施工工藝及模板參數(shù)對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性影響研究

翁 健 喻圣慈

清水混凝土是在澆筑成型之后，不再添加其他裝飾的混凝土類型，呈現(xiàn)了混凝土原始的狀態(tài)[1，2]。清水混凝土在施工過程中，摒棄了傳統(tǒng)混凝土需要多次涂抹的做法，降低了施工成本，成為綠色施工的關(guān)鍵材料[3，4]。清水混凝土骨料利用再生骨料代替了天然骨料，不僅實現(xiàn)了對生態(tài)環(huán)境的保護，還充分利用了循環(huán)資源，將綠色施工理念應(yīng)用到施工全過程中，為建筑領(lǐng)域的發(fā)展提供了保障。大部分清水混凝土直接暴露在空氣中，空氣中的粉塵、廢氣、油脂等污染小顆粒，會與混凝土表面結(jié)合，不斷侵蝕混凝土表面[5-7]。在此條件下，本文研究施工工藝及模板參數(shù)對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響。

1 工程概況

本文以某建筑工程為例，研究施工工藝及模板參數(shù)對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響。該工程總建筑面積約122 458.62 m2，平面尺寸為南北向長約262.43 m，東西向?qū)捈s98.26 m。建筑共6 層，地上4 層、地下2 層。地上面積主要為辦公區(qū)域，地下面積主要為停車區(qū)域。建筑一層大廳空間較大，梁、柱采用清水砼，投影面積大約為43 562.46 m2，展開面積78 462.58 m2，總方量超過78 400 m2。混凝土強度等級為C40、C50、C60，柱為3.1 m×3.1 m的大截面混凝土柱，梁的結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土。

梁柱造型底標(biāo)高為-0.243 m與-0.148 m，頂標(biāo)高約11.43 m，總高約12.12 m。梁柱結(jié)構(gòu)整體呈規(guī)則變化，建筑與結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，現(xiàn)場清水混凝土仍存在色差、氣孔等外觀問題，亟需進行改進?？紤]到天然骨料在混凝土后續(xù)養(yǎng)護與施工中有較高的要求，很難還原清水混凝土的原始美。本文使用再生骨料代替天然骨料，現(xiàn)場清水混凝土材料的配合比如下：強度等級C55、水膠比0.32、水125 kg/m3、水泥323 kg/m3、粉煤灰微為72 kg/m3、礦粉為62 kg/m3以及砂石827 kg/m3、減水劑1.0%。

混凝土中的水膠比較適宜，清水混凝土立柱的表面氣孔面積均值在0.13%左右，最大氣孔直徑約2.08 mm。由于上述氣孔測量以人工為主，本身存在一定的誤差，可以忽略不計。

通常情況下，清水混凝土模板的尺寸為700 mm×500 mm×200 mm?，F(xiàn)場清水混凝土材料中加入纖維材料，施工工藝參數(shù)如表1 所示。施工工藝參數(shù)均在最優(yōu)參數(shù)區(qū)間內(nèi)，可以保證混凝土的基礎(chǔ)施工效果。

表1 施工工藝參數(shù)

2 實驗方法

2.1 實驗施工參數(shù)設(shè)定

本文分別研究施工工藝參數(shù)與模板參數(shù)對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響。常見模板參數(shù)如表2 所示。

表2 模板參數(shù)

本文選取的振搗棒振動時間分別為10 s、15 s、20 s、25 s、30 s，振 動 頻率 為8 000 次/min、10 000 次/min、12 000 次/min、14 000 次/min、16 000 次/min，振動幅度為0.4 mm、0.8 mm、1.2 mm、1.6 mm、2.0 mm。混凝土振搗過程中，混凝土振搗運動方程為

式中，V為振搗棒發(fā)生振動運動時的振動位移指數(shù)，m；M1為振搗棒的振幅參數(shù)，m；s為振搗棒的振動頻率，Hz；v為振動過程中的時間參數(shù)，s；Vmax為振搗棒振動過程中的最大速度，m/s；Vmax'為振搗棒振動過程中的最大加速度，m/s2。振搗棒振動的過程是混凝土從松軟逐漸變成密實的過程。

2.2 實驗方法

混凝土受到振搗時，液化區(qū)域與固體區(qū)域可以相容，振搗棒附近產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，隨著振搗棒軸線距離的增加而減少，使其低于屈服應(yīng)力，從而從液化區(qū)域排除混凝土中的氣泡，實現(xiàn)混凝土密實的目標(biāo)。未振搗狀態(tài)下，混凝土中氣泡的受力僅有浮力與重力；振搗狀態(tài)下，氣泡受力增加了朝模板方向的振搗動力。

本文選取C40、C50、C60 三種強度的混凝土進行試驗，C40 的混凝土對應(yīng)0.82 mm 的振動幅度；C50 混凝土對應(yīng)1.03 mm 的振動幅度；C60 混凝土對應(yīng)1.24 mm 的振動幅度。其余施工參數(shù)均在參數(shù)控制區(qū)間內(nèi)，分別用不同的線條表示C40、C50、C60 三種強度的混凝土表面氣孔面積，得出施工工藝參數(shù)對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響結(jié)果。

清水混凝土的模板參數(shù)包括合適的脫模劑與模板材質(zhì)，使模板表面氣泡更加容易排出。接觸角度是脫模劑的主要指標(biāo)，其中混凝土表面的粉料氣泡與模板的接觸狀態(tài)，是影響氣孔控制方法魯棒性的主要因素。本文將接觸角度設(shè)定為60°、80°、100°、120°、140°，得出模板參數(shù)對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響結(jié)果。

2.3 實驗結(jié)果

在上述條件下，本文分析了振動幅度、振動時間、振動頻率等施工工藝參數(shù)，對清水混凝土表觀氣孔魯棒性的影響，如圖1 所示。

圖1 可以看出，振動幅度對混凝土氣孔控制魯棒性的影響較大。振搗棒振動時間對魯棒性的影響如表3 所示。

圖1 振動幅度對清水混凝土表觀氣孔魯棒性的影響（來源：作者自繪）

表3 可以看出，C40、C50、C60 強度等級的混凝土振搗棒振動時間越長，表觀氣孔控制魯棒性越強。并且在振動時間為10 s 時，C40 強度的表觀氣孔面積＞C50 強度的表觀氣孔面積＞C60 強度的表觀氣孔面積 ；在振動時間為30 s時，C40 強度的表觀氣孔面積＞C50 強度的表觀氣孔面積＞C60 強度的表觀氣孔面積。因此，振動時間對魯棒性的影響波動較為穩(wěn)定。振動頻率對魯棒性的影響如表4 所示。

表3 振動時間對魯棒性的影響

表4 振動頻率對魯棒性的影響

從表4 中可以看出，振動頻率對魯棒性的影響波動同樣較為穩(wěn)定。接觸角度的模板參數(shù)對魯棒性的影響（圖2）。

圖2 接觸角度對清水混凝土表觀氣孔魯棒性的影響（來源：作者自繪）

根據(jù)圖2，C40 強度等級的混凝土在接觸角度為80°～120°時，表觀氣孔面積隨著接觸角度的增加而減少，魯棒性更強；C50 強度等級的混凝土在接觸角度為60°～80°、100°～120°時，表觀氣孔面積隨著接觸角度的增加而減少，魯棒性更強；C60 強度等級的混凝土在接觸角度為60°～120°時，表觀氣孔面積隨著接觸角度的增加而減少，魯棒性更強。

4 主要結(jié)論

施工工藝參數(shù)方面：清水混凝土在使用振搗棒振搗過程中，振搗棒的振動幅度、振動時間、振動頻率等工藝參數(shù)，均會對混凝土表觀氣孔控制魯棒性產(chǎn)生影響。模板參數(shù)方面：模板與混凝土粉料接觸角度等模板參數(shù)，會對混凝土表觀氣孔控制魯棒性產(chǎn)生影響。因此，合適的施工工藝參數(shù)與模板參數(shù)，可以有效地控制清水混凝土表觀氣孔的產(chǎn)生，魯棒性控制效果較強。

5 結(jié)語

混凝土作為建筑施工的基礎(chǔ)材料，在環(huán)保發(fā)展方面起到至關(guān)重要的作用。清水混凝土施工后，長時間與空氣接觸，形成表面氣孔。施工人員會在清水混凝土上涂抹一層保護劑，避免其與空氣直接接觸。排除空氣對混凝土的影響之后，本文研究了施工工藝及模板參數(shù)對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響，綜合分析氣孔形成的原因，能夠為清水混凝土的發(fā)展提供借鑒。