清水混凝土在地铁高架桥工程中的应用

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摘要：在广州地铁四号线高架桥工程桥墩施工前，针对清水混凝土的原材料、配合比、模板、混凝土浇筑、养护等环节进行了全面的模拟试验，将试验结果用于正式施工，保证了清水混凝土的工程质量，取得较好的外观效果。

关键词：清水混凝土；模拟试验；外观质量

清水混凝土建筑作为一种建筑表现形式，能够完整而有效地保留混凝土建筑本身具有的颜色和机理。它的特点是混凝土一次成型，直接采用现浇混凝土的自然色作为饰面。

广州地铁四号线有长达21km的高架线路，为了尽量减轻地铁高架桥对城市景观与周边环境的影响，对高架桥外观质量提出了较高的要求，并首先在高架试验段土建工程一标开展了有关清水混凝土的一系列试验研究，本文结合该工程应用清水混凝土的实践，对清水混凝土技术进行介绍与探讨。

1质量标准
现行国家规范对清水混凝土并没有明确的定义和质量标准，通常根据国外的标准或根据工程经验制订清水混凝土的质量验收标准。针对地铁高架桥工程的特点，通过多次专家论证，最终制订了广州地铁四号线高架桥工程混凝土特殊技术要求，明确了要达到的质量验收标准。

1.1表面观感质量标准
颜色：要求清灰色且色泽均匀，无明显色差。
表面：混凝土密实整洁，面层平整，阴阳角的棱角整齐平直，节点或交角、交线、交面清晰，起拱线、面平顺。无油迹、无锈斑、无粉化物，无流淌和冲刷痕迹；无明显裂缝、无漏浆、无跑模和胀模，无烂根、无明显错台，无冷缝，无夹杂物；无蜂窝麻面、裂纹和露筋现象；无明显的气泡、砂带和黑斑现象。
结构工程保持拆除模板后的原貌，无剔凿、磨、抹或涂刷处理的痕迹。
穿墙预埋管孔眼整齐，孔洞封堵密实平整，墩台、梁体外观色泽基本一致。
混凝土保护层准确，无露筋；预留孔洞、施工缝、变形缝整齐平整。
1.2外形尺寸标准
结构轴线通直、几何尺寸准确，阴阳角的棱角整齐、角度方正；所有结构线条规则顺直，无明显的凹凸及错位。
模板拼缝严密平整)无明显错台痕迹。
垂直度、平整度的允许偏差应小于混凝土结构工程施工质量验收规范的要求。

2试验研究
2.1室内试验研究
为达到清水混凝土的质量标准，由混凝土搅拌站针对混凝土的色泽、和易性、含气量及外观质量等方面做了大量的室内对比试验。试验情况及结论如下：
为达到设计要求的“青灰色”标准，首先针对不同品牌水泥进行了大量试验，对混凝土试块进行对比，最终选定一种颜色符合要求且货源稳定、质量有保证的水泥品牌，以及两种备选品牌。
为确保混凝土的和易性良好，选用了不同的水泥、粉煤灰、外加剂进行了大量的对比试验。在减水剂方面，对不同品牌进行了不同掺量的对比试验，试验表明，可通过调整减水剂的掺量来控制混凝土的保水性。同时，也选用了不同等级、不同掺量的粉煤灰来试验粉煤灰对混凝土和易性的影响，结果表明以I级粉煤灰为好，且掺量控制在40kg/m3以下时对混凝土的外观影响较小。
为找出对混凝土外观的关键影响因素，在室内对不同品种的减水剂、脱模剂，不同的砂率和细度模数，不同的拆模时间和养护条件做了几十组的对比试验。结果表明：减水剂对混凝土的含气量影响较大，应选用缓凝效果明显、减水率高、坍落度损失小的减水剂；使用不同的脱模剂时，混凝土表面的气泡含量不同；一定程度上脱模剂越厚，混凝土表面越光滑、气泡越少；选用细度模数为2.5~2.9的砂时，混凝土的用水量及含气量控制较好；不同的拆模时间会导致混凝土表面强度及脱模剂发挥的效果不同，对混凝土的外观质量影响也不同；不同的养护条件对混凝土外观质量也有影响。

2.2模拟试验
在桥墩正式施工前，针对清水混凝土的原材料、配合比、模板、浇筑、养护等环节进行了全面的模拟试验。从2004年8月17日到2004年9月23日，先后进行了7次墩柱试验，采用大块定型钢模板、吊装浇筑、插入式振动器振捣，外包塑料薄膜补水养护的施工工艺，最终采取第0次试验结果作为正式施工的数据及配合比，取入模温度30℃；坍落度80mm；水泥品种P.II 42.5；配合比为：水泥390kg，砂645kg，碎石1130kg，水175kg，粉煤灰20kg，外加剂5.33kg；模板面用PVC卷材处理；采用该配合比的坍落度损失在30mm/h以内，含气量为2.6%。经过多次模拟试验，正式施工的墩柱取得了较好的外观效果。

3原材料要求及配合比设计要点
3.1原材料要求
水泥的选择主要考虑两个因素，首先应选应低碱、低水化热的水泥；其次是混凝土颜色要符合要求。同时生产过程中要做到水泥同一厂家、同一品种，以确保混凝土颜色一致。
砂子为细度模数大于2.4的中砂，含泥量不大于1%；石子为5~25mm粒径级配良好的碎石，含泥量不大于0.8%，针片状石子的含量不大于10%。含泥量大将会影响混凝土的颜色，针片状石子含量过大将会影响混凝土的强度及流动性。砂石原材料产地也必须固定。
若为改善混凝土的和易性，降低水化热，控制开裂，经配合比试验需掺加粉煤灰时，必须选用同一厂家I级粉煤灰，烧失量小于5%，细度8%~12%。
应选用引气成分低、缓凝适中的高效减水剂，减水率>20%，含气量≤3%。在使用前应进行与水泥相容性试验。
拌和用水宜采用饮用水，当采用其他水源时，水质应符合我国现行标准《混凝土拌和用水标准》的规定，不得使用循环水。

3.2配合比设计要点
应控制每立方米混凝土用水量在170~180kg；水灰比不得大于0.55。
应保证有足够的细粉料含量以改善混凝土的和易性，提高混凝土的表面质量，胶凝材料总量视混凝土强度等级而异，建议C30~C50混凝土的胶凝材料总量控制在380~500kg/m3范围内。
掺入优质粉煤灰可改善混凝土和易性，便于浇筑成型，但是掺量大将造成混凝土表面缺乏光泽、色泽不匀。因此应严格控制粉煤灰用量，试验表明粉煤灰掺量控制在10%以下为好。
砂率应比普通的混凝土提高1%~2%。
理论上，只要能满足施工的振捣要求，则混凝土坍落度越小，混凝土的泌水越少，气泡也越少，建议非泵送混凝土的坍落度控制在8-10cm，泵送混凝土控制在12-14cm，坍落度每小时损失值不应大于30mm。

4施工技术措施
4.1模板工程
必须保证模板的刚度和稳定性，在混凝土侧压力作用下不允许变形；优先选用定型钢模板且应进行抛光处理，以保证混凝土表面的光洁度。
模板应尽可能减少接缝，接缝位置应尽量隐蔽。模板制作的几何尺寸应精确、拼缝严密，模板面拼缝高差、宽度应≤1mm，模板间接缝高差及宽度≤2mm。
模板的拼缝宜填实后打磨平整、严密，使接缝平顺；模板的支撑必须牢固、严密，以免发生跑浆和漏浆。
模板不宜采用对拉螺栓作为固定件，宜用钢构件组成的钢围檩固定模板。模板应试拼组装，经验收合格后再整体吊装。
模板一般周转3次后应进行全面检修一次。
选用专业脱模剂，严禁使用废机油作为脱模剂，脱模剂应涂刷均匀。根据试验情况，钢模板内表面优先采用内贴自粘PVC薄膜。
4.2钢筋工程
钢筋保护层厚度用硬质塑料垫块进行控制。
绑扎钢筋的扎丝多余部分应向构件内侧弯折，防止外露造成锈蚀。
钢筋端头加不锈钢帽，竖向钢筋端头缠塑料布，以防锈蚀。
严格按设计图纸加工、下料，使配制的各种钢筋和箍筋平直、方正及弯钩准确；确保钢筋位置准确、预埋件固定牢固。

4.3混凝土生产运输
生产拌制混凝土时，必须严格按经审批的混凝土配合比进行配料，不得随意更改。供应混凝土前对生产机组进行全面检查，确保供料期间机组正常运作。
混凝土搅拌站应根据气温条件、运输时间、运输距离、砂石含水率的变化、混凝土坍落度损失等情况，及时适当地对原配合比进行微调。
搅拌站质检员必须严把混凝土质量关，监控好混凝土出场坍落度和温度，检查每车混凝土拌合物的性能符合要求后，方准混凝土出场。
混凝土的入模温度应控制在30℃以下。混凝土中心温度与表面温度的差值不应大于25℃，混凝土表面温度与大气温度的差值不应大于25℃。
搅拌站与工地应加强协调，确保混凝土在运抵工地后能及时入模浇筑。
严格执行混凝土进场交货验收制度，试验员对每车混凝土的坍落度进行取样试验，如遇坍落度超出允许范围的混凝土，严禁使用。

4.4混凝土浇筑施工
清水混凝土施工难度大，质量要求高，应制定相应的混凝土施工方案。最好利用夜间浇筑，以减少混凝土坍落度损失。
下料时避免混凝土冲击钢筋和模板，保证下料点分散布置，严禁一次性下料过多或集中某一点下料。
浇筑混凝土要连续进行，并严格控制混凝土的浇筑时间。因选用较低坍落度的混凝土，其流动性损失较快，如浇筑时间过长会影响混凝土的分散能力，容易形成蜂窝等缺陷。
振捣要求快插慢拔，每棒均深入下层混凝土5cm，振捣时间为30s左右，每棒的移动距离宜为40cm。

4.5养护
混凝土如果不及时养护，表面极易因失水而出现微裂缝。建议清水混凝土构筑物在拆模之前就应对混凝土充分洒水进行养护，使水分通过混凝土和模板的间隙渗入混凝土中。拆模后先在混凝土表面洒一遍水，保证塑料薄膜内有凝结水，然后用塑料薄膜包裹严密并压实进行养护，养护时间不应少于14d。

4.6表面缺陷的修补
在施工的全过程中，有可能存在少量气泡及模板拼缝痕迹等细小弊病，处理方法为：先用与结构混凝土同强度等级，同品种的水泥，掺一定量的白水泥配成专用腻子，堵塞进小气泡内，再连同模板痕迹用细砂纸轻轻打磨，直至与结构物表面色泽、光洁度一致时为止。但实施以前必须对材料的配合比先作试验。
5结语
为了保证高架桥的外观质量，首次明确了清水混凝土的质量标准，最终取得了较为满意的效果。主要有以下几点体会：
原材料控制和配合比设计是清水混凝土的质量控制重点。应该采用同一厂家、同一品种的水泥、粉煤灰和外加剂，使用同一产地的砂和碎石，同时应通过试验确定最佳的混凝土配合比，以确保混凝土拌合物的性能优良、外观色泽均匀。
清水混凝土的质量绝非仅决定于混凝土材料本身，还必须从模板体系的设计、制作与安装，钢筋绑扎，混凝土浇筑质量，入模温度，拆模时间，养护方式和缺陷修补等全过程采取有效措施加以控制，才能保证清水混凝土的外观质量效果。
正式施工前应进行现场模拟试验，以掌握清水混凝土的施工技术要点，同时通过模拟试验来达到人员、机具与材料供应、现场管理的最佳配合，惟有如此才能保证清水混凝土的施工质量。
混凝土表面如不作任何保护，在长时间遭受来自阳光、紫外线、酸雨、油污等的破坏后，其表面效果将日趋污浊。因此，还应重视后期保养及处理。

参考文献
【1】季云聪，徐伟,不涂装混凝土施工的外观质量控制研究3建筑施工，2004(6).
文章来源： 《建筑技术》原作者：黄辉

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