鋁模工藝全混凝土外墻的混凝土試驗研究及應用

何偉強 王芳利

（廣東基礎新世紀混凝土有限公司）

0 引言

由于混凝土、砂漿與砌筑墻體的熱膨脹系數不一致，易在混凝土與砌筑墻體之間、外墻砌筑與外墻砂漿之間產生收縮裂縫，外墻易產生開裂滲漏等質量通病。高層建筑受風影響較大，此問題尤為明顯，一直備受困擾。近年來，隨著鋁合金模板施工技術的大力發展，免抹灰、干作業等先進施工理念開始萌發并得到初步發展，針對建筑物外墻開裂、滲漏等一些質量通病，采用鋁模技術全混凝土外墻能得到較好解決。[1]

鋁合金模板技術在西方發達國家已經應用了將近半個世紀，但我國的這一技術還正處于起步階段，非常不成熟。主要有鋁模與混凝土發生化學反應，在前三層、高強混凝土等方面表現尤為明顯；二是窗下墻設計為整體連梁或雙連梁、二次澆筑構件如構造柱和飄板等實現了與墻體一次澆筑完成，形成了大跨度封閉式平底U 型結構，在結構設計上實現了優化，施工上卻是加大混凝土澆筑施工難度，若不能形成配套的混凝土施工技術，整個結構質量效果將會大打折扣。[2-3]

目前，國內鋁合金模板施工技術采用的混凝土及混凝土設計要求，多與普通木模板施工無異，但鋁合金模板的施工技術難度比普通木模板的高，因此采用的混凝土應有所差異。針對鋁模工藝全混凝土外墻設計施工存在的結構異性、部分結構振搗澆筑難度大、鋁模表面被混凝土腐蝕三大問題進行了混凝土性能的改善研究及應用。

1 原材料選擇

1.1 水泥

水泥應選用與外加劑適應性好、性能穩定的品種。經對比篩選，選用廣東英德海螺牌P.O42.5 水泥，其性能指標見表1。

表1 P.O42.5 水泥性能指標

1.2 細骨料

采用西江河砂，細度模數為2.6，級配為Ⅱ區，含泥量為0.3%，Cl-含量為0.002%。

1.3 粗骨料

選用博羅石場的10～20mm 和5～10mm 的兩種規格碎石，經檢測，10～20mm碎石的各項技術指標如表2。

表2 10～20mm 碎石性能指標

5～10mm 石摻量通過與10～20mm 不同比例混合的最大堆積密度來確定，經實驗確認，5～10mm 碎石的摻量在25%時，碎石整體堆積密度達到最大值，故5～10mm碎石摻量為25%。

1.4 三摻組合劑[5]

三摻組合劑，即常規外加劑、消泡劑、粘度調節劑三者按混凝土性能要求配制組合而成的一種專用混凝土外加劑。

常規外加劑，即緩凝型聚羧酸高性能減水劑，具有減水、調節混凝土和易性、延長一定范圍內的凝結時間等功能。選用強達QC 高濃，其物理性能見表3。

表3 強達外加劑的物理性能

消泡劑，即抑制泡沫產生或消除已產生泡沫的外加劑，能使新拌混凝土在較長時間內保持塑性，從而調節新拌混凝土的凝結時間。

粘度調節劑，是近幾年研究開發的一種新型的水泥混凝土外加劑，它能夠改善水泥膠凝材料的粘聚性和粘結力，減少材料組分的分離率，提高勻質性。本次試驗選用的是LM-26N 型粘度調節劑。

1.5 摻合料

選用礦粉為唯一摻合料，其主要性能指標見表4，其微觀形貌見圖1。

表4 礦粉性能指標

圖1 礦粉的顆粒形貌

2 配合比調整設計[4]

2.1 集料比例設計

本次試驗在普通高性能混凝土的基礎上，根據全混凝土外墻設計中大跨度封閉式平底U 型結構的施工要求進行優化設計，依據C35 強度混凝土基準配合比進行試配。基準配合比經質量法核算確定膠材：細骨料：粗骨料：水：外加劑摻量=425：770：1030：163：1.8%。試驗中，砂率為42%、水膠比為0.38。通過測試混凝土的坍落度、擴展度、離析率，7d、28d 抗壓強度進行對比分析，逐步調整。

為確保混凝土通過鋼筋間隙的能力，本次配合比設計采用集料一體化設計，即砂和石的級配、粒形、粒徑都是集中試驗處理，為后續漿骨比提供基礎，為混凝土抗離析、抗收縮以及流動性提供基礎。依據混凝土應用經驗，適當對混凝土中砂率進行調整，可提高混凝土的流動性，有效降低混凝土的空隙率，找出合適的漿骨比。本次試驗通過對混凝土的砂率進行調整，對比調整之后混凝土的各項性能，見表5。

以上實驗結果表明，混凝土的砂率對混凝土的工作性影響較大，在一定范圍內砂率的調整可有效改善混凝土的工作性及降低離析率，混凝土的和易性隨著砂率的增大呈現先變好后變差的走勢，拐點在42%，混凝土強度的走勢也基本相符。綜上，經過集料一體化設計的砂率為42%。

2.2 礦粉摻量對混凝土的影響及規律

本次試驗在依據礦物摻合料相關標準要求限定條件下，分別將礦渣粉按10%、15%、20%、25%、30%的比例等量置換膠凝材料中的水泥組分。在混凝土配合比各項數據不變的情況下，通過調整礦渣粉摻量對比混凝土坍落度、擴展度、離析率、PH 值、7d、28d 強度，試配結果見表6。

表5 砂率對混凝土性能的影響

試驗結果表明，隨著礦粉用量比例逐漸增大，混凝土流動性逐步增大，到20%的時候達到峰值。隨著礦渣粉的持續增長，混凝土的和易性逐漸變差，包裹性粘聚性變差，離析率上升。而混凝土拌合物PH 值隨著礦粉摻量的增加而降低，摻量達到20%以上時，PH 值不超過12，對鋁模的腐蝕降低，檢測情況見圖2。綜上所述，此次試配礦渣粉取代水泥的比例為20%。

圖2 混凝土拌合物PH 值檢測

2.3 聚羧酸自密實高性能外加劑的配制

為進一步提高混凝土在鋁模中的適應性，在通過調整外加劑中各組分的比例，以達到良好工作性的同時，將混凝土中的大中氣泡有效消除，以減少拆模后混凝土結構表面的氣泡，提高混凝土的自密實性能。試驗通過不同摻量的粘度調節劑來對比混凝土各項性能的變化，見表7。

實驗表明，隨著外加劑各組分調整，混凝土容重隨粘度調節劑增加，混凝土和易性先變好后變差。在復合型外加劑的粘度調節劑組分達到1.0‰時，混凝土擴展度達到了650mm，且和易性良好，和易性狀態如圖3，強度等各項數據均滿足設計要求。因此，我們將此三摻外加劑命名為：聚羧酸自密實高性能外加劑。

圖3 混凝土和易性狀態

2.4 配合比確定

經過集料一體化設計改善混凝土整體級配、礦物摻合料改善和易性及PH 值、聚羧酸自密實高性能外加劑的靶向配制及作用進一步改善了混凝土的PH 值，確定混凝土最佳密度及各項指標的最終配合比，見表8。

經過多次試驗，混凝土和易性達到自密實、超高層施工要求，相對泌水率S10=V10/V140=18.7%，其他各項指標如表9。

表7 不同比例粘度調節劑對混凝土各項性能影響

表8 C35 鋁模工藝全混凝土外墻混凝土基準配合比

表9 最終配比混凝土其他各項指標

3 工程應用

廣州信達金茂廣場工程占地面積27633m2，總建筑面積178990m2。這種設計完成鋁模安裝后，形成了大跨度封閉式平底U 型的異型結構，結構水平跨度達5m，高度4m，混凝土自由填充長度達3m、自由填充寬度達1m，自由流動高度最薄處為10mm（寬0.5m），且為鋼筋混凝土結構。澆筑方式為平底U 型兩端頂部澆入，混凝土經4m 自由拋下后，自行填充滿5000mm×500mm×10mm 薄板結構。

該項目澆筑過程順利，拆模后，飄板等二次結構混凝土填充密實，無明顯缺陷，墻體經過28 天的觀察，表面未發現明顯裂紋。混凝土主體結構部位經檢驗強度合格，符合設計要求。墻體拆模后效果見圖4。

圖4 施工效果圖