市政工程清水混凝土構件的預制化技術探究

鄭 斌，林 峰

[1.上海城投公路投資（集團）有限公司，上海市200335；2.上海隧道工程有限公司構件分公司，上海市200127]

0 引言

近年來在大力發展綠色裝配式建筑政策的驅動下，預制混凝土技術和產品的開發創新已成為混凝土行業以預制化發展為核心創新的熱點。隨著國家和地方的科研開發、標準編制、技術培訓等活動的不斷深入，我國建筑工業化水平持續上升。具備飾面效果、無須二次修飾等特點的清水混凝土構件不僅降低了傳統混凝土構件的質量通病，還滿足了不同的審美需求，成為行業中的研究焦點。

實現市政工程疊合墻板預制化，不僅體現預制構件的品質，還可以呈現通道大面積統一的清水效果。本文通過對混凝土配合比設計、不同模具技術、不同振搗方式等方面進行對比試驗，探究市政工程清水混凝土構件預制化的生產技術。

1 試驗方案設計

清水混凝土構件的飾面特征主要可以分為兩個方面，一是色澤勻，二是氣泡少。對于清水混凝土構件預制化生產技術來說，其影響因素涉及面更多，主要分為內因與外因兩種。內因主要是指混凝土配合比的設計與原材料的質量管理方。外因主要是指模具技術、施工工藝和環境條件等。

而市政工程疊合墻板結構件的飾面要求更嚴格，鋼筋結構、模具結構與傳統混凝土構件存在一定的區別。為確保本項目試驗的研究效果，本次試驗方案設計要從混凝土設計、生產工藝、混凝土脫模劑和模具等方面進行探討與研究。

2 混凝土設計

2.1 原材料選擇

（1）水泥。結合傳統混凝土構件預制化生產過程中積累的大量生產技術與經驗，經過多個廠家水泥性能的試驗對比，為確保預制構件在前期具備較好的完整性，降低脫模損傷的風險，最終選用PⅡ52.5 水泥。

（2）摻合料。針對色澤勻質方面，礦粉質量穩定且具有較好的白化效果，有利于體現混凝土構件的觀感。而市場上粉煤灰質量穩定性差，且易導致混凝土構件的不均勻色差，因此為降低風險，本項目采用單摻工藝，摻合料采用S95 級礦粉。

（3）骨料。由于疊合墻板的鋼筋布置較密、板型結構較薄，考慮到混凝土骨料的最大堆積理論進行設計可以降低混凝土內部的孔隙結構，因此折中采用粒徑為5～25 mm 連續級配的反擊破碎石，以確保混凝土流動性。

（4）外加劑。經過高性能聚羧酸減水劑的多種復配對比后，結合構件的飾面效果，確定采用摻入適量消泡劑與提漿劑的專用外加劑，其表面氣泡、裂紋等瑕疵明顯減少，可有效提高構件飾面質量。

2.2 配合比設計

結合我公司長期以來對混凝土配合比方面積累的經驗，預制化疊合墻板的混凝土主要采用低水膠比、高砂率和高性能外加劑等技術路線（見表1）。通過采用提高混凝土漿體量的方式，讓富足的混凝土漿體進行孔隙填充，以達到減少混凝土氣泡與提高流動性的目的。

表1 清水混凝土配合比不同設計方案

結合確定的設計路線，針對混凝土漿體設計、混凝土色差影響與混凝土流動性進行深化設計，對4 個混凝土配合比設計進行混凝土性能檢驗與成品效果檢驗。D 配合比設計下混凝土表觀質量較優于其他配合比，相對色澤較為均一，成品氣泡少，但是受到客觀工藝與模具情況的影響，存在一定電焊污染與鋼模銹斑（見表2、圖1）。

表2 清水混凝土配合比不同設計方案

圖1 實體板材成品效果

3 模具技術

本文結合清水混凝土構件預制化的結構形式、技術需要，以及對不同材質模具的應用經驗，清水混凝土模具只采用高精度鋼模進行預制生產。同時，針對不同脫模劑應用情況、不同鋼模面效果進行試驗，提出了滿足市政工程清水混凝土構件預制化鋼模技術方案。

3.1 脫模劑試驗

根據清水混凝土脫模劑的市場情況進行調研，并借鑒港珠澳大橋清水構件的施工情況，選取合理的脫模劑和脫模劑施工工藝，選擇水性脫模劑進行應用研究。

混凝土配合比設計強度C50，施工配合比設計見表3，模具采用日本進口鋼模，振搗工藝采用附著式。對不同脫模劑試驗成果如下（見圖2）：

表3 清水混凝土配合比不同設計方案

圖2 脫模情況

（1）脫模劑1：鋼模基本無積灰，表面色澤基本均一，表面有輕微氣泡與刷痕。

（2）脫模劑2：鋼模基本無積灰，表面有輕微斑紋，表面有小氣泡與刷痕。

（3）脫模劑3：鋼模有明顯積灰，表面有輕微的色斑，表面有小氣泡、色差、刷痕。

對上述對比試驗情況進行分析，可以看到，在應用龍門中心加工的高精度鋼模、高效附著式振搗工藝和親水性脫模劑的共同作用下，可以取得較好的清水混凝土效果。但在不同的親水性脫模劑應用下，效果不同。脫模劑的涂覆方式會影響混凝土表面的飾面效果，因此在脫模劑施工工藝上建議采用霧化噴涂，避免在混凝土表面留下涂刷痕跡。

3.2 不同鋼模面對比

由于清水混凝土的施工工藝對混凝土成品外觀質量存在較明顯的影響，因此在本次試驗過程中將對不同鋼模面下的混凝土飾面效果進行研究，摸索基于更合理混凝土的澆筑形式，以取得較好的飾面效果。

（1）脫模劑1：如圖3 所示，底面較嚴重色差，側面色澤較均一，有明顯鏡面效果。

圖3 脫模劑1 鋼模面情況

（2）脫模劑2：如圖4 所示，底面較嚴重色差，側面有涂刷痕跡，局部有鏡面效果。

圖4 脫模劑2 鋼模面情況

（3）脫模劑3：如圖5 所示，底面嚴重色差，側面有輕微涂刷痕跡，有較明顯鏡面效果。

圖5 脫模劑3 鋼模面情況

對本次清水混凝土試驗結果進行分析，由于采用不同的振搗工藝，混凝土坍落度現場控制在140±20 mm 時，混凝土表現出較好的流動性和富足的漿體，并取得較好的飾面效果。混凝土成品的底面氣泡較少，但顏色較深，存在色澤不均的問題；側面存在一定密集型氣泡，但顏色較白，色澤均一性較好，同時有不同程度的鏡面效果。脫模劑1 的脫模情況、成品情況優于其他脫模劑，可在清水混凝土構件預制化生產中進行深化研究與實際應用。

4 預制化技術研究

結合本試驗對清水混凝土構件成型工藝效果進行對比分析，并根據工程需要優選出適用于本工程的生產成型工藝技術。

4.1 預制設計要點

結合預制構件原材料較高的質量控制要求、本試驗中構件的澆筑側面的飾面效果、市政工程構件的施工結構界面與展示界面的需求，建議市政工程的清水混凝土構件具體預制化設計要求如下：

（1）混凝土原材料的質量控制要求應按自密實混凝土的技術參數進行設計，原材料質量的控制要求應不低于預制混凝土管片的設計要求。

（2）構件設計應結合其施工面與視覺面進行設計，應選擇構件的澆筑側面作為結構工程的最終視覺面，將澆筑底面、澆筑面設計為接頭的連接施工面。

（3）在清水混凝土構件的設計過程中，應結合施工的綜合工況進行構件設計，包括構件模具結構、混凝土澆筑形式、構件間的連接方式等，應采用設計與施工相結合的總體方案。

（4）清水混凝土構件的配筋設計應考慮構件的振搗工藝，與清水混凝土施工不匹配的配筋形式將無法滿足清水混凝土的飾面效果。

4.2 生產施工要點

為實現清水混凝土構件的飾面效果，鋼模的清潔度、模具、吊裝運輸過程的保護措施、整體澆筑方式等，都會對最終構件飾面成型和裝飾效果產生影響。清水混凝土構件應采用無灰設計，通過規避粉煤灰引起的色差問題，可使混凝土表觀色澤更趨向于灰白色，更符合清水混凝土的視覺效果。具體預制化技術要求如下：

（1）清水混凝土與以往預制構件混凝土性能不同，應結合低水膠比、高砂率與高流動性的混凝土設計路線，實際施工過程中可采用混凝土擴展度進行管控。

（2）對清水混凝土的原材料進行重點甄選，采用潔凈的骨料、粒型規整的碎石，避免使用粉煤灰，增加礦粉摻量以提高成型混凝土的光白度。

（3）清水混凝土構件飾面情況與構件模板有直接關系，建議使用設計合理、光潔度高、密閉性好的高精度鋼模。在生產過程中加強模具管理，必要時應采取拋光保護。

（4）清水混凝土構件應采用附著式整體振搗工藝進行預制，減少振動設備對澆筑底面造成振搗痕的影響，以確保混凝土構件密實且勻質，提高成型構件的表面質量和飾面色澤均勻性。

（5）清水混凝土構件拆模時間不應過早，建議混凝土澆筑完成24～36 h 以后再進行脫模。同時延長澆筑面的壓面收光時間，確保混凝土的表面光潔度。

（6）清水混凝土構件飾面效果與脫模劑材料本體和涂覆方式有關，應優先選擇優質的親水性脫模劑，并采用霧化噴涂減少混凝土表面的涂刷痕跡。

5 結語

結合本文研究的市政工程清水混凝土構件產品的設計與施工技術，并在隧道工程內部構件的預制化項目中配合業主與設計單位進行構件飾面效果、構件結構深化等設計，通過混凝土配合比設計、模具設計與制作、構件成型工藝、構件表面質量控制和構件成本保護措施，完成了諸光路通道工程全預制化構件項目和周家嘴路越江隧道的全預制化構件項目（見圖6、圖7）。

圖6 諸光路項目全預制構件實景圖