蔡曉男，孫忠猛，張 斌，楊連佼

(中交三航局第二工程有限公司，上海 200122)

0 引言

隨著建筑材料的改善和施工工藝的提升，清水混凝土建筑得到眾多建筑師的廣泛認可，如港珠澳大橋東人工島、北京五棵松體育館、鄭州國際會展中心等，這些地標性建筑都采用了清水混凝土結(jié)構(gòu)，并在配合比設計、模板使用、施工工藝、控制標準等方面，行業(yè)內(nèi)已形成清水混凝土的成套技術(shù)成果。在此基礎上，設計師們開始追求拓印天然紋理的清水混凝土結(jié)構(gòu)，如仿木紋飾面和仿竹席紋飾面等，但這方面相關(guān)研究和工程應用尚不多見。其中，模板設計與施工是保證建筑立面紋理清晰、自然靈動的關(guān)鍵。本文依托第十屆花博會東平小鎮(zhèn)未來展廳項目，探索清水混凝土天然紋理的模板方案，涉及模板選擇、實體效果、經(jīng)濟分析等內(nèi)容。

1 工程概況

中國花卉博覽會(簡稱“花博會”)是我國規(guī)模最大、規(guī)格最高、影響最廣的國家級花事盛會，第十屆花博會選址上海崇明，將于2021年5月21日正式開幕。東平小鎮(zhèn)未來展廳是第十屆花博會總體規(guī)劃展示館，為地上2層清水混凝土結(jié)構(gòu)，建筑面積約1 300m2，為順應歷史軸線與場地脈絡，建立片墻體系，承重片墻空間扭轉(zhuǎn)，結(jié)合樓板形成一體化的展陳空間，場地脈絡蔓延至室內(nèi)，與展覽功能溝通互動，漫游路徑抬升形成2層，圍合豐富的挑高空間(見圖1)。未來展廳外立面要求木紋清水效果一次成型，不做任何外裝飾，以表現(xiàn)其天然質(zhì)樸之美，為響應設計理念，本工程從外觀效果、施工難度、質(zhì)量控制、經(jīng)濟成本等方面，對多種拓印模板體系進行比較分析，以求最大限度地表達設計師的目標和預期。

圖1 未來展廳項目三維效果

2 模板選型與設計

未來展廳在方案設計階段初步擬定了4種方案：①外凸竹紋 雙層模板體系，外層模板為普通膠合板，內(nèi)層模板為天然竹條模板，竹條內(nèi)部紋路與混凝土面接觸，形成外凸造型；②內(nèi)凹竹紋 與外凸式類似，雙層模板體系，竹條外部紋路與混凝土接觸，形成內(nèi)外造型；③硅膠竹紋 雙層模板體系，外層模板為普通膠合板，內(nèi)層模板為硅膠制成仿竹紋造型；④實木木紋 雙層模板體系，外層模板為普通膠合板，內(nèi)層模板為帶自然紋理的實木條。

2.1 外凸竹紋模板

外層模板選用1 220mm×2 440mm×18mm膠合板，內(nèi)層模板選用生長期3年以上、支桿挺直的老竹，要求直徑35～50mm，竹子2個端頭的直徑偏差<10mm且長度>5m。內(nèi)層模板加工時，先將竹子居中切開且小刨子修邊，再將半圓形竹片背面緊貼外層膠合板并用30mm馬釘固定，最后在半圓形竹片連接的間隙處用發(fā)泡劑填充密實，至此內(nèi)、外層模板形成整體。外凸竹紋模板合模前需涂刷水溶性脫模劑2～3遍(見圖2)。

圖2 外凸竹紋模板

2.2 內(nèi)凹竹紋模板

內(nèi)凹和外凸竹紋模板所使用的材料基本一致，竹片正面緊貼外層膠合板并用30mm氣釘固定，竹片兩側(cè)端頭需適當加密。竹片拼接應保持100mm等間距，嚴禁出現(xiàn)竹節(jié)順向拼接，避免出現(xiàn)錯臺或不平順。此外，竹片切口與外層膠合板之間的間隙也要用發(fā)泡劑填塞密實，避免拆模時表面破損。拼裝完成后竹節(jié)外表面均需涂刷2～3遍水溶性脫模劑(見圖3)。

圖3 內(nèi)凹竹紋模板

2.3 硅膠竹紋模板

外層模板選用1 220mm×2 440mm×18mm膠合板，內(nèi)層模板選用定制化硅膠仿竹紋模板，該模板具有固化易成型、表面密實光滑、強度高不易破損等優(yōu)勢，現(xiàn)場模板選用直徑30mm和80mm 2種規(guī)格的仿竹節(jié)模板，單塊尺寸1.2m×2.0m。硅膠仿竹紋模板采用雙面膠與外層膠合板粘連，雙面膠縱橫向交叉布置，間距控制在150～200mm，模板中部可適當加密，模板的4個角點需用射釘固定，模板拼裝完成后均需涂刷2～3遍水溶性脫模劑(見圖4)。

圖4 硅膠仿竹紋模板

2.4 實木木紋模板

外層模板選用1 220mm×2 440mm×18mm膠合板，內(nèi)層模板選用30～50mm寬實木條拼接。加工過程中，實木條的端部和側(cè)邊需用刨床刨平，并用木工角尺檢查其方正度，實木條側(cè)面用雙面膠密封，確保木條拼接處不漏漿。實木條的外露側(cè)邊需斜切45°角，保證模板拼縫處連接密實。內(nèi)層模板的實木條應在膠合板上先行預拼裝，并用射釘臨時限位，檢查其平整度、方正度及尺寸，當滿足設計要求時，按30～50顆/m射釘呈梅花狀布置，射釘間距約50mm。內(nèi)層實木條原則上不允許出現(xiàn)三角形模板，需根據(jù)建筑造型設計配模圖，明確內(nèi)層模板的加工尺寸，確保木條拼縫自然貫通。

內(nèi)層模板應選擇自然紋路清晰、板材強度適中的優(yōu)質(zhì)木材。試驗過程中，先后對比松木、杉木、樟木等多種木材的自然紋理，木材裁切完成后，先用鋼刷加深木材表面的自然紋理，此時木材表面會有較多毛刺，再用刨床輕微找平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進口柳杉的應用效果最佳。模板拼裝完成后均需涂刷2～3遍水溶性脫模劑(見圖5，6)。

圖5 進口柳杉處理后的木紋紋理

圖6 木紋模板曲線段現(xiàn)場拼接

3 實施效果

為驗證不同模板體系的實施效果，現(xiàn)場制作長13.8m、高4.67m的直立墻90°扭轉(zhuǎn)為屋面挑檐的樣板段，具體節(jié)段劃分如圖7所示。

圖7 樣板段工藝性試驗

1)外凸竹紋模板 該方案現(xiàn)場竹子加工質(zhì)量要求很高，多數(shù)竹子均須二次刨平，以保證表面平整順直。并且，竹條的拼縫位置難以用發(fā)泡劑填塞密實而無法提供足夠的支撐力，澆筑過程中，模板底部因混凝土側(cè)壓力過大，出現(xiàn)內(nèi)層竹條的壓縮變形甚至破裂等現(xiàn)象。此外，竹條拼縫間隙處的部分發(fā)泡劑會污染混凝土表面難以清除。該種模板要求竹子的內(nèi)表面與現(xiàn)澆混凝土直接接觸，盡管涂刷3道水溶性脫模劑，但拆模過程仍較困難，竹紋的成型效果與設計預期相差較大，因竹節(jié)的隔斷及竹節(jié)間距較大，混凝土拓印效果較差。

2)內(nèi)凹竹紋模板 該方案相對于外凸竹紋實施效果較好，主要表現(xiàn)在：①半圓形竹條正扣膠合板，內(nèi)層模板的抗壓能力更強；②竹條外表面較光滑，拆模較容易，竹條與混凝土的粘連較少發(fā)生；③最終的成型效果有明顯提升。但該方案也存在一些問題，如內(nèi)層模板的加工依舊相對繁瑣、竹節(jié)間距的大小直接影響整體的景觀效果等。此外，竹條之間的拼縫大小較難控制，拼縫過小則模板附近振搗難密實，拼縫過大則易出現(xiàn)明顯突起的砂漿層。

3)硅膠竹紋模板 硅膠竹紋模板的成型效果明顯好于前2種方案，天然竹節(jié)的仿生程度極高，而且內(nèi)層模板是定制化產(chǎn)品，現(xiàn)場模板拼裝的工程量較少。但硅膠模板與混凝土的粘連情況較常見，當混凝土的側(cè)壓力較大時，竹節(jié)形態(tài)稍有變形，此外，因硅膠模板密閉性好，混凝土表面有些許小氣泡影響外立面景觀效果。

4)實木木紋模板 木紋模板的加工雖然并不復雜，但加工精度要求較高，尤其是木紋面的拉毛和壓刨處理。并且，內(nèi)層模板的拼接不能出現(xiàn)三角塊及通長縫隙，對木工的作業(yè)水平要求較高，基本要達到室內(nèi)精裝修水平。從成型效果看，木紋模板的混凝土表面紋路清晰，完整性較好，并且其相對于硅膠模板具有更好的透氣性，混凝土表面基本無聚集性氣泡，這對空間曲面混凝土構(gòu)件的現(xiàn)澆有極大幫助。但需注意的是，實木木條對混凝土的表面顏色還是略有影響，易出現(xiàn)因木條顏色不均勻而導致表面色差(見圖8，9)。

圖8 外凸、內(nèi)凹、硅膠仿竹紋清水混凝土實體效果

圖9 木紋模板清水混凝土照片

4 經(jīng)濟成本

東平小鎮(zhèn)未來展廳是EPC總承包項目，不僅要考慮設計效果，也要測算施工成本。針對上述4套模板體系，從材料費和人工費計算單塊模板的綜合單價。如表1所示，硅膠仿竹紋模板的施工成本最高，其綜合單價約為天然竹紋模板的2倍，而天然竹紋和實木木紋的施工成本較相近。盡管硅膠模板理論上可重復利用，但未來展廳結(jié)構(gòu)厚度大、建筑造型獨特，對拉絲桿的布置非常密集，最小間距400mm，硅膠模板的穿孔破壞很嚴重。此外，天然竹紋和實木木紋的模板均為一次性損耗，而且從施工工藝上看，1層和2層建筑均為整體性一次澆筑，其模板周轉(zhuǎn)使用幾乎不可能。

表1 按標準膠合板面積(2 440mm×1 220mm)計算結(jié)果

5 結(jié)語

東平小鎮(zhèn)未來展廳的建筑立面最終選用木紋拓印清水混凝土，其木紋紋理自然生動、清晰可辨，并且工程造價相對低廉。盡管木紋清水混凝土對作業(yè)人員的技術(shù)水平和原材料的質(zhì)量控制要求較高，但通過樣板段的工藝性試驗及編制技術(shù)指導書等途徑能確保混凝土表觀質(zhì)量達到設計預期。并且從施工過程看，木紋仿真型較竹紋仿真型外表更美觀，且內(nèi)層模板的拼接和加工也更簡便。此外，木條拼接模板的透氣性好于硅膠模板，對空間扭轉(zhuǎn)曲面的混凝土澆筑也更有利。