2006年混凝土分公司科研课题
清水混凝土的研究与应用
河北建设集团混凝土分公司
2006年11月24日
清水混凝土的研究与应用
混凝土分公司 刘永奎、张冬原、姚志玉、李建立、韩军卫
1、前言
清水混凝土指混凝土墙体、梁、柱、顶板表面平整光洁，不再进行抹灰找平，只需刮腻子找平涂装。 清水饰面混凝土指混凝土结构拆除模板后，其表面层即为装饰面层（原浆、原色、原面），其表面略加清理修饰或表面涂防碳化剂，就可达到设计要求的装饰效果。
清水混凝土体现的是“素面朝天”的品位。要求表观光滑、美观，内在质量高、耐久性好，是高性能钢筋混凝土发展的热门课题之一。它对施工测量、混凝土配合比设计和原材料质量控制、成品保护、表面修补、模板选择等方面有较高要求;新拌混凝土须具备有较好工作性、粘聚性;模板工程和养护等施工要求也很高。因为配置要求高、施工难度大、可变因素多，难以被采用。是国内建筑领域很少涉足的一片领域，但随建筑业发展，清水混凝土以优良的外观、良好的内在性能受到越来越多设计师和业主的青睐。
近年来，我国主要在市政高架工程、桥梁工程、港口码头工程、仓储工程、大型标志性建筑上有较多使用，公共建筑和住宅工程也正逐渐应用。为增加技术积累，满足大唐保定热电厂等工地清水混凝土施工要求，我公司对清水混凝土进行系列研究应用工作。
2、材料选用
2.1原材料
清水混凝土最大特点是要颜色一致、无色差，要在视角上给人一种美感，因此对各种原材料的选自比较严格，一般除了依据相关规范外还应遵循两个原则，一是有利于改善混凝土拌合物的和易性，减少泌水和离析；二是有利于提高混凝土硬化后的视觉效果。
2.1.1水泥
一般选用等级不低于42.5Mpa质量稳定、活性较高的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥细度要适中，体积稳定性要好，碱含量低，最好采用低碱水泥，如水泥碱含量高，会造成混凝土经干循环在表面返碱，影响外观。
同时要求水泥厂家有较大生产规模，这样能够保证连续、稳定供货，确保混凝土颜色一致。
本试验试选用易县和益太行山42.5P.O水泥和兴盛太行山42.5P.O水泥。
易县和益太行山42.5P.O水泥技术指标如下：
初凝 时间 | 终凝 时间 | 抗压强度MPa | 抗折强度MPa | MgO 含量 | SO3 含量 | 细度 | ||
3天 | 28天 | 3天 | 28天 | |||||
2h36min | 3h49min | 29.5 | 24.2 | 5.8 | 8.9 | 3.54 | 2.38 | 0.8 |
2.1.2集料
集料的性能对清水混凝土质量和外观也有较大影响。
一般砂采用洁净的，颗粒接近圆形的天然中粗河砂，细度模数在2.6-3.2为宜。除细度模数选择大的以外，砂的级配应当好，大于5mm和小于0.315mm的数量宜少，否则级配较差，影响混凝土的和易性和强度。最好0.6mm累计筛余大于70%，0.315mm累计筛余达到90%，而0.15mm累计筛余达到98%。此外天然砂较人工砂需水量小，对硬化后期混凝土强度的增长有利。
粗集料宜选用坚硬密实的石灰岩或辉绿岩、花岗岩、正长岩等深成火成岩碎石。粗集料的最大粒径与混凝土的构件尺寸、钢筋间距以及泵送条件等多种因素有关。通常情况下，对于级配良好的粗集料来说，最大粒径越大，所有粗集料堆积后的空隙体积就越小，因此能够节约水泥浆，对于强度和变形都有利，并且拌料的工作度也比较好。
此外，砂石集料的含泥量都要小。
2.1.2.1砂
我们对于本地满城产水洗河砂进行适应性试验，选用细度模数为2.6-2.9
中砂。
细度 模数 | 表观密度 Kg/m3 | 堆积密度 Kg/ m3 | 空隙率% | 含泥量 | 泥块含量 |
2.8 | 2720 | 1530 | 42 | 0.5 | 0 |
2.1.2.2石子
选用本地满城产石灰岩5-20mm连续级配碎石。
粒级mm | 表观密度 Kg/ m3 | 堆积密度 Kg/ m3 | 空隙率% | 压碎指标 % | 针片状颗粒含量 % | 泥块含量 % |
5-20 | 2730 | 1570 | 43 | 4.8 | 4 | 0.2 |
2.1.3掺合料
选用衡水Ⅰ级粉煤灰
项目 | 细度% | 烧失量% | 需水比% | SO3含量% |
标准值 | 12 | 5 | 95 | 3.0 |
测定值 | 8 | 4.5 | 94 | 2.0 |
粉煤灰的品质要保持匀质，色泽均匀，长期稳定供货，选用Ⅰ级粉煤灰，否则会出现色差和鱼鳞状表面效果。
试验证明粉煤灰掺量不宜过高，过高则表现灰暗，没有光亮效果
2.1.4.1外加剂。
混凝土的流动度和坍落度等拌和性能主要依靠外加剂来调节。因此我们主要采用U-A-A高效复合减水剂和聚羧酸外加剂。
2.1.4.2
U-A-A高效复合减水剂混凝土具体技术性能入下：
测试项目 | 技术指标 | |
减水率 （%） | 20-30， C(0.8%~1.2%) | |
泌水率比 （%） | 16 | |
含气量 （%） | 2.5 | |
凝结时间 （min） | 初凝 | +80 |
终凝 | +120 | |
0抗压强度比 （%） | 1d | 180 |
3d | 170 | |
7d | 140 | |
28d | 130 | |
塌落度保留比 （%） | 30min | 200 |
60min | 195 | |
钢筋锈蚀 | 对钢筋无锈蚀 | |
2.1.5.1聚羧酸高效外加剂
塌落度1h经时损失为0.5cm：减水率20~30%。
2.2配合比及实验
清水混凝土配合比设计一般按照高性能混凝土的设计要求进行，在满足泵送要求的前提下尽量降低水胶比，增加密实性。同时应是混凝土具有均一的外观质感，良好流动性能，美在均质性能、力学性能、体积稳定性、耐久性和经济性。
试验清水混凝土参考配合比如下：
混凝土 强度等级 | 混凝土配合比（Kg/m3） | 水胶比（%） | 砂率（%） | |||||
水泥 | 砂 | 碎石 | 粉煤灰 | 外加剂 | 水 | |||
C25 | 310 | 823 | 1091 | 6.2 | 170 | 0.55 | 0.43 | 34.8 |
C30 | 350 | 795 | 1093 | 7.0 | 170 | 0.49 | 0.42 | 42.1 |
C35 | 400 | 753 | 1085 | 8.0 | 175 | 0.44 | 0.41 | 48.8 |
C40 | 445 | 720 | 1081 | 8.86 | 175 | 0.39 | 0.40 | 55.8 |
此外，我们还先后对不掺外加剂、掺加奈系、氨基磺酸盐系、密胺系、改性木质素磺酸盐系、聚羧酸盐系不同类型外加剂进行了一系列试验。
2.3试验结论
2.3.1混凝土的配制
清水混凝土要颜色一致，则要求所用的材料一致。水泥应选用厂家、等级、品种相同且安定性好、强度好的水泥；砂石也应按照规定选用合格材料；外加剂不仅要满足混凝土施工性能的要求，而且要有利于提高混凝土的内在质量和外观效果。我们通过大量的试验发现羧酸系减水剂具有独特的优点：该外加剂与水泥有相对更好的相容性，即使在掺量较低时也能使混凝土具有高流动性，同时有相当的减水和增稠效果，混凝土分层和泌水现象得到较大改善，抗离析能力大大提高。同时，对于低水胶比具有低粘度和较好的坍落度保持性能，因此，非常适宜清水混凝土的配制。对于其它几类减水剂，改性木质素黄酸盐系列减水剂，缺点是减水率较低，坍落度损失较快，和易性差；氨基磺酸盐系和密胺系外加剂稳定性差，也容易泌水，萘系减水剂虽然也有一些能使混凝土保持坍落度，使拌合物和易性好，无离析泌水现象，但在以往的施工经验中，我们发现，萘系减水剂抗离析能力差，混凝土拆模后经常发现水线、鱼鳞斑等现象。混凝土应取样试配，按试配的配合比施工，严格控制坍落度。
2.3.2混凝土浇捣
混凝土浇捣前要进行模板内部清理，干净后用水湿润方可浇筑，振捣方法要正确，墙、柱根部先浇同混凝土内砂浆成分相同的水泥砂浆，顶部浇筑时加入适量洗净的石子，这样既保证根部、顶部混凝土的强度，又可使材质均匀一致。
搅拌一要均匀，二要保证时间，振捣要密实，不得漏浆。对于墙体及大体积混凝土，采用自然流淌，按照“一个坡度、薄层浇筑、顺序推进、一次到顶”十六字方针。位于斜坡顶，依据振捣器所振动的范围布置卸料点，坡脚及中部振捣密实，随着振捣的方向向前推进，确保混凝土浇筑质量，卸料高度超过3m时，则采用串筒或溜槽。
2.3.3混凝土养护
混凝土早期养护，应派专人负责，使混凝土处于湿润状态，养护时间应能满足混凝土硬化和强度增长的需要，使混凝土强度满足设计要求。
3、清水混凝土的应用实例
3.1大唐保定电厂烟囱筒身
3.1.1原材料选用：
a、水泥：保定太行兴盛P.O42.5
b、砂：满城Ⅱ区中砂，细度模数2.7，含泥量1.0
c、河石：5-25mm连续粒级，
d、外加剂：保定慕湖高效泵送剂，减水率20%
e、水：饮用水
3.1.2配合比确定
要求混凝土拌合物施工坍落度为160mm，我们做了大量室内试验及生产性试验验证，清水混凝土强度试验及拌合物试验：
清水混凝土试配结果
编号 | 强度 等级 | 水泥（kg/m3） | 水灰比(%) | 砂率(%) | 外加剂（kg） | 容重（kg/m3） | 坍落度（mm） | 初凝 （h） | 终凝（h） |
1 | C30 | 350 | 0.49 | 0.42 | 7.0 | 2420 | 165 | 7.5 | 12 |
2 | C35 | 400 | 0.44 | 0.40 | 8.0 | 2430 | 160 | 8.0 | 12.5 |
3 | C40 | 443 | 0.39 | 0.39 | 8.86 | 2430 | 160 | 8.0 | 12.5 |
编号 | 龄期（天） | 强度（Mpa） | 平均值Mpa | 龄期（天） | 强度（Mpa） | 平均值Mpa | 龄期 （天） | 强度（Mpa） | 平均值Mpa |
1 | 3 | 17.6 | 17.4 | 7 | 20.0 | 20.2 | 28 | 40.9 | 40.3 |
17.0 | 20.4 | 39.8 | |||||||
17.6 | 20.2 | 40.2 | |||||||
2 | 3 | 20.8 | 22.3 | 7 | 29.0 | 29.7 | 28 | 49.6 | 49.1 |
23.4 | 29.6 | 48.4 | |||||||
22.7 | 30.4 | 49.2 | |||||||
3 | 3 | 26.8 | 26.5 | 7 | 33.2 | 34.4 | 28 | 55.6 | 56.1 |
25.4 | 35.8 | 56.6 | |||||||
27.3 | 34.2 | 56.1 | |||||||
3.2大唐保定电厂冷却水塔
3.2.1原材料选用：
a、水泥：保定太行兴盛P.O42.5
b、砂：满城Ⅱ区中砂，细度模数2.7，含泥量1.0
c、河石：5-25mm连续粒级，
d、外加剂：KF-F早强防水剂，掺量6.0%
e、水：饮用水
经过大量试验，最终确定配合比为：
强度 等级 | 水泥（kg/m3） | 水灰比(%) | 砂率 (%) | 外加剂 （Kg） | 容重（kg/m3） | 坍落度（mm） | ||
C30/p6f250 | 380 | 0.44 | 0.43 | 22 | 2430 | 140 | ||
龄期 （天） | 强度（KN） | 平均值Mpa | 龄期（天） | 强度 （KN） | 平均值 ( Mpa ) | 龄期 （天） | 强度（KN） | 平均值Mpa |
3 | 344 | 32.9 | 7 | 446 | 42.6 | 28 | 570 | 51.0 |
348 | 450 | 500 | ||||||
348 | 450 | 540 | ||||||
3.3大唐工地施工过程中，混凝土拌合物和易性好，无离析、浮浆等现象。振动粘度系数始终在混凝土最佳工作状态范围内，对混凝土振捣排气非常有利，而且抗振捣能力大大加强，几乎没有发现因为“过振”而出现的“水线、鱼鳞斑”，有效的保证了混凝土的外观质量。在施工完毕的验收过程中，我们供应的大唐烟囱工地混凝土其外观明显优于其它几家搅拌站，得到了社会各界的一致好评。
3.3.1根据现场的实践经验和调查研究分析，清水混凝土施工应注意以下问题：
3.3.1.1模板工程
为取得清水混凝土的质量效果，加强对模板尤其是胶合板的施工管理尤为重要。
a、模板设计：清水混凝土要求尽量减少明缝，因此除梁、板底模外，模板应设计成整体式大模板或拼装式大模板。模板肋、背楞间距应根据对拉螺栓布置和混凝土浇筑工程等经计算确定，模板肋、背楞材质可选用钢材或木材。
b、模板安装：模板安装方案如下：①墙模板、电梯井筒模分别选用整体式全钢大模板及提升伸缩井筒模；②现浇楼板底模采用支撑、早拆头、木龙骨、胶合板散拆支模方案；③门窗洞口采用自行设计、制作的组合式模板，边框木楞采用定型角钢护角，阴角配置快拆装置，使用效果好、拆卸方便、周转快，门窗洞口垂直、方正；④为确保踏步侧板强度、刚度，在侧板的外侧，位于两边各加1根木楞，从而使踏步板侧面垂直、平整、不翘曲；⑤外墙房间水平缝过渡带采用预留装饰线条的方法，即在大模板上加150mm高的钢板，下设7mm厚、10cm左右宽(但同一层必须一致)橡皮条，上下用胶水粘上，确保密封、不漏浆，拆模后留下1条有规则的装饰线；⑥大模板阴角节点采用角模勾栓，确保了阴角稳定、方正；⑦大模板阳角节点利用大模板相交的自然构造密封，采用45°斜拉支座，连接两模板，达到不漏浆，确保阳角方正的目的。
为取得清水混凝土的质量效果，加强对模板尤其是胶合板的施工管理尤为重要。安装模板时应严格按模板组装图进行，对号入座，定点使用。
c、模板拆除：根据气温条件，在混凝土浇筑完成18~24h后可拆除模板，柱模板拆除后马上涂刷养护液进行养护：
墙、梁侧模宜在混凝土浇筑完成7d后拆模。如果在18~24h后拆模，则拆除后马上涂刷养护液进行养护；
梁、板底模在混凝土达到拆模要求设计强度后拆除；
模板拆除后及时清理表面残留的硬化的混凝土浆液，或清洗表面油污，清理完后涂刷1遍脱模剂。
3.3.1.2混凝土工程
1、混凝土配置
清水混凝土要颜色一致，则要求所用的材料一致。水泥应选用厂家、等级、品种相同且安定性好、强度好的水泥；砂石也应按规定选用合格材料；外加剂不仅要满足混凝土施工性能的要求，而且要有利于提高混凝土的内在质量和外观效果。混凝土应取样试配，按试配的配合比施工，严格控制坍落度。
2、混凝土施工
a、泵送混凝土前，先用与混凝土内除粗骨料外的其他成分相同配合比的水泥砂浆进行润管，润泵用水泥砂浆分散布料，做墙、柱浆用，砂浆厚度50~100mm；
b、用坍落度控制的混凝土，振捣方法与一般混凝土不同，可采用直线行列式或交错式，两种方式不得混用；
c、混凝土收头应适时用木抹子磨平搓毛2遍以上，然后表面用铁板抹子抹平压光不留印痕。适当部位可先用机械磨光机打磨或用铁滚筒压2遍以上，在抹平压光；
d、修磨主要针对表面蜂窝、麻面、孔洞、烂脚、露筋、＞0.2mm的裂缝等严重影响表观质量的缺陷，以及新旧混凝土接缝处、棱角不完整处等进行修补和磨光；
修磨工作再拆模后2h内完成，修磨用材料使用与混凝土相同品种的水泥，掺入适量白水泥和粘合胶水，调配用与混凝土色泽接近的腻子，由专人进行修磨；
修磨以手工操作为主，修磨前应先将表面突出部分的混凝土仔细凿除，是表面平整度符合允许偏差要求。混凝土表面修造平整后应允许浇水润湿，并可用将研磨材料进入润湿的办法，润湿后的混凝土表面用磨石、砂轮片等材料手工研磨，也可用手提砂轮机等工具研磨，直到混凝土表面磨平、磨光、磨出原浆为止。但不允许在修磨过程中向混凝土表面浇水，以避免将研磨出来的稀浆冲刷掉。待修磨出混凝土表面干燥后，可用废水泥袋、细砂纸、干回丝或干黄砂擦拭1遍，使表面色泽趋于一致。修磨时严禁用细砂皮进行大面积打磨，不许修磨的地方和清理混凝土表面污渍时也严禁用细砂皮打磨；
e、混凝土养护时间≥7d。对于水平外露的楼板、梁混凝土面采用覆盖土工布，然后浇水润湿养护，或者覆盖塑料薄膜压草包袋养护。对于混凝土浇筑完18~24h后即可拆模的混凝土面，在拆模后或修补完成后及时涂刷混凝土养护液。对于混凝土浇筑完7d后拆模的混凝土棉可不再进行养护。冬季混凝土养护不浇水，还需要保温养护；
混凝土保护，在清除混凝土表面污渍，以及表面修补完成后，在混凝土表面涂刷养护液，在成品混凝土表面形成一层透明的保护膜，然后采用薄膜包裹和胶合板包角的措施保护。最后到竣工时用类似结晶型防水材料将混凝土表面完全封闭。
3、质量控制要点
a、在进行大模板设计时，应考虑模板下挂至下层已浇筑混凝土结构200mm，这样可利用下部墙体的螺栓来固定模板的下口，使新支设模板能更好地与已施工的墙体混凝土紧密接触，既保证了上下楼层施工缝接头平整，又能杜绝下脚漏浆。
b、在模板的板块接缝处均应设置纵横向受力背楞，以保证模板的整体刚度。
c、组合式穿墙螺杆应与模板垂直设置，使塑料堵头与模板面紧密贴合，以保证穿墙螺杆孔处不漏浆。
d、模板拆除后，螺杆端头的塑料堵头应用专用扳手拧开，严禁敲打，以免破坏圆洞周边混凝土棱角。塑料堵头卸下后，由于埋在混凝土墙内的螺杆还有近10mm露在外面，为防止生锈，首先涂刷防锈漆，再在外面用聚合物水泥砂浆封填20mm深，砂浆表面应压实、压光，圆洞周边不得被污染。
4、结束语
保定大唐电厂烟囱、冷却水塔清水混凝土工程已施工完毕，经过细致周密的方案设计，清水混凝土结构施工一次成型，阴阳角方正、顺直，棱角挺拔，分格缝宽窄深浅一致、边线顺直，装饰图洞规整，墙体表面平整光滑，色泽均匀一致，建筑师的意图得到完美诠释。为今后类似的清水混凝土结构施工积累了较成熟的经验。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/169f0fd55fbfc77da269b181.html
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