清水混凝土外觀質(zhì)量評價方法研究及應(yīng)用

周脈席，于誠，姜騫，張茜，李貞

（江蘇蘇博特新材料股份有限公司 高性能土木工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211100）

0 引言

將一次成型、 不做任何裝飾的混凝土稱為清水混凝土，其廣泛應(yīng)用于各種建筑及市政工程中。與傳統(tǒng)的混凝土相比，清水混凝土具有質(zhì)優(yōu)價廉、環(huán)保高效等優(yōu)點(diǎn)。 在清水混凝土廣泛應(yīng)用的同時，多種因素如模板、鋼筋、脫模劑以及混凝土澆筑振搗等容易導(dǎo)致諸如蜂窩、麻面、砂線、色差、氣泡、冷縫、錯臺等常見的外觀質(zhì)量問題。 從混凝土顏色均一性、氣泡粒徑與數(shù)量、表面平整度和外觀缺陷四個方面構(gòu)建清水混凝土外觀質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)及評價體系， 并以江陰靖江長江隧道清水混凝土項(xiàng)目為工程實(shí)例， 以新構(gòu)建的評價體系從混凝土色差和氣泡兩個方面定量評價不同模板材質(zhì)對清水混凝土外觀質(zhì)量的影響，最終確定WISA 板為現(xiàn)場施工用模板。

1 清水混凝土外觀質(zhì)量評價體系

根據(jù)清水混凝土定義及JGJ 169—2009《清水混凝土應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》， 清水混凝土外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為混凝土表面平整、顏色均勻一致、無蜂窩、麻面、露筋和明顯氣泡。相關(guān)的評價標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，可根據(jù)清水混凝土外觀質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)即顏色均一、氣泡粒徑及數(shù)量、表面平整度和其他外觀缺陷四個方面對清水混凝土外觀質(zhì)量進(jìn)行定量評價[1]，通過設(shè)置評價方法和指標(biāo)，建立較完善的清水混凝土外觀質(zhì)量評價體系[2]。

2 清水混凝土外觀質(zhì)量的分項(xiàng)評價

2.1 顏色均一性評價

混凝土顏色均一性易受人眼識別敏感度、現(xiàn)場光線明暗度等多種因素制約。 為此，可采用Image Pro Plus 圖像處理分析軟件， 采集混凝土外觀照片進(jìn)行灰度統(tǒng)計分析，根據(jù)灰度均值及標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行混凝土顏色均一性評價，值得注意的是，在圖像采集過程中，要統(tǒng)一拍照參數(shù)，減少隨機(jī)性帶來的誤差。

混凝土外觀顏色均一性采用圖像灰度標(biāo)準(zhǔn)差作為評價標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)如表1 所示。 灰度標(biāo)準(zhǔn)差小于6 為優(yōu)，6～10 之間為良，超過10 則為差。

表1 清水混凝土外觀顏色均一性評價指標(biāo)

2.2 氣泡粒徑與數(shù)量評價

Image pro plus 軟件同樣可以對混凝土表面氣泡粒徑與數(shù)量進(jìn)行處理分析， 根據(jù)混凝土表面氣泡粒徑與數(shù)量可分為優(yōu)、良、差3 個等級，結(jié)果如表2 所示。

表2 清水混凝土表面氣泡評價指標(biāo)

2.3 表面平整度評價

清水混凝土表面平整度可參考GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中“現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)分項(xiàng)工程”的相關(guān)規(guī)定，作為清水混凝土表面平整度的評價和驗(yàn)收方法。 也可根據(jù)工程情況或工程需要， 提出更為嚴(yán)格的表面平整度的尺寸允差值。 結(jié)合相關(guān)工程實(shí)例，制定清水混凝土表面平整度評價標(biāo)準(zhǔn)（表3）。

表3 清水混凝土表面平整度的評價指標(biāo)

2.4 外觀缺陷評價

GB 50204—2015 《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中將混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量缺陷分為一般缺陷和嚴(yán)重缺陷，清水混凝土不允許出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，當(dāng)出現(xiàn)諸如露筋、蜂窩、孔洞等一般外觀缺陷后，應(yīng)及時采取修復(fù)補(bǔ)救措施。

3 工程實(shí)例

以江陰靖江長江隧道工程為例，采用縮尺模型試驗(yàn)，研究不同材質(zhì)模板對清水混凝土外觀質(zhì)量的影響，通過混凝土顏色均一性與氣泡粒徑數(shù)量等指標(biāo)進(jìn)行定量評價，最終優(yōu)選出現(xiàn)場施工效果最好的模板。

3.1 原材料及試驗(yàn)方法

3.1.1 原材料

水泥采用海螺P·O 42.5 低堿水泥； 粉煤灰采用利港電廠Ⅰ級粉煤灰，流動度比105%；礦粉采用三江S95 礦粉，流動度比102%；膠凝材料主要化學(xué)組成如表4 所示。 細(xì)骨料采用洞庭湖中砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量1.2%；粗骨料采用江西彭澤5～25 mm 連續(xù)級配碎石， 含泥量0.5%， 針片狀含量5.3%，壓碎值7.6；功能型摻合料采用江蘇蘇博特新材料股份有限公司HDC(III)高性能混凝土流變改性材料與HME-V 混凝土（溫控、防滲）高效抗裂劑；外加劑采用蘇博特PCA-Ⅰ型聚羧酸高性能減水劑；脫模劑采用花王水性脫模劑。

表4 主要膠凝材料化學(xué)組成 單位：%

3.1.2 試驗(yàn)方法

縮尺模型試驗(yàn)：采用現(xiàn)場施工用配合比，在混凝土拌合站生產(chǎn)混凝土澆筑長120 cm×高180 cm×寬40 cm 縮尺模型，3 d 后拆?？疾炷０迕姘宀馁|(zhì)對混凝土外觀質(zhì)量影響。

外觀質(zhì)量評價：在相同光照條件下對混凝土模型進(jìn)行拍照（相機(jī)采用相同拍攝參數(shù)），將采集的圖像數(shù)據(jù)通過Image Pro Plus 軟件進(jìn)行灰度處理，分別統(tǒng)計混凝土模型表面氣泡數(shù)量和尺寸評價混凝土外觀氣泡缺陷，然后根據(jù)圖片的灰度分布計算灰度均值及標(biāo)準(zhǔn)差評價混凝土顏色與色差特征。

3.2 模板對比

3.2.1 色澤一致性對比

WISA 板、亞克力板和塑料板顏色均勻，鋼模板和木模板部分區(qū)域出現(xiàn)明顯色差；鋼模板排泡能力較弱導(dǎo)致其表面存在較多的大氣泡，塑料板表面氣泡最多， 其余三種模板表面多為小氣泡。 WISA板、亞克力板、鋼模板灰度均值在190 左右，混凝土顏色較淺； 木模板、 塑料板灰度均值分別為160、150，兩種模板拆模后混凝土顏色發(fā)青。 灰度值可體現(xiàn)出圖像的明暗程度，灰度值越大，圖像越亮，與實(shí)際圖像結(jié)果一致；灰度標(biāo)準(zhǔn)差是混凝土灰度離散性的體現(xiàn)，其值越大，表明離散越大，即色差越大，WISA 板標(biāo)準(zhǔn)差值最小，色差最小，木模板則存在最大的色差，其余模板介于二者之間。

3.2.2 氣泡大小與數(shù)量對比

圖1 為不同模板構(gòu)件表面氣泡粒徑和數(shù)量分布，鋼模板與塑料板200～500 μm 粒徑范圍內(nèi)氣泡最多，塑料板則存在500 μm 以上的大氣泡，構(gòu)件表面氣泡數(shù)量依次為WISA 板＜亞克力板＜木模板＜鋼模板＜塑料板。

圖1 不同模板表面氣泡分布統(tǒng)計

亞克力板與WISA 板作為清水混凝土模板使用時排泡效果最好，但在拆模后亞克力板構(gòu)件出現(xiàn)凹痕，模板剛度不足影響混凝土表面平整度。 根據(jù)建立的清水混凝土外觀質(zhì)量評價體系，綜合混凝土色差和表面氣泡粒徑數(shù)量， 各模板等級評分為：WISA 板優(yōu)；亞克力板、鋼模板良；木模板、塑料板差。 因此，選用WISA 模板對于控制混凝土外觀質(zhì)量具有最好的效果。

4 結(jié)語

從混凝土顏色均一性、氣泡粒徑與數(shù)量、表面平整度和外觀缺陷四個方面構(gòu)建清水混凝土外觀質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)及評價體系，并以江陰靖江長江隧道清水混凝土項(xiàng)目為工程實(shí)例，以新構(gòu)建的評價體系從混凝土色差和氣泡兩個方面定量評價不同模板材質(zhì)對清水混凝土外觀質(zhì)量的影響， 最終確定WISA 板為現(xiàn)場施工用模板。