清水混凝土在广州地铁的应用

　　关键词：清水混凝土；配合比；外观；气泡

 

　　1 引言

      清水混凝土属于一次浇注成型，结构表面不需要修饰的混凝土，这种混凝土没有色差、气泡和裂纹，也不用进行刷漆装修，完全是自然色调，非常质朴，表面有较强的质釉感。

　　2 工程简介

      广州地铁四号线是广州地铁第一条采用高架线路，其建筑设计的梁及柱均为清水混凝土，其中立柱的混凝土级别 C30，梁为 C50。

　　3 原材料的选择

      ⑴水泥：水泥的颜色对混凝土外观颜色的影响是最直接的，各个地区、各个水泥厂生产的水泥硬化之后的颜色有一定的差异，有的为灰色、有的为青灰色，也有的为略带黄白色等。对于选取什么品种水泥，建议选用P.I、P.II 型水泥，毕竟选用其它掺较多混合材的水泥，一方面水泥厂掺加的混合材质量难以控制，造成混凝土质量波动；另一方面使用 P.O 等品种配制的混凝土比使用 P.I、P.II 水泥配制的混凝土表面质釉感差，哑光程度较严重！基于此原因，我们选用广东某水泥厂生产的P.II42.5R 水泥，通过我们长期使用，发现该水泥质量稳定，不同批次外观颜色均匀，硬化后表面为青灰色，主要技术指标如表 1：

      ⑵砂：在试配过程中发现，砂的级配不好及含泥量过大时，混凝土易产生泌水及混凝土硬化后表观颜色不均。此处采用的是天然砂，细度模数 2.6，属二区中砂，级配合理，含泥量 0.9%，泥块含量 0.2%。

      ⑶石：石子对混凝土的影响与砂一样，主要考虑其级配情况和含泥量。在此选用番禺产碎石，公称粒径5.0～25.0mm，含泥量 0.5%，泥块含量 0.1%，针片状颗粒含量 5.2%，压碎指标值 7.3%。

      ⑷掺合料：在选择掺合料时，除考虑控制水化热，还应着重考虑其在混凝土中对气泡填充作用及有效减少泌水，因此我们选取了粉煤灰和硅灰两种掺合料。

      ①粉煤灰：广州某发电厂产 I 级粉煤灰，0.045mm筛余 8%，需水量比 89%，烧失量 2.2%。

      ②硅灰：产地：挪威，比表面积 19320m²/Kg，sio₂ 含量 92.6%。

     ⑸减水剂：在配制清水混凝土中，外加剂的品质是不容忽视的，选择外加剂有以下原则：

　　①为改善新拌混凝土的和易性，应复合适量的引气剂，优质引气剂产生气泡直径较小，且分布均匀；

　　②外加剂与水泥的适应性要好，配制出的混凝土不能出现泌水，坍落度损失要小；

　　③外加剂中不应有增稠组分，增稠不利于混凝土中气泡的排出。在试配过程中，还对聚羧酸系及萘系减水剂进行对比试验，用聚羧酸系所配制的混凝土各方面性能都优于萘系，尤其是在控制混凝土的泌水率、单位面积气泡量等方面表现更为突出。这里采用的是广州某公司生产的聚羧酸减水剂。

　　4 配合比的设计、验证

      根据工程需要，为达到清水混凝土的技术要求，用选定的原材料反复试配，调整不同掺合材的掺加量、不同水灰比（不同的胶凝材料总量）等，主要考核指标：和易性、粘稠度、单位面积气泡量(孔径大于 0.5mm)、气泡分布情况、坍落度损失、表观颜色及强度。我们特地使用实际工程中的模板制作 500mm×500mm×500mm 类似大方砖的大试模，用于检测成型混凝土外观质量。

      ⑴从试验结果上看，水胶比过大、胶凝材料过小时，混凝土易泌水、易产生水线，外观质量也不理想，因此，配制清水混凝土胶凝材料用量不应低于 360Kg/m³，应在400～480Kg/m³ 为宜。

      ⑵从表中可以看出，双掺硅灰与粉煤灰的混凝土和易性、外观、气泡数量等性能均优于单掺粉煤或不掺粉煤灰的混凝土。

      ⑶外观方面，大掺量粉煤灰的混凝土成型后色泽较差，这与所用粉煤灰颜色稍显发黄有关，不掺粉煤灰及少量掺粉煤灰的混凝土颜色随水灰比减小呈浅灰色到青灰色过渡。另外，掺适量硅灰的混凝土用肉眼基本上看不出表面气泡，没有色差，而不掺硅灰的表面气泡粒径较大，单位面积气泡量较多，这说明过多掺粉煤灰外观较差，而适量掺硅灰能有效填充混凝土中的大气泡，提高混凝土表面的光滑度，同时也有效减少混凝土的泌水。

      通过以上对比试验，我们确定 C30 采用 A4-6 配合比，C50 采用 A5-5 配合比。

      为了验证其在现场施工中能否得到同样的效果，施工承包商也在施工现场制作了多个配钢筋的 1500mm ×1500mm×2000mm 结构实体进行模拟试验，均达到了满意效果。

　　5 混凝土生产过程控制

      ⑴试验人员对原材料严格检测，保证各种原材料的性能指标符合标准要求及与试配时相差不大。

      ⑵混凝土运输车采用挂牌制，如某辆车前一趟装运的不是清水混凝土，装清水混凝土前必须清洗混凝土罐，并将罐内积水排完。

      ⑶搅拌机采用与运输车一样的措施，并比搅拌普通混凝土的搅拌时间增加 15～20 秒。

      ⑷混凝土不宜进行二次调整，尽量缩短运输及施工时间。

      ⑸增加温控措施，将混凝土入模温度控制在 28℃以下为宜。

　　6 混凝土硬化后性能

      ⑴强度及耐久性试验

      工程中抽检的 C30 混凝土平均强度为 52.8MPa，最小值为 49.6MPa。

      工程中抽检的 C50 混凝土平均强度为 65.9MPa，最小值为 62.1MPa。

      进行多组抗渗试验，抗渗指标均大于 P20。

      现场还对部分结构实体进行回弹检测，混凝土表面强度都较高，碳化深度均≤0.5mm。

      ⑵外观：模板拆除后，混凝土基本上没有色差、大气泡和裂纹，色调自然、均匀、质朴，表面有有一定质釉感。

　　7 结语

      ⑴影响混凝土本身外观质量的因素很多，优选各种原材料，特别是水泥、掺合料及外加剂品种是非常重要的，实验表明配制清水混凝土使用硅酸盐水泥效果较好，而硅灰及聚羧酸系减水剂对减小混凝土泌水、粘稠度、气泡量作用非常大。

      ⑵硅灰除了能改善混凝土拌合物性能，还能够提高混凝土表面强度，使混凝土表面光滑，抑制混凝土的碳化，抵抗外界有害介质的侵蚀，对混凝土耐久性极为有利。

      ⑶由于清水混凝土对施工工艺要求很高，因此，不仅要求混凝土生产厂家严格控制混凝土质量，而且施工方的施工工艺也相当重要，如模板选择与安装、内衬及脱模剂的选择与使用、混凝土浇捣、混凝土养护及成品保护等。总之，生产及应用高质量的清水混凝土,各方面都必须严格要求。