清水混凝土在市政橋梁工程中的應用

廖志良

【摘 要】單位從清水混凝土表面常見缺陷及可能產生的原因、施工驗收標準、原材料選用與控制、配合比設計與驗證、施工工藝、養護、修補、成品保護等全過程精心考慮、嚴格控制、全面布局。

【關鍵詞】全過程；精心考慮；嚴格控制；全面布局

清水混凝土俗稱無表面裝飾的混凝土（也稱綠色混凝土），是指混凝土構筑物拆模后，不再對其表面進行裝修，視覺上保持其混凝土本色。上海S26-2標入城段工程橋梁則是由北通往世界進口博覽會中心的交通要道，設計方提出該橋立柱為高2m～23m，長*寬為2.1m*1.8m雙立柱形式；蓋梁采用雙立柱帶預應力大挑臂蓋梁形式，強度等級為C40，業主為了充分體現上海綠色環保理念，此部位均采用清水混凝土現澆施工，表面要求平整光潔、線條順直、而且要有一種悅目的混凝土本色，將混凝土表面的色差控制到最小。中鐵大橋局施工單位從清水混凝土表面常見缺陷及可能產生的原因、施工驗收標準、原材料選用與控制、配合比設計與驗證、施工工藝、養護、修補、成品保護等全過程精心考慮、嚴格控制、全面布局，于博覽會開幕式前100天勝利完成。

一、表面常見質量缺陷及可能產生的原因

施工前，單位根據以往經驗、結合本工程具體情況，充分考慮混凝土表面可能出現以下七個類型：

（1）色差。產生原因：攪拌時間不夠；原材料變化及配料偏差；澆筑過程中的離析作用；模板不同吸收作用或模板漏漿，脫模劑施工不均勻或養護不穩定。

（2）蜂窩麻面。產生原因：細骨料不足；振搗不充分；接縫不密閉。

（3）氣泡。產生原因：混凝土拌合物含砂過多；模板不吸水或模板表面濕潤性能不良；振搗不足；外加劑中引氣劑含量過多。

（4）黑斑。產生原因：脫模劑不純或使用過量；來自模板上的鐵銹。

（5）花紋或粗骨料的透明層。產生原因：混凝土含砂低；膠結材料偏少；粗骨料粒形不好；光滑或扭曲的模板；振搗過度。

（6）表面泌水現象。產生原因：砂率??；外加劑添加過量；坍落度太大；模板吸水能力和剛度不夠或表面有水。

（7）表面裂紋。產生原因：混凝土單方用水量過大；水灰比太大；模板吸收能力差；養護不夠；脫模太早。

二、清水混凝土施工驗收標準

依據現行《混凝土結構工程施工及驗收規范》、《清水混凝土應用技術規程》標準，建設、監理單位協商依據實際情況又增加三個標準進行施工控制和驗收：

（1）平整度、垂直度的控制：表面平整度不大于2mm，層間垂直度不大于3mm。

（2）表面觀感：杜絕出現蜂窩麻面，基本消除表面氣泡?；炷帘砻鏆饪字睆浇橛?.8mm～2mm，不應出現2.5mm以上的氣孔。

（3）顏色均勻一致，色調為青灰色。

三、原材料選用與控制

清水混凝土最大特點是顏色一致、無色差，首先在視覺上給人一種美感。施工關鍵除原材料選擇外還應遵循兩個原則，一是是否有利于改善混凝土拌合物的和易性，減少離析和泌水；二是是否有利于提高混凝土硬化后的視覺效果。

（1）水泥

1.1水泥含堿量，由于清水混凝土缺乏裝飾層的保護，受自然環境的影響較大，混凝土中大部分的堿來自于水泥，防止硬化后的混凝土經干濕循環會在混凝土表面泛堿，影響外觀顏色，所以優先考慮堿含量低的水泥。

1.2水泥顏色對混凝土的顏色起決定作用，水泥顏色的選擇要看水泥水化反應后的顏色與清水混凝土要求顏色是否接近，既使用同一水泥廠家，也會因生產工藝或摻合料不同導致水泥的顏色差異，盡量選擇有較大生產規模，能保證連續、穩定供貨，確保配制出的混凝土顏色一致的廠家。

1.3水泥保水性、水泥與外加劑的適應性對混凝土也起關鍵作用，如果保水性好、適應性好將有利于提高混凝土拌合物的保水性，保坍性，減少離析和泌水。

1.4水泥水化熱，水化熱是混凝土發生溫度變化而導致體積變化的主要根源。通過調整配合比可以大量降低普通水泥的單方用量，起到減小水化溫升的差異。

本單位工程選擇C3A含量低、C2S含量高的“海螺”牌P.O42.5水泥，堿含量≤0.49%，細度≤330m2/kg，水化后形成的混凝土顏色為明快的青灰色調。其化學成分見表1。

（2）粉煤灰

現清水混凝土常摻入粉煤灰，因其有三大效應：形態效應、活性效應和微集料效應。這三個效應共存于一體且相互影響，對清水混凝土不僅有效節省成本，還可以改善混凝土和易性、降低混凝土水化熱，對混凝土裂縫控制等都有好處。選用時除了考慮其活性外，還應著重考慮其細度和顏色。顏色反映了含碳量的多少。含碳量的多少常用燒失量來表示。燒失量越大，未燃盡碳的含量越多，摻入混凝土后，往往會增加新拌混凝土用水量，造成混凝土泌水增多，干縮變大，降低了耐久性和觀感，顏色偏差就大；細度指標越大，粉煤灰越粗，從而也影響粉煤灰的需水量、活性和混凝土拌合物和易性等?？傊疅Я看?，細度大，則需水量大，混凝土質量越難控制。美國材料試驗協會（ASTM）經過長期研究，用細度和燒失量的乘積作為組合因子來評價粉煤灰的品質，并建立了需水量比與組合因子的線性回歸方程：需水量比=2.6+0.086*組合因子。英國則根據此組合因子將粉煤灰分為若干等級（見表1）。

參照我國現行標準用單因子水平評價的指標并結合美國標準用組合因子的評價指標，本單位選用了太倉捷杰當地電廠的I級粉煤灰，需水量比小于95%，燒失量小于5%，細度為8%～12%標準。其化學成分見表2：

粉煤灰是清水混凝土中的關鍵組成部分，目前市場也緊缺，摻假現象也嚴重，各種不穩定的、不同顏色的粉煤灰不斷出現。在進料環節中，單位也采用了不同的方法與手段加以控制，如單位強制要求在每次進料中加強監控，加大原材料抽樣頻次；每次采用放大鏡檢測玻璃球體、密度；將粉煤灰加入熱水中或與水泥摻和攪拌后出聞是否有氨氣排出；增加混凝土檢測頻率；測含氣量；凝結時間等，并將不同批次粉煤灰檢測結果作對比分析。

（3）礦渣粉

礦渣粉是將符合國家標準規定的?；郀t礦渣經干燥、粉磨（或加入少量石膏一起粉磨）達到相當細度且符合活性指數要求的粉體?；炷林袚饺脒m量的礦渣粉，能有效的降低水化熱，，能顯著的改善新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的密實性和抗碳化性能，提高其耐久性。該高架橋選用上海寶田廠生產的礦渣粉S95，比表面積≥4200cm2/g，28天活性指數≥95%，流動度比≤102%。其化學成分見表2。

（4）骨料

骨料分為粗骨料和細骨料兩種，粗、細骨料的質量與用量對清水混凝土質量控制不可低估，因骨料使用量占清水混凝土體積65%～75%，首選目標必須粒形良好，質地均勻堅固，花崗巖、硬質砂巖和石灰巖最佳；而細骨料過多或過少都會影響混凝土拌合物的流動性和粘聚性，在選材上單位做了大量的配制優化試驗，使骨料能達到最小空隙率和最大容重。

碎石級配：通過改變5mm～16mm和10mm～25mm碎石搭配比例，進行緊密密度試驗，最終按4：6搭配粗骨料的緊密密度最大、空隙最小。

砂率：采用同一配合比，改變砂率進行對比試驗，通過對拌合物的和易性、混凝土強度的綜合評定選出合適的砂率。砂率較小時骨料空隙大，需水泥漿用量多，混凝土拌合物易發生流漿等離析現象；砂率較大時，需水泥包裹的骨料總表面大，水泥漿用量多，或者混凝土拌合物易發生干澀和離析現象，施工時易產生粗骨料沉在模板底部，砂漿上浮，造成混凝土不均勻的現象，即我們平時常說的色班。

骨料含泥量和泥塊含量要求嚴格，單位優先選用II區天然低堿性中砂，含泥量≤1%，粗骨料選用低堿性碎石，含泥量≤0.7%，吸水率<2.0%，針片狀含量≤3%。

（5）外加劑

外加劑品質是不容忽視的，外加劑勻質性指標和水泥相容性是成功配置清水混凝土的基本條件，且質量及應用技術還應符合相關環境保護的規定。

市場上減水劑中一般都復合了引氣劑，優質引氣劑產生氣泡直徑較小，且分布均勻，目前工程中大都不再選用木鈣、十二烷類的引氣成分，這類引氣成分引入的氣泡直徑大且穩定性差。

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。

外加劑的減水率要適中且穩定，并非越大越好，減水率過高會引起混凝土單方用水量過于敏感，混凝土坍落度不好控制。

另外著重考慮摻外加劑混凝土性能指標，即與水泥及摻合料的適應性、保水性、堿含量和凝結時間等。適應性好，可以有效的控制混凝土拌合物的坍落度損失，適應性不好，配制出的混凝土就會出現泌水，坍落度損失大等現象；外加劑保水性好，減少混凝土拌合物的離析和泌水；堿含量對硬化混凝土外觀的影響和水泥一樣，堿含量越低越有利于硬化混凝土外觀顏色的控制；緩凝結時間不宜長，否則影響拆模時間、拆模效果及表面色差，混凝土凝結時間宜控制在12h以內。因此，我們通過大量的試配最終單位選用聚羧酸系減水劑VIVID-500型，且與該P.O42.5水泥及摻合料有相對良好的相溶性，即使在摻量較低時也具有高流動性、保坍性；減水和增稠效果也較好；混凝土分層和泌水現象得到較大改善；抗離析能力大大提高，非常適宜與此水泥配制清水混凝土。

所以選擇優質的原材料是控制色差的源頭，也是生產出高質量清水混凝土的前提，在施工時單位將各類原材料均安排采購同一廠家、同一批次、顏色和技術參數一致的產品、且儲量充足。如施工高架橋墩柱與蓋梁中，我們采購P.O42.5水泥一次購進500T，減水劑30T，粉煤灰400T，礦渣粉300T，砂石料各3000M3，其中水泥的存放期在3個月以內，所進的原材料設專人管理。

四、配合比設計與驗證

混凝土配合比設計時，除了滿足設計要求強度和耐久性外，著量考慮清水混凝土拌合物和易性。試驗以三個不同水膠比為基準，調整不同摻和料摻量，依據考核指標：和易性、擴展度、含氣量、坍落度、坍落度損失、初凝時間、終凝時間、表觀顏色及氣泡分布情況、強度，我們特地使用實際工程中的模板制作500mm×500mm×100mm類似大試模，用于檢測成型混凝土外觀質量。試驗結果如表3：

（1）從強度上看，各組試配都能滿足強度要求，但水膠比過大膠凝材料過小時，混凝土易泌水，外觀質量也不理想。

（2）從表中可以看出，雙摻摻和料混凝土坍落度、坍落度損失、含氣量等性能均優于單摻粉煤灰。

（3）外觀方面，單摻與雙摻和混凝土成型后色澤稍有差異，雙摻呈淺灰色到青色過渡。另外，雙摻的混凝土用肉眼基本上看不出表面氣泡，單摻粉煤灰的表面氣泡粒徑稍大，但分布均勻，這說明磨細礦渣粉更有利于混凝土中氣泡的排出。通過以上對比試驗，5號配合比各項性能均滿足要求，表觀顏色更接近青灰色且膠凝材料用量在350～ 400 kg/m3之內。為了驗證其在現場施工中能否得到同樣的效果，在5號配合比基礎上調整砂率±2%，模擬施工現場操作，分別采用不同的裝料方式成型大樣模塊6塊（500mm×500mm×100mm），用振搗棒振搗，振搗時間25秒，振搗間距200mm，觀察混凝土是否泌水、離析及成型后表面光潔度及色差變化。試驗過程及結果如表4：

結果表明混凝土的工作性好，振搗不泌水，脫模后表面色澤均勻，無明顯氣泡，可以完全滿足業主對清水混凝土的要求。最終確定配合比如表5：

五、施工工藝

（1）混凝土保護層

混凝土保護層直接決定了建筑的結構性、耐久性和功能性。如保護層過小，易造成結構下沉開裂，以及混凝土中的堿性反應提前使得鋼筋氧化、生銹膨脹、造成混凝爆裂；如保護層過大，使得混凝土處于無筋狀態，產生裂縫。針對此工程，單位采用了日式（日本）規定，保護層不得大于80mm，且不得有負偏差，其余按設計施工，并采用以下控制妙招：1、合理選擇和設置墊塊或墊片，使鋼筋鋪設在正確位置；2、墊塊選擇（混凝土制、鋼制、塑料制）：a、砂漿制墊塊強度低、持久性有欠缺，規定不得使用，b、塑料墊塊穩定性、剛性、耐火性有欠缺，限于墻側、柱側、兩側；c、墊塊強度需用同等或高于澆筑混凝土強度等級；3、采用定制的鋼制支撐構件，混凝土表面處需做防銹處理；4、墊層尺寸、鋼制支撐構件制定計劃，用于每個部分的墊塊采用色彩識別來區別，并經過監理單位核準；5、鋪設馬道，專設施工通道，防止隨意踩踏鋼筋。

（2）模板與脫模劑

清水混凝土的質量特征均與模板有關，鋼模板強度高、韌性好、加工性能好、具有足夠的剛度、可周轉、支拆方便等，效果明顯優于竹膠板。本單位根據該工程的實際施工條件，均采用了鋼模板施工。

鋼模板安裝前，首先進行模板的試安裝，為了防止由于時間過長導致邊框處或拼接處產生磨損，并導致漏漿情況的發生，提前在鋼板之間連接處加裝螺絲或是限位釘進行有效防護；為保證模板間不漏漿，在模板縫中貼雙面膠，保證間隙連續緊密；對模板平接和陽角面板的拼縫采用模板拼接縫與止水泡沫棒雙重措施；對陰角模板與大模板之間通過專用連接螺栓和多道陰角壓槽來保證再用勾頭螺栓緊固。

脫模劑的選擇，由于市面上種類較多，單位指定專業人員根據施工需要進行購買，避免選擇不當面造成資金損失或延誤施工進度；在選擇時注意是否具有一定含量的光亮劑，并在大批量進行購買前先進行小樣實驗，確定其脫模表面光滑后再進行引入。單位最終選擇了模板漆，因它完全干燥固化后不會黏附在混凝土表面，即使有小面積顏色較深可用磷酸配成溶液，對混凝土表面進行擦洗，再用鋼刷刷洗，使其先變成白色，后恢復成混凝土本色，如顏色污染輕，可采用漂白劑進行擦洗。

（3）生產、澆筑及振搗

生產過程混凝土的拌制采用自動計量裝置，并對其自動上料系統、水、外加劑計量系統進行周期性檢定，特別是外加劑與水每次都是采用加水法進行校定重量與密封性；生產時控制攪拌時間，宜在150s ～180s，保證出站混凝土均勻穩定，無明顯色差，和易性良好，坍落度離差小，并對首盤混凝土坍落度的測定，當混凝土坍落度有明顯變異時，及時分析，并調整施工配合比。運輸過程中，確?；炷猎?.5h內澆筑完畢，合理調配車輛，坍落度控制范圍不超過30mm，現場嚴禁向罐內隨意加水?；炷吝\到澆筑現場時，先檢查混凝土和易性和坍落度。如果采用“二次添加減水劑”的措施調整混凝土的坍落度時，應保證添加減水劑后攪拌均勻，防止因減水劑未攪拌均勻對混凝土顏色的影響。

澆筑過程應緊湊連續，間隔時間不超過30分鐘，每層水平澆筑的厚度應均勻，且不宜超過30cm，宜一次連續灌筑，上下層的澆筑間歇時間不應大于混凝土的初凝時間；澆筑時，減小混凝土入模時的落差，入?？谥凉嘀娓叨炔坏贸^2m，落差越大混凝土越易離析，超過2m在布料管上接一軟管（或串筒），伸到模板內，控制下料高度。

振搗是提高混凝土密實性的關鍵，不漏振，不過振，尤為重要，根據不同的澆筑部位選用振搗器材和確定振搗參數。振動器的頻率和振幅宜低不宜高，高頻和高振幅的振動器更容易使混凝土出現泌水。振搗棒為頻振搗器，50棒為主，30棒為輔（作用半徑50棒應為52.5cm取50cm，30棒應為40.5cm取40cm）。為減少混凝土的表面氣泡，嚴格控制振搗時間和振搗棒插入下一層混凝土的深度，保證深度在5cm～10cm，每棒的移動距離為40cm，振搗時間以混凝土翻漿不再下沉和表面無氣泡泛起為止，一般為15s左右。且振搗器操作工應經過培訓，振搗工序應由專人負責，振搗要快插慢拔，振點從中間開始向四周分布，布捧均勻，層層搭扣，特別是澆筑到頂部時暫停1h，待混凝土下沉收縮后再作二次振搗，以消除因沉降而產生的頂部裂縫。

（4）拆模

清水混凝土拆模時間除了依據相關規范外，宜晚不宜早。如果拆模早，混凝土結構表面的水泥水化少、強度低、不但影響混凝土表面的光亮度，還易產生表面裂縫。一般情況下，拆模時間不應早于規范要求的拆模時間，規范無要求時，拆模時間不早于24h，按終凝時間的兩倍為佳操作。

清水混凝土拆模時溫度（由水泥水化熱引起）不能過高，溫差大混凝土接觸空氣時降溫過快而開裂，禁止此時澆注涼水養護；混凝土內部開始降溫以前以及混凝土內部溫度最高時也不得拆模，防止混凝土收縮開裂明顯影響外觀。

清水混凝土拆模順序必須在結構混凝土強度達到設計要求，按立模順序反向進行，各緊固件依次拆除后，輕輕將模板撬離，在確認模板與混凝土結構之間無任何連接后，方可起吊模板，且不得碰撞混凝土成品。拆模后如表面有粗糙、不平整、缺棱掉角等不良外觀應認真分析缺隙產生的原因，不得自行處理。

六、養護

清水混凝土養護從混凝土初凝后開始，養護用水應潔凈，養護用的覆蓋物不允許掉色，防止養護對混凝土的顏色產生污染。養護分帶模養護和脫模后養護，帶模養護只在混凝土的上表面進行保水養護，脫模后養護涵蓋整個混凝土結構的外露面；灑水養護時，先將混凝土結構的側面和底面充分濕潤，然后再由頂面灑水，因混凝土頂面因水分蒸發，混凝土會析出一定量的堿和外加劑，灑水時會將這部分堿和外加劑沖下，如果側面和底面的混凝土干燥，頂面流下的水會滲入，對側面和底面混凝土的外觀造成污染；對于不能保水養護的部位，采用養護劑養護?？傊B護水溫度與混凝土表面溫度差不得大于15℃，混凝土的芯部與表層、表層與環境之間的溫差不宜超過20℃（截面較為復雜時，不宜超過15℃），同時養護時間不宜小于14天。

七、修補

清水混凝土雖然美觀以及牢固，但不可避免意外發生，為了有效地降低意外概率，單位采取了一定的修補手段。比如1、混凝土表面產生氣泡或孔眼：單位在確定混凝土完全干透后，采用同種材料在損壞處進行涂抹修補，等修補處的材料硬化后，再進行二次打磨，使整體看不出差異為止。2、混凝土的裂縫：裂縫出現的原因有二種，一種是在材料上選擇不嚴謹，由于材料不合格致使其在澆筑中由于溫度變化過大而產生裂縫；另一種是由于在澆筑中施工人員沒有掌握好速度，而致使裂縫產生。所以單位施工中防止意外產生，首先選擇質量良好的材料，其次控制好澆筑速度，并在分層時進行壓實工作。但倘若裂縫已經發生，則采用與上述問題類似的方法進行修補。

八、成品保護

清水混凝土的后續施工工序，不得損傷或污染前面工序已完成的清水混凝成品；必要時接觸點應墊橡膠板，避免損傷。

在工程交工前，用塑料薄膜進行保護，防止混凝土表面受到污染。

通過宣傳提高現場人員的自覺保護混凝土成品的意識。

不允許擅自對混凝土成品表面進行修補與表面噴涂施工。

九、小結

清水混凝土施工在國外已經很成熟和應用也普遍，但在我國它才剛剛起步，通過這次市政橋梁的使用，越來越被業主們所接受?？梢灶A見，清水混凝土建筑將成為上海建筑流派的主角之一，具有很大的發展空間和良好的發展前景。

【參考文獻】

（一）WittmannFH高性能混凝土材料特性與設計〔M〕.北京：中國鐵道出版社.1998年.

（二）申臣良，等.清水混凝土施工技術探討〔J〕. 《北京混凝土》2005年第1期.

（三）鄭立新，清水混凝土在工程中的應用 〔J〕 《安徽建筑》2008（01）：46-48.