采用砂漿富余系數法設計清水混凝土試驗研究

王偉，楊善順，連亞明，陳賢錫

（廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

采用砂漿富余系數法設計清水混凝土試驗研究

王偉，楊善順，連亞明，陳賢錫

（廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

本文采用砂漿富余系數法對清水混凝土配合比進行設計，根據經驗選擇砂漿富余系數 1.9。試驗表明：選擇普通的砂、石、水泥、礦粉和外加劑等原材料以及自制的脫模劑，經過周密嚴謹的施工安排和細節處理，即可實現清水混凝土效果。

砂漿富余系數；清水混凝土；配合比設計

0 前言

隨著混凝土技術的不斷發展、高性能混凝土的應用，混凝土在建筑領域發生著一系列的變化。混凝土從單一的結構材料正在逐步轉變為飾面材料，清水混凝土應運而生[1-2]。

清水混凝土一次澆筑成型，以混凝土本身的自然質感與精心設計的明縫，禪縫和對拉螺栓組合形成的自然狀態作為裝飾面，其表面光滑平整、棱角分明、線條順暢、色澤均勻。與傳統的混凝土相比，清水混凝土具有減少施工工序、縮短工期、減少安全隱患和質量通病、降低工程造價，耐久性好等優點[3-5]。

精美的混凝土外觀依賴于良好的混凝土拌合物性能。清水混凝土拌合物應具有良好的流動性、粘聚性和保水性，在振搗的過程中不分層、泌水、離析。同時控制拌合物含氣量不能過大亦不能過小，含氣量過大則產生較多的氣泡，過少則和易性較差[6-7]。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

試驗選用福建紅獅水泥股份有限公司的 P·O42.5R 水泥，表觀密度 3100kg/m3，28d 抗壓強度 50.2MPa ；三鋼集團股份有限公司的 S95 級礦粉，表觀密度 2920kg/m3，28d 活性指數102%；細集料為河砂，表觀密度 2610kg/m3，細度模數 2.6；粗集料為普通碎石，表觀密度 2670kg/m3，粒徑 5～20mm 和16～31.5mm 兩種；外加劑采用福建科之杰新材料有限公司的聚羧酸高性能減水劑，減水率 30%；試驗用水為自來水，滿足現行行業標準 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的要求。

脫模劑是影響清水混凝土表觀質量的重要因素，本試驗選用水性脫模劑，并按脫模劑∶水∶消泡劑= 1:1:0.02 的比例進行復配。

1.2 試驗方法

采用砂漿富余系數法進行清水混凝土配合比設計，并符合 JGJ 169—2009《清水混凝土應用技術規程》的規定；碎石堆積密度及空隙率測試按照行業標準 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》執行；拌合物性能測試按照國家標準 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》執行；混凝土力學性能測試按照國家標準 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》執行。

砂漿富余系數=Vm/Vog；其中 Vm表示砂漿體積，Vog表示粗骨料堆積空隙體積，砂漿富余系數即為砂漿體積與粗骨料空隙體積之比。砂漿富余系數越大，混凝土坍落度越大，混凝土的流動性越好。

2 配合比設計

設計要求：強度等級 C40，坍落度 (180±20)mm，礦粉摻量 20%。

（1）確定混凝土配制強度（fcu,o）；由 fcu,o≥fcu,k+1.645σ可以得到 fcu,o=40+1.645×5=48.2(MPa)；

（2）確定水膠比；由保羅米水膠比公式可以算得水膠比μ=0.41。

（3）確定碎石堆積最小空隙率；二級配碎石的堆積空率率見表 1。

表1　二級配碎石堆積空隙率

碎石堆積空隙率越小，需要填充的砂漿體積就越小，經試驗確定碎石最小堆積空隙率為 α=0.442。

（4）確定 1m3混凝土的砂石用量

式中：Vg——石子體積，Vc——混凝土體積，Vm——砂漿體積。

根據設計要求和試驗經驗選擇富余系數 Vm/Vog=1.9，聯立公式 (1)、(2) 可以算得石子體積 Vg=0.401m3，砂漿體積Vm=0.599m3，石子用量 mg=1070kg，其中 5～20mm 石子用量749kg，16～31.5mm 石子用量 321kg。

根據經驗選取砂率為 0.42，砂子用量 ms=775kg。非引氣型混凝土含氣取 1%。

進而可以算得漿體的體積 Vb=1-Vg-Vs-0.01=0.292(m3)。

（5）確定 1m3混凝土漿體組成

膠凝材料表觀密度公式：

式中：

ρb——膠凝材料表觀密度，kg/m3

ρc——水泥表觀密度，kg/m3；

βc——水泥占膠凝材料總量的百分率，%；

Pk——礦粉表觀密度，kg/m3；

βk——礦粉占膠凝材料總量的百分率，%。

根據公式 (3) 可以算得膠凝材料的表觀密度 3060kg/m3。

1m3混凝土中膠凝材料用量公式：

式中：mb——膠凝材料質量，kg；

mw——水的質量，kg。

根據公式 (4) 可以算得 1m3混凝土膠凝材料用量 mb= 395kg；由水膠比 μ=0.41，可以算得 1m3混凝土用水量 mw= 162kg；礦粉摻量 20%，可以算得 1m3混凝土礦粉用量 mk= 79kg；1m3混凝土水泥用量 mc=316kg；外加劑摻量 0.7%，可以算得 1m3混凝土外加劑用量為 2.68kg；設計配合比如表 2。

表2　設計配合比 kg/m3

3 試拌調整

按上述清水混凝土配合比進行試拌，坍落度 180mm，擴展度 500mm，容重 2370kg/m3，含氣量 0.6%，可以滿足清水混凝土施工需要。根據容重對配合比進行調整，結果如表 3。

4 成型清水試塊

清水混凝土最主要兩個指標即為：氣孔和色差。通過成型 1m×1m×2m 靜載試塊來評定此清水混凝土配合比是否可行。

成型前，鋼制靜載試塊模具需要均勻涂刷一層脫模劑（經過復配），并確保模具安裝完整嚴密。攪拌站生產的混凝土經攪拌車運送到工地，入摸時測得混凝土坍落度 180mm（如圖1），和易性良好無離析泌水。成型時，分兩次澆筑，每次澆筑 0.5m，振動棒沿模具四周均勻振搗。第二次振搗時要插入第一層的澆筑面。振動棒快速插入，緩緩拔出，表面泛漿即可，不可過振亦不可欠振（如圖2）。

圖1　混凝土坍落度

圖2　振搗成型

5 清水混凝土效果

清水混凝土的拆模效果如圖3 所示（圖中圓圈標注的缺陷部分是模具原因造成）。從圖中可以看出氣孔數量很少而且沒有較大氣孔，顏色均勻，平整光滑，無蜂窩麻面。清水混凝土 28 天標準養護試塊抗壓強度 54.3MPa，滿足設計要求。清水混凝土試塊四個側邊氣孔數量及孔徑大小分布如表4。

圖3　拆模效果

表4　清水試塊孔徑數量及孔徑大小分布

根據行標 JGJ 169—2009《清水混凝土應用技術規程》中 11 章質量驗收表 11.3.1 的規定：顏色基本一致，無明顯色差；氣泡最大直徑不大于 8mm，深度不大于 2mm，每 1m2氣泡面積不大于 20cm2。該清水混凝土試塊可以滿足飾面清水混凝土的要求。

6 結語

（1）砂漿富余系數法設計出的清水混凝土配合比，使用普通砂、石、外加劑，經過周密嚴謹的施工安排和細節處理，即可實現清水混凝土效果。

（2）清水混凝土作為可以展示混凝土本色的特殊混凝土，其質量要求除了滿足設計強度等級外，更注重的外觀質量，外表顏色以及整體的感官效果和藝術性。

[1] 張艷，吳長福．清水混凝土建筑設計初探[D]．上海：同濟大學．2007

[2] 王麗鳳，劉大超．高性能清水混凝土實驗分析與研究[D]．重慶：重慶交通大學．2008

[3] 程磊，王彥明．高層建筑清水混凝土施工工藝及工程應用研究[D]．濟南：山東大學．2012

[4] 周孝軍，牟廷敏，梁遠博．石粉含量對機制砂清水混凝土表觀質量的影響[J]．混凝土，2015(12): 106-109．

[5] 梁遠博，牟廷敏，丁慶軍，等．外加劑對機制砂清水混凝土性能的影響[J]．混凝土，2015(4): 115-118．

[6] 卜鳳霞．清水混凝土的修補技術[J]．中國新技術新產品，2015(2):87-87．

[7] 金振，盧振華，許成宏．大流態淺白色清水混凝土研制與應用[J]．建筑施工，2015(6): 694-695．

［通訊地址］福建省廈門市海滄區東孚鎮鳳山村鳳美四路 39號，廈門天潤錦龍建材有限公司（361027）

Experiment research of fair-faced concreteby surplus coefficient of mortar

Wang Wei, Yang Shanshun, Lian Yaming, Chen Xianxi
(Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co., Ltd., Fujian Xiamen 361027)

The research designed the mixture ratio of fair-faced concrete by surplus coefficient of mortar, and according to the experience to chose surplus coefficient of mortar is 1.9. The results show that, using the ordinary sand, stone, cement, slag powder, admixtures and homemade release agent,the effect of fair-faced concrete can be realized after careful rigorous construction schedule and details.

surplus coefficient of mortar; fair-faced concrete; mix proportion design of concrete

王偉（1988—），男，工程師，福建廈門，主要從事新型混凝土及建筑材料研究工作。