淺析清水混凝土的材料及施工特點

周玄沐，張雙艷，周曉陽,，陳健，董耀武

（1. 武漢源錦科技股份有限公司，湖北　武漢　430083；2. 武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北　武漢　430083）

淺析清水混凝土的材料及施工特點

周玄沐1，張雙艷1，周曉陽1,2，陳健2，董耀武2

（1. 武漢源錦科技股份有限公司，湖北武漢430083；2. 武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北武漢430083）

本文從清水混凝土的發(fā)展及特點出發(fā)，在原材料特點、施工技術要點上探討了清水混凝土施工工藝在建筑工程中的具體應用。并總結了以下幾個關鍵點：盡量保證混凝土原材料的質(zhì)量顏色粒徑統(tǒng)一，減少混凝土材料上的波動影響；合理使用外加劑、保護劑；注意控制混凝土攪拌時間；施工澆筑分兩次振搗，嚴格按要求進行；合理搭建模板；做好后期養(yǎng)護及表面處置。

清水混凝土；施工技術；建筑工程；原材料控制

0　引言

隨著高性能混凝土的發(fā)展，人們越來越關注混凝土建筑的藝術表現(xiàn)效果和綠色生態(tài)意義，清水混凝土作為混凝土材料中最高級的表達形式，也逐漸成為城市建設的熱點。清水混凝土在澆筑成型后不再做其他面層處理，僅需薄薄的透明保護層，無需進行多余裝飾，其表達出來的視覺效果比較符合東方審美，有一股超凡脫俗的禪意，接近石材的美感可以搭配出很多室內(nèi)風格，極有質(zhì)感。清水混凝土自問世以來就受到國內(nèi)外建筑大師的青睞，提出著名 “新建筑五點”的勒柯布西耶，就喜歡這種脫模后無需裝飾的混凝土，其應用的作品有朗香教堂、昌迪加爾法院、拉吐亥修道院等；而“清水混凝土詩人”安藤忠雄的作品中，將本來粗糙的混凝土，轉(zhuǎn)化得“纖柔若絲”，禪意撲面，將其運用到了工程美學的高度層次[1,2]。

1　清水混凝土的發(fā)展及特點

清水混凝土產(chǎn)生于20世紀20年代[3]，設計師不局限于混凝土原有的單一建筑材料屬性，而對其表面光滑平整、顏色統(tǒng)一均勻、建筑效果好、綜合成本低、施工質(zhì)量高等特點加以利用。到了20世紀80年代，在歐洲、北美、日本等建筑業(yè)發(fā)達國家，清水混凝土已經(jīng)得到了極大的發(fā)展，許多經(jīng)典優(yōu)秀的“素顏”混凝土建筑應運而生，如耶魯大學英國藝術館（紐黑文市）、肯尼迪國際機場環(huán)球航空大樓（紐約）、達拉斯國際機場候機大樓（華盛頓）等。

在我國，清水混凝土的發(fā)展始于20世紀70年代[4]，主要是在內(nèi)澆外掛體系里預制混凝土的外墻反打設計中得到了認可應用，并有一定的進步。但是發(fā)展中期，設計師更傾向于運用面磚、玻璃幕墻、釉面瓷磚、天然石材等后期裝飾，清水混凝土的發(fā)展也因市場需求少而受阻停滯。直到20世紀90年代，結構長城杯工程將沉睡已久的清水混凝土再次推向公眾視野。許多國內(nèi)建筑師開始看到清水混凝土的魅力，這種充滿禪意的藝術也被國人所認可。因此，國內(nèi)清水混凝土的需求已不再僅限于道路、橋梁、機場，在工民建中也逐漸散發(fā)其魅力，近幾年的經(jīng)典案例有：三聯(lián)圖書館（南戴河）、龍美術館（上海）、垂直玻璃宅（上海）、鹿野苑美術館（四川）、范增藝術館（南通）、四川美院虎溪校區(qū)圖書館（重慶）等。中國獨有的東方美學加上越來越被國人認可的清水混凝土，標志著國內(nèi)清水混凝土發(fā)展的巨大潛力。

2　清水混凝土原材料的特點

2.1配合比的設計

清水混凝土要求表面光滑平整、無蜂窩麻面、無表面氣泡、成色均勻統(tǒng)一、便于施工時的振搗，因此新拌混凝土必須具有極好的工作性和粘聚性，絕對不允許出現(xiàn)分層離析的現(xiàn)象。配合比設計階段，應適當增加砂率、合理選擇水泥用量，這兩點直接影響混凝土表面光滑度。在保證強度的前提下，盡量使用低強度等級水泥。嚴格控制用水量，水灰比在0.52～0.55范圍內(nèi)，避免用水量過大。

2.2骨料

清水混凝土對施工的要求較普通混凝土高，振搗的充分性決定了混凝土成品的勻質(zhì)性。振搗作用會使混凝土中級配不好的粗骨料離析，從而導致質(zhì)地和色澤的不均勻。因此清水混凝土對粗骨料的要求是連續(xù)級配好、強度高、含泥量低、顏色盡量一致。細骨料同樣不能含泥過高，細度模數(shù)應在2.3以上，堿活性應符合相關要求，顏色也應保持均一性。

2.3水泥

水泥應盡可能選用同一廠家同一批次產(chǎn)品。保證其質(zhì)量的穩(wěn)定性，水泥宜具有較低的堿含量（＜5%）、較低的 C3A含量、較高的強度富余系數(shù)，強度等級不宜低于42.5R。避免使用添加引氣型助磨劑的水泥，不得不使用時，一定要在減水劑的復配中加入消泡劑，以消除助磨劑帶來的不規(guī)則氣泡。水泥熟料中 Fe2O3或者 Mn、Cr 等有色重金屬對混凝土的顏色會有一定影響，這也可以成為水泥的一種選擇依據(jù)[5]。

2.4摻合料

摻合料是水泥以外決定混凝土顏色的原材料，因此粉煤灰、礦粉和水泥一樣也應盡可能選用同一廠家同一批次產(chǎn)品，保證其質(zhì)量的穩(wěn)定性。為了防止水泥用量過多造成水化熱過大而產(chǎn)生裂縫，摻合料用量一般應占膠凝材料總量的20%～25%。

2.5外加劑

清水混凝土的要求是試件表面平整、光滑，色澤均勻，無明顯的表觀缺陷，可直接達到飾面效果，因此對混凝土各項性能有較高要求，未摻加減水劑會造成表面氣泡多、蜂窩麻面、色差嚴重等現(xiàn)象，無法滿足清水混凝土表觀質(zhì)量的要求。以聚羧酸減水劑為代表的外加劑，其減水作用以及復配小料的增稠塑化效果，可以使混凝土的工作性、穩(wěn)定性、勻質(zhì)性、抗裂性和耐久性表現(xiàn)更好。在其應用中應注意以下兩點：

（1）聚羧酸減水劑應與水泥有良好的適應性，不同減水劑、或同種減水劑的不同復配工藝都會影響混凝土的色澤狀態(tài)。因此，減水劑必須嚴格使用同一廠家生產(chǎn)的同一種類產(chǎn)品，對首批進場的減水劑經(jīng)見證取樣復試合格之后，留樣進行產(chǎn)品穩(wěn)定性對比，出現(xiàn)明顯色差的及時處理解決。若因溫度等施工條件或其他混凝土原材料的波動，而需要調(diào)整減水劑成分時，需重新進行試驗，確保新老批次的減水劑作用效果一致[6]。

（2）在清水混凝土的生產(chǎn)過程中，加入減水劑后的攪拌方式與時間會有一定程度的顏色影響，故應適當增加攪拌時間，增強混凝土產(chǎn)品的均勻性。且在施工供貨過程中，應該留好混凝土樣板，每批次產(chǎn)品嚴格與樣品進行對比，以免造成色澤上的誤差，影響工程整體效果[7]。

現(xiàn)階段，機制砂在現(xiàn)代混凝土中廣泛使用，而機制砂的級配、顆粒粒型較差，相對于天然砂更易出現(xiàn)離析、泌水等問題從而造成混凝土的色差甚至開裂和表面孔洞。因此清水混凝土的生產(chǎn)中應在減水劑復配中加入減縮劑、增黏劑等改善其性能。

2.6保護劑

盡管保證了材料的質(zhì)量、施工工藝的嚴格，但清水混凝土依然會存在其作為混凝土的非勻質(zhì)性。其結構內(nèi)部的細小空隙會吸收外部的水分，雨水以及酸性物質(zhì)的侵蝕會影響建筑物的使用壽命，從而破壞其外觀。有研究表明保護劑能改善混凝土的吸水率和碳化深度，優(yōu)化其耐久性。因而清水混凝土表面保護劑的涂裝是其工藝過程中必不可少的一環(huán)[8]。

清水混凝土保護劑主要有有機硅體系保護劑和氟碳型保護劑，應在混凝土養(yǎng)護期28d 后進行，養(yǎng)護完成后，進行混凝土表面清理并涂刷底漆和中層漆，按清水混凝土的設計要求在保護劑底漆中進行著色，使其在保證混凝土性能的同時滿足設計師要求。

3　清水混凝土施工技術特點

清水混凝土的一大優(yōu)勢即是成本，若技術成熟，除去了抹灰、裝飾面層等工序，降低了維修保養(yǎng)成本，節(jié)省了工程總造價，則比使用普通混凝土更加經(jīng)濟。目前國外清水混凝土施工技術發(fā)展較成熟，但是國內(nèi)技術還需完善，不僅是工藝方面，特別是施工管理上的要求很高，如何調(diào)動施工員的積極性，保證每一道工序都嚴格執(zhí)行施工要求是項目經(jīng)理需要面對的問題。

3.1清水混凝土模板工程

模板工程控制是達到清水混凝土要求的關鍵，不同于普通現(xiàn)澆混凝土的施工，除了剛度、強度、穩(wěn)定性以外，清水混凝土的施工對模板的要求極高。

應該按照建筑設計要求，通過模板試驗來選擇適宜的材質(zhì)，經(jīng)常使用的有竹模板、木模版、鋼模板。鋼模板應該在使用前進行拋邊處理，相對鋼模板來講，木模板或者竹模板下的混凝土面層會更光滑平整。在模板的設計過程中，應盡量選擇拼縫少、整體式或大型模板的方案，有利于模板的安裝及拆卸和混凝土成品狀態(tài)。面板材料厚度應≥3mm，確保模板間結合緊密，宜使用光面面板，避免脫模產(chǎn)生裂縫。合理使用脫模劑，涂抹擦拭均勻，不能出現(xiàn)流狀脫模劑殘留，否則會形成混凝土表面的污痕。在國外使用鋁板支模澆筑呈現(xiàn)效果很好，但是考慮到成本問題，國內(nèi)應用較少。

能否實現(xiàn)清水混凝土效果，很大因素取決于模板的搭建，因此模板支撐系統(tǒng)尤為重要。不僅是內(nèi)外撐、斜擋、橫豎擋等，穿墻對拉螺桿同樣經(jīng)常使用于清水混凝土模板的搭建，能有效防止混凝土脹模的發(fā)生。

3.2清水混凝土的澆筑

清水混凝土在澆筑前應做好各環(huán)節(jié)的計劃及工作協(xié)調(diào)，其色澤、工作性能各方面應保持一致，且澆筑過程中不得間斷，使其達到較好的均一性。澆筑中最關鍵的步驟是振搗，提前做好施工人員的技術交底工作，注意振搗時間應在滿足排盡大氣泡的同時又不會產(chǎn)生浮漿沉底，宜通過二次振搗的方式來控制氣泡的產(chǎn)生，通常在混凝土入模時進行第一次振搗，約半個小時后再進行一次振搗。避免漏振過振，特別是鋼筋網(wǎng)等邊角位置[9]。

3.3清水混凝土的養(yǎng)護

一般情況下，清水混凝土的養(yǎng)護時間不應少于14d，而拆模宜滿48h 后進行，使其達到要求的拆模強度，以免拆模時造成棱角損壞。拆模后及時涂抹保護劑，適當進行灑水養(yǎng)護，必要時可用塑料薄膜覆蓋。

3.4清水混凝土的表面處置

清水混凝土脫模后，可能會存在少量氣泡、表面浮漿、松動的砂子、模板拼接縫痕跡等小缺陷。應在拆模后立即將其處理平整干凈，然后用同材料水泥漿體進行修復，修復材料硬化后，以細砂紙打磨拋光[10]。

4　結論

隨著國內(nèi)對綠色建筑的重視以及我國建筑設計的飛速發(fā)展，清水混凝土技術逐漸受到重視，但是理論知識與實踐應用仍然有待提高。綜上所述，要想將清水混凝土技術運用到位，在彰顯建筑藝術質(zhì)感的同時節(jié)約總的造價成本，應從以下幾個方面進行控制：盡量保證混凝土原材料的質(zhì)量顏色粒徑統(tǒng)一，減少混凝土材料上的波動影響；合理使用外加劑、保護劑；注意控制混凝土攪拌時間；施工澆筑分兩次振搗，嚴格按要求進行；合理搭建模板；做好后期養(yǎng)護及表面處置。

相信通過對清水混凝土技術開發(fā)的逐步認識及不懈努力，清水混凝土一定會從中國向世界展現(xiàn)它的東方魅力。

[1]Okamurah. Self-compacting high performance concrete inJapan[J].Building and Environment,1999(25):123-128.

[2] 吳宗偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國鐵道出版社，1999:36-180．

[3] 張軼．清水混凝土的發(fā)展與應用[J]．混凝土，2005(4):39-41．

[4] 張揚．淺析清水混凝土在建筑設計中的運用[J]．四川水泥，2015(9):348．

[5] 劉敏釗．論建筑工程中清水混凝土施工技術[J]．城市建設理論研究（電子版），2013(36).

[6] 張永恒，岳仁峰，韋帥，等．關于清水混凝土模板技術的探索性試驗研究[J]．商品混凝土，2011(1):50-55．

[7] 王玉鵬，趙榮明．清水混凝土在地鐵工程中的應用[J]．商品混凝土，2010(1):49-51．

[8] 歐陽孟學，李預奇．清水混凝土制備要素與質(zhì)量控制措施探討[J]．商品混凝土，2013(6):27-28．

[9] 董正平．試論清水混凝土施工技術[J]．商品混凝土,2012(12):97-99．

[10] 成瑞寶，盛惠佳．清水混凝土的制備及其常見病的防治[J]．商品混凝土，2009(6):60-61．

［通訊地址］武漢市青山區(qū)工人村都市工業(yè)園（南）E 區(qū)12號（430083）

周玄沐（1988—），男，湖北黃岡人，工程師，主要從事混凝土研發(fā)及其外加劑合成應用研究工作。