清水混凝土裝配式構件質量提升實踐

孫煜喆 劉麗強 朱 超 文 良 茹則妮薩 譚興昌

（1.西安建筑科技大學土木工程學院，陜西 西安 710055；2.新疆路橋建設集團有限公司，新疆 烏魯木齊 830099；3.新疆城建集團股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830002）

清水混凝土是直接利用混凝土成型后的自然質感作為飾面效果的混凝土，包括普通清水混凝土、飾面清水混凝土和裝飾清水混凝土三種類型[1]。要求技術人員在保證其力學性能、耐久性的前提下，提高混凝土的工作性能、表觀質量，使混凝土具備“內實外美”的性能，進而推動混凝土技術的發展[2]。隨著清水混凝土施工工藝在建筑施工中的不斷推廣，一次成型的清水混凝土裝配式構件也不斷在實際應用中出現。清水混凝土構件成型后，表面光滑美觀，邊緣清晰完好，給予視覺上整體觀感度很高的提升。

烏魯木齊市奧體中心體育館是烏魯木齊重點工程，該項目看臺板為清水預制混凝土構件，100%由工廠定制生產后裝配施工，構件規格達1000多種，全部是非標件，采用清水預制構件混凝土反打工藝[3]，生產周期不足4 個月，生產加工制作在疆內屬首次，當地沒有可借鑒的技術和方法。

相比傳統的現澆看臺板，預制看臺板現場呈現效果好、顏色均勻一致、尺寸偏差小，而且經久耐用、易于維護。由于為定制生產，省去了現場濕作業量，無殘留物，更為綠色環保，節約材料；同時，其安裝不受天氣影響，有利于加快施工速度。通過研究疆外類似生產和加工方法，進行樣品加工試制，出現了各種混凝土質量問題，清水混凝土構件不能達到項目質量要求，需要開展技術攻關，確定當地的生產工藝標準和質量標準，解決質量問題，建立標準化的生產方法。通過運用質量管理方法工具、分析研究和實驗驗證，逐步解決一系列生產加工難題，保證了產品質量，確保了項目的供應，本項目榮獲了魯班獎。

1 質量要求

裝配式清水混凝土屬于一次澆筑成型，不做任何外裝飾，直接采用現澆混凝土的自然表面效果作為飾面，因此質量標準要不同于普通混凝土，清水混凝土的質量標準一般有以下幾項具體要求：一是確保澆筑表面平整、光滑，且色澤均勻，沒有損壞和污染；二是平整度偏差控制在2mm以內；三是要求在8m內肉眼看不到明顯色差為準；四是在清水混凝土表面的氣泡應當細小且均勻，氣泡直徑不大于2mm；五是在表面看不到明顯的裂痕，允許裂縫寬度應當小于0.2m；六是在混凝土表面應當避免出現麻面、蜂窩、孔洞等明顯缺陷或者是修補的痕跡。沒有由于跑模和脹模等引起的缺陷，沒有漏漿，沒有錯臺、冷縫和雜物。結構部位無缺棱掉角，接頭平滑方正，接縫無明顯痕跡。同時，結構的允許偏差也要比國標要求的嚴格。混凝土配合比設計應使混凝土在滿足強度、耐久性及具有良好施工性能的基礎下，能夠滿足清水飾面混凝土觀感要求。主要從選擇原材料角度來控制混凝土的基本色彩，根據所用材料進行調整試驗，優化混凝土的配合比，確定混凝土的生產工藝參數，并且保證混凝土生產特別是同一結構部分混凝土質量的穩定性。

2 現狀調查

為了掌握具體質量問題，分析產生的原因，對本項目部前期生產的清水混凝土構件的混凝土施工質量、允許偏差項進行檢驗。共抽查混凝土質量驗收記錄100 份，發現質量問題主要集中在外觀平整度、強度不達標、尺寸偏差、跑漿漏漿、埋件偏移等幾個方面，分類見表1和圖1。

圖1 不合格因素餅狀圖

表1 清水混凝土構件質量問題匯總表

2.1 質量問題統計分析

應用質量管理帕累托曲線進行質量問題分析。帕累托圖[4]（Pareto chart）是將出現的質量問題和質量改進項目按照重要程度依次排列而采用的一種圖表，帕累托分析的目的是在大量可能的行為中篩選出少數具有重大意義的、能夠增強提升效果的部分，通過優先級的分析來安排任務權重比，最終決定在實際任務進程中哪些問題最需要被考慮到。以出現次數、頻率或造成的成本來表示，找出最關鍵的幾個原因，依據重要性排序，利用改進技術消除產生問題的原因，被視為七大基本質量控制工具之一，分析圖見圖2。

圖2 質量帕累托曲線圖

2.2 質量現狀

通過檢查計算，研究試驗試生產階段的清水混凝土裝配式構件施工質量合格率86%，與目標值98%差距大，樣品未達要求，不能滿足安裝要求，影響按期交付。

2.3 主要問題

原材料篩選難度大、穩定性不好，對關鍵影響因素外觀平整度、強度不達標、尺寸偏差需要做出有效分析，并制定相關措施。清水混凝土構件生產原料達不到要求，砂石中含泥、屑量高，影響構件最終成型強度、構件外觀，表面沒有很好的清水混凝土觀感，表面有微塵，光亮度較差；成型過程中對混凝土振搗不到位，振搗時間不足，造成混凝土構件表面有氣泡、邊角易破損等情況出現；個別節點處模板接縫工作不到位，存在漏漿現象；減水劑用量對構件成型質量存在影響，主要在構件強度提升方面；生產班組對于項目部要求沒有落實到位，操作不規范或者違規操作；技術交底沒有做到位，操作工對操作流程沒有掌握。

3 質量提升

按照實際質量問題主因：外觀平整度、強度不達標、尺寸偏差，制定解決方案，以技術支撐質量的方式，解決強度不達標問題為基礎，操作標準化為輔，通過反復試驗比對，解決工藝技術難點，實現質量提升達標的目的。

3.1 原材料的選擇

選用強度等級為42.5R的天山普通硅酸鹽水泥，達到水泥原材料色澤均勻，并且要采用同一批熟料；碎石選用連續級配好的烏魯木齊南部烏拉泊砂石料場材料，確保顏色均勻，且含泥量小于1%，大于5mm的泥塊含量小于5‰，針片狀顆粒不大于15%，骨料不含雜物，可增加水洗次數；摻合料選用紅雁池電廠磨細的I級粉煤灰；外加劑選用昌吉產高效泵送劑（液體），減水效果明顯，能滿足混凝土的各項工作性能。

3.2 混凝土配合比設計

根據混凝土的性能及技術指標要求調整混凝土的配合比，初步確定混凝土的生產工藝參數及性能指標。通過調整砂率和水膠比，觀察在不同砂率和水膠比發生±2%的變化時，對混凝土性能的影響程度，振搗是否泌水、離析，對表面光潔度及色差的影響。

混凝土配合比初步確定后，在現場按實際施工方案做試驗。通過其他小型設備基礎或基礎短柱進行試驗，對混凝土的配合比及模板體系、施工工藝等進行分析、統計，再根據試驗情況進一步優化，最終確定正式施工的配合比。

預制看臺板混凝土設計強度C40，抗滲等級P6，坍落度控制在140mm±20mm。混凝土配合比設計符合GB 50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》的規定。石子選用低堿活性5mm~25mm碎石，小于5mm石子不超過10%，含泥量控制在1%以內，孔隙率控制在40%以內；減水劑采用新疆當地高性能減水劑。具體配合比見表2。生產過程中嚴格控制砂石的含泥、泥塊、雜物及有機物含量。混凝土應進行試配，確定其表觀顏色。構件生產過程采用同一批次水泥、骨料、外加劑，并且采用統一養護標準，采用水性脫模劑。為提高構件表觀質量和早期強度，混凝土中不摻加礦物摻合料。

表2 清水看臺板混凝土配合比/kg/m3

3.3 操作要點

①模具首次使用之前認真檢驗模具的質量狀況，對模具各部分特征尺寸進行復核、測量和檢查，是否存在模具變形、松動和表面損傷情況。如存在質量問題，及時安排人員進行修理；②清理模具時，注意將殘留的混凝和密封條清理干凈，避免損傷模具；③清理后的模具內外表面應清潔無雜物，清理完成后，注意防止雜物進入；④清理完畢的模具表面需涂抹專用隔離劑，刷隔離劑時用棉絲或布將脫模劑均勻涂擦在模板表面；⑤蒸汽養護。為了有效達到清水混凝土效果，加快模板周轉，采用帆布覆蓋蒸汽養護。靜停2h 后，開始升溫3h，恒溫5h，降溫3h，恒溫溫度控制不超過60℃；升溫速度不超過15℃/h，降溫速度不超過10℃/h。蒸汽養護時專人測溫并做記錄；⑥出模。看臺板強度達到設計強度等級80%以上時方可脫模起吊，看臺板表面溫度與環境溫度差不超過20℃。模具吊運和放置時應注意安全，吊運過程中底下嚴禁站人，防止跌落傷人。及時檢測外觀質量，并做好記錄。檢驗合格的成品做好產品編號和標識，做好成品防護[5]。

4 質量保證措施

質量保證措施見表3。

表3 質量保證措施表

5 效果檢查

通過PDCA循環，反復測試，調整影響因素，清水混凝土生產裝配式構件質量大幅提高，結構表面沒有大于2mm 的氣泡，邊角完整，構件整體強度達到C40，經第三方專業機構檢測（結果見表4），清水混凝土裝配式構件整體質量達到項目要求，構件質量合格率達到98.5%。

表4 質量抽檢情況表

6 結語

通過質量提升解決了一系列清水混凝土裝配式構件質量問題，構件表面光滑，氣泡小分散且不大于2mm，邊角完整，構件質量合格率達到98.5%，整體強度超過C40，為工程整體驗收打下良好基礎，創造了新疆首次大規模應用薄壁清水裝配式混凝土構件的先例。構件質量得到了建設方和監理、質量站的認可，本項目獲得中國建筑業協會年度中國建設工程魯班獎。