清水混凝土質(zhì)量影響因素分析研究

劉先亮，張榮華

(四川華西綠舍建材有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

清水混凝土是指一次成型，直接以混凝土原澆筑表面或以透明保護(hù)劑做保護(hù)性處理后的混凝土表面作為飾面的特種混凝土。清水混凝土常見的質(zhì)量缺陷包括：色差、氣泡、黑斑、花紋斑或粗骨料透明層、表面泌水現(xiàn)象、接縫掛漿、漏漿或出現(xiàn)砂帶、蜂窩麻面、表面裂縫等[1-2]。針對這些問題，廣大學(xué)者開展了較多的研究。張萍[3]開展了清水混凝土配合比設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量控制研究并完成了工程應(yīng)用。張希清等[4]指出粉煤灰和膨脹劑是影響混凝土表觀質(zhì)量的主要因素,通過調(diào)整配合比可以從根本上改善混凝土的表觀質(zhì)量。杜寧[5]通過大量試驗(yàn)給出了清水混凝土在不同配合比下的強(qiáng)度及耐久性差異,為施工中的原材料及技術(shù)措施選擇提供了參考。陳裕佳等[6]研究指出脫模劑的種類對清水混凝土表觀質(zhì)量影響最大。康祥[7]研究了脫模劑對清水混凝土性能的影響，指出水溶性脫模劑可以改善混凝土表觀質(zhì)量，且其濃度越高，效果越明顯。

然而，目前可直接應(yīng)用于清水混凝土生產(chǎn)的系統(tǒng)性研究較少。為了獲得滿足工程要求的清水混凝土，基于工程實(shí)際原材料，結(jié)合相關(guān)研究報(bào)道，本文從配合比因素及模板和脫模劑等方面開展研究，對清水混凝土質(zhì)量影響因素進(jìn)行了分析研究。

1 試驗(yàn)原材料

1)粗骨料：選用粒徑為5～31.5 mm大碎石及5～10 mm小碎石，含泥量小于0.5%，針片狀含量小于5.0%，試驗(yàn)大小石比例為8∶2。

2)細(xì)集料：選用Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，石粉含量小于10%，含泥量小于0.5%，泥塊含量小于0.2%。

3)膠凝材料：水泥、I級粉煤灰、S95礦粉、硅灰，其粒度分布見表1。

表1 粉體材料粒度分析 單位：μm

2 結(jié)果與討論

2.1 配合比因素對清水混凝土性能的影響

2.1.1 水膠比對流變性及表觀質(zhì)量的影響

水膠比是混凝土配合比設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵指標(biāo)之一，水膠比的大小通常直接決定了混凝土的強(qiáng)度等級，并直接影響著混凝土的流變性能和耐久性能等。對清水混凝土而言，流變性的好壞直接影響了其表觀質(zhì)量。因此，本部分探究了不同水膠比對清水混凝土流變性及表觀質(zhì)量的影響。

從表2和圖1結(jié)果可以看到，隨著水膠比的降低，拌合物坍落/擴(kuò)展度逐漸減小，流變性能降低，但抗壓強(qiáng)度逐漸增加。從表觀質(zhì)量看，水膠比較大時(shí)，混凝土表面容易出現(xiàn)色差，但是當(dāng)水膠比較低時(shí)，相同的振搗時(shí)間混凝土表面容易存在氣孔缺陷。因此，選擇合適的水膠比有利于保障清水混凝土具有良好的表觀質(zhì)量，相比同等級普通混凝土，清水混凝土需要相對較低的水膠比。

表2 水膠比對流變性能的影響

圖1 不同水膠比制備的混凝土試件

2.1.2 膠凝材料用量對流變性及表觀質(zhì)量的影響

膠凝材料用量決定了拌合物漿體的量，而拌合物漿體量影響混凝土的富余漿體厚度，進(jìn)而直接影響混凝土的流變性能。本部分以膠凝材料用量作為單因素變量，探究了其對混凝土流變性能的影響以及對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響，如表3和圖2所示。

表3 膠凝材料用量對混凝土流變性的影響

圖2 不同膠凝材料用量制備的混凝土試件

從表3可以看出，在相同的水膠比下，隨著膠凝材料用量的增加，坍落擴(kuò)展度增大，其主要原因在于膠凝材料的增加，增大了體系漿體含量，富余漿體厚度增大使得流動(dòng)性增加。同時(shí)膠凝材料用量較大的，其顏色相對較深。

2.1.3 砂率對流變性及表觀質(zhì)量的影響

混凝土拌合物砂率的大小會影響拌合物粘聚性、包裹性，從而影響清水混凝土的成型質(zhì)量。骨料級配的好壞可能直接對混凝土表觀質(zhì)量產(chǎn)生影響，骨料級配不良的混凝土甚至可能存在蜂窩、麻面等現(xiàn)象。

從表4可以看出，砂率較低時(shí)混凝土拌合物容易出現(xiàn)包裹性較差的情況，不利于清水混凝土的泵送施工與振搗。當(dāng)全部使用大碎石，不摻入5～10 mm小碎石時(shí)，拌合物包裹性較差，坍落度測試時(shí)容易出現(xiàn)骨料在中間堆積的現(xiàn)象。從試驗(yàn)情況看，建議清水混凝土所采用砂率比同等級普通混凝土略高1%～2%，同時(shí)保證骨料具有良好級配。

表4 砂率對拌合物性能的影響

2.1.4 摻合料對流變性及表觀質(zhì)量的影響

在配合比設(shè)計(jì)中，摻合料的合理使用十分重要。本部分將探究礦物摻合料的使用對清水混凝土流變性及表觀質(zhì)量的影響。

從表5可以看到，單摻礦粉、單摻粉煤灰以及礦粉和粉煤灰復(fù)摻的混凝土拌合物黏度均較大，加入硅灰有利于降低拌合物黏度，改善混凝土流變性能。

表5 礦粉、粉煤灰和硅灰復(fù)摻對流變性的影響

從圖3可以看出，單摻礦粉和單摻粉煤灰的試件柱均存在一定的色差，且單摻粉煤灰的試件上下色差更為明顯。粉煤灰、礦粉和硅灰復(fù)摻的清水混凝土柱，表面顏色最為均一，表面質(zhì)量整體較優(yōu)。

圖3 不同礦物摻合料制備的混凝土試件

2.2 模板和脫模劑

清水混凝土的質(zhì)量關(guān)鍵在于其表面成型效果，而直接與表面成型效果相關(guān)的是模板和脫模劑，因此，模板和脫模劑是影響清水混凝土表觀質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。本部分將針對主要的木模、鋼模及塑料模三種模具開展研究，而脫模劑方面主要考查水性乳液脫模劑、油類脫模劑、脫模漆、模板布、石蠟脫模劑等對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響。

2.2.1 模板種類對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響

首先在試驗(yàn)室，基于相同的配合比探究木模、鋼模和塑料模對清水混凝土成型表面質(zhì)量的影響。配合比如表6所示。

表6 清水混凝土配合比

本試驗(yàn)在相同的配合比下，采用相同的水性乳液脫模劑進(jìn)行試驗(yàn)成型。從圖4可以看出，木模成型的清水混凝土存在粘模現(xiàn)象，成型面色差明顯；鋼模成型整體質(zhì)量較好，但是表面沒有鏡面效果；鋼模成型的清水混凝土表面存在白點(diǎn)色差，懷疑為乳液脫模劑表面張力比較大，僅單次涂抹使脫模劑未涂抹均勻造成；塑料模成型的清水混凝土表面質(zhì)量優(yōu)于木模和鋼模成型效果，具有明顯鏡面效果。

(a)木模

(b)鋼模

(c)塑料模

進(jìn)一步探究木模和鋼模對清水混凝土成型質(zhì)量的影響，明確整體效果，進(jìn)行了較大試件的澆筑。如圖5～6所示。

從試驗(yàn)情況看，使用鋼模配以性能較優(yōu)的脫模劑可以獲得表面效果較優(yōu)的清水混凝土。

2.2.2 脫模劑種類對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響

目前市場上脫模劑類型琳瑯滿目，形態(tài)也各異，大量工程應(yīng)用表明，混凝土與模板之間的脫模效果與脫模劑類型息息相關(guān)。按照生產(chǎn)原料來劃分，有皂類脫模劑、水質(zhì)類脫模劑、礦物油類脫模劑、純油類脫模劑、乳液類脫模劑、油漆類脫模劑、石蠟類脫模劑、樹脂類脫模劑、脂肪酸類脫模劑等。

混凝土脫模劑脫模機(jī)理主要通過物理化學(xué)反應(yīng)降低或消除混凝土與模板之間的粘聚力，具體表現(xiàn)為:①物理潤滑，即脫模劑的使用可以潤滑混凝土與模板界面，減小甚至消除混凝土和模板之間的親附力，從而有利于混凝土從模板順利脫離；②成膜隔離，由于脫模劑表面張力小，涂抹在模板表面后易形成一層隔離膜，隔離膜可對混凝土與模板形成有效的隔離，可提高脫模效果；③化學(xué)作用，混凝土中含有堿性或其他活性離子，這些離子能與脫模劑活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成不溶性隔離物，增強(qiáng)脫模劑隔離效果?？傊撃┰淼谋举|(zhì)是脫模劑在混凝土與模板之間形成一層憎水性隔離薄膜物質(zhì)，隔離和潤滑混凝土與模板，促進(jìn)脫模。

本部分探究了水性乳液脫模劑、油類脫模劑、脫模漆、模板布、石蠟脫模劑五種類型對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響。脫模效果如圖7所示。

(a)模板布拆模后效果

(b)油類拆模后效果

(c)脫模漆拆模后效果

(d)石蠟脫模劑拆模后效果

(e)水性乳液脫模劑拆模后效果

從圖7(a)～(e)可以看出各脫模劑對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響。分析結(jié)果為：①模板布使用后，清水混凝土表面氣孔較少，但平整度、光滑度較差,顏色深；②油類脫模劑使用后，清水混凝土表面呈現(xiàn)暗黃色斑塊，表面色差嚴(yán)重,且氣泡相對較多；③脫模漆使用后，模板表面存在粘?，F(xiàn)象，且使用一次后，脫模漆漆膜部分出現(xiàn)脆性脫落；④石蠟脫模劑使用后，清水混凝土表面氣孔少，平整度、光滑度較好，但出現(xiàn)的蠟斑會導(dǎo)致表面色差，同時(shí)也不利于后期表面保護(hù)劑粘接；⑤水性乳液脫模劑使用后，有利于清水混凝土氣泡排除，減少表面氣孔，在方便拆模的同時(shí)不造成表面色差，整體效果較好。

3 結(jié) 論

1)相比同等級普通混凝土，清水混凝土需要相對較低的水膠比。

2)建議清水混凝土所采用砂率比同等級普通混凝土略高1%～2%，同時(shí)保證骨料具有良好級配。

3)膠凝材料總量以及各礦物摻合料均會影響清水混凝土的表觀質(zhì)量及表面顏色深淺。

4)塑料模板的成型效果優(yōu)于鋼模板優(yōu)于木模板，使用鋼模板時(shí)宜選擇水性乳液脫模劑。

[ID:013009]