飾面清水混凝土施工技術及質量控制

任清波，宋雪峰

（1.中交四航局廣州南沙工程有限公司，廣州510231；2.中交四航工程研究院有限公司，廣州510230）

1 項目概況

本工程為廣州南沙自貿區靈山島尖配套道路工程，地處靈山自貿區內京珠高速、靈新大道以東區域，包括嶺南鉆石水鄉社區及粵港澳合作商業服務中心，項目所在區域共有橋梁18 座，穿插分布于整個社區，為充分體現“一橋一景、橋景相融、自然和諧”的設計理念，所有橋梁結構形式都不相同，橋梁橋臺、翼墻、墩柱、拱座、拱圈、支座墊石、主梁等結構均設計使用清水混凝土。

2 飾面清水混凝土外觀缺陷調查及優化設計

為了解清水混凝土施工過程中存在的質量缺陷，項目組對周邊區域清水混凝土建筑物和構筑物進行了摸查，并參考清水混凝土規劃對各類缺陷進行了分類統計，各類常規缺陷統計結果如表1 所示。

表1 清水混凝土觀感質量調查統計表

根據摸查結果，影響清水混凝土外觀的因素中，結構線型不順直、表面漏漿、爛根、錯臺主要與模板及其拼裝有關；氣泡、麻面和色差主要與混凝土原材料及配合比有關；裂縫和冷縫則主要與施工工藝有關。為了有針對性地對以上影響因素進行分析并找到有效的解決方法，項目結合現場實際情況對混凝土配合比、模板及裂縫控制進行優化設計和控制。

2.1 配合比的優化

2.1.1 原材料取樣分析

本項目所用混凝土均采用商品混凝土，對本工程使用的“A”“B”商品混凝土拌和站的原材料進行抽樣檢測，分析其原材料質量對硬化混凝土表觀質量的影響。根據實驗結果：

1）拌和站碎石級配不好。碎石尺寸偏大，4.75mm 方孔篩累計篩余達到98%，建議進行級配的優化調整。

2）碎石質量較差，針片狀含量過多，建議采用針片狀含量5%以下的碎石，新拌混凝土流動過程中，針片狀石頭滑動摩擦阻力大，致使坍落度、擴展度小，不利于泵送與施工。

3）用水量控制問題。現場按實測砂石含水率換算成施工配合比，調整（增大或減小）用水量不宜過大，用水量減少過大則漿量相應減少，混凝土包裹性相應變差。

4）外加劑用量。根據混凝土外加劑對水泥的適應性試驗，外加劑摻量推薦為≤1.1%，建議在控制用水量的基礎上調整外加劑用量，不能按照工作性調整用水量。

5）在現有的原材料質量條件下，應適當增加膠凝材料用量，改善混凝土的包裹性、出機流動性等。

2.1.2 混凝土配合比優化

由于拌和站提供的清水混凝土配合比效果不佳，項目部聯合四航研究院材料所對配合比進行了優化。通過固定水膠比和膠凝材料體系，將砂率從原配合比38%調整至42%，進一步調整混凝土工作性，并成型400mm×200mm×700mm 的清水混凝土試塊，進行不同砂石對混凝土外觀質量的影響試驗配合比A 和配合比B。

調整砂率至42%之后，配合比A 工作性有所提升，離析、泌水狀態有所改善，但混凝土流動較慢，黏性較大，不易翻鏟，外加劑敏感性較高；配合比B 由于集料粒徑增大，漿體較多，工作性較好，翻鏟輕松，流動性較好，但外加劑敏感性仍較高，外加劑對混凝土工作性影響仍較大。

因此，根據拌和站原材料實驗情況及配合實驗結果，現場采用配合比B 進行施工，同時與拌和站簽訂了包保協議，要求清水混凝土供應原材料必須單獨存放并加強抽檢，嚴控質量。

2.2 模板體系的優化

模板的類型對混凝土外觀施工質量影響較大，為了取得更好的外觀效果和結構線型，現場制作了多個試驗墩，每個試驗墩采用不同的模板內飾材料，墩身試澆段尺寸為1.0m×1.0m×2.0m（長×寬×高），4 種不同的模板材料分別為鋼模板+透水模板布、鋼模板+模板漆、覆塑模板+脫模劑、覆塑模板無脫模劑。試澆段內的主筋和箍筋的尺寸、間距按實際墩柱進行布置。

混凝土澆筑后，分別記錄鋼模板+透水模板布、鋼模板+模板漆、覆塑模板+脫模劑、覆塑模板無脫模劑4 個面不同時間混凝土表面顏色；混凝土外觀質量的檢驗結果如表2 所示。

表2 試驗墩外觀質量檢驗表

通過比選，最后選取模板為覆塑模板，該模板以優質樺楊木做基板，外覆PP 塑料膜，具有塑料模板和木質模板的優質特性。

2.3 典型構件裂控分析

2.3.1 開裂風險評估

混凝土結構的開裂問題主要是由于約束應力過大、表面干燥收縮，或者混凝土塑性收縮產生，在具體的工程實踐中，需要根據裂縫的種類分析誘因，才能從根本上解決開裂問題。本項目著重分析了橋墩及橋臺等大體積混凝土構件，根據邊墩實際尺寸建立模型（見圖1），進行網格劃分和有限元計算【1】。

圖1 邊墩有限元模型

計算得到邊墩48h 溫度場，如圖2 所示。邊墩不同齡期中心最高溫度達到65℃，由于環境溫度較低，內表溫差在42～90h 期間＞25℃。

圖2 邊墩澆筑后48h 溫度場分布

2.3.2 內約束應力評估

根據內表溫差的模擬結果，以及混凝土各齡期的彈性模量和抗拉強度，計算內表溫差【2】導致的混凝土自約束應力，最后計算得到各齡期自約束應力的抗裂安全系數。

通過內約束應力及開裂風險評估可以看出，邊墩7d 內自約束應力抗裂安全系數基本＞1.15，自約束應力導致混凝土開裂的風險較小。但在2～3d 階段，混凝土的自約束應力抗裂安全系數相對較低，僅為1～1.15，這個階段開裂風險相對較大，因此不宜在3d 前拆模。

2.3.3 外約束應力評估

根據混凝土各階段的降溫收縮和干燥收縮得到7d 齡期混凝土綜合降溫差，按照1d 為一個階段，計算各階段產生的外約束應力，并根據松弛系數計算各階段產生的應力延續至某一齡期的應力殘留值，并計算各階段外約束應力抗裂安全系數。

通過計算可得，邊墩外約束應力的抗裂安全系數在3～7d內＜1.15。混凝土出現溫度及收縮裂縫的概率較大。在現有工況的基礎上，控制裂縫的主要措施是：（1）適當延長拆模時間，加強對混凝土的保溫保濕養護，避免氣溫降低造成內表溫差過大；（2）盡量縮短新舊混凝土的澆筑間隔，并縮小澆筑分段長度，減小基礎對新混凝土的約束；（3）嚴格控制養護時間，主要構件養護時間應≥7d。

3 實施效果

根據以上實驗和方案此選，本項目具體實施過程中重點對混凝土配合比、模板及裂縫控制等進行實驗分析，并通過優化施工工藝和養護措施等過程管控手段，解決了大部分依托工程混凝土表觀質量缺陷，順利完成了所有橋梁的施工，取得了比較理想的飾面清水混凝土景觀效果。

4 結語

綜上所述，本項目橋梁外露結構采用飾面清水混凝土，重點對混凝土原材料質量、配合比穩定性、模板拼裝及裂縫等進行了研究分析，對清水混凝土澆筑工藝及養護措施等進行了全過程控制，取得了比較理想的效果，橋梁外觀驗收一次通過。