■ 汪 力 WANG Li 羅時勇 LUO Shiyong 曹 澤 CAO Ze

0 引言

清水混凝土建筑是將混凝土表面作為內(nèi)外墻體裝飾面直接裸露在空氣中，不再增加其他裝飾面層，能夠與周圍環(huán)境融為一體，構(gòu)造出詩意般的內(nèi)外空間，以此表達(dá)建筑情感[1]。我國從20 世紀(jì)70 年代起，將清水混凝土應(yīng)用于預(yù)制外墻板反打施工中[2]，但當(dāng)時人們更關(guān)注面磚、玻璃幕墻等裝飾效果，在民用建筑中的應(yīng)用幾乎處于停滯狀態(tài)。到20 世紀(jì)80 年代后期，清水混凝土開始在港珠澳大橋[3]、國家體育場[4]等重大項(xiàng)目中進(jìn)行嘗試應(yīng)用；且隨著時代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，清水混凝土如今已廣泛應(yīng)用于各種基礎(chǔ)設(shè)施和民用建筑中。

目前，國內(nèi)對清水混凝土的理解主要分為兩派：一派是追求混凝土的原始感，除了蜂窩、麻面等嚴(yán)重的質(zhì)量問題，不對已成型的混凝土表面做任何修飾，接受其缺陷和不足，以更真實(shí)地表達(dá)混凝土質(zhì)感；另一派是追求混凝土的完美感，對漏漿、孔隙、色差等進(jìn)行后期修復(fù)處理，實(shí)現(xiàn)極致的無缺陷清水混凝土效果。本文結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土墻板工廠生產(chǎn)的特點(diǎn)，打造一種無需后期修復(fù)處理，又無明顯質(zhì)量缺陷，能夠呈現(xiàn)自然、無加工痕跡效果的清水混凝土飾面。

1 大型預(yù)應(yīng)力清水混凝土墻板簡介

大型預(yù)應(yīng)力混凝土墻板是在工廠采用先張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)，減小或抵消外荷載所引起的拉應(yīng)力，并借助混凝土較高的抗壓強(qiáng)度彌補(bǔ)抗拉強(qiáng)度的不足，以此提高鋼筋混凝土構(gòu)件的抗裂性能，避免混凝土過早出現(xiàn)裂縫。在相同墻板尺寸情況下，可顯著減小板厚，以節(jié)省鋼筋和水泥用量，降低墻板自重。預(yù)應(yīng)力清水混凝土墻板是在傳統(tǒng)大型預(yù)應(yīng)力墻板的基礎(chǔ)上，通過嚴(yán)格控制原材料、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、加強(qiáng)成品保護(hù)等措施，生產(chǎn)出無需表面修復(fù)的大型預(yù)應(yīng)力清水混凝土墻板，單板長度可達(dá)6 m，厚度控制在80 mm。

2 清水混凝土的質(zhì)量問題

清水混凝土的質(zhì)量問題，主要包括外觀質(zhì)量缺陷和耐久性問題兩類。

（1）外觀質(zhì)量缺陷會直接影響整體效果，如表面蜂窩、裂縫、色差等；導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生的原因有很多，需要綜合考慮原材料、模板質(zhì)量、生產(chǎn)工藝、成品保護(hù)等影響。表1 將清水混凝土常見的質(zhì)量缺陷及產(chǎn)生原因歸納為7 種類型。

（2）耐久性問題主要是由于清水混凝土直接裸露于空氣中，不像普通混凝土表面有裝飾材料保護(hù)；特別是室外部分的清水混凝土，常年受到陽光、風(fēng)、霜、雨、雪和污染物的侵蝕，會大大縮減使用壽命，必須加以重視。因此，需要在清水混凝土的表面涂刷保護(hù)劑，且保護(hù)劑不能對清水混凝土的質(zhì)感和顏色產(chǎn)生影響，否則就違背了清水飾面的本意追求。

3 原材料要求

清水混凝土與普通混凝土一樣，其主要材料包括水泥、摻合料、粗骨料（石）、細(xì)骨料（砂）、外加劑、水等。其中，水泥、砂石一般需要進(jìn)行屬地化試配，以混凝土工作性為目標(biāo)，按適當(dāng)比例配置并硬化形成具有所需形體、強(qiáng)度和耐久性的人造石材。

3.1 水泥

預(yù)應(yīng)力混凝土墻板的28 d 抗壓強(qiáng)度要求至少在40 MPa，且需減少雜質(zhì)對裝飾效果的影響。首選質(zhì)量穩(wěn)定的42.5 級及以上的硅酸鹽水泥；水泥進(jìn)場時，除了凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度等一般檢驗(yàn)必須合格外，還需保證是同一品種型號、廠家、生產(chǎn)工藝及批次采購。

3.2 摻合料

混凝土中常用摻合料主要包括粉煤灰和礦粉。對于清水混凝土，一般不建議采用粉煤灰；但在特殊情況下，如大體積混凝土一次澆筑等工況下，可適量加入二級及以上優(yōu)質(zhì)粉煤灰。此外，礦粉因含鐵量比較高，會引起成型后清水混凝土表面變色等色差問題，因此禁止在清水混凝土中加入礦粉。

3.3 骨料

在保證混凝土級配正常的情況下，盡量增大粗骨料粒徑，可減少用水量，并在水灰比相同情況下，減少水泥用量，有利于減少水化熱的產(chǎn)生。注意嚴(yán)格控制骨料含泥量，如含泥量過高，不僅會增加混凝土收縮，還會降低混凝土的抗拉強(qiáng)度，對混凝土抗裂十分不利；此外，若粗骨料過多、過大且級配差，會導(dǎo)致水泥砂漿不能充分包裹粗集料而產(chǎn)生石頭影的暗斑，混凝土易離析，從而產(chǎn)生蜂窩、麻面等外觀缺陷。

骨料在使用前宜用水清洗并進(jìn)行陰干，以減少含泥量。由于預(yù)應(yīng)力墻板的厚度需要控制在80 mm，建議：①粗骨料選用強(qiáng)度高、連續(xù)級配好、同顏色、粒徑控制在5～15 mm、含泥量≤0.8%且不帶雜物的碎石，并且在滿足強(qiáng)度的要求下，應(yīng)盡量采用礫石，嚴(yán)格控制針片狀含量；② 細(xì)骨料選取無堿活性的II 區(qū)中砂，應(yīng)盡量采用河砂且不得含有雜物，其細(xì)度模數(shù)＞2.5、含泥量≤1%。

3.4 外加劑

清水混凝土應(yīng)盡可能少用外加劑。特別是含氯鹽的外加劑，不僅容易造成鋼筋腐蝕，還會造成清水混凝土表面返堿，導(dǎo)致裝飾面二次污染，應(yīng)避免使用。如果要保證優(yōu)異的工作性，可采用高效復(fù)合外加劑，在改善施工和易性的同時，也利于混凝土各組分材料分布更為均勻，從而減少大氣泡的產(chǎn)生，提高外觀質(zhì)量。

3.5 混凝土工作性要求

3.5.1 坍落度

傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土是從攪拌站以攪拌車水平運(yùn)輸至現(xiàn)場，再以汽車泵通過垂直運(yùn)輸完成現(xiàn)場澆筑；而為了保證混凝土良好的工作性，運(yùn)送到現(xiàn)場時，坍落度需要控制在180±10 mm，以減少泌水的可能性。但本項(xiàng)目采用的預(yù)應(yīng)力清水混凝土墻板是在工廠采用魚雷罐進(jìn)行澆筑，且廠內(nèi)配備有混凝土攪拌站，免去了傳統(tǒng)商品混凝土對攪拌車和汽車泵的使用需求。相比現(xiàn)場墻板通常需要豎向澆筑的特點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力墻板采用平模臺澆筑，對混凝土的坍落度要求可適當(dāng)放寬。

3.5.2 初凝時間

傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土為防止出現(xiàn)冷縫，混凝土結(jié)構(gòu)施工期間的初凝時間需要保證在6～8 h；而預(yù)應(yīng)力混凝土墻板在工廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，相對現(xiàn)場而言，不可控因素較少，在綜合考慮流水節(jié)拍及生產(chǎn)效率的情況下，可將混凝土的初凝時間控制在4～6 h。

4 模具要求

清水混凝土的表觀質(zhì)量與所采用模板密切相關(guān)。其所用模板的技術(shù)需求包括：①板面平整、無污染物；② 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在混凝土澆筑、搬運(yùn)、清理過程中不變形、不翹曲；③表面不易損壞；④重量輕，或者借助設(shè)備便于操作；⑤具有一定的重復(fù)周轉(zhuǎn)次數(shù)，可降低模板的攤銷成本。

工廠采用預(yù)應(yīng)力生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，其底模和邊模均為鋼模。為了追求清水混凝土的自然感和可復(fù)制性，同時降低預(yù)應(yīng)力清水混凝土墻板的整體造價，本文不考慮使用新鋼模，而是采用工廠已使用多次且滿足精度要求的舊鋼模，通過工藝控制實(shí)現(xiàn)清水效果。該鋼平臺底模和邊模上有一層浮漿和不均勻的銹斑，且由于多次使用，底模上存在一定的劃痕。從某種意義上講，這種不規(guī)律的劃痕能夠體現(xiàn)清水混凝土飾面的隨機(jī)性和自然感（圖1）。

脫模劑不僅要便于構(gòu)件的脫模，還不能對清水混凝土的裝飾面造成二次污染。目前，市場上的脫模劑主要分為水性脫模劑和油性脫模劑兩類。油性脫模劑雖然脫模效果好，但存在安全隱患，也不環(huán)保，易使清水混凝土的裝飾面形成油斑、大氣孔等二次污染。相對而言，水性脫模劑更環(huán)保、更安全。它是由有機(jī)高分子材料兌水稀釋后，直接涂刷于鋼模臺上形成一層隔離層，并能夠使混凝土接觸處的氣泡迅速溢出，保證了清水混凝土的飾面效果。

5 生產(chǎn)工藝控制

結(jié)合本文所用鋼模特點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力清水混凝土墻板的生產(chǎn)工藝流程如下：鋼平臺打磨→固定邊?！摇克⒚撃摻罱壴潭窦A(yù)應(yīng)力筋張拉→混凝土澆筑、振搗抹平→養(yǎng)護(hù)→放張預(yù)應(yīng)力筋→脫模起吊→半成品堆放→表面封堿、涂刷保護(hù)劑。

相比傳統(tǒng)混凝土墻板，清水混凝土對生產(chǎn)工藝的控制要求更為嚴(yán)格，任何一個環(huán)節(jié)控制不到位，都會對最終成型的清水混凝土飾面效果產(chǎn)生不可逆的破壞。

5.1 鋼平臺打磨

由于所用鋼平臺的表面具有一層浮漿，可采用磨光機(jī)將預(yù)應(yīng)力墻板放線位置來回進(jìn)行多次打磨（圖2）。打磨標(biāo)準(zhǔn)為鋼平臺上基本光滑，無肉眼可見的浮漿，且四周打磨寬度應(yīng)寬出墻板位置200～300 mm。

5.2 除灰

待邊模安裝到位后，對鋼平臺中的粉塵進(jìn)行清理。清理方式是先采用干凈拖布進(jìn)行整體清理，再采用鼓吹機(jī)操作處理2～3 遍；特別是邊模與鋼平臺之間的拼縫處，要重點(diǎn)清理（圖3）。

5.3 鋼筋綁扎、固定埋件及預(yù)應(yīng)力筋張拉

鋼筋綁扎時，為避免鋼筋直接接觸鋼平臺面層造成二次破壞，宜采用鋼筋網(wǎng)片。鋼筋綁扎應(yīng)按下層鋼筋綁扎、穿預(yù)應(yīng)力筋、上層鋼筋綁扎的順序進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上，將埋件通過工裝進(jìn)行固定，再將預(yù)應(yīng)力筋張拉到設(shè)計(jì)值（圖4）。應(yīng)注意：預(yù)應(yīng)力筋張拉需在所有工作完成時才能進(jìn)行，嚴(yán)禁在鋼筋綁扎或者埋件固定完畢前就進(jìn)行張拉。

5.4 混凝土澆筑與振搗抹平

混凝土澆筑時，宜采用分點(diǎn)分層澆筑，盡量避免一次倒料澆筑。通常，第一次澆筑厚度為50±5 mm；第二次澆筑到設(shè)計(jì)厚度，并采用小型振搗棒進(jìn)行振搗。振搗時，先沿預(yù)應(yīng)力筋方向進(jìn)行大面振搗，快插慢拔，再對邊模和平臺模拼縫處進(jìn)行振搗，盡可能排出氣泡；應(yīng)盡量避免對預(yù)應(yīng)力筋的擾動，嚴(yán)禁將振搗棒直接與預(yù)應(yīng)力筋接觸并長時間振搗。

5.5 脫模起吊

由于大型預(yù)應(yīng)力清水混凝土墻板尺寸大，為避免脫模起吊時受力不均勻而引起安全問題和混凝土開裂，應(yīng)采用專用吊裝工裝一次起吊（圖5）。

圖5 預(yù)應(yīng)力墻板起吊

5.6 表面封堿及涂刷保護(hù)劑

清水表面干燥后，先將預(yù)應(yīng)力墻板吊運(yùn)至涂刷工位，用砂紙輕輕打磨清水面（圖6），以便除去表面浮灰，使紋理更加自然均勻；再用滾筒刷分別涂刷1～2 遍封堿劑、保護(hù)劑（圖7），且必須待上一遍涂刷干燥后方可進(jìn)行下一遍工作。

圖6 砂紙打磨

圖7 滾筒刷涂刷

從最后干燥后的成品效果（圖8）可以看出：表面經(jīng)過處理后，墻板表面的一部分劃痕紋理得到改善，看起來更加自然合理。

圖8 成品效果

6 結(jié)語

傳統(tǒng)現(xiàn)澆清水混凝土墻體是在現(xiàn)場采用立模方式澆筑，對模板、原材料、施工工藝的要求高，現(xiàn)場質(zhì)量控制難度大，造成單方綜合造價高。本研究結(jié)合預(yù)制混凝土構(gòu)件工廠的實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn)，降低對模板、原材料的質(zhì)量要求，并通過對產(chǎn)業(yè)化工人的培訓(xùn)，提高產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝水平，以平模澆筑方式和預(yù)應(yīng)力張拉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工廠大型、薄型預(yù)應(yīng)力清水混凝土墻板生產(chǎn)，推動了清水混凝土行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，拓寬了清水混凝土墻板飾面效果的實(shí)現(xiàn)路徑。