超大面积清水混凝土结构清水混凝土配制及施工技术

　　摘要：本文介绍了郑州国际会展中心超大面积清水混凝土结构清水混凝土的配制及施工技术实践,表明通过采用外加剂技术提高混凝土体积稳定性并从混凝土配合比、施工组织到细部处理等各个环节认真细致地组织和部署,可以实现超大面积混凝土结构清水化。

　   前言

　　清水混凝土结构是指一次浇筑成型，表面不作任何装饰装修，直接采用混凝土自然色为饰面，突出体现混凝土原色质感，通过混凝土表面有规则的线条、槽孔等装饰图案，达到一种装饰效果的结构形式和设计风格的结构。该混凝土结构要求外观几何尺寸准确，混凝土表面平整光洁，色泽均匀一致，无外伤致损和污染现象，施工缝设置整齐美观，不允许出现普通混凝土常有的蜂窝、麻面、砂带等质量通病，从而使混凝土主体结构形成自然的秀美外观。

　　清水混凝土结构以混凝土本身的自然颜色和纹理作为最终装饰效果，体现了建筑物洁净自然、庄重简约的个性，被越来越多的建筑设计师所采用。

　　1 工程概况

　　郑州国际会展中心工程位于郑州郑东新区cbd 商务区中央公园内，是郑州郑东新区的三座标志性建筑之一。该工程总建筑面积 21.47 万m2，由会议中心和展览中心两部分组成。该工程由日本黑川纪章建筑都市设计事物所总体设计，所有混凝土结构外墙、外露结构柱、联桥、栏板、突出屋面的楼梯间、女儿墙等部位均为清水混凝土（日方设计称为原浆饰面混凝土，简称原浆混凝土），墙板采用超长超宽大面积的钢筋混凝土结构，面积约56000m2，据称是中国目前最大的清水混凝土墙面。

　　2 混凝土技术分析

　　混凝土拌合物的性能和混凝土浇筑施工控制水平是影响清水混凝土质量的两大重要因素。清水混凝土工程就混凝土本身而言主要需要解决两大技术难题：一是提高混凝土的抗裂性能。本工程混凝土设计强度c40 ,墙体厚度600mm、400mm、300mm，一次浇筑长度平均45m，超过规范规定 35m 留置后浇带或变形缝的上限，属超长薄壁结构。出现裂缝的混凝土墙面将影响建筑物的结构安全尤其是严重影响人的心理感受，因而必须采取措施提高混凝土的抗裂性能。二是提高混凝土的表面质量。混凝土表面要求保持拆模后的原貌，混凝土密实、整洁，无蜂窝、麻面、孔洞、漏浆、冷缝、烂根、无流淌和冲刷痕迹，无剔凿、磨、抹、涂刷、修补痕迹。

　　2.1 提高抗裂性能

　　引起混凝土开裂的原因很多，而且很复杂，对于国展中心超大面积混凝土而言，由于塑性收缩、干燥收缩和温差应力引起混凝土的开裂，从而降低混凝土的抗裂性能的可能性最大，因此，必须通过合适的技术途径来防止和减少塑性、干燥收缩，降低由于水泥水化热引起的温升。

　　⑴ 优选原材料。选取对于降低混凝土绝热温升有利的水泥、掺合料、集料及外加剂，从而降低水泥水化热，延缓水化过程，降低放热速率及峰值，减少温度收缩，避免温缩裂缝的产生。[Page]

　　⑵ 优化混凝土配合比。采用控制水胶比、单位胶凝材料总量、单位水泥用量和砂率等措施，尽量降低混凝土的绝热温升，减少混凝土内外温差，同时减小混凝土干缩和自收缩，提高混凝土体积稳定性。

　　⑶ 改善混凝土和易性 ,减少泌水、避免离析，提高混凝土作为非均质材料的宏观均匀性 ,避免产生薄弱区域 ,提高混凝土构筑物的整体抗变形能力。

　　⑷ 通过掺入合适的掺合料，改善水泥基体与集料的界面结构状态，提高界面粘结强度，从而提高混凝土抗拉极限强度。

　　⑸ 采用性能优越的外加剂 ,减少混凝土的收缩变形。

　　2.2 提高外观质量

　　混凝土外观质量是指混凝土硬化后，其外表颜色一致，平整光滑，节缝平顺，棱角分明，防止出现蜂窝麻面，露筋、裂缝、胀模、掉角等外观缺陷。因而，影响清水混凝土外观质量的常见问题有：颜色不一致，蜂窝，麻面，斑点，露筋，跑模，线条不明，缝隙夹层，水泡气孔和缺棱掉角等，产生这些问题原因是多方面的，可以从材料、施工的各个方面、各个环节入手，采取切实可行的技术途径。

　　⑴ 选择同一产地、同一品牌的水泥、掺合料、砂、石、外加剂等原材料，并严格控制原材料质量，确保混凝土性能的稳定性和外观颜色的均匀性。

　　⑵ 优化混凝土配合比，通过改善混凝土的粘聚性，减少泌水，避免离析，提高混凝土色泽均一性；采用均化气泡措施，减少宏观气泡；提高混凝土的易密实性，避免宏观缺陷。

　　⑶ 严格控制模板表面的光洁度和模板安装的平整度，防止出现漏浆、蜂窝、麻面等现象。

　　⑷ 制定严谨、科学的混凝土施工工法，采用合适的浇筑和振捣工艺，避免混凝土生产过程的质量波动和局部外观缺陷，提高混凝土整体质量的均匀性和完整性。

　　⑸ 浇筑完成的混凝土做好养护和必要的修复措施，并对拆模后的混凝土做好必要的保护，以避免混凝土的二次污染，影响外观。[Page]

　　总之，对于超大面积墙板清水混凝土 ,必须从材料、设计和施工三个方面综合考虑，分析影响混凝土抗裂性能和外观质量的因素，通过一定的技术途径，才能提高混凝土的抗裂性能和确保混凝土的外观质量。

　　3 混凝土配合比设计

　　3.1 原材料

　　1 水泥：郑州七里岗水泥厂产 p·o 42.5，28d 强度48mpa，标准稠度需水量 0.26；

　　2 粉煤灰:龙首i级粉煤灰；

　　3 砂:ii 区中砂，细度模数2.7，含泥量0.9 %，泥块含量0.4%；

　　4 石子:10mm～20mm 单粒级，压碎值7 %，针片状颗粒1.3%

　　5 外加剂:江苏省建筑科学研究院有限公司研制并生产的抗裂防渗剂jm - iii c 和第三代聚羧系高效减水剂jm -pca (i) 复合使用。

　　3.2 配合比设计思路

　　不同配合比和材料组成，导致混凝土不同的力学性能指标及耐久性指标。需根据所选用的工程材料和施工方案等，在兼顾力学性能、耐久性和经济性的基础上，以最优目标规划，研究混凝土的最佳配合比范围和材料组成，提出以抗裂性和外观质量为主要目标的高性能清水混凝土配合比设计新方法。

　　通过各种配合比影响因素对新拌混凝土和易性、坍落度经时损失、泌水率、含气量等进行研究，根据新拌混凝土的性能选择合适的混凝土配合比，并提出混凝土的工作性指标。

　　对硬化后混凝土的立方体抗压强度、弹性模量、轴心抗压强度、极限抗拉强度、泊桑比、线膨胀系数等力学性能进行全面系统的研究，根据力学性能选择合适混凝土配合比。

　　对混凝土早期和后期的变形性能进行全面分析，包括塑性收缩、干燥收缩、自收缩和抗裂等，根据变形性能选择合适的混凝土配合比。

　　钢筋锈蚀主要是由于氯离子渗透和碳化引起的，因此有必要对各配合比进行抗氯离子渗透和抗碳化等耐久性能的研究，通过试验确定合适的混凝土配合比。[Page]

　　清水混凝土最主要的指标就是其外观质量，通过对各配合比混凝土的外观质量进行全面研究，选择合适的混凝土配合比。

　　在综合新拌混凝土性能、力学性能、变形性能、耐久性能和外观质量研究的试验结果，确定适用于郑州国展中心超大面积墙板清水混凝土的最佳配合比。

　　3.3 混凝土配合比

　　经过大量的试验和反复验证，确定了混凝土最佳配合比，配合比指标（如表1）。

　　4 混凝土浇筑试验验证

　　4.1 新拌混凝土性能

　　混凝土出机坍落度160mm，到现场155mm，混凝土和易性流动性好，无离析和明显泌水，含气量3.0 %，泵送和下料顺利，凝结时间适中。

　　4.2 硬化混凝土性能

　　混凝土7d 强度41.6mpa ,7d 收缩率 - 109 ×10-6 ，试块颜色均匀，无缩模和大气泡；试验墙混凝土与萘系减水剂配制的混凝土相比具有更好的表面质量。

　　4.3 浇捣工艺比较

　　现场试验表明，采用二次振捣技术可以解决传统浇捣工艺难以解决的混凝土表面流坠感、上下层下料接缝、表面色泽均匀性等问题，尤其是混凝土表面麻面、气孔等质量缺陷。[Page]

　　5 混凝土施工控制

　　5.1 原材料控制

　　如果原材料产地和厂家出现变化，会对混凝土色泽及混凝土性能产生极大的影响，因此必须采取有效措施确保原材料货源固定，现场料厂保证足够储存量。原材料中水泥材料变化的影响因素最大，和水泥供应商除了对水泥一般质量控制指标进行约定外，还对水泥成分、石矿来源、一次生产量、库存保证量等进行特别合同约定。对石矿来源 ,砂子产地等其它混凝土原材料等进行了详细规定，以保证在整个施工过程中混凝土质量稳定、色泽一致。

　　5.2 混凝土进场验收

　　混凝土浇筑前按照浇筑计划和施工部署，准备好足够的施工人员和泵送机械，做好现场协调工作，由专人控制混凝土质量，确保混凝土技术性能和工作性的一致性和同一性。对混凝土现场验收制定专门标准，严格按照标准验收，每车必检，不满足要求的坚决退场。

　　5.3 混凝土浇捣工艺

　　现场混凝土浇筑采用分层下料分层振捣法：

　　1 严格控制每层浇筑高度

　　底部铺设20mm厚同混凝土配合比去粗骨料砂浆，然后层下料，第一层为 300mm高，以后每层 400mm～500mm高，专用标杆控制分层下料高度。

　　2 严格控制插捣深度

　　使用50# 、30#型振动器，并在振捣棒上进行高度标识，控制插捣深度。

　　3 严格控制振捣时间

　　以混凝土表面出现均匀浆体，不再出现混凝土下沉和大气泡，混凝土面呈水平状态为最佳混凝土振捣时间。

　　4 消泡[Page]

　　采用直径 25mm竹竿模内插捣和专用木锤模外敲击的助振捣方法 ,确保混凝土振捣质量 ,充分排除边角、杯口、圆边缘和分格条底部气泡。

　　5 合理划分混凝土浇筑区段

　　每区段最长不超过 50m ,便于现场混凝土浇筑管理、混土供应调度和减少劳动强度、提高施工效率。

　　6 实行浇筑责任制

　　每 10m 区段设一个混凝土浇筑小组 ,做到混凝土浇筑、振捣精益求精。

　　7 门窗细部处理

　　先浇筑窗台部位，该窗台部位模板为拼装组合形式，利窗台内侧口作为下料口，混凝土浇筑完成及时收平并将模板闭严密，然后再浇筑窗洞口两侧及上部混凝土，门窗洞口两同时对称均匀下料。

　　8 墙顶特殊处理

　　墙顶预留 300mm高作为特殊处理层，待下层混凝土浇筑振捣完毕1h后浇筑，采用 30# 棒 45 度角斜向振捣，振捣棒插入下层混凝 100mm，在振捣的同时模外加强木锤辅助振捣和竹竿模内插捣，充分排除上下层混凝土交接区域聚集在外模板上的气泡和顶层混凝土中的郁结气泡，使上下层混凝土颜色均匀一致。

　　5.4 层间施工缝处理

　　层间施工缝处理极为关键,如果处理不当，很容易出现错台、胀模、漏浆等质量缺陷，可能会造成清水混凝土墙面施工失败。

　　1 层间托架 　利用下层已经硬化的混凝土面作为支撑，采用双10 # 槽钢制作，既能够承担模板自身重量，又能够对层间根部进行加固，防止由于根部模板轻微变形所带来的渗浆。

　　2 两缝合一 　利用层间设计明缝分格条作为上下层施工缝分界，通过精确控制混凝土浇筑标高和认真清理施工缝，将施工缝留在25mm厚分格条的中间部位。

　　5.5 清水混凝土的养护

　　混凝土浇筑完成、模板拆除后及时养护。为避免混凝土表面人为产生色差，清水混凝土养护既不能采取洒水，也不能采取涂刷养护液等方式。经过多次试验，采取隔离保湿养护方法:通过螺栓孔生根，在混凝土表面用镀锌铁丝捆扎 30 ×30 木龙骨，外侧满铺一层表面扎孔的塑料薄膜，利用镀锌钉固定在木方龙骨上，塑料薄膜外侧满铺一层用洁净水浸透的棉毡，最外侧再覆盖一层 0.2mm厚塑料薄膜作为与外界隔离层。养护时间不少于 45d。[Page]

　　6 清水混凝土施工效果

　　郑州国际会展中心工程清水混凝土结构前期做了大量的现场试验，从混凝土配合比、施工组织到细部处理等均进行了认真细致的组织和部署，采用措施得当，管理到位，实施效果良好。混凝土强度全部满足设计要求，清水混凝土墙面颜色均一、平整光滑、节缝平顺、棱角分明，无蜂窝麻面、露筋、胀模、掉角等外观缺陷，尤其是混凝土墙面未出现可见裂缝，达到了设计者的意图，也得到了社会各方及专家的认可。

　　7 结论

　　⑴ 两种外加剂复合使用充分发挥了jm - iii(c) 的微膨胀抗裂功能、jm - pca i 的高效减水、增强、低收缩功能 ,可以有效控制混凝土的水泥用量与用水量、控制水泥水化放热的速度，减少混凝土收缩，提高混凝土体积稳定性。

　　⑵ jm - pca(i) 明显提高混凝土施工和易性，有利于混凝土各组分材料分布更均匀，消除混凝土表面泌水线，减少大气泡的产生、改善混凝土的孔结构、减少混凝土外表面肉眼可见大孔，提高外观质量。

　　⑶ 通过从混凝土配合比、施工组织到细部处理等各个环节认真细致的组织和部署，采用措施得当，管理到位，清水混凝土完全可以实现。

　　参考文献：

　　1 郑州国际会展中心原浆混凝土试验方案.

　　2 郑州市国际会展中心项目部原浆混凝土施工质量验收标准及质量控制.

　　3 wittmann f h. 高性能混凝土材料特性与设计 m . 北京:中国铁道出版社,1998.

　　4 gb50210 - 2001. 建筑装饰装修工程施工质量验收规范s.

　　5 黄士元,等. 近代混凝土技术 m . 西安:陕西科学技术出版社,1998.

作者：何锦华, 王守合, 杜建峰, 吕星, 刘建忠