模板體系對虎門二橋橋墩清水混凝土構(gòu)件表觀質(zhì)量的影響研究

張保童

（中鐵建南沙投資發(fā)展有限公司 廣州511458）

清水混凝土以自然色作為裝飾面，不僅綠色環(huán)保，而且符合一定的設(shè)計美學要求，在越來越多的標志性建筑中應(yīng)用，如珠港澳大橋、虎門二橋、國家體育館等［1］。

清水混凝土的表觀質(zhì)量評價主要包括顏色、氣孔數(shù)量、裂隙、光潔度、粗糙度，還應(yīng)該滿足一定的強度要求［2］。模板體系是外觀質(zhì)量的重要影響因素［3］，包括模板材質(zhì)及內(nèi)飾材料［4-6］，就前者而言，目前我國市政及民用建筑中最常用的為大型鋼模和質(zhì)量較好的膠合板，其中鋼模板具有單塊面積大、剛度好的特點，混凝土面平整度極佳，基本上達到高級抹灰標準，但由于模板表面張力大且極易生銹，拆模后的混凝土外觀質(zhì)感生硬、無光澤，并存在較多氣孔，假如有疏松的氧化物附著，易形成色差［7］。另外，大型鋼模板一次投入大，周轉(zhuǎn)率低，往往需二次改造，經(jīng)濟效果差。而竹木膠合板一次投入小、周轉(zhuǎn)率高、切割加工方便，因此應(yīng)用較為廣泛，均達到抹灰標準。但竹木膠合板剛度差，遇水容易發(fā)生膨脹、曲翹，且易出現(xiàn)龜裂，如施工過程中不嚴格控制，拆模后混凝土表面極易出現(xiàn)瑕疵，且有木屑附著，平整度欠佳。

隨著設(shè)計要求的不斷提高，為使清水混凝土表面光潔如鏡、平整無缺陷，混凝土表觀質(zhì)量的影響研究越來越受到眾多學者重視。如黃雪林等人［8］通過在減水劑中復(fù)配消泡劑，一定程度提高了混凝土強度，減少了混凝土表面大于1 mm大氣孔量；梁大源等人［9］通過優(yōu)化的機制砂石粉含量、粉煤灰摻量、砂率，確定配合比，成功地改進機制砂混凝土面層光潔度；孟書靈等人［10］利用鋼模具及水性脫模劑結(jié)合，使得混凝土表現(xiàn)出自密實性能，且在混凝土外觀上較好地體現(xiàn)清水表觀性能；李靜等人［11］發(fā)現(xiàn)再生大骨料在混凝土中存在抽水效應(yīng)，廢棄混凝土塊在完全飽和狀態(tài)下，抽水效應(yīng)弱，新生混凝土外觀平整密實；劉志國［12］從施工中成型與振搗、脫模劑選擇等方面提出了T 型梁馬蹄部位表觀質(zhì)量控制技術(shù)；王勝等人［13］將BIM 技術(shù)與三維掃描技術(shù)應(yīng)用到酒店工程混凝土表觀質(zhì)量的研究中；封金財?shù)热耍?4］提出了再生混凝土外觀質(zhì)量等級的模糊綜合評判方法。

以上研究主要針對混凝土表觀質(zhì)量影響因素以及模板對施工可靠性的影響方面，而在模板及內(nèi)飾材料組成的模板體系對混凝土表觀質(zhì)量的影響方面，研究較少。模板體系是施工后清水混凝土外觀質(zhì)量的重要影響因素，因此本文基于耐久性設(shè)計和原材料優(yōu)選結(jié)果，通過虎門二橋具體混凝土構(gòu)件推薦配合比，開展了4種模板體系對清水混凝土外觀影響與試塊強度室內(nèi)試驗，對比各種脫模劑對清水混凝土外觀質(zhì)量的影響差異，為虎門二橋橋墩施工和編寫清水混凝土施工質(zhì)量控制指南提供參考。

1 虎門二橋橋墩基本情況

虎門二橋工程選址廣東省珠江三角洲地區(qū)，屬廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃的聯(lián)絡(luò)線，西起番禺區(qū)東涌鎮(zhèn)，與珠二環(huán)南環(huán)高速公路對接，沿線跨越大沙水道、坭洲水道，在東莞市沙田鎮(zhèn)虎門港登陸后穿越沙田鎮(zhèn)、厚街鎮(zhèn)，最終與廣深高速公路對接。該工程上游距珠江黃埔大橋約20 km，下游距虎門大橋約10 km，周圍水域分布包括廣州港、虎門港等在內(nèi)的十余個港區(qū)，物流運輸頻繁，該工程的建成為促進珠三角經(jīng)濟再發(fā)展，改善珠江兩岸交通流結(jié)構(gòu)，完善廣東省高速公路網(wǎng)，保障珠江兩岸交通安全起到至關(guān)重要的作用。

虎門二橋總長度12.891 km，主體結(jié)構(gòu)由包括坭洲水道橋和大沙水道橋在內(nèi)的2 座大跨徑懸索橋組成，設(shè)置東涌、騮東、海鷗島和沙田4處互通立交，其中3 處為樞紐式互通立交，引橋采用30.0～62.5 m 跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋。主橋梁索塔為天圓地方的結(jié)構(gòu)形式，為配合剛?cè)嵯酀?、動靜相宜、陰陽平衡的建筑思想，工程擬選用不加任何裝飾的清水混凝土施工工藝，以混凝土自然飾面效果體現(xiàn)天然、莊重、樸素的建筑風格，建成后成為該行政區(qū)域的標志性建筑。

2 實驗?zāi)０迮c材料

2.1 實驗?zāi)０?/h3>

為了研究不同模板體系對清水混凝土構(gòu)件外觀質(zhì)量的影響，本研究澆筑長方體試驗墩，試驗墩的4個側(cè)面采用4種不同的模板內(nèi)飾材料。墩身試澆段尺寸為2.0 m×2.0 m×1.5 m（長×寬×高），長方體的4 個立面（每個面3 m2）使用4 種不同的模板內(nèi)飾材料，分別為鋼模板+透水模板布、鋼模板+模板漆、鋼模板+脫模劑、鋼模板+PVC 板材。為了減少模板對澆筑混凝土的影響，模板在使用前需要對內(nèi)表面進行清洗和刷漆（見圖1），試澆段內(nèi)的主筋和箍筋的尺寸、間距按虎門二橋橋墩的實際墩柱進行布置。

圖1 模板處理Fig.1 Concrete Formwork Processing

2.2 清水混凝土配合比

根據(jù)配合比研究成果［15-16］，針對引橋墩柱的設(shè)計要求和現(xiàn)場原材料供應(yīng)情況，優(yōu)選清水混凝土配合比，確定現(xiàn)場施工用清水混凝土配合比。實驗采用C40 混凝土配合比，與虎門二橋橋墩配合比相同。C40橋墩混凝土的配合比為水泥∶粉煤灰∶礦粉∶砂∶碎石∶水∶外加劑=260∶80∶70∶740∶1 065∶158∶3.69。

2.3 原始材料顏色

為了評價成型后混凝土橋墩的外觀質(zhì)量，需要記錄混凝土配料的原始顏色。通過色卡比對，建立水泥、粉煤灰、礦渣粉等膠凝材料的顏色資料，檢測骨料含泥量并建立檔案。水泥、粉煤灰、礦渣粉的顏色如表1所示。

表1 混凝土原始材料顏色記錄Tab.1 Color Record of Concrete Raw Materials

3 實驗結(jié)果

3.1 實驗墩外觀顏色

根據(jù)實驗設(shè)計，組裝實驗墩模板體系，將試驗墩4個面分別支撐不同的模板體系，按照混凝土施工規(guī)范要求澆筑、振搗，成型后的混凝土實驗墩如圖2所示。

采用色卡比對分別記錄鋼模板+透水模板布、鋼模板+模板漆、鋼模板+PVC 板材、鋼模板+脫模劑4 個面不同時間的混凝土表面顏色，如表2所示。

圖2 拆模后試驗墩外觀Fig.2 Appearance of Test Pier after Demoulding

表2 試驗墩外觀顏色記錄Tab.2 Color Record of Test Pier Appearance

通過4 個面的顏色比對可以發(fā)現(xiàn)，不同的模板體系使得成型后的混凝土表面顏色存在差異，其中采用透水模板布的面1在成型后顏色介于水泥與粉煤灰顏色之間，其余幾個面的顏色均與原材料粉煤灰相似，面1的外觀亮度好于其他3個面。

3.2 外觀質(zhì)量檢驗

為了定量評價不同模板體系下混凝土表面的外觀質(zhì)量，采用HC-CK102 裂隙檢測儀對每個面的氣泡與裂隙數(shù)量進行測量，并對每個面的顏色與光潔度進行定性描述，如表3所示。

表3 試驗墩外觀質(zhì)量檢驗Tab.3 Appearance Quality Inspection of Test Pier

通過測量發(fā)現(xiàn)由鋼模板+透水模板布形成的面1的氣泡面積率相對于其他3 種模板體系最小，只有0.1‰，且單個氣泡最大直徑不大于8 mm，深度不大于2 mm。由鋼模板+PVC 板材形成的面3 的氣泡面積率最大，達到0.4‰。試驗墩3個面均存在裂隙，其中面1裂縫的寬度最小，只有0.01 mm，其他幾個面的裂隙寬度小于0.20 mm，且長度不大于1 000 mm。將色卡比對、距離墻面5 m 觀察，發(fā)現(xiàn)面1 的大部分區(qū)域顏色均勻，但位于邊角的顏色偏暗，存在分層縫。其他幾個面顏色都比較均勻。試驗墩4 個面均無漏漿、流淌及沖刷痕跡，無油跡、墨跡及銹斑，無粉化物，光潔度較好。

4 脫模劑對清水混凝土構(gòu)件表觀質(zhì)量的影響研究

根據(jù)第3 節(jié)外觀實驗結(jié)果可知，采用脫模劑的模板體系對施工后的混凝土外觀質(zhì)量和強度影響均優(yōu)于其他模板體系，但是脫模劑的類型很多，為了選擇對設(shè)計混凝土配合比施工最有效果的脫模劑，開展不同施工方式、4 種常用類型脫模劑硬化混凝土外觀的影響研究。

4 種常用脫模劑分別是液壓油、蘇博特油性脫模劑、蘇博特水性脫模劑以及花王水性脫模劑，施工方式采用刷涂、噴涂兩種?；炷脸尚统叽鐬?0 cm×40 cm×20 cm 小型試件，分兩次布料振搗棒振搗，振搗時間控制在60 s。實驗試件28 d 以后脫膜效果如圖3所示。

圖3 不同脫模劑對清水混凝土構(gòu)件表觀質(zhì)量的影響試驗Fig.3 The Effect of Different Release Agents on the Apparent Quality of Fair-faced Concrete Components

開展不同施工方式、4 種常用類型脫模劑硬化混凝土的外觀效果如表4所示。噴涂蘇博特油性脫模劑與花王水性脫模劑模板成型混凝土的外觀，在氣泡、顏色、光澤度、觸感上基本相同，只是蘇博特水性脫模劑成型混凝土顏色稍微深一點，且局部區(qū)域有一些不易察覺的淺色斑。刷涂花王水性脫模劑模板成型混凝土的外觀，其氣泡、顏色與光澤度與噴涂花王水性脫模劑的基本一致，但在部分區(qū)域存在刷涂脫模劑不均勻而產(chǎn)生的刷痕，手觸摸可以感受到刷痕產(chǎn)生的粗糙感。鋼模板自身帶有鐵銹、坑洼等缺陷時，受模板的鐵銹和坑洼影響，混凝土表面也帶有銹跡并產(chǎn)生了粗糙不均勻的小坑，影響了外觀和觸感。

5 結(jié)果分析與應(yīng)用

通過上述模板體系與脫模劑實驗，發(fā)現(xiàn)按照虎門二橋橋墩C40混凝土設(shè)計配合比施工時，采用鋼模板+脫模劑的模板體系混凝土外觀裂隙與氣孔數(shù)量都比較小，混凝土強度能夠滿足要求，且花王水性脫模劑能使混凝土外觀呈現(xiàn)理想效果。所以在虎門二橋橋墩施工時推薦采用鋼模板+花王水脫模劑模板體系，并采用噴涂的方式施工，成型后的清水混凝土表面無蜂窩、麻面，外表呈灰白色，有光澤、無裂隙（見圖4）。

表4 脫模劑對混凝土外觀的影響Tab.4 Effect of Release Agent on Concrete Appearance

圖4 采用模板漆成型后的虎門二橋橋墩外觀Fig.4 The Appearance of the Pier of Humen Second Bridge after Molding with Template Paint

6 結(jié)論

混凝土清水構(gòu)件的蜂窩麻面不僅影響外觀質(zhì)量，也為構(gòu)件在自然條件下風化腐蝕提供條件。本文通過室內(nèi)試驗得出虎門二橋具體混凝土構(gòu)件的推薦配合比；開展了4 種模板體系對清水混凝土的外觀影響試驗，分析了各種脫模劑對清水混凝土外觀質(zhì)量的影響，得出如下結(jié)論：

⑴采用鋼模板+透水模板布模板體系成型后混凝土的表面氣孔、整潔度明顯優(yōu)于鋼模板+模板漆、鋼模板+脫模劑、鋼模板+PVC 板材模板體系，但是表面存在顏色分層縫，而采用鋼模板+脫模劑的混凝土表面無縫隙，表面顏色也比較均勻。

⑵采用花王水性脫模劑的混凝土外觀明顯好于采用液壓油、蘇博特油性脫模劑、蘇博特水性脫模劑的外觀質(zhì)量，而且噴涂效果好于刷涂施工效果。

⑶虎門二橋橋墩施工時推薦采用鋼模板+花王水脫模劑模板體系，并采用噴涂的方式施工，成型后的清水混凝土表面無蜂窩、麻面，外表呈灰白色，有光澤、無裂?？蔀槲覈愃茦蛄汗こ袒炷潦┕べ|(zhì)量控制指南提供理論依據(jù)。