水工混凝土光潔表觀的模板工藝試驗

邊 策，田正宏，井錦旭，胡壽美

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098;2.中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

清水混凝土即一次成型、不做任何裝飾的混凝土，是以混凝土本身的自然質(zhì)感與精心設(shè)計的明縫、禪縫和對拉螺栓孔組合形成并以自然狀態(tài)作為裝飾面的建筑表現(xiàn)形式［1］。鏡面混凝土是清水混凝土發(fā)展的新形式，施工工藝與清水混凝土基本相同，但質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求更高，尤其是混凝土表觀質(zhì)量在光澤和平整等指標(biāo)上要達(dá)到如“鏡面”的效果，更加注重細(xì)部和整體藝術(shù)效果。清水鏡面混凝土能達(dá)到較高的表觀質(zhì)量，不做任何裝飾，取消了抹灰層和面層，因此可節(jié)約資金，無需裝飾成本，同時避免抹灰工程易空鼓、脫落和裂縫等質(zhì)量通病，可提高現(xiàn)場文明施工程度，減少建筑垃圾的產(chǎn)生［2］。清水鏡面混凝土適用于所有高外觀質(zhì)量要求的建筑物結(jié)構(gòu)面，但受承包商制定的工程項目質(zhì)量目標(biāo)、投標(biāo)文件、施工合同條件以及工程成本預(yù)算等許多因素的制約，施工比較困難。

長江三峽水利樞紐二期工程、青海拉西瓦水電站樞紐［3］和李家峽水電站樞紐等一些大型水利水電工程中已試驗應(yīng)用清水鏡面混凝土施工工藝，并取得了一定的效果。但上述工程工藝要求膠凝材料用量多，可確保構(gòu)件表面能夠形成大量均勻分布的硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣晶體。普通水工混凝土強(qiáng)度等級一般較低，通常膠凝材料用量相對較少，無法從材料配比途徑滿足鏡面施工要求。通過改變模板工藝使低摻量膠凝材料混凝土達(dá)到高質(zhì)量乃至鏡面效果，一直是水工混凝土外觀施工質(zhì)量控制研究熱點(diǎn)之一［4］。本文結(jié)合觀音巖水電站廠房混凝土現(xiàn)場試驗，嘗試選擇不同模板工藝和不同外加劑研究低膠凝含量水工混凝土成型高質(zhì)量外觀的施工技術(shù)。

1 試驗方法

試驗用水泥為麗江42.5中熱硅酸鹽水泥，比表面積為311 m2/kg，密度為3.18 g/cm3，體積安定性合格;粉煤灰采用攀鋼504電廠生產(chǎn)的Ⅱ級灰，燒失量為5.3%，細(xì)度為16.4%;粗細(xì)骨料選用機(jī)制人工砂石，其中，細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.8的中砂，石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14% ～16%，粗骨料為粒徑5～20 mm和20～40 mm二級配人工石(小中石比例為4∶6)，石子含泥量小于1.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù));外加劑選用萘系緩凝高效減水劑和松香樹脂類引氣劑。

選用觀音巖水電站左岸沖砂底孔混凝土配合比，其中水118kg/m3、水泥 165 kg/m3、粉煤灰 71 kg/m3、砂 748 kg/m3、小石 555 kg/m3、中石 833 kg/m3、減水劑1.652 kg/m3、引氣劑0.018 88 kg/m3。工地實驗室采用HJW-60型混凝土單臥軸攪拌機(jī)強(qiáng)制攪拌180 s，試塊成型尺寸為長 300 mm、寬 300 mm、高500 mm。試驗采用普通鋼模，分別內(nèi)襯透水模板布［5-6］和聚酯板，對比成型混凝土試塊外觀質(zhì)量，并與普通鋼模成型試塊比較。其中，透水透氣養(yǎng)護(hù)多功能透水模板布單位質(zhì)量為248.2 g/m2，厚度為1.346 mm，過濾層平均孔徑為 33 μm，排水能力為4.2 L/m2，保水能力為0.52 L/m2;聚酯板由復(fù)合類聚酯材料加工而成，厚度為1 mm，具有很好的表面剛度、抗劃痕特性、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性及抗沖擊性，無毒無味。試件分兩層澆筑，采用直徑50mm插入式振搗棒振搗30～40 s，直至無明顯氣泡產(chǎn)生。澆筑成型后試件露天放置5～6 d脫模。在此期間，試件上覆麻袋遮陰濕養(yǎng)，脫模后仍需正常澆水養(yǎng)護(hù)。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 模板試驗效果

采用不同內(nèi)襯材料成型混凝土，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同內(nèi)襯鋼模成型混凝土外觀

從圖1可以看出，無內(nèi)襯鋼模成型混凝土外觀表面比較粗糙，孔隙較多，顏色不一致，這是由于混凝土拌和物與鋼模板之間存在黏結(jié)力，部分水泥漿黏附在模板表面，脫模導(dǎo)致混凝土外觀粗糙，甚至產(chǎn)生淺層縫隙。內(nèi)襯透水模板布鋼模成型混凝土拆模后表面平滑，幾乎無氣泡，但顏色稍有不均且缺少光澤，主要是因為澆筑振搗混凝土后，拌和物內(nèi)部存在壓力，而靠近透水模板布的模板邊界形成較大的毛細(xì)吸附和排滲作用，拌和物中原有氣泡、振搗產(chǎn)生氣泡以及部分游離水分由內(nèi)部向表面遷移，并透過透水模板布排出(水向下，氣往上);多余水分排出的同時，漿體水泥顆粒受透水模板布表層過濾作用而滯留在試塊表面，填充了模板表面拌和物大顆粒間空隙，產(chǎn)生所謂“濾餅效應(yīng)”，因此成型混凝土表面看起來致密平滑，幾乎無氣泡［7］。內(nèi)襯聚酯板鋼模成型混凝土拆模后表面光潔平順，沒有產(chǎn)生直徑5 mm以上有害氣泡，但有一些小氣泡和色差存在，原因在于聚酯板平滑，材質(zhì)致密耐磨，臨界表面張力小于漿液表面張力，因此漿液無法潤濕聚酯板，會與聚酯板“隔離”，避免了混凝土漿體向模板表層滲透和對聚酯的溶解而可能發(fā)生的黏結(jié)性化學(xué)反應(yīng)，有利于混凝土脫模［8］;此外，漿液能在混凝土表面覆蓋聚集，經(jīng)水化反應(yīng)易形成層厚均勻的C－H－S凝膠，致使混凝土表面密實光亮。

2.2 脫模劑試驗效果

為進(jìn)一步增強(qiáng)采用聚酯板內(nèi)襯模板的表面成型效果，同時嘗試使用不同脫模劑涂抹于聚酯板板面，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 聚酯板板面涂抹不同脫模劑成型混凝土外觀

從圖2可以看出，相比不用脫模劑，涂抹色拉油聚酯板成型混凝土表面顏色暗黃，有浸漬印痕，并有大量氣泡。涂抹液壓油聚酯板成型混凝土表面顏色并不暗黃，但氣泡也相對較多，可能液壓油屬于油質(zhì)脫模劑，其黏度大，氣泡不易逸出，所以表面形成氣泡較多。由此看出，使用聚酯板作為鋼模內(nèi)襯，涂抹脫模劑后混凝土表面較不涂抹脫模劑反而孔洞增多，表觀質(zhì)量下降。

2.3 消泡劑試驗效果

消泡劑能降低水、溶液、懸浮液等介質(zhì)表面張力，防止形成泡沫，或減少原有泡沫［9］。試驗采用由改性甲基硅油、甲乙氧基硅油、羥基硅油和數(shù)種配合劑合成的粉末狀消泡劑，摻量為混凝土用水質(zhì)量的0.1%和0.3%?？紤]到內(nèi)摻消泡劑會降低混凝土內(nèi)部含氣量，從而降低混凝土抗?jié)B和抗凍性能，因此嘗試將消泡劑溶于適量水中后再外涂于聚酯板。消泡劑表面消泡效果見圖3，混凝土表面氣孔孔徑分布見表1。

圖3 使用消泡劑成型混凝土外觀

表1 混凝土表面氣孔孔徑分布

由表2可知，加0.1%與0.3%消泡劑與不加消泡劑相比，氣泡總數(shù)分別只減少6.7%和10%，聚酯板表面涂刷消泡劑溶液消泡效果并不明顯，這可能是因為消泡劑溶液表面張力大于聚酯板的臨界表面張力，消泡劑無法在模板上均勻鋪展，致使模板上部消泡后先于下部形成密封界面，抑制了下部水泥漿體內(nèi)微小氣泡盡快上升趨勢，降低了消泡效果。

2.4 光亮劑試驗效果

為增亮混凝土表面以達(dá)到鏡面效果，試驗采用了以磺化三聚氰胺甲醛樹脂(SMF)為原料配制而成的一種光亮劑［10］。該光亮劑為無色透明液體，固含量小于38%，pH值為8±1，總堿量小于8%，氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.02%，具有固色、增色等功能，使用后混凝土制品表面光潔、無色差和色斑，可與其他外加劑一起使用，不影響其光亮效果。

光亮劑摻量分別為膠凝材料質(zhì)量的1%和2%，內(nèi)摻混凝土拌和物中。拌和物攪拌均勻后，澆筑到內(nèi)襯透水模板布和聚酯板的鋼模中，試驗結(jié)果見圖4和圖5。從圖4和圖5可以看出，內(nèi)襯透水模板布鋼模成型的混凝土外觀表面較未加光亮劑變化不大，原因可能是光亮劑隨著水分、氣泡一起透過透水模板布表面濾層進(jìn)入墊料層逸出，導(dǎo)致水泥漿的凝聚結(jié)構(gòu)不能被光亮劑里的SMF解體分散，水化不均勻完全，形成色差。加入光亮劑后，內(nèi)襯聚酯板鋼模成型混凝土外觀表面更加光潔，色差和小氣泡減少顯著;尤其光亮劑摻量為2%時，混凝土表面顏色均勻，光亮平滑，有顯著鏡面效果，見圖6。這可能與光亮劑里SMF的表面活性作用有關(guān):一方面水泥顆粒通過對SMF的吸附－靜電排斥而得以充分均勻分散，水化更完全，利于消除色差和增加光澤［11］;另一方面，SMF能降低氣泡液膜上液體黏度，使液膜變得更薄，并迅速達(dá)到臨界厚度，加快排液速度，加速了氣泡破裂。

圖4 內(nèi)襯透水模板布鋼模使用光亮劑成型混凝土外觀

圖5 內(nèi)襯聚酯板鋼模使用光亮劑成型混凝土外觀

圖6 內(nèi)襯聚酯板鋼模成型混凝土鏡面效果

2.5 內(nèi)襯材料重復(fù)使用效果

重復(fù)使用內(nèi)襯透水模板布和聚酯板的鋼模成型混凝土表面效果見圖7和圖8。

對比圖7與圖8可發(fā)現(xiàn)，內(nèi)襯透水模板布和聚酯板的鋼模(使用1～3次)成型混凝土表面變化不大。使用透水模板布的混凝土表面平整致密，無任何氣泡，但存在一定程度色差，這與透水模板布排水及養(yǎng)護(hù)均勻性有關(guān);使用聚酯板的混凝土表面光潔平順，顏色均勻，無劃痕印跡，但會出現(xiàn)一些細(xì)小氣孔。

圖7 內(nèi)襯透水模板布鋼模不同使用次數(shù)成型混凝土外觀

圖8 內(nèi)襯聚酯板鋼模不同使用次數(shù)成型混凝土外觀

聚酯板與透水模板布作為內(nèi)襯材料，在施工便捷性上存在一些差異:聚酯板尺寸穩(wěn)定、硬度高，與鋼模粘貼穩(wěn)定可靠，重復(fù)性能好;透水模板布相對柔軟，粘貼鋼模板時，需張緊并要遵循正確順序貼布，否則出現(xiàn)褶皺會影響成型混凝土表面平整度。因此相比聚酯板，透水模板布鋪貼工效較低，質(zhì)量較難控制;就價格而言，聚酯板價格比透水模板布高5～10元/m2(包含光亮劑的價格在內(nèi))，但成型混凝土表面光亮，試驗重復(fù)使用次數(shù)可達(dá)到5次，施工方便。透水模板布重復(fù)使用3次后，布面起皺和破損降低了混凝土表面的成型質(zhì)量。因此，對水工混凝土表面有高光潔度要求的澆筑部位，建議使用聚酯板。

2.6 工藝要求

a.透水模板布使用工藝要求。鋼模板必須清洗干凈，確保表面無水泥沾漿及其他雜物，以防影響膠黏力和透水模板布平整度;鋼模板表面涂膠均勻且不宜涂得太厚，以免影響透水模板布的透水排氣通暢性，同時避免流淌，待膠半干后再貼布;現(xiàn)場剪裁透水模板布每邊至少要有1 cm余量便于排水出模;粘貼透水模板布時需張緊，先中后邊、先上后下趕壓平整，確保透水模板布粘貼牢固;如出現(xiàn)褶皺應(yīng)緩慢揭開再鋪，不得用力撕扯以防變形;拼裝模板時應(yīng)將相鄰?fù)杆０宀级嘤嗖糠志鶆驂喝虢悄?，防止拐角漏漿;透水模板布貼好后，不應(yīng)暴曬，防止表面形成褶皺或氣泡。

b.聚酯板使用工藝要求。施工中所用鋼模板必須用砂紙認(rèn)真除銹擦凈，可涂刷107膠粘貼;聚酯板粘貼于鋼模內(nèi)側(cè)，應(yīng)注意粘牢壓實，防止漏粘;聚酯板接縫處可用寬透明膠帶粘貼，注意防止膠帶紙起皺;粘貼盡可能一次到位，先中后邊、先上后下趕壓平整;如果撕開重貼，須更換膠帶紙，避免黏膠污染表面。澆筑混凝土前，應(yīng)用軟布清理聚酯板內(nèi)模表面，嚴(yán)重劃痕破損部位需拋光打磨或局部修補(bǔ)。

3 工程應(yīng)用

在觀音巖水電站左岸沖沙底孔混凝土澆筑施工中，采用鋼模(150 cm×30 cm)內(nèi)襯透水模板布和聚酯板進(jìn)行了對比試驗，拆模后混凝土表面效果見圖9(A，B處分別為現(xiàn)場貼透水模板布和聚酯板處)。由圖9可見，內(nèi)襯透水模板布鋼模成型混凝土外觀致密、堅實，幾乎無氣孔，但無光澤，內(nèi)襯聚酯板鋼模成型混凝土表面效果與透水模板相同，但光潔發(fā)亮，產(chǎn)生鏡面效果。

圖9 觀音巖水電站左岸沖沙底孔不同內(nèi)襯鋼?，F(xiàn)場成型混凝土外觀

4 結(jié)論

a.透水模板布排水和保水養(yǎng)護(hù)作用可顯著改善混凝土外觀質(zhì)量，表面幾乎沒有氣泡，但缺乏光澤和存在一定程度色差，這與布體排水和濕養(yǎng)均勻性有關(guān)。

b.采用色拉油和液壓油脫模劑由于黏度較大，而使用消泡劑由于不能均勻分布于模板，因此拆模后都出現(xiàn)了非均勻分布?xì)馀?，對提高混凝土表觀質(zhì)量效果不明顯。

c.聚酯板表面光滑耐磨，臨界表面張力小于混凝土漿液表面張力，低膠凝含量混凝土采用鋼模內(nèi)襯聚酯板拆模后表面光潔平整，雖存在少許細(xì)小氣泡和色差，但摻加膠凝材料質(zhì)量2%的光亮劑后，混凝土色澤均勻、光亮致密，能形成鏡面效果。該工藝施工方便，內(nèi)襯聚酯板鋼模多次重復(fù)使用效果好，對提高水工混凝土施工質(zhì)量具有現(xiàn)實意義。

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