花崗巖機(jī)制砂混凝土外觀質(zhì)量影響因素研究

王 照，丁 輝，張雨雷

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司總承包工程分公司，天津 300457；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

混凝土的質(zhì)量包含內(nèi)在和外觀兩個方面的品質(zhì)。外觀品質(zhì)不僅是一種單獨的美觀效果，也一定程度上反映了內(nèi)部品質(zhì)和整體質(zhì)量水平?；炷临|(zhì)量的最直觀體現(xiàn)就是混凝土的外觀質(zhì)量，目前來看混凝土外觀存在很多問題，諸如色差、水紋、氣孔、蜂窩麻面等，不僅影響美觀甚至?xí)档褪褂脡勖?，像永嘉三江商?wù)區(qū)立體城周邊市政配套工程“三路”EPC 項目［1］，濟(jì)青高速改擴(kuò)建工程［2］等。甚至河砂混凝土的外觀也不盡如人意，安遠(yuǎn)至定南高速公路新建項目［3］，多數(shù)結(jié)構(gòu)物工程的外觀，都需要后期“裝飾”才能通過驗收，雖然國內(nèi)有一些外觀較好的清水混凝土代表性工程，但是這類工程存在造價高、施工專業(yè)性強(qiáng)的限制。如何在經(jīng)濟(jì)適用的條件下，實現(xiàn)工程內(nèi)在質(zhì)量和外在品質(zhì)的有機(jī)統(tǒng)一，是工程人一直努力的方向。

對外觀的研究目前主要集中在施工工藝控制上，研究結(jié)果偏向于定性判斷，對于眾多因素實際影響程度，并沒有明確的說明。本文對花崗巖機(jī)制砂混凝土影響因素水平進(jìn)行分析，通過正交試驗的方法，分析不同因素水平對外觀影響的效應(yīng)程度。

1 工程概況

本課題基于途徑遂溪的某高速公路實體工程，工程路線全長 100.932 km。本項目路面為雙向四車道，路基設(shè)計寬度 26.5 m，橋梁設(shè)計寬度 25.5 m。設(shè)計挖方量 773 萬 m3，填方量 1 415 萬 m3。

該項目的建成將使廣東西翼高速公路網(wǎng)與國家大西南高速公路網(wǎng)尤其是廣西的高速公路網(wǎng)銜接更為便捷和緊密，網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢非常明顯。符合《廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略”“地級市與地級市之間（包括與相鄰省份的地級市之間）基本上通高速公路”的規(guī)劃目標(biāo)，也符合《廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“以沿海港口（城市）為龍頭向山區(qū)和內(nèi)陸省區(qū)輻射的路網(wǎng)布局”的要求。

高速建成后，起點至終點的駕車時間將由現(xiàn)在4 個多小時縮短至約 1.5 h，對加快兩地間經(jīng)濟(jì)交流、改善交通條件、促進(jìn)沿線資源開發(fā)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展也有重要的意義。

2 材料特性分析

2.1 原材特性

水泥：使用豐誠水泥有限公司 P·O 42.5 水泥。

粗集料：使用石嶺采石場 5～16 m m（含泥量 0.4 %）、16～31.5 mm（含泥量 0.3 %）碎石，摻配比例為 50 %：50 %［4］。

減水劑：使用山西康特爾精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)的 KTPCA 聚羧酸系高性能減水劑，減水率為 27 %，含固量 13.93 %；江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的 PCA?-聚羧酸高性能減水劑，減水率27.3%，含固量 15.91 %。

細(xì)集料：石嶺采石場機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù) 3.1～2.8，MB 值為 0.6。青平砂場河砂，細(xì)度模數(shù) 2.7～2.4，含泥量 2.0 %。

2.2 正交試驗 L8（27）

2.2.1 實驗?zāi)康?/p>

表觀質(zhì)量的影響因素是多方面的，材料、環(huán)境、外加劑、振搗方式、水用量、時間等都會對表觀質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響，目前對其影響程度沒有明確的指示，擬設(shè)計正交試驗研究其最優(yōu)因素組合。

2.2.2 實驗原理

采取六因素兩水平標(biāo)準(zhǔn)正交試驗，分別對細(xì)集料的磨圓狀態(tài)、外加劑廠家、振搗方式、整體含水、裝模時間、脫模劑進(jìn)行對比，具體試驗條件如表 1 所示。

表1 對應(yīng)正交表格

2.2.3 實驗結(jié)果分析

具體說明：①對于細(xì)集料，本次河砂通過篩分貼近規(guī)范中值，機(jī)制砂同樣貼近規(guī)范中值，同時石粉含量選取為 8 %［5-7］，削弱細(xì)度模數(shù)以及各檔顆粒含量差異過大帶來的誤差，來研究細(xì)集料磨圓對外觀質(zhì)量的影響；②兩種進(jìn)行水泥適應(yīng)性后的外加劑，通過這兩種判別外加劑的影響；③振搗方式，通過振動棒插搗、振動臺振搗來模擬實際振動棒與附著式振動器的區(qū)別，判斷哪種對混凝土外觀影響更顯著；④含水率的波動，這一點是考慮實際機(jī)制砂在料場中，由于存儲時間、存儲厚度等原因限制，導(dǎo)致含水率不穩(wěn)定，當(dāng)機(jī)制砂含水率增加 2 個百分點，折算到實際的用水量將會增加約 8 %；⑤成模時間，指的是將試塊裝入試模的時間。為了保證含水率，更加真實地模擬實際情況，在混凝土打成以后在攪拌機(jī)中放置時間分別為 0 h、1 h，1 h 的選取主要是考慮運距及其他因素；⑥脫模劑主要有油性和水性兩種，來評估它們對外觀是否產(chǎn)生較大影響；⑦還有一組未設(shè)置因素水平，以分析其他未考慮全面的因素是否對試驗結(jié)果造成較大的影響。

通過對表 2、表 3 并結(jié)合圖 1 的分析可以看出細(xì)集料的種類對強(qiáng)度的影響最大，其中機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度明顯優(yōu)于河砂混凝土；其次為含水量的波動，當(dāng)細(xì)集料中含水率多 2 %，折合到用水量上就會多出 8 % 以上，這里用水量的提高會增大水膠比降低強(qiáng)度；再次為脫模劑的影響?；炷镣庥^在實際生產(chǎn)過程中機(jī)制砂與河砂差異較大，在試驗中未能體現(xiàn)出來，分析主要原因在于實際機(jī)制砂級配中細(xì)料（1.18～0.075 mm）含量較少，同時石粉含量不是穩(wěn)定在 8 % 附近差異性較大。實際用水量的提高容易造成混凝土泌水，導(dǎo)致漿體上浮外觀質(zhì)量下降，成模時間對外觀的影響主要是因為 1 h 后混凝土存在一定的坍落度損失，混凝土流動性變差，氣泡不容易排出。水性脫模劑試塊的外觀明顯優(yōu)于油性脫模劑（見圖 2），同時對水性脫模劑進(jìn)行回彈檢測，回彈結(jié)果表明，水性脫模劑的回彈偏差較小，經(jīng)過分析認(rèn)為一方面是外觀對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，另一方面是水性脫模劑有利于提高表面漿體的均勻性與混凝土的密實程度，再次為外加劑的影響，江蘇蘇博特的外加劑強(qiáng)度稍高。對于外觀的貢獻(xiàn)，水性脫模劑明顯優(yōu)于油性脫模劑。由于水性脫模劑與水具有相容的極性性質(zhì)，所以部分水泥漿會在布朗運動的過程中與模板壁接觸吸附在上面，當(dāng)脫模時間不合理，模板內(nèi)壁不夠光滑平整，就容易在脫模的過程中產(chǎn)生局部混凝土面層漿體從構(gòu)件剝落的現(xiàn)象。在使用的過程中，要注意模板的清潔，水性脫模劑容易粘模，在使用的過程中要及時清理殘留的水泥砂漿（見圖 3），以免下次使用造成外觀變差。同時也要注意水性脫模劑在溫度較高的情況比油性脫模劑更容易蒸發(fā)，要合理控制刷模如入模的時間間隔。

表2 試驗結(jié)果統(tǒng)計表

表3 方差分析表

圖1 正交效應(yīng)曲線

圖2 脫模劑效果圖

圖3 水性脫模劑粘模

研究發(fā)現(xiàn)兩種外加劑差別不明顯，河砂的外觀要優(yōu)于機(jī)制砂，但分析結(jié)果不明顯，試驗可以看出混凝土的工作性能對外觀和強(qiáng)度影響是比較大的，同時機(jī)制砂強(qiáng)度高于河砂 5MPa 以上。兩種振搗方式，區(qū)別主要在，振動臺外觀稍好，但是強(qiáng)度差異性稍大，這可能是機(jī)制砂漿體容易上??；含水的提高，會出現(xiàn)明顯的泌水，初始坍落度很高，但是坍落度損失明顯。

圖 2 中的水-為未稀釋的水性脫模劑，水+未經(jīng)過稀釋的水：脫為 1∶3 的試驗結(jié)果對比圖。從圖中可以明顯看到水性脫模劑較油性脫模劑對混凝土外觀質(zhì)量有很大程度的提高，氣泡明顯減少，未稀釋的水性脫模劑表面有一層粉末，分析是漿體中水分被脫模劑吸收，表層水化程度較低，而稀釋后的水性脫模劑，表面比較光滑，氣泡較少，對外觀和強(qiáng)度都有一定的提高。

3 結(jié)論

本文研究基于某高速公路實際使用花崗巖機(jī)制砂的情況，通過正交試驗的方法，同時探究對強(qiáng)度及外觀影響因素，得到如下一些有價值的結(jié)論。

1）對于混凝土 28d 強(qiáng)度的影響細(xì)集料（機(jī)制砂＞河砂）＞含水波動（+0 %＞+8 %）＞脫模劑（水性＞油性）＞外加劑（江蘇＞山西）。

2）對于混凝土外觀質(zhì)量的影響脫模劑（水性＞油性）＞含水波動（+0 %＞+8 %）≈成模時間（0 h＞1 h）＞其他。

3）水性脫模劑試塊的外觀明顯優(yōu)于油性脫模劑，且回彈偏差較小。在使用的過程中，要注意模板的清潔，管控刷模與入模的時間間隔，合理控制脫模時間。