花崗巖機制砂混凝土外觀質量影響因素研究

王 照，丁 輝，張雨雷

（1.中交第一航務工程局有限公司總承包工程分公司，天津 300457；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

混凝土的質量包含內在和外觀兩個方面的品質。外觀品質不僅是一種單獨的美觀效果，也一定程度上反映了內部品質和整體質量水平。混凝土質量的最直觀體現就是混凝土的外觀質量，目前來看混凝土外觀存在很多問題，諸如色差、水紋、氣孔、蜂窩麻面等，不僅影響美觀甚至會降低使用壽命，像永嘉三江商務區立體城周邊市政配套工程“三路”EPC 項目［1］，濟青高速改擴建工程［2］等。甚至河砂混凝土的外觀也不盡如人意，安遠至定南高速公路新建項目［3］，多數結構物工程的外觀，都需要后期“裝飾”才能通過驗收，雖然國內有一些外觀較好的清水混凝土代表性工程，但是這類工程存在造價高、施工專業性強的限制。如何在經濟適用的條件下，實現工程內在質量和外在品質的有機統一，是工程人一直努力的方向。

對外觀的研究目前主要集中在施工工藝控制上，研究結果偏向于定性判斷，對于眾多因素實際影響程度，并沒有明確的說明。本文對花崗巖機制砂混凝土影響因素水平進行分析，通過正交試驗的方法，分析不同因素水平對外觀影響的效應程度。

1 工程概況

本課題基于途徑遂溪的某高速公路實體工程，工程路線全長 100.932 km。本項目路面為雙向四車道，路基設計寬度 26.5 m，橋梁設計寬度 25.5 m。設計挖方量 773 萬 m3，填方量 1 415 萬 m3。

該項目的建成將使廣東西翼高速公路網與國家大西南高速公路網尤其是廣西的高速公路網銜接更為便捷和緊密，網絡化優勢非常明顯。符合《廣東省高速公路網規劃》“區域協調發展戰略”“地級市與地級市之間（包括與相鄰省份的地級市之間）基本上通高速公路”的規劃目標，也符合《廣東省高速公路網規劃》“以沿海港口（城市）為龍頭向山區和內陸省區輻射的路網布局”的要求。

高速建成后，起點至終點的駕車時間將由現在4 個多小時縮短至約 1.5 h，對加快兩地間經濟交流、改善交通條件、促進沿線資源開發和經濟社會發展也有重要的意義。

2 材料特性分析

2.1 原材特性

水泥：使用豐誠水泥有限公司 P·O 42.5 水泥。

粗集料：使用石嶺采石場 5～16 m m（含泥量 0.4 %）、16～31.5 mm（含泥量 0.3 %）碎石，摻配比例為 50 %：50 %［4］。

減水劑：使用山西康特爾精細化工有限公司生產的 KTPCA 聚羧酸系高性能減水劑，減水率為 27 %，含固量 13.93 %；江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產的 PCA?-聚羧酸高性能減水劑，減水率27.3%，含固量 15.91 %。

細集料：石嶺采石場機制砂，細度模數 3.1～2.8，MB 值為 0.6。青平砂場河砂，細度模數 2.7～2.4，含泥量 2.0 %。

2.2 正交試驗 L8（27）

2.2.1 實驗目的

表觀質量的影響因素是多方面的，材料、環境、外加劑、振搗方式、水用量、時間等都會對表觀質量產生不同程度的影響，目前對其影響程度沒有明確的指示，擬設計正交試驗研究其最優因素組合。

2.2.2 實驗原理

采取六因素兩水平標準正交試驗，分別對細集料的磨圓狀態、外加劑廠家、振搗方式、整體含水、裝模時間、脫模劑進行對比，具體試驗條件如表 1 所示。

表1 對應正交表格

2.2.3 實驗結果分析

具體說明：①對于細集料，本次河砂通過篩分貼近規范中值，機制砂同樣貼近規范中值，同時石粉含量選取為 8 %［5-7］，削弱細度模數以及各檔顆粒含量差異過大帶來的誤差，來研究細集料磨圓對外觀質量的影響；②兩種進行水泥適應性后的外加劑，通過這兩種判別外加劑的影響；③振搗方式，通過振動棒插搗、振動臺振搗來模擬實際振動棒與附著式振動器的區別，判斷哪種對混凝土外觀影響更顯著；④含水率的波動，這一點是考慮實際機制砂在料場中，由于存儲時間、存儲厚度等原因限制，導致含水率不穩定，當機制砂含水率增加 2 個百分點，折算到實際的用水量將會增加約 8 %；⑤成模時間，指的是將試塊裝入試模的時間。為了保證含水率，更加真實地模擬實際情況，在混凝土打成以后在攪拌機中放置時間分別為 0 h、1 h，1 h 的選取主要是考慮運距及其他因素；⑥脫模劑主要有油性和水性兩種，來評估它們對外觀是否產生較大影響；⑦還有一組未設置因素水平，以分析其他未考慮全面的因素是否對試驗結果造成較大的影響。

通過對表 2、表 3 并結合圖 1 的分析可以看出細集料的種類對強度的影響最大，其中機制砂混凝土強度明顯優于河砂混凝土；其次為含水量的波動，當細集料中含水率多 2 %，折合到用水量上就會多出 8 % 以上，這里用水量的提高會增大水膠比降低強度；再次為脫模劑的影響。混凝土外觀在實際生產過程中機制砂與河砂差異較大，在試驗中未能體現出來，分析主要原因在于實際機制砂級配中細料（1.18～0.075 mm）含量較少，同時石粉含量不是穩定在 8 % 附近差異性較大。實際用水量的提高容易造成混凝土泌水，導致漿體上浮外觀質量下降，成模時間對外觀的影響主要是因為 1 h 后混凝土存在一定的坍落度損失，混凝土流動性變差，氣泡不容易排出。水性脫模劑試塊的外觀明顯優于油性脫模劑（見圖 2），同時對水性脫模劑進行回彈檢測，回彈結果表明，水性脫模劑的回彈偏差較小，經過分析認為一方面是外觀對強度的貢獻，另一方面是水性脫模劑有利于提高表面漿體的均勻性與混凝土的密實程度，再次為外加劑的影響，江蘇蘇博特的外加劑強度稍高。對于外觀的貢獻，水性脫模劑明顯優于油性脫模劑。由于水性脫模劑與水具有相容的極性性質，所以部分水泥漿會在布朗運動的過程中與模板壁接觸吸附在上面，當脫模時間不合理，模板內壁不夠光滑平整，就容易在脫模的過程中產生局部混凝土面層漿體從構件剝落的現象。在使用的過程中，要注意模板的清潔，水性脫模劑容易粘模，在使用的過程中要及時清理殘留的水泥砂漿（見圖 3），以免下次使用造成外觀變差。同時也要注意水性脫模劑在溫度較高的情況比油性脫模劑更容易蒸發，要合理控制刷模如入模的時間間隔。

表2 試驗結果統計表

表3 方差分析表

圖1 正交效應曲線

圖2 脫模劑效果圖

圖3 水性脫模劑粘模

研究發現兩種外加劑差別不明顯，河砂的外觀要優于機制砂，但分析結果不明顯，試驗可以看出混凝土的工作性能對外觀和強度影響是比較大的，同時機制砂強度高于河砂 5MPa 以上。兩種振搗方式，區別主要在，振動臺外觀稍好，但是強度差異性稍大，這可能是機制砂漿體容易上浮；含水的提高，會出現明顯的泌水，初始坍落度很高，但是坍落度損失明顯。

圖 2 中的水-為未稀釋的水性脫模劑，水+未經過稀釋的水：脫為 1∶3 的試驗結果對比圖。從圖中可以明顯看到水性脫模劑較油性脫模劑對混凝土外觀質量有很大程度的提高，氣泡明顯減少，未稀釋的水性脫模劑表面有一層粉末，分析是漿體中水分被脫模劑吸收，表層水化程度較低，而稀釋后的水性脫模劑，表面比較光滑，氣泡較少，對外觀和強度都有一定的提高。

3 結論

本文研究基于某高速公路實際使用花崗巖機制砂的情況，通過正交試驗的方法，同時探究對強度及外觀影響因素，得到如下一些有價值的結論。

1）對于混凝土 28d 強度的影響細集料（機制砂＞河砂）＞含水波動（+0 %＞+8 %）＞脫模劑（水性＞油性）＞外加劑（江蘇＞山西）。

2）對于混凝土外觀質量的影響脫模劑（水性＞油性）＞含水波動（+0 %＞+8 %）≈成模時間（0 h＞1 h）＞其他。

3）水性脫模劑試塊的外觀明顯優于油性脫模劑，且回彈偏差較小。在使用的過程中，要注意模板的清潔，管控刷模與入模的時間間隔，合理控制脫模時間。