采用砂漿富余系數(shù)法設(shè)計(jì)清水混凝土試驗(yàn)研究

王偉，楊善順，連亞明，陳賢錫

（廈門(mén)天潤(rùn)錦龍建材有限公司，福建 廈門(mén) 361027）

采用砂漿富余系數(shù)法設(shè)計(jì)清水混凝土試驗(yàn)研究

王偉，楊善順，連亞明，陳賢錫

（廈門(mén)天潤(rùn)錦龍建材有限公司，福建 廈門(mén) 361027）

本文采用砂漿富余系數(shù)法對(duì)清水混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇砂漿富余系數(shù) 1.9。試驗(yàn)表明：選擇普通的砂、石、水泥、礦粉和外加劑等原材料以及自制的脫模劑，經(jīng)過(guò)周密?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)氖┕ぐ才藕图?xì)節(jié)處理，即可實(shí)現(xiàn)清水混凝土效果。

砂漿富余系數(shù)；清水混凝土；配合比設(shè)計(jì)

0 前言

隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展、高性能混凝土的應(yīng)用，混凝土在建筑領(lǐng)域發(fā)生著一系列的變化?；炷翉膯我坏慕Y(jié)構(gòu)材料正在逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轱椕娌牧?，清水混凝土?yīng)運(yùn)而生[1-2]。

清水混凝土一次澆筑成型，以混凝土本身的自然質(zhì)感與精心設(shè)計(jì)的明縫，禪縫和對(duì)拉螺栓組合形成的自然狀態(tài)作為裝飾面，其表面光滑平整、棱角分明、線條順暢、色澤均勻。與傳統(tǒng)的混凝土相比，清水混凝土具有減少施工工序、縮短工期、減少安全隱患和質(zhì)量通病、降低工程造價(jià)，耐久性好等優(yōu)點(diǎn)[3-5]。

精美的混凝土外觀依賴(lài)于良好的混凝土拌合物性能。清水混凝土拌合物應(yīng)具有良好的流動(dòng)性、粘聚性和保水性，在振搗的過(guò)程中不分層、泌水、離析。同時(shí)控制拌合物含氣量不能過(guò)大亦不能過(guò)小，含氣量過(guò)大則產(chǎn)生較多的氣泡，過(guò)少則和易性較差[6-7]。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)選用福建紅獅水泥股份有限公司的 P·O42.5R 水泥，表觀密度 3100kg/m3，28d 抗壓強(qiáng)度 50.2MPa ；三鋼集團(tuán)股份有限公司的 S95 級(jí)礦粉，表觀密度 2920kg/m3，28d 活性指數(shù)102%；細(xì)集料為河砂，表觀密度 2610kg/m3，細(xì)度模數(shù) 2.6；粗集料為普通碎石，表觀密度 2670kg/m3，粒徑 5～20mm 和16～31.5mm 兩種；外加劑采用福建科之杰新材料有限公司的聚羧酸高性能減水劑，減水率 30%；試驗(yàn)用水為自來(lái)水，滿(mǎn)足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

脫模劑是影響清水混凝土表觀質(zhì)量的重要因素，本試驗(yàn)選用水性脫模劑，并按脫模劑∶水∶消泡劑= 1:1:0.02 的比例進(jìn)行復(fù)配。

1.2 試驗(yàn)方法

采用砂漿富余系數(shù)法進(jìn)行清水混凝土配合比設(shè)計(jì)，并符合 JGJ 169—2009《清水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定；碎石堆積密度及空隙率測(cè)試按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行；拌合物性能測(cè)試按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行；混凝土力學(xué)性能測(cè)試按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。

砂漿富余系數(shù)=Vm/Vog；其中 Vm表示砂漿體積，Vog表示粗骨料堆積空隙體積，砂漿富余系數(shù)即為砂漿體積與粗骨料空隙體積之比。砂漿富余系數(shù)越大，混凝土坍落度越大，混凝土的流動(dòng)性越好。

2 配合比設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求：強(qiáng)度等級(jí) C40，坍落度 (180±20)mm，礦粉摻量 20%。

（1）確定混凝土配制強(qiáng)度（fcu,o）；由 fcu,o≥fcu,k+1.645σ可以得到 fcu,o=40+1.645×5=48.2(MPa)；

（2）確定水膠比；由保羅米水膠比公式可以算得水膠比μ=0.41。

（3）確定碎石堆積最小空隙率；二級(jí)配碎石的堆積空率率見(jiàn)表 1。

表1　二級(jí)配碎石堆積空隙率

碎石堆積空隙率越小，需要填充的砂漿體積就越小，經(jīng)試驗(yàn)確定碎石最小堆積空隙率為 α=0.442。

（4）確定 1m3混凝土的砂石用量

式中：Vg——石子體積，Vc——混凝土體積，Vm——砂漿體積。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)選擇富余系數(shù) Vm/Vog=1.9，聯(lián)立公式 (1)、(2) 可以算得石子體積 Vg=0.401m3，砂漿體積Vm=0.599m3，石子用量 mg=1070kg，其中 5～20mm 石子用量749kg，16～31.5mm 石子用量 321kg。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取砂率為 0.42，砂子用量 ms=775kg。非引氣型混凝土含氣取 1%。

進(jìn)而可以算得漿體的體積 Vb=1-Vg-Vs-0.01=0.292(m3)。

（5）確定 1m3混凝土漿體組成

膠凝材料表觀密度公式：

式中：

ρb——膠凝材料表觀密度，kg/m3

ρc——水泥表觀密度，kg/m3；

βc——水泥占膠凝材料總量的百分率，%；

Pk——礦粉表觀密度，kg/m3；

βk——礦粉占膠凝材料總量的百分率，%。

根據(jù)公式 (3) 可以算得膠凝材料的表觀密度 3060kg/m3。

1m3混凝土中膠凝材料用量公式：

式中：mb——膠凝材料質(zhì)量，kg；

mw——水的質(zhì)量，kg。

根據(jù)公式 (4) 可以算得 1m3混凝土膠凝材料用量 mb= 395kg；由水膠比 μ=0.41，可以算得 1m3混凝土用水量 mw= 162kg；礦粉摻量 20%，可以算得 1m3混凝土礦粉用量 mk= 79kg；1m3混凝土水泥用量 mc=316kg；外加劑摻量 0.7%，可以算得 1m3混凝土外加劑用量為 2.68kg；設(shè)計(jì)配合比如表 2。

表2　設(shè)計(jì)配合比 kg/m3

3 試拌調(diào)整

按上述清水混凝土配合比進(jìn)行試拌，坍落度 180mm，擴(kuò)展度 500mm，容重 2370kg/m3，含氣量 0.6%，可以滿(mǎn)足清水混凝土施工需要。根據(jù)容重對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果如表 3。

4 成型清水試塊

清水混凝土最主要兩個(gè)指標(biāo)即為：氣孔和色差。通過(guò)成型 1m×1m×2m 靜載試塊來(lái)評(píng)定此清水混凝土配合比是否可行。

成型前，鋼制靜載試塊模具需要均勻涂刷一層脫模劑（經(jīng)過(guò)復(fù)配），并確保模具安裝完整嚴(yán)密。攪拌站生產(chǎn)的混凝土經(jīng)攪拌車(chē)運(yùn)送到工地，入摸時(shí)測(cè)得混凝土坍落度 180mm（如圖1），和易性良好無(wú)離析泌水。成型時(shí)，分兩次澆筑，每次澆筑 0.5m，振動(dòng)棒沿模具四周均勻振搗。第二次振搗時(shí)要插入第一層的澆筑面。振動(dòng)棒快速插入，緩緩拔出，表面泛漿即可，不可過(guò)振亦不可欠振（如圖2）。

圖1　混凝土坍落度

圖2　振搗成型

5 清水混凝土效果

清水混凝土的拆模效果如圖3 所示（圖中圓圈標(biāo)注的缺陷部分是模具原因造成）。從圖中可以看出氣孔數(shù)量很少而且沒(méi)有較大氣孔，顏色均勻，平整光滑，無(wú)蜂窩麻面。清水混凝土 28 天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊抗壓強(qiáng)度 54.3MPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。清水混凝土試塊四個(gè)側(cè)邊氣孔數(shù)量及孔徑大小分布如表4。

圖3　拆模效果

表4　清水試塊孔徑數(shù)量及孔徑大小分布

根據(jù)行標(biāo) JGJ 169—2009《清水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中 11 章質(zhì)量驗(yàn)收表 11.3.1 的規(guī)定：顏色基本一致，無(wú)明顯色差；氣泡最大直徑不大于 8mm，深度不大于 2mm，每 1m2氣泡面積不大于 20cm2。該清水混凝土試塊可以滿(mǎn)足飾面清水混凝土的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）砂漿富余系數(shù)法設(shè)計(jì)出的清水混凝土配合比，使用普通砂、石、外加劑，經(jīng)過(guò)周密?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)氖┕ぐ才藕图?xì)節(jié)處理，即可實(shí)現(xiàn)清水混凝土效果。

（2）清水混凝土作為可以展示混凝土本色的特殊混凝土，其質(zhì)量要求除了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)外，更注重的外觀質(zhì)量，外表顏色以及整體的感官效果和藝術(shù)性。

[1] 張艷，吳長(zhǎng)福．清水混凝土建筑設(shè)計(jì)初探[D]．上海：同濟(jì)大學(xué)．2007

[2] 王麗鳳，劉大超．高性能清水混凝土實(shí)驗(yàn)分析與研究[D]．重慶：重慶交通大學(xué)．2008

[3] 程磊，王彥明．高層建筑清水混凝土施工工藝及工程應(yīng)用研究[D]．濟(jì)南：山東大學(xué)．2012

[4] 周孝軍，牟廷敏，梁遠(yuǎn)博．石粉含量對(duì)機(jī)制砂清水混凝土表觀質(zhì)量的影響[J]．混凝土，2015(12): 106-109．

[5] 梁遠(yuǎn)博，牟廷敏，丁慶軍，等．外加劑對(duì)機(jī)制砂清水混凝土性能的影響[J]．混凝土，2015(4): 115-118．

[6] 卜鳳霞．清水混凝土的修補(bǔ)技術(shù)[J]．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015(2):87-87．

[7] 金振，盧振華，許成宏．大流態(tài)淺白色清水混凝土研制與應(yīng)用[J]．建筑施工，2015(6): 694-695．

［通訊地址］福建省廈門(mén)市海滄區(qū)東孚鎮(zhèn)鳳山村鳳美四路 39號(hào)，廈門(mén)天潤(rùn)錦龍建材有限公司（361027）

Experiment research of fair-faced concreteby surplus coefficient of mortar

Wang Wei, Yang Shanshun, Lian Yaming, Chen Xianxi
(Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co., Ltd., Fujian Xiamen 361027)

The research designed the mixture ratio of fair-faced concrete by surplus coefficient of mortar, and according to the experience to chose surplus coefficient of mortar is 1.9. The results show that, using the ordinary sand, stone, cement, slag powder, admixtures and homemade release agent,the effect of fair-faced concrete can be realized after careful rigorous construction schedule and details.

surplus coefficient of mortar; fair-faced concrete; mix proportion design of concrete

王偉（1988—），男，工程師，福建廈門(mén)，主要從事新型混凝土及建筑材料研究工作。