，达到“内实外美”的效果[12]。根据清水混凝土性能量化参数要求，测试了粗骨料形态学基本参数，在超百组室内试验的基础上，研究了新拌混凝土的和易性、坍落度经时损失、含气量、泌水等性能，测试了硬化混凝土强度、抗水渗性、氯离子渗透性以及混凝土的变形等性能，掌握了现场用原材料对混凝土性能的影响规律，形成了用于车站施工的高耐久性清水混凝土配合比。配合比测试结果（见表4.1）表明：用2个系列配比配制的混凝土的工作性、坍落度经时损失、含气量、力学性能、耐久性能、外观气泡色差等满足清水混凝土的要求，可以用于现场清水构件的施工。表4.1混凝土配合比性能测试结果强度等级出机坍落度2h坍落度/mm含气量/1%倒筒时间/s泌水率/%和易率28d强度/MPa28d电通量/C单掺200~220180~2001.5~2.512~190良好61~67663~884双掺200~220180~2001.7~2.88~130良好55~64781~9754.2.2流程清水混凝土是一个系统性工程，其施工质量及过程控制是影响清水混凝土外观效果的关键因素，施工过程中模板材料、脱模剂等材料选择以及振捣时间、分层厚度、分层时间、振捣间距、养护等工艺参数的选取以及现场的贯彻落实将最终决定清水混凝土的艺术表现效果，因此，开展模型试验，确定影响清水混凝土质量的工艺以参数范围可以为现场清水施工过程控制提供依据，极大地提高工程质量[13]。4.2.3方案长城桥车站清水部位侧墙高4m，浇筑高约3.6m，立柱截面尺寸1200mm×700mm，考虑模型试验的成本兼顾后期清水效果的展示，清水科研团队最终确定的模型尺寸为1220mm（高）×1800mm（长）×200mm（厚）。试验分2次浇筑完成了4个清水混凝土试验模型，对比研究了清水混凝土用模板、脱模剂、振捣时间、振捣间距、分层厚度、分层间隔时间等对清水外观有显著影响的工艺参数。具体施工过程如图4.1所示。图4.1混凝土施工流程图4.2.4拼装模型的拼接包括基座加工和清水模板拼装。基座加工：在现场核实的位置加工1个长10m，宽1.5m，厚约20cm的底座，用于试验模型的浇筑。清水模板拼装流程：底膜加工→脱模剂涂刷→模板安装→对拉螺杆加工及安装→堵头安装→封头板安装→次楞安装→主楞安装→模板加固。4.2.5混凝土浇筑混凝土按科研团队设计（C45清水混凝土配比）的进行生产。混凝土生产前2h测定砂石料的含水率，并算施工配比。混凝土状态要求为坍落度210mm，扩展430mm或470mm，为了满足上述要求，随时调整混凝土的状态，检查合格后方可发往现场。混凝土发往现场后，要及时进行混凝土浇筑工作，现场由工人用塑料桶下料，每层下料高度由装入的桶的数量确定，每层大约需要18桶。浇筑时，现场技术人员应用米尺不断测量模板的混凝土的高度，保证混凝土的浇筑质量。下灰点位置和振捣点位置如图4.2和图4.3所示。图4.2下灰点位置图4.3振捣点位置4.2.6清水模型效果通过2次模型试验完成了4个清水模型的浇筑，完成了对模板材料、脱模剂种类、分层厚度、分层时间、振捣时间、拆模时间、养护时间等工艺参数的对比，并根据模型的清水效果确定了清水工艺参数，并根据模型试验结果对混凝土配合比进行了优化完善。从清水模型效果图可以看出，模型整体偏冷灰色，几乎没有色差，模型转角顺直，蝉缝水平交圈，对拉螺杆孔眼大小合适，增加了模型的整体立体感（见图4.4）。图4.4清水混凝土试样图4.3清水混凝土立柱及侧墙的施工技术与质量控制长城桥车站清水混凝土试验段位于主体结构施工段划分的第三板，长度23.6m。清水构件有侧墙，浇筑高度3.5m，厚度800mm，浇筑长度22m；清水立柱4根，截面尺寸1200mm×700mm，浇筑高度3.5m。以标段内清水混凝土立柱及侧墙施工为例，探究清水混凝土施工技术的质量控制。4.3.1双层模板方案考虑清水混凝土对构件尺寸要求较高，同时为保护清水模板，增加模板的使用次数，清水立柱采用双层模板工艺（见图4.5），侧墙采用WISA板背贴大钢模工艺（见图4.6）。双层模内侧模板采用国外进口清水维萨模板，外侧模板采用现场用普通木模板。衬板与维萨板之间错位设计，侧边模板在拼装完成后可以相互挤压，减少模板拼接位置漏浆的概率。衬板与面板之间用自攻螺钉连接，自攻螺钉穿过衬板到达清水板厚度1/2的位置。清水模板尺寸1220mm×2440mm×18mm，普通模板尺寸1220mm×2440mm×15mm。图4.5清水混凝土立柱双层模工艺图4.6清水混凝土侧墙大钢膜背贴4.3.2混凝土浇筑立柱混凝土浇筑控制要点：（1）混凝土生产前1h测试砂石含水量，并根据实测含水量计算施工配比；（2）第一盘混凝土取料测试坍落度、扩展度，满足要求后方可进行后续混凝土生产；（3）立柱高度35m，分5次浇筑完成，通过立柱模板的拼缝确定每次泵送混凝土的体积；（4）每层在四个边角、长边中部设立振捣点，每个振捣点振捣时间60s；（5）振捣完成后1h进行二次复振，并将混凝土表面收光。侧墙控制要点：（1）混凝土下料由一侧向另一侧推进，不可将料都集中下到一点；（2）侧墙分5次浇筑完成，分层最大时间不超过1h，避免产生冷缝；（3）振捣间距50cm，.可根据钢筋间距进行适当调整，但不可漏振；（4）浇筑完成后1~1.5h进行二次复振。4.3.3混凝土养护混凝土在同条件试块强度达到3MPa(冬期不小于4MPa)时进行拆模，拆模后应及时对其进行养护，尽量减少混凝土表面色差和收缩裂缝的出现。清水混凝土养护采取覆盖塑料薄膜和阻燃草帘与洒水养护相结合的方案，拆模前和养护过程中均需保持湿润，养护时间在7d以上。4.3.4混凝土成品保护对于混凝土成品来说，在后续工程施工时应保护清水混凝土成品，应做到以下几个方面：（1）不得碰撞及污染混凝土结构表面；（1）外墙用塑料薄膜保护以防受到污染；（3）对于人可接触的部位以及楼梯、预留洞口、柱、门边、阳角等，拆模后钉薄木条或粘贴硬塑料条保护，以免人为污染或损坏。长城桥车站清水混凝土侧墙的墙、柱最终效果如图4.7图4.8所示。图4.7长城桥车站清水混凝土侧墙墙最终效果图4.8长城桥车站清水混凝土柱最终效果5结论清水混凝土对表观质量有着非常高的要求，必须深入分析清水混凝土可能产生的各种缺陷并加以严控，从原材料、配合比设计、施工全过程各环节加以预控，以确保清水混凝土的质量效果，确保项目顺利实施与竣工。本文采用文献法和案例分析法，对清水混凝土施工应用进行研究探讨。论文介绍了清水混凝土的工作原理，微观结构、原材料选用以及配比设计，并结合石家庄地铁一号线长城桥站清水混凝土施工的具体案例进行了分析，介绍了工程概况，分析了该工程清水混凝土配比设计，施工流程和具体方案，以及混凝土的浇灌和模型效果，对施工中的技术应用进行了分析，如双层模板方案的实施，混凝土浇灌和养护技术，成品的保护等。论文的研究，对清水混凝土质量的控制和有可能出现缺陷的预控是一个总结和探索。

参考文献[1]混凝土结构工程施工质量验收规范，GB50204-2012[M].北京:中国建筑工业出版社.2012,112-113.[2]预制混凝土构件操作质量标准，DBJO1-2-99[M].北京:中国农业出版社.2017,77-79.[3]预制混凝土构件质量检验评定标准，DBJO1-1-15[M].北京:中国