■ 汪 力 WANG Li

0 引言

近年來，隨著建筑業(yè)整體的轉(zhuǎn)型升級，裝配式建筑在國內(nèi)得到快速發(fā)展，其中，以預制混凝土建筑及相關(guān)技術(shù)為主要發(fā)展方向。為了支撐預制混凝土建筑的落地，以及滿足裝配式建筑的建造需求，預制構(gòu)件工廠如雨后春筍般在全國范圍內(nèi)大量建立。由于預制混凝土產(chǎn)品種類單一，主要為疊合樓板、預制墻、預制樓梯等，企業(yè)主要通過降低價格來占領(lǐng)市場，使得很多預制廠陷入了持續(xù)虧損的惡性循環(huán)中。

清水混凝土采用混凝土澆注工藝一次成型，其表面不做其他處理，以混凝土表面的自然效果為最終成型面[1]。傳統(tǒng)的清水混凝土在施工現(xiàn)場進行澆筑，但由于現(xiàn)場影響因素多、控制難度大，對清水混凝土的飾面效果提出了巨大挑戰(zhàn)。相比而言，預制構(gòu)件工廠具有人員素質(zhì)高、管理體系健全、受天氣影響小等優(yōu)點，為實現(xiàn)良好的清水飾面效果提供了較好條件。同時，預制清水混凝土構(gòu)件的成功生產(chǎn)也可以提高預制構(gòu)件工廠的核心競爭力，實現(xiàn)產(chǎn)品差異化的競爭優(yōu)勢。

1 預制清水混凝土構(gòu)件簡介

預制清水混凝土構(gòu)件是在工廠傳統(tǒng)預制混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)上，通過原材料控制、配方改進、模板制作、混凝土養(yǎng)護、成品保護等多個環(huán)節(jié)進行管理，生產(chǎn)滿足要求的相關(guān)清水構(gòu)件產(chǎn)品[2]。根據(jù)造型的不同，清水飾面可分為光面清水混凝土構(gòu)件和造型清水混凝土構(gòu)件。其中，光面清水混凝土構(gòu)件采用澆筑工藝，預埋裝飾線條、螺栓孔洞等一次成型；造型清水混凝土構(gòu)件則采用反打工藝澆筑成型，其可用于反打造型技術(shù)的模具包括有機硅模具、聚氨酯模具、硬化塑料模具等。本文將結(jié)合中建科技湖州工廠和徐州工廠的生產(chǎn)特點，分別開展光面清水混凝土構(gòu)件和木紋清水混凝土構(gòu)件的研發(fā)、生產(chǎn)工作，以滿足不同預制構(gòu)件的清水裝飾需求。

2 原材料及模具

普通混凝土可進行二次處理。對于表面出現(xiàn)的部分質(zhì)量問題（如蜂窩麻面、鋼筋外露、孔洞、氣泡等），在不影響結(jié)構(gòu)安全性的前提下，均可進行修復。

清水混凝土則不同，其成型面即裝飾面，若結(jié)構(gòu)偏差超過標準，或者表面的平直度、光滑度、色差均一性、線條流暢性等出現(xiàn)問題，都會影響最終的裝飾效果?；趯ΜF(xiàn)澆清水混凝土的實踐經(jīng)驗，為達到最佳的飾面效果，需要從原材料的選擇、配合比的調(diào)配、模具的選擇及施工、混凝土工藝、養(yǎng)護制度的優(yōu)化等多方面進行系統(tǒng)控制，其中，又以原材料和模具的選擇為關(guān)鍵因素。

2.1 質(zhì)量通病

2.1.1 外觀質(zhì)量問題

由原材料選擇不當、配合比不合理導致的外觀缺陷問題，會對清水混凝土飾面效果造成直接影響。因此，有必要對清水混凝土的質(zhì)量缺陷及其產(chǎn)生原因進行分析。如表1 所示，本文主要從原材料和配合比兩方面進行系統(tǒng)歸納。

表1 清水混凝土外觀質(zhì)量缺陷[3]

2.1.2 耐久性問題

普通混凝土澆筑完畢后，表面會覆蓋裝飾材料，以避免混凝土因裸露于空氣中而受水汽等環(huán)境因素的影響；特別是置于室外環(huán)境中，可有效避免紫外線、風、霜、雨、雪等的侵蝕。清水混凝土正好與之相反，其成型面將直接與周圍環(huán)境接觸，為保證清水面的裝飾效果和整體工作性，會對其耐久性提出更高要求。

2.2 原材料的選擇

清水混凝土為保證整體效果，避免色差、不均勻性的出現(xiàn)，需要保證原材料能夠充分混合，因此，在原材料總體把控原則上應(yīng)盡量保證是同一批次；有條件的情況下，可對入庫的干粉料首先進行預混合。

2.2.1 水泥

水泥是混凝土中最主要的膠凝材料，一般采用普通硅酸鹽水泥即可，但要對水泥強度、體積安定性、凝結(jié)時間等主要技術(shù)指標進行檢驗合格后方可使用。

2.2.2 集料

在滿足強度和工作性的前提下，盡量降低砂率，使混凝土中有足夠的粗骨料。粗骨料應(yīng)集配良好，不宜摻量過多，且粒徑不宜過大，否則會導致水泥砂漿無法有效包裹粗骨料表面和填充空隙，從而造成蜂窩、麻面等外觀缺陷，并產(chǎn)生局部陰影等色差問題。骨料的含泥量應(yīng)嚴格控制，過高的含泥量會導致骨料與水泥漿料的過渡區(qū)形成薄弱區(qū)，不僅會增加混凝土收縮，還會降低混凝土的抗壓、抗拉強度，造成不利影響。集料提前用水清洗并陰干，以減少含泥量；粗骨料粒徑控制在15～25 mm，在滿足強度的要求下，應(yīng)盡量采用礫石，嚴格控制針片狀含量；細骨料選用中砂，應(yīng)盡量采用無堿活性的河砂。

2.2.3 摻合料

原則上不采用粉煤灰作為摻和料，如在特殊環(huán)境下必須使用時，需采用二級及以上優(yōu)質(zhì)粉煤灰。礦粉因含鐵量高，會使成型后的清水混凝土表面產(chǎn)生變色，引起色差等問題，因此，嚴禁在清水混凝土中加入。

2.2.4 外加劑

氯離子會加速鋼筋銹蝕，對混凝土的耐久性產(chǎn)生不利影響，因此，不應(yīng)采用含氯的外加劑。同時，為保證混凝土的工作性，原材料混合分布應(yīng)更加均勻，以減少大氣泡的產(chǎn)生；應(yīng)盡量采用集高效減水、緩凝、早強等功能為一體的復合外加劑。

2.3 模具

對于清水混凝土質(zhì)量的優(yōu)劣，最主要、最直接的評價標準是其表觀質(zhì)量的高低；而表觀質(zhì)量與模具性能緊密相關(guān)，因此，合適的模具性能對清水混凝土的整體效果起到關(guān)鍵作用。根據(jù)以往經(jīng)驗，清水混凝土用模具需要滿足以下技術(shù)條件：①模具表面應(yīng)平整順滑，無變形、翹曲；②有足夠的強度和剛度；③如在重復使用中發(fā)生模具破壞變形，需及時進行修復或者采用新的模具；④重量輕、拼縫及拼接工作量少；⑤模具應(yīng)精度高，操作方便，有條件的可采用標準化的拼裝工藝；⑥模具的周轉(zhuǎn)次數(shù)高；⑦ 耐水、耐熱、耐老化和阻燃性能好。通常，從面板材料選擇、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、面板拼縫處理等幾方面進行考慮，選擇合適的模具。

2.3.1 面板材料的選擇

實踐表明，采用覆膜木膠板、鋼板作為面板材料時，在清水混凝土表面能夠起到較好的效果，但兩者在材料性質(zhì)、與混凝土的接觸機理、與脫模劑間的結(jié)合機理和涂覆均勻度等方面均有所不同，上述因素必須根據(jù)工程實際特點統(tǒng)籌考慮。

2.3.1.1 鋼材面板

鋼材面板具有以下優(yōu)點：①鋼材品質(zhì)均勻、平整度好且表面平滑，有利于混凝土表面的平整和順直；且板面污物易清理，脫模劑涂刷的均勻性較好控制，不易粘模，因而不易導致混凝土麻面、蜂窩、氣泡等表面外觀缺陷。②鋼板的整體強度和剛度較好，則成型模板的整體尺寸穩(wěn)定性和側(cè)向撓度好。③鋼材具有一定的彈性和塑性變形能力，能夠多次承受沖擊、振動等荷載。若振搗工藝合理且振搗時間控制較好，則采用鋼模板成型的混凝土表面氣泡少，整體平整光滑，不易出現(xiàn)表面缺陷。

此外，鋼模也存在著一些缺點，如自重較大、施工工序比較繁瑣、初始投入費用高、需要經(jīng)常除銹等。

2.3.1.2 木材面板

木材是一種可再生資源，其自身性能較突出，具有優(yōu)異的彈塑性，能夠承受沖擊和振動等持續(xù)性影響；且輕質(zhì)高強，使用時不受季節(jié)、地區(qū)和環(huán)境溫度等條件影響，可周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多、投資少、易加工。

但木材也存在著一些缺點：①木材的構(gòu)造不均勻及各向異性導致木模具平整度不高，不利于混凝土表面的平整度和順直度；②木材容易吸濕、吸水而導致力學和物理性能變化，造成模具整體剛度差，不易控制模具尺寸和側(cè)向撓度；③木材收縮變形及邊緣變形大，拼裝處的板縫可能產(chǎn)生變形，致使水泥顆粒流出，造成砂線缺陷。

針對傳統(tǒng)木模具存在的缺點，特別是吸水率高引起的各種問題，本研究采用碳化木作為木紋混凝土的模具。碳化木是一種特別適合于清水混凝土的面板材料，它對普通木材表面進行高溫碳化處理形成碳化層，解決了普通木材含水率高、易吸水、材質(zhì)穩(wěn)定性差、易變形等缺點。

2.3.2 脫模劑

脫模劑主要包括水性脫模劑和油性脫模劑，兩者的區(qū)別主要在于采用的原材料和具體的使用方法不同。相比于油性脫模劑，水性脫模劑操作環(huán)境較好，氣味低、污染小，涂刷后可在模具表面形成連續(xù)的隔離膜，從而有效避免混凝土與模具的直接接觸，并有利于氣泡的迅速排出，避免混凝土硬化后出現(xiàn)氣孔。

3 預制光面清水混凝土構(gòu)件

依托中建科技湖州工廠的預應(yīng)力生產(chǎn)線，采用先張法進行預應(yīng)力預制光面清水混凝土掛板的研發(fā)、生產(chǎn)和工程示范。與傳統(tǒng)混凝土掛板相比，預應(yīng)力預制混凝土掛板的墻板厚度更薄、板體更大，性能也更加優(yōu)異。

3.1 設(shè)計原則

鑒于清水混凝土既是混凝土結(jié)構(gòu)又是裝飾面的做法，在其設(shè)計和施工環(huán)節(jié)，要以裝飾裝修的設(shè)計及管理為理念，同時兼顧結(jié)構(gòu)安全。這里主要以湖州某辦公樓為例，通過將其外立面整體效果、螺栓孔布置、裝飾線條、板間拼縫設(shè)計、連接節(jié)點設(shè)計等多方面相結(jié)合，對預制構(gòu)件進行系統(tǒng)設(shè)計，以滿足裝飾效果?？紤]到現(xiàn)場施工的實際情況，特意設(shè)計了兩種裝飾線條造型，一種是有豎橫向裝飾線條的墻板，另一種只有橫向裝飾線條；預應(yīng)力墻板間通過打膠來實現(xiàn)不同的整體裝飾效果。同時，為了充分發(fā)展預應(yīng)力墻板的優(yōu)勢，將墻板的厚度控制在6 cm，并局部加肋以滿足墻板從生產(chǎn)、脫模、吊運、安裝等正常工作情況下不同工況的需要。

3.2 工廠生產(chǎn)

相比于現(xiàn)場澆筑的清水混凝土，預應(yīng)力預制混凝土不僅可以提高混凝土的抗裂性和整體剛度，還能減輕構(gòu)件自重，提高混凝土的耐久性，并能有效降低造價。本項目以現(xiàn)有的先張法預應(yīng)力生產(chǎn)線為依托，進行清水預制掛板的生產(chǎn)，其生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示。

圖1 預制力預制清水掛板生產(chǎn)工藝流程圖

3.2.1 鋼模臺清理打磨

因預應(yīng)力生產(chǎn)線的模臺一直處于構(gòu)件生產(chǎn)中，模臺表面產(chǎn)生的鋼銹使其表面不夠光滑整潔，從而對清水混凝土的表面效果造成不利影響。因此，需對鋼模臺進行嚴格控制：首先，對鋼模臺的平整度誤差控制在±2 mm 以內(nèi)；其次，人工打磨拋光，先局部后整體，保證鋼模臺表面平整光滑；最后，涂刷油脂進行模臺保護，并于使用前2～4 h，用洗衣粉將鋼模臺上的油脂清洗干凈，并用布將多余水分擦洗干凈，等陰干后再使用。

3.2.2 固定裝飾線條、裝飾孔

如圖2 所示，裝飾線條和裝飾孔應(yīng)定位精準且便于脫模，以保證外立面的裝飾效果；特別是裝飾線條，必須保證線條的平直?？紤]到鋼模臺未來的重復利用以及其他產(chǎn)品的需求，決定采用PVC 裝飾線條，并內(nèi)嵌磁性條，在保證精準固定的同時，也便于脫模。

圖2 裝飾線條固定

3.2.3 涂刷脫模劑、預應(yīng)力筋張拉及綁扎上部鋼筋

在涂刷脫模劑、預應(yīng)力筋張拉及綁扎上部鋼筋的過程中，工人需穿上潔凈的鞋套，以免對鋼模臺造成二次污染。

3.2.4 固定預埋件

主要是安裝清水掛板與主體結(jié)構(gòu)連接的相關(guān)預埋件。

3.2.5 上部模具固定

如圖3 所示，上部模具應(yīng)安裝到位，并進行可靠連接。

圖3 上部模具固定

3.2.6 澆筑混凝土

如圖4 所示，混凝土澆筑時，應(yīng)保證良好的工作性。為保證表面清水效果，需適當增加混凝土的振搗時間，以保證氣泡能夠排除。

圖4 混凝土澆筑

3.2.7 養(yǎng)護

采用室內(nèi)常規(guī)的養(yǎng)護方式，嚴禁采用蒸養(yǎng)，以避免加速鋼板面的銹蝕。

3.2.8 水平翻轉(zhuǎn)180°

在脫模的預應(yīng)力預制掛板上進行清水面處理時，需要翻轉(zhuǎn)保證清水面不被破壞。

3.2.9 清水面修補打磨

在大批量生產(chǎn)時，清水面在脫模、搬運過程中會不可避免地出現(xiàn)磕碰、破損等情況，一般需要采用水泥凈漿進行表面修補打磨，以保證效果一致。

3.2.10 塑料薄膜覆蓋

對于已修補打磨后的預應(yīng)力預制掛板，未出工廠前應(yīng)存放在堆場。為了避免清水面磚被二次污染以及在調(diào)運安裝過程中受損，應(yīng)用塑料薄膜進行覆蓋保護。

4 預制木紋清水混凝土構(gòu)件

預制木紋清水混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)流程和主要技術(shù)控制點與預制光面清水混凝土構(gòu)件基本相同；不同的是，為達到木紋效果，需要在鋼模臺上固定木紋模具進行反打澆筑后，才能用于生產(chǎn)。

4.1 模具選擇

目前，市場上比較主流的造型模具以聚氨酯模具、硅膠模具等塑料模具為主，但這類模具的一次投入費用高，需要重復使用多次之后才能將攤銷費用降低，且每塊預制墻板的木紋都一樣，標準化程度太高，無法體現(xiàn)出木紋的隨意性和自然感，不太適合在木紋清水構(gòu)件表面使用。為了達到個性化的木紋效果，可采用帶紋理的天然木紋作為模板使用。

4.2 生產(chǎn)工藝

預制木紋清水混凝土板的生產(chǎn)工藝可參考預制光面清水混凝土板，同時結(jié)合反打工藝，其工藝流程如圖5所示。

圖5 預制木紋清水混凝土板生產(chǎn)工藝流程圖

4.2.1 組模、打膠

碳化木的尺寸規(guī)格為100 mm寬、10 mm 厚。首先，在碳化木上涂刷膠黏劑并固定在鋼底膜上，由于每片碳化木之間存在拼接縫，需在縫間使用透明密封膠進行填充，以防止新拌混凝土在縫隙間發(fā)生漏漿（圖6）。

圖6 組模、涂刷脫模劑

4.2.2 涂刷脫模劑

采用水性脫模劑涂刷。由于碳化木比鋼模臺孔隙多，吸水率更大，需要增加脫模劑用量。

4.2.3 綁扎鋼筋

如圖7 所示，在綁扎鋼筋時，為了避免工人踩踏而造成二次污染，需在碳化木表面覆透明塑料膜進行保護。

圖7 綁扎鋼筋

4.2.4 混凝土澆筑

如圖8 所示，在混凝土澆筑前，需對模板進行保護，以避免二次污染；澆筑時，應(yīng)首先將上部保護塑料薄膜揭開，并在澆筑過程中增加振搗時間，以保證木紋中的混凝土填充密實并排除氣泡。

圖8 澆筑前保護

4.2.5 養(yǎng)護脫模

不同于預制光面清水混凝土構(gòu)件直接在鋼模臺上進行生產(chǎn)，預制木紋清水混凝土構(gòu)件采用碳化木模具后不受模臺銹蝕影響，因此，可采用蒸汽養(yǎng)護方式，在縮短脫模時間的同時，保證飾面效果（圖9）。

圖9 脫模后木紋效果

5 表面修復

預制構(gòu)件在工廠批量生產(chǎn)的過程中，必須執(zhí)行嚴格的生產(chǎn)質(zhì)量控制。然而，受原材料品質(zhì)、工人技術(shù)水平差異、天氣變化等多種因素影響，很難使預制構(gòu)件表面的清水效果保持一致。同時，成型產(chǎn)品增加了工廠堆放、構(gòu)件運輸、現(xiàn)場安裝等環(huán)節(jié)，大大增加了構(gòu)件表面被破壞的可能性，這就需要在現(xiàn)場構(gòu)件安裝完畢后，統(tǒng)一進行調(diào)色修復。

5.1 預制光面清水構(gòu)件表面修復

如圖10 所示，預制光面清水構(gòu)件表面修復技術(shù)的工藝流程主要有以下幾個步驟。

圖10 預制光面清水構(gòu)件表面修復工藝流程圖

5.1.1 基層處理

構(gòu)件表面應(yīng)保持平整，特別是陰陽角的棱角應(yīng)整齊平直。對表面存在的明顯缺陷如銹斑、油污、裂縫、流淌及沖刷污染痕跡等，需進行初步刮除處理。

5.1.2 膩子修補

膩子主要用于表面的修補，且顏色的選擇需與混凝土表面顏色保持一致。

5.1.3 打磨

此工序一般采用鏨刀鏟平即可。如有必要，可采用砂輪機磨平，但打磨處需用專用膩子進行二次修補平整。

5.1.4 底涂（二遍）

采用硅基混凝土滲透劑涂刷混凝土墻面時，應(yīng)按先上后下、從左到右的順序進行垂直交叉涂刷，并保證滲透劑能夠有效滲入混凝土表面的氣孔、微裂縫等。

5.1.5 中涂

如圖11 所示，在底涂完成24 h 且底涂膜干燥后，可采用半著色硅基保護漆進行修色。修色過程中，應(yīng)采用專用拍花工具均勻拍花，且收排方向一致；同時，可反復多拍2～3次，以減少拍紋。

圖11 預制光面清水構(gòu)件中涂修色

5.1.6 面涂（二遍）

待中涂層完成24 h 且干燥后，可進行面涂。一般可采用滾涂工藝，面涂時，應(yīng)均勻成膜，避免出現(xiàn)流墜等現(xiàn)象。

5.1.7 檢測驗收

面涂完畢8 h 后，檢查表面裝飾效果。驗收標準為：①形成穩(wěn)定、均勻的保護膜，且墻面平整干凈、顏色較均勻、無明顯色差；②能夠隱約看到混凝土表面的原有機理；③通過向墻面潑水進行防水測試，要求墻面不滲水且顏色無變化。其成品效果如圖12 所示。

圖12 預制光面清水構(gòu)件成品效果

5.2 預制木紋清水構(gòu)件表面修復

由于預制木紋清水構(gòu)件表面存在凹凸質(zhì)感，其修復相較于預制光面清水構(gòu)件要更加復雜，特別是需要順著構(gòu)件表面的木紋紋理，進行有規(guī)則的修補并打磨。其他的主要施工工序則與預制清水光面構(gòu)件基本相同（圖13～15）。

圖13 預制木紋清水構(gòu)件中涂修色

圖14 預制木紋清水構(gòu)件膩子修補

圖15 預制木紋清水構(gòu)件完成效果

6 結(jié)語

建筑工業(yè)化是建筑業(yè)發(fā)展的方向，也是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必經(jīng)之路，其中，裝配式建筑特別是預制混凝土技術(shù)起著重要作用。清水混凝土飾面技術(shù)很好地展現(xiàn)了混凝土本色——混凝土既是結(jié)構(gòu)體，又是裝飾面。將清水飾面技術(shù)應(yīng)用到預制混凝土構(gòu)件中，采用工廠化的生產(chǎn)方式進行生產(chǎn)，可進一步豐富預制構(gòu)件的裝飾集成技術(shù)，從而增強預制構(gòu)件工廠的市場競爭力，使裝配式建筑行業(yè)的整體技術(shù)水平得到提升。